Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
TELECOMMUNICATIONS
Technologies Reference
Brad Dunsmore, Toby Skandier
Cisco Systems
Cisco Press
Cisco Press 201 West 103rd Street, Indianapolis, IN 46290 USA
Справочник по ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
Брэдли Дансмор, Тоби Скандьер
Москва • Санкт-Петербург • Киев 2004
ББК 32.973.26-018.2.75
Д18'
УДК 681.3.07
Издательский дом “Вильямс”
Зав. редакцией С.Н. Тригуб ■■
Перевод с английского В.И. Кочеткова, Е.П. Марченко,В.Н. Романова, В.А. Швеца, Ю.А. Шпака
Под редакцией А. В. Мысника
По общим вопросам обращайтесь в Издательский дом “Вильямс” по адресу: info@williamspublishing.com, http://www.williamspublishing.com .
Дансмор, Брэд, Скандьер, Тоби.■ • ■
Д18 Справочник по телекоммуникационным технологиям. : Пер. с англ. — М. : Издательский дом “Вильямс”, 2004. — 640 с. : ил. — Парад. тит. англ.
ISBN 5-8459-0562-1 (рус.)
Книга призвана стать справочным руководством по технологиям, применяемым в современных телекоммуникационных сетях. Материал, представленный в книге, не ограничивается только североамериканскими инфраструктурами, но также содержит подробное описание международных методов обмена информацией.
В книге описаны терминология, концепции, технологии и устройства, которые ис- пользуются во всем мире для передачи данных и голосовых сигналов. Она написана таким образом, чтобы материал был понятен даже тем читателям, которые мало знают о телекоммуникациях, но при этом книга может стать хорошим техническим руководством и для опытных инженеров.
ББК 32.973.26-018.2.75
Все названия программных продуктов являются зарегистрированными торговыми марками соответствующих фирм.,
Никакая часть настоящего издания ни в каких целях не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, если на это нет письменного разрешения издательства Cisco Press.
Authorized translation from the English language edition published by Cisco Press, Copyright © 2002
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from the Publisher.
Russian language edition published by Williams Publishing House according to the Agreement with R&I Enterprises International, Copyright © 2004
Книга подготовлена при участии Региональной сетевой академии Cisco, http://www.academy.ciscopress.ru.
ISBN 5-8459-0562-1 (рус.)ISBN 1-5870-5036-6 (англ.)ISBN 5-8459-0562-1 (рус.)ISBN 1-5870-5036-6 (англ.)© Издательский дом “Вильямс”, 2004
ISBN 5-8459-0562-1 (рус.)
ISBN 1-5870-5036-6 (англ.)
ISBN 5-8459-0562-1 (рус.)
ISBN 1-5870-5036-6 (англ.)
© Cisco Press, 2002
Оглавление
Глава 1. Обзор аналоговых средств связи23
Глава 2. Сеть SS743
Глава 3. Аналого-цифровое преобразование101
Глава 4. Службы Digital Dataphone и Switched 56125
Глава 5. Технология Т1147
Глава 6. Каналы Е1, сигнализация R2 и технологиисвязив Японии181
Глава 7. Технологии ТЗ и ЕЗ209
Глава 8. Цифровая сеть с комплексным обслуживанием —ISDN239
Глава 9. Технология Frame Relay291
Глава 10. Технологии ATM и B-ISDN327
Глава И. Коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных (SMDS)407
Глава 12. Технология DSL451
Глава 13. Технология кабельных модемов и кабельное телевидение485
Глава 14. Технологии SONET и SDH533
Приложение А. Ответына контрольные вопросы569
Приложение Б. Сигнальные сетевые коды стран — SANC595
Приложение В. Списокрекомендованной литературы613
Предметный указатель617
Содержание
Об авторах,15
О соавторах книги15
Технические рецензенты16
Посвящения18
Благодарности18
Введение19
Для кого предназначена эта книга19
Форум эксперта19
Резюме глав и контрольные вопросы20
Глава 1. Обзор аналоговых средств связи23
Введение в аналоговую передачу данных'23
Основные характеристики аналогового сигнала24
Амплитуда25
Длина волны25
Частота26
Полоса пропускания и искажение сигнала27
Затухание сигнала и шумы27
Цифро-аналоговые преобразователи.31
Структура аналоговых служб32
Двухпроводные каналы33
Модули IDLC35
Набор стандартов GR-303-CORE37
Резюме39
Контрольные вопросы40
Глава 2. Сеть SS743
Обзор служебных сигналов43
Что такое служебные сигналы?44
Типы узлов сети SS744
Узлы SSP45
Узлы STP47
Узлы SCP48
Методы передачи служебных сигналов48
Сигнализация по общему каналу50
Сигнализация по смежным каналам51
Сигнализация по раздельным каналам51
Предпосылки создания системы SS753
Каналы для передачи служебных сигналов, наборы каналов54
Категории каналов56
Коды размещения устройств57
Коды размещения устройства-отправителя, получателяи соседних узлов58
Североамериканский формат кодов размещенияустройств59
Формат кодов размещения ГШ59
Протокол МТР61
Протокол МТР162
Протокол МТР263
Протокол МТРЗ73
Протоколы SS7 верхнего уровня74
Протокол DUP74
Протокол TUP76
Протокол ISUP78
Интеллектуальная сеть (IN)82
Функциональные объекты83
Физические объекты84
Набор служб 1 (CS-1)85
Набор служб CS-287
Форум эксперта: принцип работы службы LNP в Северной Америке89
Переносимость провайдера службы90
Обработка вызова LNP92
Переносимость местонахождения93
Переносимость служб94
Ссылки94
Набор служб CS-394
Резюме95
Контрольные вопросы96
Глава 3. Аналого-цифровое преобразование101
Основы цифровой связи101
Предпосылки создания цифровой связи101
Развитие цифровой связи102
Преимущества цифровой связи102
Процесс преобразования сигнала103
Фильтрация сигнала106
Выборка сигнала106
Квантование сигнала107
Кодирование сигнала113
Вариации импульсно-кодовой модуляции116
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция116
Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция117
Другие методы модуляции119
Резюме121
Контрольные вопросы122
Глава 4. Службы Digital Dataphone и Switched 56125
Введение в технологию DDS125
Принцип работы службы DDS126
Установка канала DDS126
Обзор оборудования DDS128
Кодирование в линии131
Служба SW56137
Шаблоны проверки каналов138
Конфигурирование маршрутизатора Cisco для работы с каналами DDS/SW56 140
Резюме141
Контрольные вопросы142
Глава 5. Технология Т1147
Физические характеристики линии Т1151
Схемы кодирования в линии Т1156
Форматирование и фреймирование в линии Т1160
Группа каналов D1162
Суперфрейм и группа каналов D2163
Группы каналов D3 и DID165
Группа каналов D4165
Формат ESF и группа каналов D5166
Поиск и устранение неисправностей в линии Т1168
Тестирование BERT168
Ошибки в линии Т1171
Аварийные сигналы172
Настройка контроллера линии Т1174
Настройка службы перераспределения вызовов в линии Т1174
Резюме176
Контрольные вопросы177
Глава 6. Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии181
Введение в технологию Е1181
Физические характеристики канала Е1182
Фреймы технологии Е1185
Фреймирование по методу NO-CRC-4186
Фреймирование по методу CRC-4187
Кодирование в линии Е1188
Кодирование HDB3 в линии189
Настройка контроллера Е1190
Базовая конфигурация контроллера Е1191
Характеристики системы передачи служебных сигналов R2193
Управление вызовами R2194
Служебные сигналы линии195
Межрегистровая сигнализация198
Настройка сигнализации R2 для контроллера Cisco El201
Японская цифровая иерархия (JDH)202
Резюме204
Контрольные вопросы205
Глава 7. Технологии ТЗ и ЕЗ209
Технология ТЗ210
Развитие североамериканской цифровой иерархии210
Синхронные или асинхронные каналы?211
Многоканальные и одноканальные линии ТЗ212
Цифровая иерархия213
Варианты реализации каналов221
Кодирование сигнала в линиях ТЗ222
Типы фреймирования в линиях ТЗ223
Конфигурация интерфейса ТЗ с объединением каналов для платы
Cisco 10000 ESR225
Технология ЕЗ227
Развитие международной цифровой иерархии227
Цифровая иерархия227
Структура и организация работы одноканального фрейма ЕЗ230
Конфигурирование интерфейса ЕЗ233
За пределами ХЗ234
Резюме235
Контрольные вопросы236
Глава 8. Цифровая сеть с комплексным обслуживанием — ISDN239
Введение в сеть ISDN239
Сеть ISDN240
Коммутация каналов240
Абонентский канал242
Эхоподавление243
Устройство сетевого интерфейса (NID)244
Опорные точки ISDN245
Спецификации ISDN246
Спецификация ITU Q.921247
Спецификация ITU Q.931256
Сети SS7 и ISDN266
Служба BRI267
Аппаратное обеспечение267
Принцип работы канала BRI268
Характеристики и особенности каналов BRI269
Кодирование сигнала в каналах ISDN BRI270
Анализ службы BRI272
Сторонние коммутаторы (FX)275
Постоянная активная сеть ISDN (AO-DI)275
Настройка службы ISDN BRI276
Решение проблем, связанных со службой ISDN BRI279
Служба PRI281
NFAS283
Конфигурация соединения Т1 PRI и El PRI284
Решение проблем, связанных со службой ISDN PRI286
Технология Q.Sig287
Резюме287
Контрольные вопросы288
Глава 9. Технология Frame Relay291
История развития службы Frame Relay291
Развитие службы Frame Relay292
Организации-учредители стандартов и форум Frame Relay (FRF)293
Спецификации технологии Frame Relay296
Спецификации структуры службы297
Спецификации описания служб297
Спецификации, касающиеся базовых аспектов технологии298
Спецификации сигналов доступа к службе299
Соглашения по реализации, созданные форумом FRF300
Функции, выполняемые службой Frame Relay301
Виртуальные каналы301
Идентификатор подключения канального уровня303
Инверсный протокол преобразования адресов305
Контрактные параметры технологии Frame Relay309
Удаление и восстановление фреймов311
Служебная сигнализация313
Настройка службы Frame Relay на оборудовании Cisco320
Резюме324
Контрольные вопросы324
Глава 10. Технологии ATM и B-ISDN327
Развитие технологии ATM и широкополосной цифровой сети с комплексным обслуживанием328
Стандарты и форум ATM329
Функциональные возможности технологии ATM331
Компоненты заголовка ATM333
Поле общего управления потоками — GFC334
Поле идентификатора виртуального пути — VPI334
Поле идентификатора виртуального канала — VCI335
Поле типа полезной нагрузки (РТ) и ячейки ОАМ338
Поле приоритета отбрасывания ячеек — CLP341
Поле алгоритма контроля ошибок в заголовке — НЕС342
Эталонная модель В-ISDN и ATM344
Физический уровень346
Уровень ATM348
Уровень AAL348
Качество обслуживания350
Коэффициент отбрасывания ячеек (CLR)352
Максимальная задержка передачи ячеек (maxCTD)353
Разброс вариации задержки ячеек — Peak-to-Peak CDV355
Коэффициент ошибок в ячейках (CER)355
Количество блоков ячеек с большим числом ошибок355
Коэффициент неправильной вставки ячеек (CMR)356
Параметры трафика357
Пиковая скорость передачи ячеек — PCR358
Постоянная скорость передачи ячеек (SCR)358
Максимальный размер всплеска трафика (MBS) и допустимый размер всплесков (ВТ)359
Минимальная скорость передачи ячеек (MCR)359
Максимальный размер фрейма (MFS)360
Допуск на вариацию задержки (CDVT)360
Классы обслуживания ATM361
Класс CBR363
Класс rt-VBR365
Класс nrt-VBR367
Класс ABR368
Класс UBR373
Класс GFR375
Управление трафиком376
Алгоритм виртуального планирования378
Алгоритм непрерывного отбрасывания ячеек379
Другие разновидности алгоритма GCRA380
Алгоритм PCR382
Алгоритм SCR383
Типы уровня адаптации AAL383
Уровень AAL0384
Уровень AAL1384
Уровень AAL2387
Уровень AAL3/4389
Уровень AAL5396
Форум эксперта: качество обслуживания ATM398
Определение категории услуг CBR399
Определение категории обслуживания rt-VBR400
Определение категории обслуживания nrt-VBR400
Определение категории обслуживания UBR400
Определение категории обслуживания ABR400
Параметры, характеризующие службу QoS категорий обслуживания401
Список рекомендованной литературы401
Резюме401
Контрольные вопросы403
Глава 11. Коммутируемая многомегабитовая служба передачи
данных (SMDS)407
История развития службы SMDS408
Общие принципы работы службы SDMS410
Свойства службы SMDS411
Адресация412
Возможность выбора скорости доступа412
Обеспечение бесшовного межсетевого взаимодействия протоколов сетевого уровня412
Интерфейсный протокол SMDS413
Обзор протокола DQDB413
Сетевой уровень протокола SIP422
Канальный уровень протокола SIP429
Физический уровень протокола SIP432
Интерфейс обмена данными438
Формирование фреймов в интерфейсе обмена данными440
Протоколы обмена информацией между локальными сетями в службе SMDS 441
Настройка службы SMDS442
Решение проблем, возникающих при работе службы SMDS443
Проблемы, возникающие в интерфейсе обмена данными444
Проблемы в интерфейсе SNI445
Проблемы, связанные с множественными интерфейсами в одной и той же многоадресатной группе, и периодические проблемы
в псевдо-локальных сетях446
Потеря положения, занимаемого службой SMDS446
Резюме447
Контрольные вопросы447
Глава 12. Технология DSL451
История развития технологии DSL и цифровых абонентских каналов451
Методы кодирования в технологии DSL452
Кодирование QAM452
Кодирование САР453
Кодирование DMT454
Компоненты канала ADSL456
Атрибуты канала DSL458
Предельная помехоустойчивость и затухание сигнала458
Исправление ошибок в прямом направлении459
Всплески ошибок462
Распределенные ошибки462
Повышение эффективности кодирования463
Канал Fastpath463
Процедура установления соединения модемом DSL и фреймирование463
Опции режима установления соединения464
Методы фреймирования464
Уровни мощности сигнала в службах DSL466
Повышение и понижение мощности467
Разновидности технологии DSL469
Факторы, влияющие на DSL-каналы473
Мостовые ответвления473
Удлинительные катушки473
Интерференция сигнала473
Радиопомехи474
Перекрестная наводка474
Длина кабеля474
Сечение провода и сопротивление475
Сетевая структура технологии DSL475
Сегмент СРЕ475
Сегмент NAP476
Сегмент NSP477
481481482481481482Резюме
481
481
482
481
481
482
Ссылки и стандарты
Контрольные вопросы
Глава 13. Технология кабельных модемов и кабельное телевидение485
Кабельная сеть487
Комбинированная оптокоаксиальная сеть (НРС)1488
Головные узлы и концентраторы490
Международные телевизионные стандарты1491
Распределение частот491
Требования к качеству кабельных сетей493
Общие проблемы кабельных сетей494
DOCSIS: стандарт кабельных модемов496
Стандарты DOCSIS и Euro-DOCSIS497
Типы модуляции.497
Сглаживание ошибок с помощью методики РЕС500
Сглаживание ошибок посредством чередования500
MPEG-фреймирование501
Пропускная способность DOCSIS- и Euro-DOCSIS- каналов501
МАС-домены DOCSIS-сетей503
. Идентификатор SID и идентификатор служебного потока (SFID)504
Нисходящая передача данных и сигнализация505
Восходящая сигнализация и передача данных в стандартеDOCSIS 1.0505
Усовершенствования восходящей сигнализации в стандарте DOCSIS 1.1506
Последовательность инициализации кабельных DOCSIS-модемов508
Сканирование частоты509
Получение UCD-дескрипторов510
Ранжирование мощности510
Запрос и ответ протокола динамической конфигурации узла(DHCP)512
Сервер TOD512
Сервер ТЕТР512
Регистрационный запрос513
Инициализация основной защиты513
Функционирование на линии (настройка)513
Двоичные файлы DOCSIS-конфигурации .513
Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.0514
Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1516
Управление доступом к восходящему каналу519
Безопасность и основная защита520
Инициализация основной защиты521
Предварительно предоставленные сертификаты и интерфейсBPI+522
Другие вопросы и особенности системы безопасности522
База данных CPE-устройств в системе CMTS523
Комбинирование волоконно-оптических узлов524
Топологии кабельных IP-сетей.526
Структуры с агрегированием Ethernet-каналов526
Структуры агрегирования оптических носителей527
Структуры DPT/RPR528
Высокоскоростная оптическая магистраль (технология DWDM)528
Развитие кабельных IP-сетей529
Резюме529
Список рекомендованной литературы530
Контрольные вопросы531
Глава 14. Технологии SONET и SDH533
Обзор синхронных технологий533
Интегрированные часы контроля времени535
Аппаратное обеспечение для оптических сетей536
РТЕ-оборудование537
LTE-оборудование539
STE-оборудование540
Другое оборудование541
Сравнение SONET- и SDH-иерархий544
Мультиплексирование с чередованием байтов544
Концентрация545
Стандарт SONET545
Стандарт SDH556
Служебная информация ОАМ&Р560
Технологии WDM и DWDM561
Применение сетей SONET/SDH561
Коммутируемые кольца с защитой канала563
Коммутируемые кольца с защитой маршрута564
Резюме565
Контрольные вопросы566
Приложение А. Ответы на контрольные вопросы569
Ответы на контрольные вопросы главы 1569
Ответы на контрольные вопросы главы 2571
Ответы на контрольные вопросы главы 3575
Ответы на контрольные вопросы главы 4576
Ответы на контрольные вопросы главы 5579
Ответы на контрольные вопросы главы 6581
Ответы на контрольные вопросы главы 7582
Ответы на контрольные вопросы главы 8583
Ответы на контрольные вопросы главы 9585
Ответы на контрольные вопросы главы 10586
Ответы на контрольные вопросы главы И588
Ответы на контрольные вопросы главы 12590
Ответы на контрольные вопросы главы 13591
Ответы на контрольные вопросы главы 14592
Приложение Б. Сигнальные сетевые коды стран —SANC595
Приложение В. Список рекомендованной литературы613
Предметный указатель617
Об авторах
Брэд Дансмор (Brad Dunsmore) — инструктор, обучающий специалистов технологиям новых сетевых продуктов. Является членом подразделения передовых разработок корпорации Cisco Systems, расположенной в Research Triangle Park (Северная Калифорния). Занимается разработкой и установкой сетевых комплексов, обучением системных администраторов корпорации Cisco, деловых партнеров и заказчиков, специализируется на системах SS7 и методах обмена данными в глобальных сетях. Работает в корпорации Cisco два года, до этого работал техническим инструктором в корпорации Adtran Telecommunication, системным инженером в корпорации Electronic Systems и специалистом по поддержке сети ISDN в корпорации Bell Atlantic. Владеет множеством сертификатов, включая MCSE+Internet и MCDBA корпорации Microsoft, i-Net+, А+ и Network+ корпорации CompTIA, Product Professional корпорации Apple и CCNA, CCNP и CCSI корпорации Cisco. Избран техническим обозревателем новой серии сертификаций А+. Среди его публикаций: Mission Critical Internet Security, CCNA Study Guide, A* DVD и CCNA Test Yourself Practice Exams.
Тоби Скандьер (Toby Skandier) — консультант корпорации Sprint. Co времени своего первого знакомства с компьютерными и сетевыми технологиями в 1985 году он основал консультационную компьютерную компанию. Занимался обучением специалистов в корпорациях Sprint и Cisco, преподавал в государственных колледжах, а также разработал учебные курсы для корпораций Sprint и Cisco. Является членом компьютерного общества института IEEE и ассоциации АСМ, а также сертифицированным специалистом CCNP, CCDA, MCSE, СТТ+, МСТ, А+, Network+, i-Net+ и Server+.
О соавторах книги
Кристиан Мартин (Christian Martin) — консультант по сетевым структурам. В течение последних пяти лет работает в корпорации Verizon Internet Services. В его обязанности входит обслуживание сети и развитие сложной сети SMDS, состоящей из более чем 300 каналов DS3, 700 каналов Т1 и 1000 маршрутизаторов. Кроме того, он отвечает за разработку станции управления сетью и первой сети дальней связи по протоколу IP. Осуществляет технологический контроль за всеми продуктами и службами, которые предоставляются в сети корпорации VIS. Обладает восьмилетним опытом работы с сетевыми технологиями, является претендентом на получение звания магистра в области системотехники в университете Джорджа Мэйсона (George Mason University). Вместе с женой Марией и собакой по кличке Шедоу живет в Лисбурге (Leesburg), штат Вайоминг. Для этой книги написал главу 11, “Коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных (SMDS)”.
Джоэл МакКелви (Joel Т. McKelvey) — старший инженер по вопросам технического маркетинга корпорации Cisco Systems. Специализируется на сетях DOCSIS. В его обязанности входит разработка, тестирование и объединение кабельных сетевых технологий и структур. Джоэл неоднократно выступал на различных международных конференциях с докладами по вопросам, связанным с сетью DOCSIS и другим кабельным технологиям. Является автором научных статей о спецификациях стандарта DOCSIS и сетевых службах IP, включая QoS on DOCSIS Cable Networks, Open Access Technologies and MPLS-VPNs и Security Concerns for Cable IP Networks. В корпорации Cisco Джоэл возглавляет команды разработчиков нескольких продуктов DOCSIS 1.0.
Имеет тринадцатилетний опыт работы в нескольких крупных компаниях с распределенными сетями. Владеет сертификатами специалиста по сетям корпорации Cisco (CCNA — Cisco Certified Networking Associate) и специалиста по кабельным структурам корпорации Cisco (CCCS — Cisco Certified Cable Specialist) и, кроме того, является членом общества инженеров телекоммуникационных кабельных систем (Society of Cable Telecommunications Engineers — SCTE) и IEEE. Для этой книги он написал главу 13, “Технология кабельных модемов и кабельное телевидение”.
Тим Вудз (Tim Woods) — инженер по вопросам технического маркетинга корпорации Cisco Systems. Начал работать с компьютерами и сетями во время обучения в университете города Клемзон (Clemson), позже работал в корпорации AT&T Global Information Solutions (прежнее название — NCR). В корпорацию Cisco Systems пришел в 1998 году на должность инженера центра технической поддержки (Technical Assistance Center — ТАС), а некоторое время спустя начал заниматься вопросами технического маркетинга. В его обязанности входит тестирование, поддержка других подразделений и разработка документации. Свободное от работы время Тим проводит с семьей и друзьями. Без их любви и поддержки проекты, подобные этой книге, никогда не были бы реализованы. Кроме того, Тим любит кататься на горных велосипедах. Он написал главу 12, “Технология DSL”.
Мануэл Ирицарри (Manuel A. Irizarry) — инженер по вопросам поддержки клиентов центра технической поддержки Cisco, группа Multiservice. Помогает в поиске неисправностей и занимается поддержкой голосовых продуктов для IP-сетей. Мануэл окончил в 1987 году университет города Дейтон (Dayton), получив степень бакалавра в области системотехники. Работал в корпорации MCI специалистом второго уровня поддержки сети HyperStream Frame Relay Network. Живет с женой Сандрой, дочерью Сабриной и сыном Франциско. Принимал участие в работе над главой, посвященной технологии ATM.
Трэвис Пауэлл (Travis Powell) в течение двух лет работал в корпорации Cisco Systems. Сейчас занимается разработкой программного обеспечения в подразделении Research Triangle Park в группе Network Services Integration Test Engineering Internal System (NSITE) (ISET). В его обязанности входит тестирование продуктов сетевого управления. Трэвис имеет большой опыт работы с сетью SS7 и хорошо знаком с инфраструктурой провайдеров служб. В течение трех с половиной лет работал с сетью SS7 в корпорации Lucent, а перед этим два года был сотрудником сетевого операционного центра корпорации Bell South в городе Шарлотта (Charlotte), Северная Каролина. Принял участие в написании раздела, посвященного технологии LNP, главы 2, “Сеть SS7”.
Технические рецензенты
Рон Гранак (Ron Нгапас) — технический руководитель группы Broadband Network Engineering корпорации Cisco Systems. Профессиональная деятельность Рона включает публикацию сотен статей и докладов. В прошлом был председателем специального комитета Национальной ассоциации кабельного телевидения по вопросам исследования 75-омных измерительных приборов в Национальном бюро стандартов. Сейчас является председателем национального совета директоров Общества инженеров кабельного телевидения. В 1987 году стал первым специалистом в сфере кабельных коммуникаций, сертифицированным по программе SCTE ВСТ/Е. При этом получил сертификат как на инженерном, так и на техническом уровне. Рон стал рецензентом главы 13, “Технология кабельных модемов и кабельное телевидение”.
Трэда Нили (Grady Neely) является инженером по вопросам технической поддержки корпорации ADTRAN. Занимается сопровождением продуктов ADTRAN, установленных в сетях корпораций Verizon, SBC, MCI и AT&T..Окончил университет штата Алабама, получив степень бакалавра в области системотехники. На данный момент вместе с женой Кейт ожидает рождения первого ребенка.
Лорент Николас (Laurent Nikolas) — технический руководитель группы Voice Solutions Architecture Group в городе Сан-Хосе, штат Калифорния. В течение последних трех лет работы в корпорации Cisco Systems занимается вопросами IP-телефонии. В сферу его деятельности входят сети SS7, ISDN и R2, а также протоколы MGCP, Н.323 и SIP, которые используются при управлении голосовыми сигналами и их передаче по протоколу IP. Занимается определением и проверкой структур Class 4 и Class 5, основанных на перечисленных выше протоколах, для их дальнейшей установки в различных странах. В его работе затрагиваются вопросы организации служб передачи данных на большие расстояния, а также резидентного и коммерческого доступа.
В прошлом Лорент 13 лет работал во французском представительстве корпорации IBM в подразделении по организации сетей. Занимал должности специалиста по поддержке и тестированию систем, а также специалиста по структурному и системному проектированию и разработке сетей. Лорент принимал самое непосредственное участие в проектировании и разработке структуры широкополосной многофункциональной сети и соответствующего ей коммутатора. В его обязанности входили изучение и разработка технологии ATM. Он принимал участие в решении вопросов управления соединением в многофункциональной сети. Среди них — передача нескольких классов трафика, включая эмуляцию канала и голосовую поддержку, резервирование полосы пропускания и управление допуском к соединению, а также упорядочивание, ограничение и планирование трафика.
Лорент получил диплом инженера по окончании политехнического института Ecole во Франции в 1984 году.
Нэнси Рот (Nancy Roth) — технический инструктор корпорации Cisco Systems. Имеет степень бакалавра компьютерных наук. В прошлом работала системным администратором операционных систем UNIX, AS400 и Novell, менеджером компьютерного центра государственного колледжа и компьютерным инженером по вопросам различных структур баз данных и объектно-ориентированных языков программирования. Ее общественная деятельность включает в себя служение церкви и участие в государственных проектах.
Мартин Уолшоу (Martin Walshaw) — инженер-системотехник филиала корпорации Cisco Systems в Южной Африке. Днем и ночью он углублен во внедрение новых технологий. В течение последних 15 лет занимался многими аспектами IT-индустрии: от программирования на языках RPG III и Cobol до продаж персональных компьютеров и обучения информационным технологиям. В конце концов решил, что его призванием являются сети, а именно — сети, построенные на оборудовании корпорации Cisco. Свободное время проводит с женой Вэл и двумя маленькими “хулиганами”: Джошуа и Каллумом. Без их терпения, понимания и поддержки (и самое главное — любви) проекты, подобные этой книге, были бы невозможны.
Посвящения
Посвящаю эту книгу Роберту Франклину Колдуэллу (Robert Franklin Caldwell). Отец, мне тебя будет не хватать.
Брэд
Хочу посвятить эту книгу моей жене Карен. Благодаря ее терпению и поддержке этот непростой проект завершен.
Тоби
Благодарности
От Брэда Дансмора.
В работе над этой книгой принимали участие многие люди, и я благодарен им за то, что эта книга смогла увидеть свет. Во-первых, хочу сказать спасибо прекрасным ребятам из издательства Cisco Press — за их терпение. Джон Кейн (John Капе), Мишель Грандин (Michelle Grandin) и Дрю Капп (Drew Cupp) оказывали помощь в составлении плана этой книги. Благодарю за ваш тяжелый труд и за то, что время от времени вы побуждали работать над главами быстрее. Все это привело к успешному завершению работы.
Благодарю также тех, кто давал мне полезные советы и оказывая поддержку, когда я в этом нуждался. Лорент Николас (Laurent Nicolas), Грэди Нили (Grady Neely), Нэнси Рот (Nancy Roth) и Мартин Уолшоу (Martin Walshaw), вы — прекрасные технические редакторы. Ваша искренность, техническая квалификация и честность мне очень помогли. Также благодарю за участие в работе над этой книгой Гэри Пейта (Gary Pate), Ллойда Джоунса (Lloyd Jones), Кена Сталлингза (Ken Stallings) и Энджи Рида (Angie Reed). Вы научили меня многому из того, что я теперь знаю. Знания, полученные от вас, ребята, просто неоценимы.
Мой хороший друг, Тоби Скандьер, спасибо за то, что ты помог мне начать работу над этим проектом. Благодарю за твой тяжкий труд и готовность взяться за выполнение сложной задачи. Без твоей помощи эта книга не смогла бы увидеть свет. Также выражаю признательность Кристиану, Джоэлу и Тиму за помощь на одиннадцатом часу написания книги. Спасибо за ваше посвящение.
Хочу также поблагодарить чудесных ребят из корпорации Cisco. Это самые умные люди из всех, кого я когда-либо встречал, и я каждый день учусь у них чему-то новому. Спасибо, Илона, за то, что ты дала мне шанс, включив два года тому назад в состав своей группы.
И наконец, самую большую признательность выражаю моей жене Тэмми. Трудно представить, как она справлялась с долгими часами одиночества, когда я был занят в течение года работой над этой книгой, которая смогла быть завершена только благодаря ее поддержке.
От Тоби Скандьера.
Хочу выразить признательность Брэду Дансмору, который является соавтором этой книги. Спасибо за твои квалифицированные советы и безграничную уверенность в моих способностях. Брэд, ты всегда был хорошим другом и прекрасным советчиком в различных технических вопросах. Также хочу поблагодарить руководство корпорации
Spirit, в которой я работаю, и в частности моего начальника Эла Смита (Al Smith), за то, что они помогли мне стать хорошим специалистом в области передачи данных и телекоммуникаций. Особую благодарность выражаю издательству Cisco Press. Несмотря на то, что я являюсь экспертом в определенных технических областях, в издательской сфере я — абсолютный новичок. Эта группа настоящих профессионалов смогла добиться от меня такого уровня продуктивности, о котором я даже и не подозревал. Кроме того, они привели мою работу в презентабельный вид. Наконец, хочу поблагодарить каждого технического редактора и всех остальных участников этого проекта за их квалификацию и неоценимый вклад в работу над этой книгой.
Введение
В течение последних нескольких лет рынки всего мира стали открытыми, и это потребовало расширить подходы к построению сетей провайдеров служб и использованию телекоммуникационных технологий. В наше время тяжело найти исчерпывающее справочное руководство как по североамериканским, так и по международным стандартам.
Эта книга призвана стать справочным руководством к широкому диапазону технологий, применяемых в современных телекоммуникационных сетях. Материал, представленный в книге, не ограничивается лишь североамериканскими технологиями. Он содержит также подробное описание международных методов обмена информацией. Цель книги — помочь провайдеру службы независимо от места, где он находится.
Существует множество книг, посвященных специфическим аспектам телекоммуникационных технологий. Многие из них затрагивают только некоторые конкретные технологии, а в других рассматриваются лишь методы обмена информацией, применяемые в Северной Америке. Эта книга была задумана как исчерпывающее справочное руководство для тех, кто хочет ознакомиться с разнообразными международными технологиями. В ней рассматривается методология передачи данных на большие расстояния, которая используется в разных частях мира.
Для кого предназначена эта книга
Эта книга предназначена для тех, кто хочет узнать о технологиях, которые используются во всем мире для передачи данных и голосовых сигналов. Она написана таким образом, чтобы материал был понятен даже тем читателям, которые мало знают о телекоммуникациях, но при этом книга может стать хорошим техническим руководством и для опытных инженеров.
Хорошо, если читатель уже имеет базовые знания о:
процессе обмена данными в глобальных сетях;
курсе CCNA или других эквивалентных курсах.
Форум эксперта
В большинство глав включены разделы, обозначенные как “форум эксперта”. В них рассматриваются вопросы повышенной сложности или затрагиваются специфические подробности конкретной технологии. Эти разделы написаны различными инже-
мерами, чтобы показать методы реального применения теории, представленной в каждой главе.
Резюме глав и контрольные вопросы
Разделы “Резюме” и “Контрольные вопросы” в конце каждой главы предназначены для закрепления самых важных тем, затронутых в соответствующей главе. Их можно использовать для того, чтобы проверить свое понимание изученного материала. Контрольные вопросы представлены в трех форматах: с возможностью выбора одного из нескольких вариантов ответов, в форме практического упражнения и, наконец, в виде вопроса на который необходимо дать развернутый ответ. Ответ на каждый из вопросов для полного закрепления материала подробно рассматривается и разъясняется в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
В этой главе...
Введение в аналоговую перешчу данных. В данном разделе представлен обзор технологий, которые рл имлриваются в этой главе.
Основные характеристики аналогового сигнала. В этом разделе рассматриваются основные характеристики аналогового сигнала, такие, как амплитуда, длина волны и частота.
Полоса пропускания и искажение сигнала. Внастояшем разделе дано определение полосы пропускания и видов искажения’сигнала, включая затухание, шумы и цифро-аналоговые преобразования.
Структура аналоговых служб. В этом разделе рассматриваются основные с фактуры. включая двухпроводные каналы, модули IDLC и стандарты GR-303- CORE.
ГлаваГлава11
Глава
Глава
1
1
Обзор аналоговых средств связи
Введение в аналоговую передачу данных
В этой главе рассматриваются базовые термины и концепции, которые обычно применяются по отношению к аналоговым средствам связи, кратко показано, что собой представляет аналоговый сигнал и из чего он состоит, а также рассмотрены различные методы аналоговой передачи данных. Несмотря на то что большая часть книги посвящена различным аспектам цифровой передачи данных, крайне важно понимать, как организована аналоговая связь. Это позволит увидеть основные отличия аналоговой связи от цифровой и заложит прочное основание для дальнейшего изучения, материала данной книги.
Понятие аналоговый основано на природе сигнала, который аналогичен или подобен исходному потоку звукового сигнала. Аналоговая передача информации используется в некоторых известных бытовых приборах: телевизорах, радиоприемниках и телефонных системах. Для иллюстрации аналоговой природы звукового сигнала рассмотрим такой пример: когда я разговариваю со своей сотрудницей Сьюзен, звуковые волны по воздуху достигают ее ушей, барабанные перепонки вибрируют, колебания интерпретируются кохлеарным аппаратом уха как слова. Работа обычного аналогового телефона во многом подобна этому процессу.
Когда кто-то говорит в телефонную трубку, от звуковых волн вибрирует диафрагма, расположенная внутри трубки. Звуковые колебания преобразовываются в электрические, которые имеют ту же частоту, что и исходная звуковая волна. Они передаются по сети носителя (оператора связи) к пункту назначения. В телефонном аппарате удаленного абонента происходит обратный процесс, и в результате второй абонент слышит произнесенные первым слова (см. рис. 1.1).
звуковые волны в электрический сигналзвуковые волны в электрический сигналэлектрический сигнал обратно в звуковые волныэлектрический сигнал обратно в звуковые волныРис. 1.1. Базовая схема передачи аналогового сигналаРис. 1.1. Базовая схема передачи аналогового сигнала
звуковые волны в электрический сигнал
звуковые волны в электрический сигнал
электрический сигнал обратно в звуковые волны
электрический сигнал обратно в звуковые волны
Рис. 1.1. Базовая схема передачи аналогового сигнала
Рис. 1.1. Базовая схема передачи аналогового сигнала
Конечно же, аналоговая цепь абонента состоит не только из телефонной трубки. Необходимое качество обслуживания (QoS — Quality of Service) достигается при помощи множества различных элементов оборудования, расположенного как на стороне абонента, так и у провайдера. Прежде чем приступить к изучению некоторых стандартных средств, предоставляемых телекоммуникационными компаниями, давайте рассмотрим подробнее компоненты аналогового сигнала.
Основные характеристики аналогового сигнала
Все средства связи, которые на сегодняшний день используются в мире, основаны на передаче электрического тока из одной точки в другую. Как работа в сети Internet, так и разговор с другом по телефону обеспечиваются за счет постоянного протекания тока по оборудованию телекоммуникационной инфраструктуры. По каналам связи могут передаваться различные типы сигналов. В этой книге рассматриваются два основных типа сигналов: аналоговые и цифровые. Некоторые виды физической передающей среды, как, например, волоконно-оптический кабель, используются для передачи данных в сети провайдера в виде световых сигналов. Принципы цифровой передачи для такой среды такие же, однако для ее организации используются лазеры и светодиоды.
Аналоговые и цифровые сигналы коренным образом отличаются друг от друга. Условно можно сказать, что они находятся на разных концах одного и того же спектра. Из-за таких существенных различий между двумя типами сигналов для организации “моста” между ними приходится использовать промежуточные устройства, наподобие цифро-аналоговых преобразователей (они рассматриваются ниже в текущей главе).
Основное различие между аналоговыми и цифровыми сигналами заключается в самой структуре сигнального потока. Аналоговые сигналы представляют собой непрерывный поток, характеризующийся изменениями частоты и амплитуды. Это означает, что форма аналогового сигнала обычно похожа на синусоиду (т.е. гармоническую волну), представленную на рис. 1.2. Зачастую на иллюстрациях, изображающих гармоническую волну, весь сигнал характеризуется одним и тем же соотношением частоты и амплитуды, однако при графическом представлении сложной волны видно, что такое соотношение изменяется в зависимости от частоты.
Время
Рис. 1.2. Поток аналогового сигнала
Цифровым сигналам соответствуют дискретные электрические значения, которые передаются индивидуально по некоторой физической передающей среде. В отличие от аналоговых сигналов, в которых количество возможных значений амплитуды почти бесконечно, для цифровых сигналов она может принимать одно из двух (или четырех) различных значений — как положительных, так и отрицательных. Цифровые сигналы передаются в виде единиц и нулей, которые обычно называют двоичными. Более подробно потоки цифровых сигналов рассматриваются в главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”.
Как и в любой другой технологии, для описания аналоговых сигналов используются базовые концепции и собственная терминология. Непрерывные аналоговые сигналы имеют три основные характеристики:
амплитуду;
длину волны;
частоту.
Графическое представление каждой их перечисленных характеристик показано на рис. 1.3.
Амплитуда
Амплитуда электрического сигнала — это расстояние по вертикали между самой низкой и самой высокой конечными точками. Важно помнить, что для а'мплитуды расстояние выше и ниже нуля является равнозначным.
Длина волны
Длина волны — это расстояние между двумя соседними волнами сигнала. Чтобы определить полную длину волны, необходимо измерить расстояние между двумя одинаковыми точками двух соседних волн. Обычно для определения этой величины используется расстояние между пиками двух волн. Длина волны напрямую связана с частотой потока сигнала. Чем больше частота сигнала, тем меньше длина волны. Такая зависимость
обусловлена увеличением количества повторений (ростом частоты) волны сигнала в течение одного и того же промежутка времени с уменьшением длины волны.
Время
Рис. 1.3. Амплитуда, длина волны и частота аналогового сигнала
Длина волны измеряется в метрах, и каждому значению длины волны соответствует определенная частота. Соотношение между длиной волны и частотой для электромагнитных волн в вакууме выражается следующей формулой:
длина волны = 3 х 108/частота.
Метрическая система, или указание длины волны в метрах, чаще всего используется в радиосвязи для обозначения полосы или диапазона частот. Например, если в приведенную выше формулу подставить значение частоты, равное 2498 кГц (2498000 Гц), то длина волны будет равна 120,0960. После округления получим длину волны, равную 120 метрам.
Частота
Частота — это количество волн (количество повторений) сигнала, проходящих за одну секунду. Обычно частота измеряется в герцах (Гц) или килогерцах (кГц — 1000 Гц). Человеческому голосу обычно соответствуют частоты в диапазоне от 50 Гц до 5000 Гц, причем основная активность приходится на диапазон от 300 Гц до 3400 Гц (3,1 кГц). Это означает, что в большинстве голосовых диалогов используется диапазон от 300 до 3400 звуковых колебаний в секунду. Итак, если кто-то говорит о вызове с полосой 3,1 кГц, он имеет в виду специфический диапазон частот, который используется в аналоговой передаче голоса.
Полоса пропускания и искажение сигнала
На базовую структуру аналогового сигнала влияют некоторые факторы. Первый и самый основной из них — ограничение ширины полосы пропускания или количества информации, которая может быть передана за некоторый промежуток времени. Ширина полосы пропускания не является эквивалентом скорости передачи. Электроны передаются по инфраструктуре с постоянной скоростью, независимо от типа физической передающей среды. Даже в случае использования волоконно-оптического кабеля физическая передача световых сигналов осуществляется не быстрее, чем позволяет скорость света. Полоса пропускания (bandwidth) — это разность между максимальной и минимальной частотами сигналов для телекоммуникационной инфраструктуры, а количество битов, которые могут быть переданы за некоторый промежуток времени, описывается таким понятием, как скорость в бод (baud). Если 10 битов может быть передано за один промежуток времени вместо пяти, это говорит о более высокой скорости передачи в бод, причем полоса пропускания может оставаться неизменной.
Аналоговые сигналы восприимчивы к затуханию и шумам в линии, связанным с использованием медных проводников в качестве материала передающей среды.
Потоки аналоговых сигналов являются простым средством связи. Несмотря на возможность передачи голоса, они не могут обеспечить высокоскоростную передачу, которая требуется на современном уровне развития оборудования передачи данных.
В контексте современных технологий аналоговая связь имеет ограниченную полосу пропускания. Аналоговая линия даже с самой широкой полосой пропускания не может сравниться с теми возможностями, которые предоставляет простейшая цифровая связь. Если при цифровой передаче данных не используется заимствование битов (т.е. обычно 56 Кбит/с полностью используются для полезной информации, а оставшаяся часть — для служебной), то базовая полоса пропускания достигает 64 Кбит/с. Такое значение превышает возможности любых аналоговых каналов.
Важно также отметить, что ограничивающим фактором для полосы пропускания аналогового сигнала является провайдер службы. В аналоговых каналах используются фильтры низких и высоких частот, основная задача которых — обеспечить передачу сигнала в заданном диапазоне частот. Такие фильтры удаляют все, что лежит вне диапазона 3,1 кГц, необходимого для организации голосового аналогового канала. Это накладывает на аналоговые каналы значительные ограничения.
На физическую среду передачи данных влияют такие факторы, как затухание, шумы и перекрестные наводки. Некоторые передающие среды более восприимчивы к этим факторам, что следует учитывать при планировании и установке сетевой инфраструктуры. Если не принять во внимание влияние отрицательных факторов, то сигнал может быть полностью утерян, а это снижает качество обслуживания абонента.
Затухание сигнала и шумы
Первая проблема, характерная для электрического тока — необходимость поддерживать нужный уровень сигнала. Сигнал, проходящий по передающей среде, посте-
пенно затухает (рис. 1.4). Вектор на рис. 1.4 показывает область затухания сигнала при его удалении от источника.
РасстояниеРасстояниеРис. 1.4. Вектор затухания потока аналогового сигналаРис. 1.4. Вектор затухания потока аналогового сигналаЗатухший сигналЗатухший сигнал
Расстояние
Расстояние
Рис. 1.4. Вектор затухания потока аналогового сигнала
Рис. 1.4. Вектор затухания потока аналогового сигнала
Затухший сигнал
Затухший сигнал
Затухание характерно как для аналоговых, так и для цифровых сигналов. Существует конечное значение для расстояния, которое может пройти сигнал без усиления или восстановления. Затухание растет с увеличением частоты сигнала и удлинением кабеля передающей среды. Тип кабеля в данном случае также имеет значение. Например, если частота сигнала остается неизменной, в ответвительном кабеле (drop cable) с диаметром сечения 22 затухание будет меньшим, чем в ответвительном кабеле той же длины с диаметром сечения 26. Чем меньше диаметр сечения кабеля, тем надежнее кабель.
Затухание — это величина, характеризующая потери амплитуды, измеряется в децибелах (дБ). Величина потерь сигнала выражается отрицательными значениями, соответственно, значению -2 дБ соответствует более сильный сигнал, чем значению -4 дБ. Для каждых 6 децибел величина сигнала уменьшается в два раза. Иными словами, сигнал затуханием -8 дБ в два раза меньше, чем сигнал с затуханием в -2 дБ. Об этом важно помнить при сравнении характеристик различных ответвительных кабелей.
Если затухание не контролировать, уровень сигнала понизится так, что принимающая сторона не сможет обработать передаваемую информацию. Чем выше частота потока сигнала, тем сильнее он подвержен затуханию. С увеличением частоты уровень сигнала быстрее понижается в контрольных точках по направлению к пункту назначения. Именно по этой причине приемникам высокоскоростного оборудования значительно сложнее распознать исходный сигнал. Еще один аспект, отличающий аналоговые сигналы от цифровых — способ коррекции затухания.
Цифровые сигналы состоят из дискретных значений, поэтому их легко обнаружить и регенерировать. Цифровой повторитель полностью регенерирует сигнал, позволяя увеличить расстояние, на которые могут быть переданы данные. После того как ослабленный сигнал поступает в повторитель, он восстанавливается и передается дальше, имея уровень исходного сигнала.
Аналоговые сигналы не регенерируются. Потоки аналоговых сигналов должны усиливаться из-за постоянного изменения их амплитуды. Когда сигнал затухает, его амплитуда в физической передающей среде должна быть увеличена. В этом и заключается фундаментальная проблема этого метода усиления.
Усилитель повышает общий уровень сигнала в линии, в том числе и уровень шумов. Это можно сравнить с прослушиванием музыкальной радиопередачи, когда сигнал содержит статические помехи. Если увеличить громкость радиоприемника, чтобы лучше слышать музыку, то, соответственно, увеличится громкость статического шума. Чем больше усиливается сигнал, тем громче становится шум. В конце концов наступает момент, когда усиливать сигнал больше нельзя, так как шумы становятся настолько сильными, что принимающая сторона не может распознать принимаемые данные. Рассмотренная ситуация подводит нас к следующей теме — шумам.
Шум снижает качество сигнала и препятствует принимающему оборудованию распознать действительный сигнал. В рассмотренном выше случае шумы не имеют никакого отношения к самому потоку сигнала и не несут информации. Их источники могут быть самые разнообразные: радиостанции, ультрафиолетовое излучение и даже мощные механизмы, расположенные слишком близко к линии передачи.
Шумы, зачастую называемые шумом линии, оказывают различное воздействие на разные физические передающие среды. Например, витая медная пара более подвержена воздействию шумов, а оптоволоконные линии — менее. Тот, кто работает с локальными сетями, вероятно, знает о том, что кабель Ethernet нельзя прокладывать слишком близко к осветительным приборам и желобам электропроводки, в противном случае полезный сигнал будет сильно зашумлен.
В аналоговых линиях чаще всего используется витая пара с диаметром сечения проводов от 22 до 24, а это неизбежно приводит к возникновению шума. На рис. 1.5 показан аналоговый сигнал с шумом.
Время
+
Шум в линии — - - - — - -
Рис. 1.5. Аналоговый сигнал с шумом
Одной из самых распространенных форм шума является перекрестная наводка. В качестве простейшего примера проявления перекрестной наводки можно привести ситуацию, когда кто-то поднимает трубку телефона и слышит чей-то разговор, передаваемый по смежной паре проводов. Причиной возникновения подобного эффекта может быть неисправность оборудования и разъемов или плохое экранирование проводов.
При прохождении электрического тока по кабелю возникает электромагнитное поле, которое может привести к возникновению помех в смежном проводе. Такие помехи еще называют электромагнитными. Чем выше частота сигнала, тем сильнее электромагнитные помехи. Очевидно, что при использовании высокочастотных технологий придется столкнуться с большими проблемами, имеющими отношение к перекрестным наводкам. Существуют два типа перекрестных наводок, с которыми ежедневно сталкиваются провайдеры служб:
перекрестные наводки на ближнем конце линии (NEXT — Near-end crosstalk);
перекрестные наводки на дальнем конце линии (FEXT — Far-end crosstalk).
С точки зрения провайдера службы наводки NEXT возникают на стороне абонента, а наводки FEXT — на конечной нагрузке канала в коммутаторе телефонной станции (СО — central office) (рис. 1.6).
Медная пара проводов и...— ... ..
Рис. 1.6. Наводки NEXT и FEXT в абонентской линии
Чтобы ослабить действие электромагнитных помех, пару медных проводов перевивают. Витки позволяют не только рассеять электромагнитные помехи, но и ослабить эффект затухания сигнала. Чем больше витков на одном погонном метре кабеля, тем лучше защита от электромагнитных помех. Например, в кабеле третьей категории (САТЗ) используется примерно один виток на каждые десять сантиметров, а в кабеле пятой категории (САТ5) — один виток на каждые шесть сантиметров. Таким образом, кабель САТ5 может поддерживать более широкую полосу пропускания, чем кабель САТЗ той же длины. Использование витых кабельных пар помогает уменьшить помехи только до определенного расстояния, по достижении которого все же требуется использовать усиление или регенерацию сигнала.
Причиной наводок NEXT может стать плохо свитый кабель, неплотное соединение или неисправные разъемы и провода. Перекрестные наводки могут также возникнуть из-за трещин в оболочке смежных проводов. Обращайте особое внимание на структуру кабеля, особенно если используются разъемы собственного производства. Если витки на концах
кабеля расположены слишком далеко от разъема, то при передаче высокочастотного сигнала это может стать причиной возникновения перекрестных наводок.
Наводки FEXT обычно слабее наводок NEXT из-за затухания сигнала. К моменту, когда сигнал достигает пункта назначения, он обязательно становится слабее, чем в начале пути. По этой причине наводки FEXT чаще встречаются в коротких кабелях.
Цифро-аналоговые преобразователи
Цифро-аналоговые преобразователи (DAC — digital-analog converter) преобразуют цифровой сигнал в аналоговый. Две самые распространенные реализации этого вида оборудования — модуляторы-демодуляторы (модемы) и преобразователи, которые используются в АТС для каждого аналогового канала.
Модем преобразует униполярные цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в поток аналогового сигнала. Униполярным является сигнал, в котором используется только одна полярность напряжения. Таким образом, в потоке сигнала используются либо только отрицательные, либо только положительные значения напряжения. Для передачи данных по аналоговым каналам до скорости 56 Кбит/с разработаны различные типы сжатия. При использовании подобных высокоскоростных технологий полоса пропускания ограничена из-за перекрестных наводок на стороне коммутатора телефонной станции. При передаче информации по обычным голосовым каналам с чистой скоростью 56 Кбит/с возникают проблемы, поэтому ради мирного сосуществования механизмов передачи голоса и данных с помощью модемов приходится вносить определенные ограничения.
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования необходимы, так как сигнал, поступающий от компьютера, является цифровым, а линия связи — аналоговой. При использовании цифровой линии связи наподобие технологий цифровой сети с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network — ISDN) потребность в преобразовании сигнала отпадает. Единственное, что может потребоваться в таком случае — изменить формат цифрового сигнала с целью установления соответствия спецификации ISDN.
В аналоговых линиях также требуется аналого-цифровое преобразование, но только в оборудовании городской АТС. Оно необходимо, так как инфраструктура провайдера службы состоит из множества разнотипных цифровых средств передачи данных. Единственная часть сети провайдера службы, которая обычно является аналоговой — это служебные линии и связанное с ними оборудование.
В общем случае аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, а затем мультиплексируется в канал с широкой полосой пропускания для передачи по сети провайдера службы. В удаленном офисе (т.е. удаленном коммутаторе АТС) для завершения соединения с абонентом цифровой сигнал преобразовывается обратно в аналоговый (рис. 1.7).
Конечная нагрузка канала для каждой аналоговой цепи в городской АТС также должна преобразовывать сигналы (если только она не реализована с использованием цифровых технологий модуля носителя абонентского канала (Subscriber Line Carrier — SLC), поскольку в таком случае преобразование выполняется до поступления сигнала в центральный офис). В этой книге основное внимание сконцентрировано на средствах цифровой связи, и поэтому в главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”, подробно описан процесс импульсно-кодовой модуляции (PCM — Pulse Code Modulation).
Цифровой сигнал - - - - -
Рис. 1.7. Пример аналого-цифрового преобразования
Структура аналоговых служб
Обычно, когда речь идет об аналоговых службах, в воображении рисуется огромная телекоммуникационная корпорация с сотнями коммутаторов и миллионами клиентов. Данная концепция включает в себя несколько общих представлений о том, что в действительности представляет собой провайдер службы или открытая коммутируемая телефонная сеть (PSTN — Public Switched Telephone Network). Вполне вероятно, что даже тот, кто никогда ранее не был задействован в телекоммуникационной индустрии, тем или иным образом сталкивался с ее сетевой средой. Эта среда заключает в себе все то, что имеет отношение к провайдеру службы.
Телекоммуникационные корпорации предоставляют свои услуги практически каждому дому и каждой организации во всем мире. Все службы, к которым получает доступ клиент, построены на так называемых абонентских линиях. Абонентская линия — это участок кабеля между квартирой или организацией и центральным офисом провайдера службы. Самой распространенной является аналоговая телефонная служба. Телефонный кабель не просто уходит в стену и исчезает в сетевой среде провайдера службы. Существует несколько единиц оборудования, с которыми взаимодействуют интерфейсы аналоговой цепи клиента с целью организации службы.
Первым и самым важным элементом цепи между квартирой/офисом клиента и центральным телефонным коммутатором (т.е. АТС) провайдера службы является телефон. В такой цепи есть два логических участка: абонентский и провайдера службы. На стороне провайдера службы находится все оборудование, необходимое для связи с абонентом. И участок сети абонента, и участок провайдера службы заканчиваются устройством, которое называется сетевым интерфейсным модулем (NID — Network Interface Device). Модуль NID — это общепринятый в Соединенных Штатах Америки интерфейс, который отделяет телекоммуникационное оборудование провайдера службы от оборудования клиента. Использование такого устройства обусловлено тем, что федеральное правительство США в 1984 году ограничило набор служб и оборудова-
ния, которые могут использовать телефонные компании. Несмотря на то что в других странах при работе с оборудованием неамериканских производителей понятие NID не используется, вполне вероятно, что существуют какие-то аналоги такого устройства.
Провайдер местной службы предоставляет канал либо организации, либо частной квартире. Таким образом, прокладка провода от телефонного коммутатора к клиенту — это задача телефонной компании, а прокладка провода от модуля NID непосредственно к устройству клиента — это задача самого клиента.
Двухпроводные каналы
В аналоговом соединении, предоставляемом клиенту, используются два провода, которые соответствуют двум частям разъема в старых ручных коммутаторах. В двухпроводных линиях обычно используются два центральных контакта, которые чаще всего встречаются в модульных разъемах стандарта RJ-11.
В общем случае телефонный канал работает следующим образом. Когда трубка телефона лежит на рычаге или набор номера прерван, физическая цепь между телефоном и коммутатором АТС разорвана. После того как трубку снимают с рычага или начинается набор номера, цепь замыкается, и в линию от батарей телефонной станции подается постоянное напряжение48 В. Кому-то это может показаться странным, поскольку связь еще не установлена, но тем не менее клиент уже может получить от телефонной станции тоновый сигнал. Для передачи такого сигнала используется сигнал переменного тока. В телефоне установлен мост, который блокирует передачу сигналов постоянного тока до тех пор, пока трубка не будет снята с рычага. В момент снятия трубки коммутатор помечает канал как занятый, и на принимающее устройство больше никаких тоновых сигналов не передается.
Внимание!
В приведенном упрощенном описании службы не учитываются такие развитые сетевые службы, как сигнал "ожидание звонка".
Тоновый сигнал, который мы слышим, когда поднимаем телефонную трубку, фактически генерируется коммутатором. Он извещает клиента о том, что канал готов к передаче вызова. После того как клиент услышал тоновый сигнал, он набирает цифры телефонного номера (рис. 1.8). Если используется телефон с тоновым набором (кнопочный), то при нажатии отдельных клавиш слышен характерный тоновый звук. Такой набор номера называют двухтональным многочастотным (DTMF — Dual Топе Mutifrequency). Каждому символу на телефонном аппарате соответствует звук определенной высоты, который коммутатор интерпретирует как набранную цифру. Передача тонового сигнала перед набором номера поддерживается не всеми технологиями, но об этом речь пойдет в следующих главах.
555-1212555-1212Трубка на рычагеТрубка на рычаге•49vDC•49vDC
555-1212
555-1212
Трубка на рычаге
Трубка на рычаге
•49vDC
•49vDC
Ток поступает от батарей АТС, а тональный сигнал поступает от коммутатора
Пара медных проводов —,■
Рис. 1.8. Состояния аналогового телефонного канала
“Форум эксперта”: виды аналоговых служебных сигналов
Существует несколько основных видов аналоговых служебных сигналов, которые используются в аналоговых каналах для обработки событий помещения телефонной трубки на рычаг и ее снятия с рычага:
служебные сигналы замыкания линии;
инверсные сигналы батареи линии;
сигналы замыкания на заземление;
служебные сигналы Е&М.
Первый тип аналоговых управляющих сигналов извещает о замыкании линии. Фактически процесс создания замкнутой линии уже рассматривался в предыдущем разделе при описании двухпроводных каналов. Сигнал замыкания линии обычно используется в аналоговых установках. Он замыкает двухпроводную цепь (линию) с целью захвата канала. Когда телефонная трубка опускается на рычаг, цепь размыкается. Когда трубку поднимают с рычага, цепь замыкается, и телефонный коммутатор считает абонентский канал занятым. Телефонная станция (АТС) обнаруживает захват абонентской линии, подавая ток на первый провод и заземляя второй.
По сравнению с сигналом замыкания линии обратный (инверсный) сигнал батареи в аналоговых цепях относительно прост. Сигнал замыкания линии предусматривает подачу тока от батареи на первый провод и заземление второго провода, а инверсный служебный сигнал батареи выполняет обратное действие.
Служебные сигналы с заземлением чаще всего используются для коммутации в автоматических телефонных станциях (АТС). Этот вид управляющих сигналов формирует-
ся через заземление локальным коммутатором с использованием второго провода. Удаленный коммутатор отслеживает момент заземления второго провода и после обнаружения замыкает цепь для обслуживания активного вызова.
Служебные сигналы Е&М имеют несколько определений. Их называют Ear and Mouth (ухо и рот), Earth and Magnet (земля и магнит) или Receive and Transmit (прием и передача). Независимо от определения область применения этих сигналов остается неизменной. Сигналы Е&М обычно используются только в соединениях между коммутаторами, станциями АТС или комбинациями коммутаторов и АТС. Чаще всего для определения данного вида сигналов используется термин Ear and Mouth, потому что так проще запомнить функцию каждого из проводов. На каждой стороне соединения стандарта Е&М коммутатор или станция АТС отслеживает заземление провода Е и передает сигнал локального заземления на провод М.
Сигналы Е&М могут работать в двух режимах: стандартном и мерцающем. В стандартном режиме исходный коммутатор фиксирует момент, когда трубку снимают с рычага, и ожидает передачи цифр номера 210 миллисекунд. Ожидание в промежутке от 140 до 200 миллисекунд называется мерцанием.
В режиме мерцания исходный коммутатор передает цифры после периода ожидания в 150 миллисекунд. Уменьшение периода ожидания позволяет ускорить процесс установки вызова.
Автоматические телефонные станции, которые еще называют конечными телефонными станциями, являются централизованным сосредоточением коммутаторов, мультиплексоров (MUX) и демультиплексоров (DEMUX), систем цифрового доступа и перекрестной связи (DAC — Digital Access and Crossconnect), а также большого набора другого оборудования, которое рассмотрено ниже.
Рассмотрим базовую структуру аналоговой телефонной службы. На рис. 1.9 сплошной линии соответствует пара медных проводов, соединяющая дом с центральным офисом. К сожалению, в жизни все не так просто.
Пара медных проводов _______
Рис. 1.9. Базовая структура аналоговой телефонной службы
МодулиIDLC
Для усовершенствования службы и экономии денег провайдера в проиллюстрированную выше основную структуру телефонного соединения были добавлены дополнительные средства. Раньше, если телефонная компания должна была обслужить расположенные неподалеку от центрального офиса 24 дома, приходилось протягивать 24 пары медных проводов. Такой метод был слишком дорогостоящим. На рис. 1.10 представлена схема с использованием отдельной линии для каждого дома. Для упрощения
задачи подключения конечных абонентов были изобретены модули IDLC (также известные как SLC) и мультиплексированные каналы с временным разделением сигналов (TDM — time-division multiplexing).
Каналы IDLC используются в густонаселенных жилых или деловых районах и позволяют сократить количество медных проводов. Использование модуля IDLC представлено на рис. 1.11.
Аналоговая телефонная служба
Пара медных проводов —.
Рис. 1.10. Организация нескольких аналоговых каналов без использования модуля 1DLC
Модули SLC различаются по количеству портов: SLC-48, SLC-96, SLC-500 и SLC- 2000. Самые большие модули SLC (Subscriber Line Carrier — носитель абонентского канала) используются в средних и больших деловых районах, потому что они позволяют организовать как аналоговые, так и цифровые службы. Аббревиатура SLC была выбрана по соглашению компанией Lucent для серии продуктов IDLC. В разделе, посвященном затуханию, упоминается, что модули IDLC используются для усиления сигналов в аналоговых линиях. Если разместить конечную точку аналогового канала ближе к абоненту, потребность в многократном усилении сигнала в большинстве случаев отпадает.
Для обратной связи с центральным офисом модули IDLC используют цифровую магистраль с широкой полосой пропускания или несколько таких магистралей, что позволяет провайдеру обслуживать свой участок открытой коммутируемой телефонной сети. Когда впервые были применены такие устройства объединения абонентского канала, они использовали для обратной связи с центральным офисом магистрали Т1 или Е1.
Аналоговая телефонная служба
Мультиплексированные каналы с временным уплотнением и широкой полосой пропускания ■****■
Пара медных проводов। и
Рис. 1.11. Использование модуля IDLC
Тем не менее последние разработки в области цифровых технологий позволили провайдерам служб использовать д ля прямой связи центрального офиса с модулями IDLC волоконно-оптические магистрали. При этом придерживаются стандартов синхронной оптической сети (SONET) и синхронной цифровой иерархии (SDH). Такие оптоволоконные связи позволяют провайдерам обслуживать большее количество магистралей и предоставлять клиентам службы с более широкой полосой пропускания. Дополнительную информацию об указанных технологиях можно найти в следующих главах:
глава 5, “Технология Т1 ”;
глава 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”;
глава 14, “Технологии SONET и SDH”.
Модули IDLC построены на основании набора стандартов GR-303-CORE корпорации Bellcore.
Набор стандартов GR-303-CORE
Набор стандартов GR-303-CORE разработан для описания принципов построения инфраструктур, которые могут быть разработаны в будущем с использованием модулей IDLC. Этот набор стандартов преследует две цели: решить проблему ограничений, накладываемых на стандартную структуру с использованием модулей IDLC, и упростить объединение многих цифровых физических сред передачи. Стандарты GR-303- CORE предназначены в первую очередь для цифровых каналов, однако на их основе
можно объединять как аналоговые, так и цифровые физические среды передачи данных. Стандарты GR-303-CORE позволяют преобразовать аналоговые каналы в цифровые магистрали для передачи информации автоматической телефонной станции.
Для обеспечения работы структуры разработано несколько новых служб: комбинированная оптокоаксиальная кабельная система (Hybrid Fiber Coax — HFC), цифровая абонентская линия (xDSL), оптоволоконные каналы и интеграция оборудования ISDN непосредственно в модуль SLC. Такая схема создает предпосылки для создания нового поколения модулей IDLC (New Generation IDLC — NG-IDLC). В наборе стандартов GR- 303-CORE также определены стандартные методологии разработки, предназначенные для преодоления расхождений между производителями и технологиями.
Внутри стандарта GR-303-CORE находится спецификация управления канальным интервалом (ТМС — Timeslot Management Channel), предназначенным для передачи сообщений вызова в несколько каналов TDM. Такой канал передачи управляющих сигналов определяет состояние устройства абонента: телефонная трубка находится на рычаге и она снята. При этом используется передача служебных сигналов с заимствованием бита (RBS — Robbed-bit signaling). Несмотря на то что такой подход упрощает процесс установки вызова, он ограничивает скорость передачи данных в канале до 56 Кбит/с. Потеря 8 Кбит/с обусловлена заимствованием последнего значащего бита для определения состояния вызова (т.е. для служебной информации).
Новые стандарты позволяют использовать полностью цифровую передачу сигналов уровня 3 (DS-3) по цене линии с пропускной способностью Т1 (а такая передача эквивалентна 28 каналам Т1), а также предоставляют возможность организовать резервирование линий передачи трафика данных. Благодаря стандартам GR-303-CORE текущая инфраструктура IDLC становится открытой с точки зрения возможности объединения технологий, а также предоставляет возможность общего управления вызовами для нескольких каналов TDM. Кроме того, теперь можно использовать намного больше каналов, чем в предшествующей структуре.
Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI — European Telecommunications Standards Institute) создал набор стандартов, во многом схожий по своим свойствам на стандарт GR-303-CORE, в котором используется несколько другая терминология. Набор стандартов ETSI V5 (версия 5) имеет несколько спецификаций, включая версии V5.1 и V5.2. Спецификация V5.2 описывает обмен данными между узлом доступа к службе (AN — Access Node) и местной телефонной станцией (LE — Local Exchange). В соединениях V5.2 для обмена данными используются от одной до 16 магистралей с пропускной способностью Е1. Совокупность нескольких магистралей Е1 называется связкой V5.2. Одним из основных отличий спецификации V5.1 от спецификации V5.2 является то, что в спецификации V5.2 добавлена возможность использовать каналы доступа к службе с первичной скоростью (ERA — Primary Rate Access). В случае использования стандартов V5 узел доступа к службе (AN) эквивалентен модулю IDLC стандарта GR-303-CORE, а местная телефонная станция (LE) — интерфейсу коммутатора провайдера службы.
Каждый канал носителя Е1 внутри связки V5.2 имеет свой собственный уникальный номер-идентификатор. Кроме того, если узел доступа определяет необходимость запрета движения трафика через некоторый канал, то реализовать такую возможность можно, блокировав канал с заданным идентификатором. В стандартах V5 обычно ис-
пользуются два вида блокировки: отложенная и незамедлительная. При отложенной блокировке узел доступа передает сообщение о том, что канал с заданным идентификатором должен быть заблокирован для движения трафика. Местная телефонная станция помечает все свободные каналы DS0 как заблокированные, а затем по отдельности блокирует занятые каналы DS0, как только они освобождаются (т.е. после отсоединения абонента).
Незамедлительная блокировка выполняется несколько иначе. Узел доступа сообщает о том, что канал должен быть заблокирован. Местная телефонная станция коммутирует занятые каналы цифровой службы нулевого уровня DS0 (т.е. активные звонки) в резервную группу каналов DS0 и помечает канал, указанный в запросе узла AN как заблокированный. Местная телефонная станция может также отказать в обслуживании запроса на блокировку, поступившего от узла доступа к сети, передав ему соответствующее сообщение.
Идентификатор канала используется на обоих концах соединения для определения отдельных каналов в связке. Таким образом, обе стороны могут согласовать маршрут передаваемых вызовов.
Стандарты V5 поддерживают множество различных служб, обеспечивающих взаимодействие между узлом доступа и местной телефонной станцией. Наиболее важны из них:
поддержка аналоговых служб;
поддержка базового доступа технологии ISDN и службы PRA Service (V5.2);
возможность использования постоянной арендованной линии.
Как и стандарт GR-303-CORE, спецификация V5 представляет собой подробный набор инструкций по организации обмена данными в аналоговых каналах для узлов доступа, цифровых сетях ISDN, постоянных выделенных каналах (возможно использование линий Е1), а также для взаимодействия между аналоговыми и цифровыми службами.
Резюме
В телекоммуникационной инфраструктуре используются два типа сигналов: аналоговые и цифровые. Аналоговые сигналы используются во многих бытовых приборах: телевизорах, радиоприемниках, телефонах и др. Аналоговые сигналы отличаются от цифровых тем, что имеют непрерывную форму волны с постоянно изменяющейся амплитудой и частотой, а цифровым сигналам соответствуют дискретные значения, которые обычно обозначаются единицами и нулями.
Основные характеристики аналоговых сигналов стандартной синусоидальной формы — амплитуда, длина волны и частота. Амплитуде соответствует общая высота волны. Длина волны — это расстояние между двумя соответствующими точками соседних волн. Частота — это количество повторений сигнала за одну секунду.
Как для аналоговых, так и для цифровых сигналов характерны одни и те же проблемы: затухание сигнала, шумы и наводки. Затухание — это потеря мощности сигнала после того, как он пройдет некоторое расстояние в физической среде. Такая потеря ослабляет сигнал по мере его удаления от источника. Если сигнал становится слишком слабым, он не может быть распознан принимающим оборудованием. Шумы — это побочный эффект, проявляющийся в сигнале. Они могут значительно понизить качество обслуживания абонентов. Причиной появления шумов в канале могут быть
плохие разъемы, низкое качество кабеля, неполадки в оборудовании и близкое расположение к линии связи каких-либо электрических механизмов. Перекрестная наводка — это форма шума, которая обычно встречается в каналах передачи голоса и данных. В голосовом канале перекрестная наводка может привести к тому, что абонент будет слышать разговор, передаваемый по смежной паре проводов.
В случае аналоговых каналов абоненты соединяются парой медных проводов либо с телефонной станцией (менее распространенный способ), либо с модулем SLC. Модуль SLC позволяет провайдеру службы сократить длину медных пар, разместив абонентские линии ближе к месту нахождения абонентов. В свою очередь модули SLC обмениваются данными с телефонной станцией при помощи магистрали с широкой полосой пропускания, в которой используются протоколы, подобные описанным в стандарте GR-303-CORE.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в данной главе, ответьте на предлагаемые ниже вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
В чем состоит основное различие между потоками аналогового и цифрового сигналов?
Потоки цифровых сигналов невосприимчивы к таким проблемам, как перекрестные наводки и затухание.
Цифровая связь — это непрерывный поток сигнала состоящий из сигналов с различными частотами и амплитудами.
Потоки аналоговых сигналов состоят из дискретных значений, которые можно передавать в виде единиц и нулей.,
Аналоговый сигнал — это непрерывный поток, а цифровой сигнал — набор дискретных значений, которые обычно передают в виде единиц и нулей.
Дайте определение термина частота для аналогового сигнала.
На основании рис. 1.12 ответьте, какое оборудование (оно обозначено символом X) должно быть использовано для восстановления затухающего аналогового сигнала?
Оборудование абонентского канала (модуль SLC).
Модуль сетевого интерфейса (модуль NID).
в. Усилитель.
г. Модулятор-демодулятор.
д. Цифровой повторитель.
Что из перечисленного ниже приводит к возникновению перекрестных наводок в канале?
Провода в паре, несвитые на значительном расстоянии от конечного разъема.
Трещины в изоляции смежных проводов.
в. Плохой контакт на каком-либо конце неисправного кабеля.
г. Все перечисленное выше.
Аналоговая служба
Рис. 1.12. Регенерация аналогового сигнала
В каком месте абонентской линии может быть использовано устройство, соответствующее стандартам GR-303-CORE?
а. Модуль NID.
Модуль IDLC.
в. АТС.
г. Сеть ISDN.
В этой главе...
Обзор служебных сигналов. В лом разделе? представлен вводный материал по передаче служебных сигналов.
Типы узлов SS7. В разделе рассматриваются сетевые узлы, которые еще называют сигнальными пунктами. Такие узлы являются физическими объектами сети SS7, а каналы — коммуникационными маршрутами сигналов, соединяющими различные сетевые узлы.
Методы передачи служебных сигналов. В этом разделе рассматривается метод передачи служебных сигналов по индивидуальному каналу (CAS), который используется |. традиционной, мультиплексной передаче с временным уплотнением каналов (TDM), а также передача служебных сигналов по общему каналу (CCS).
Предпосылки создания системы SS7. В этом разделе рассматриваются история и причины разработки системы SS7.
Сигнальные каналы и наборы каналов. В разделе рассматриваются сигнальные каналы, которые представляют собой физические соединения между узлами сети SS7. Они обеспечивают надежность передачи служебных сообщений SS7 между сетевыми узлами.
Коды размещения. В этом разделе рассматривается организация маршрутизации сообщений в сети SS7.
Протокол МТР. В разделе рассматриваются протоколы МТР первого, второго и третьего уровней.
Протоколы SS7 верхнего уровня. В рамках верхнего (четвертого) уровня стека протоколов SS7 существуют несколько протоколов, которые могут использоваться для реализации функций передачи сообщений.
Интеллектуальная сеть (IN)- В этом разделе рассматривается инфраструктура интеллектуальной сети — оболочки, содержащей службы, которые не предоставляются сетью SS7. Сюда также входят службы, предоставляемые операторам сетей.
Форум эксперта: организация службы LNP в Северной Америке. Раздел посвящен организации локальной переносимости номеров в Северной Америке, подготовлен Трэвисом Пауэллом (Travis Powell).
Набор служб CS-3. В данном разделе рассматривается набор служб CS-3, который содержит функциональность сетей IN следующего поколения. Он построен На базе служб CS-1 и CS-2, которые уже используются в сетях провайдеров служб.
ГлаваГлава22
Глава
Глава
2
2
Сеть SS7
Обзор служебных сигналов
В главе I, "Обзор аналоговых средств связи”, рассмотрены общие аспекты аппаратною обеспечения, используемого провайдерами служб. Также подробно описано, , что собой представляет аналоговая служба, включая оборудование по обе стороны модуля сетевого интерфейса (NID). Эта глава построена на информации об организации управления вызовами и использовании управляющих сигналов в сети провайдера службы, которая изложена в предыдущей главе.
Несмотря на то что основное внимание в главе уделяется системе Signaling System 7 (SS7 — система передачи служебных сигналов 7 или просто сигнальная система 7), ’'■ она не претендует на то, чтобы быть исчерпывающим учебным пособием по данной теме, поскольку вопросам, связанным с сетями SS7, посвящены целые книги. Цель этой главы — дать общий обзор системы служебных сигналов и работы сети SS7. Представленный материал — это базовые знания и навыки, которые будут полезны при изучении технологий, рассмотренных в следующих главах.
Систему SS7 называют общеканальной сигнальной системой 7 (CCS7 — Common Channel Signaling System 7) или (в международном обращении) системой С7. Сейчас эта инфраструктура обмена служебными сигналами используется почти во всем мире. Она ’позволяет совершать вызовы с рабочего места, из дома или из любого другого места, оборудованного телефоном. Система SS7 создана для более эффективного обмена служебными сигналами между узлами сети и своевременной доставки сообщений в пункт их назначения. Кроме того, система сообщений SS7 позволяет управлять вызовами и повышает устойчивость сети к внешним воздействиям, не оказывая при этом никакого влияния на основной трафик. Основной трафик — это фактически вы- зов. которым можно управлять при помощи служебных сигналов. При этом по сети может передаваться голос, видеоинформация или данные.
Что такое служебные сигналы?
Служебные сигналы — это сообщения, передаваемые от одного узла сети другому с целью управления вызовом. Служебные сигналы обеспечивают взаимодействие службы с клиентом, подключение и отключение абонентов, а также учет всех корректных вызовов. Далеко не для всех соединений требуются служебные сигналы. Так, внутри сети провайдера службы существуют постоянные соединения, для которых служебные сигналы не требуются. Тем не менее, они в той или иной форме используются в большинстве современных телекоммуникационных сетей. К примеру, в традиционных линиях передачи данных, построенных на принципе мультиплексирования с разделением времени (TDM), используется передача служебных сигналов по индивидуальному каналу (CAS — Channel Assosiated Signaling), а в цифровых сетях с комплексным обслуживанием (ISDN — Integrated Services Digital Network) — передача служебных сигналов по общему каналу (CCS — Common Channel Signaling). Независимо от того, используется SS7 или какая-либо другая система обмена служебными сигналами, ее целью всегда является управление функциями канала.
Типы узлов сети SS7
В этой главе рассматриваются устройства, имеющие отношение к инфраструктуре сети SS7. Сеть SS7 состоит из каналов и узлов. Узлы, которые еще называют сигнальными пунктами — это физические элементы сети SS7. Каналы — это сигнальные пути обмена данными между узлами. Чаще всего в сетях SS7 используются три устройства: устройство коммутации службы (SSP — Service Switching Point), устройство передачи сигнала (STP — Signal Transfer Point) и устройство управления службой, называемое еще устройством сигнализации (SCP — Service Control Point). В большинстве международных реализаций оборудования узлы SSP и STP могут быть объединены. На рис. 2.1 представлены пиктограммы, соответствующие основным устройствам сети SS7. Эти пиктограммы используются во всех иллюстрациях текущей главы.
Узел88Р, объединенный с узлом STPУзел88Р, объединенный с узлом STP
Узел88Р, объединенный с узлом STP
Узел88Р, объединенный с узлом STP
Рис. 2.1. Пиктограммы, соответствующие основным устройствам сети SS7
Узлы SSP
Устройства SSP — это коммутаторы, которые располагаются на конечных телефонных станциях или в центральных офисах провайдеров службы. Коммутаторы SSP отвечают за управление вызовами, а также обработку и маршрутизацию вызовов в сети.
Коммутаторы SSP классифицируют как два совершенно различных типа устройств: национальные и международные (см. рис. 2.2). Несмотря на то что определены только два типа узлов SSP, существует также третий тип, когда внутри одного и того же коммутатора SSP используются одновременно национальные и международные функции. Этот тип коммутаторов называют гибридным узлом SSP. Он позволяет использовать для национальных и международных коммутаторов независимые схемы присвоения номеров. Схема присвоения номеров — это таблица, по которой выполняется анализ цифр номера с целью определения корректного маршрута следования вызова.
Рис. 2.2. Национальные и международные коммутаторы SSP
Национальные коммутаторы SSP расположены внутри страны и обменивается данными только с коммутаторами, расположенными в той же стране. Международные коммутаторы SSP отвечают за маршрутизацию вызовов между разными странами. Существуют также гибридные коммутаторы SSP, которые работают как на национальном, так и на международном уровне. Такие коммутаторы можно рассматривать как международные шлюзы, так как в них используются коды адресации устройств из обеих сетей.
В каждой стране должен использоваться хотя бы один международный шлюз- коммутатор SSP, который позволял бы без затруднений передавать вызовы между национальной и международными сетями, а также между национальной сетью данной страны и национальными сетями других стран.
Коммутаторы SSP могут использовать коды из разнотипных сетей, поэтому может понадобиться разграничение между национальными и международными кодами. Для этого используются сетевые индикаторы, которые указывают на тип коммутатора, с которым связан код размещения устройства, и могут принимать одно из следующих значений:
0 — международный;
1 — зарезервированный;
2 — национальный;
3 — дополнительный национальный (только для стран, в которых операторы служб связи могут сами распределять коды размещения устройств).
Главное — помнить о том, что сетевой индикатор независимо от типа должен быть одинаковым на обеих сторонах канала связи.
В международных сигнальных сетях между отправителем сигнала и пунктом его назначения не рекомендуется использовать более двух узлов STP. В аварийных случаях количество узлов во время устранения неисправностей может быть увеличено до трех или четырех. Такое ограничение применяется для упрощения структуры международной сигнальной сети и сокращения времени, затрачиваемого на доставку служебных сигналов. Несомненно, могут возникнуть обстоятельства, когда между отправителем сигнала и пунктом его назначения используется более двух узлов STP. В Северной Америке часто практикуется подобная структура телефонных сетей, хотя такой подход и не рекомендуется.
В Северной Америке используются различные классы коммутаторов SSP, которые обычно не используются в международной связи:
класс 1 — региональная телефонная станция;
класс 2 — местная телефонная станция;
класс 3 — первичная телефонная станция;
класс 4 — транзитный коммутатор;
класс 5 — коммутатор абонента (оконечная телефонная станция).
Иерархия телефонной сети строится в обратном порядке. Другими словами, коммутатор класса 5 находится на самом нижнем уровне иерархии. В этой главе основное внимание уделяется коммутаторам классов 4 и 5. На рис. 2.3 представлена пирамидальная схема коммутации телефонных вызовов, которая используется в Северной Америке.
Коммутатор SSP класса 5, расположенный на стороне абонента, обеспечивает вызов аварийных служб, определяет идентификатор вызывающей стороны, а также осуществляет трехэтапный вызов, переадресацию, передачу голосовой почты и подключение к междугородним и международным каналам связи. Когда кто-то снимает телефонную трубку с рычага, он, по сути, подключается в коммутатору SSP класса 5.
Коммутаторы SSP класса 4 также известны под названием транзитные коммутаторы. Они не взаимодействуют непосредственно с абонентом, а предназначены для упрощения маршрутизации вызовов в сети провайдера службы. Без транзитных коммутаторов конечные коммутаторы абонентов были бы вынуждены для передачи вызова подключаться непосредственно к каждому коммутатору пункта назначения. Структура канала связи с использованием коммутаторов SSP классов 4 и 5 представлена на рис. 2.4.
Коммутаторы SSP соединяются друг с другом по каналам с широкой полосой пропускания, которые еще называются транспортными магистралями (IMT — InterMachine Trunks). Магистрали IMT отвечают за передачу основного трафика, и, в зависимости от типа служебных сигналов, могут управлять сигнальным трафиком.
Региональная междугородняя АТСРегиональная междугородняя АТСClass 1 SSPClass 1 SSPКоммутатор SSP класса 1Коммутатор SSP класса 1Class 2 SSPClass 2 SSPClass 2 SSPClass 2 SSP—Локальнаятелефонная станция-—Локальнаятелефонная станция-Class 3 SSP Class 3 SSP Class 3 SSPClass 3 SSP Class 3 SSP Class 3 SSPПервичная телефонная станцияПервичная телефонная станцияТранзитный коммутаторТранзитный коммутаторClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPClass 4 SSPКоммутатор абонентаКоммутатор абонентаClass 5 SSPClass 5 SSPClass 5 SSPClass 5 SSPРис. 2.3. Иерархия коммутаторов SSP, принятая в Северной АмерикеРис. 2.3. Иерархия коммутаторов SSP, принятая в Северной АмерикеClass 5 SSP Class 5 SSP Class 5 SSPClass 5 SSP Class 5 SSP Class 5 SSPРис. 2.4. Структура канала связи с использованием коммутаторов SSP классов 4 и 5Рис. 2.4. Структура канала связи с использованием коммутаторов SSP классов 4 и 5
Региональная междугородняя АТС
Региональная междугородняя АТС
Class 1 SSP
Class 1 SSP
Коммутатор SSP класса 1
Коммутатор SSP класса 1
Class 2 SSP
Class 2 SSP
Class 2 SSP
Class 2 SSP
—Локальнаятелефонная станция-
—Локальнаятелефонная станция-
Class 3 SSP Class 3 SSP Class 3 SSP
Class 3 SSP Class 3 SSP Class 3 SSP
Первичная телефонная станция
Первичная телефонная станция
Транзитный коммутатор
Транзитный коммутатор
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Class 4 SSP
Коммутатор абонента
Коммутатор абонента
Class 5 SSP
Class 5 SSP
Class 5 SSP
Class 5 SSP
Рис. 2.3. Иерархия коммутаторов SSP, принятая в Северной Америке
Рис. 2.3. Иерархия коммутаторов SSP, принятая в Северной Америке
Class 5 SSP Class 5 SSP Class 5 SSP
Class 5 SSP Class 5 SSP Class 5 SSP
Рис. 2.4. Структура канала связи с использованием коммутаторов SSP классов 4 и 5
Рис. 2.4. Структура канала связи с использованием коммутаторов SSP классов 4 и 5
Узлы STP
Устройства STP отвечают за маршрутизацию сигнальных сообщений в сети SS7, и, следовательно, обеспечивают коммутаторам SSP возможность доставлять сообщения для корректных узлов сети. Устройства STP действуют как коммутаторы пакетов. Они коммутируют вызовы в сети на основании решений, принимаемых коммутаторами SSP, которые расположены на пути прохождения сигналов. Узлы STP представляют собой так называемые сопряженные пары и способны принимать решения относи-
тельно смены маршрута прохождения сигнала при возникновении неисправности в сети. За счет этого они повышают устойчивость коммутирующей инфраструктуры к внешним воздействиям и отказам оборудования.
Внимание!
Нужно помнить, что коммутаторы STP при необходимости могут изменить маршрут прохождения только служебного сигнала, но не несущей (т.е. информационной) части вызова. Основной трафик может изменять свой маршрут, только если используются внешние коммутаторы STP.
До недавнего времени коммутаторы STP использовались практически лишь в Северной Америке. В большинстве международных коммутаторов функции устройств STP были встроенными, и потому в международных сетях отдельные узлы STP не использовались. За последние несколько лет раздельные коммутаторы STP все больше находят применение в Европе, Австралии И других странах.
Узлы SCP
Узлы SCP предоставляют специфические услуги конечным пользователям и обычно реализуются отдельно от сопряженных пар устройств STP в Северной Америке и международных коммутаторах SSP со встроенной функциональностью устройств STP. Размещение узлов SCP представлено на рис. 2.5.
Узлы SCP предоставляют бесплатную переадресацию номера и функции LNP. Узлы SCP обычно представляют собой программно-управляемые базы данных, доступ к которым реализован при помощи средств верхнего уровня наподобие ТСАР (Transaction Capabilities Applications Part — подсистема управления возможностями транзакций). Узлами SCP непосредственно используются возможности интеллектуальных сетей (IN — Intelligent Network) и расширенных интеллектуальных сетей (AIN — Advanced Intelligent Network). Более подробно сети IN и AIN рассматриваются в этой главе в разделе “Интеллектуальная сеть (IN)”.
Следующие несколько разделов посвящены различным методам передачи служебных сигналов, которые еще не раз будут упоминаться в этой книге.
Методы передачи служебных сигналов
В настоящей главе рассматриваются два основных метода передачи служебных сигналов: CAS и CCS.
Метод сигнализации CAS (Channel Associated Signaling — передача служебных сигналов по индивидуальному каналу) является общепринятым для технологий, основанных на мультиплексной передаче с временным разделением каналов (TDM), как, например, линии Tl, Е1 и Л. Согласно данному методу служебные сигналы передаются внутри полосы пропускания линии, то есть по тому же каналу, что и данные.
Для метода CAS характерны такие функции, как двухтональный многочастотный набор (DTMF), когда служебные сигналы передаются вместе с данными и не могут быть от них отделены. Также в этом методе служебные сигналы сопровождают каждый вызов с целью контроля его состояния. Такие сигналы передаются при помощи
последнего значащего бита в шестом и двенадцатом фреймах при использовании формата Superframe (SF — суперфрейм) или в Восемнадцатом и двадцать четвертом фреймах при использовании формата Extended Superframe (ESF — расширенный суперфрейм). При таком подходе используются биты данных трафика, передаваемого по каналу, и потому рассматриваемый механизм обмена служебными сигналами называется передачей с заимствованием битов (RBS — Robbed-bit Signaling). Таким образом, передача данных в каналах DS0, в которых используется заимствование битов, ограничена скоростью 56 Кбит/с. Можно сделать вывод, что метод CAS сужает общую полезную полосу пропускания канала.
Узел SSP, объединенный сузломЭТРУзел SSP, объединенный сузломЭТР
Узел SSP, объединенный сузломЭТР
Узел SSP, объединенный сузломЭТР
МеждународныйвариантМеждународныйвариантСевероамериканскийи, в некоторых случаях, международныйвариант
Международныйвариант
Международныйвариант
Рис. 2.5. Размещение узлов SCP
Метод CAS — не самый эффективный механизм передачи служебных сигналов по сети. Как уже упоминалось, маршрут следования основного трафика совпадает с маршрутом следования служебных сигналов. Таким образом, потеря маршрута для служебных сигналов приведет к потере основного трафика. При использовании метода передачи CAS сеть неустойчива к внешним воздействиям, так как маршрут следования сигнального трафика невозможно изменить при возникновении неисправности в сети.
Несмотря на то что технология CAS уже устарела, она все еще широко применяется во всем мире. Из-за недостатков метода CAS, наподобие невозможности сменить маршрут следования служебных сигналов или отсутствия дополнительных услуг для абонента, возникла необходимость разработки методики, которая гарантировала бы доставку сигналов до пункта назначения независимо от того, есть или нет неисправности в сети. Такая потребность была восполнена за счет разработки метода CCS.
В методе CCS (Common Channel Signaling — сигнализация по общему каналу) добавлены некоторые механизмы передачи служебных сигналов, которых не было в методе CAS. Во-первых, сигнальный трафик больше не связан с основным. Это означа-
ет, что служебные сигналы могут быть переданы по физическому маршруту, отличному от маршрута следования основного трафика. Метод CCS поддерживает также физическую передачу служебных сигналов внутри полосы пропускания основного канала, однако логически они будут отделены от обычного потока данных. Подобный подход используется в интерфейсе основного уровня (PRI — Primary Rate Interface) сетей ISDN. При использовании метода CCS существует возможность предоставлять дополнительные услуги абонентам. Теперь общее качество обслуживания абонента (а следовательно, и доход провайдера службы) возрастает за счет таких услуг, как бесплатная переадресация номеров, службы LNP и приложения, позволяющие платить по кредитным карточкам.
Кроме того, механизм CCS делает управление сетью более надежным, чем при использовании метода CAS. Например, межстанционный канал передачи данных (FDL — Facility Data Link), который использует формат ESF, предоставляет для управления сетью 12 бит. Этот канал физически совпадает с каналом-носителем и обычно теряется при прохождении цепи Т1 через систему DACS (Digital Access and Crossconnect System — система цифрового доступа и коммутации). Система SS7 предоставляет возможность управлять инфраструктурой сети, отделив канал служебных сигналов от канала-носителя.
Метод CCS разработан для того, чтобы повысить устойчивость сети провайдера службы, а также для предоставления дополнительных услуг и управления сетью. В зависимости от разновидности метода CCS можно обеспечить различные уровни устойчивости ко внешним воздействиям сетевой инфраструктуры. Существуют три основных разновидности метода передачи служебных сигналов CCS, о которых речь пойдет в следующих разделах.
Сигнализация по общему каналу
Сигнализация по общему каналу применяется в тех случаях, когда вызов и служебные сигналы используют один и тот же канал, но сами не привязаны к основному трафику. На рис. 2.6 представлена схема сигнализации по общему каналу между двумя коммутаторами SSP в сети SS7.
SSPSSP
Служебные сигналы । ■ —
Основной трафик
Рис, 2.6. Сигнализация по общему каналу
Данный метод передачи служебных сигналов используется в нескольких технологиях. Линии Е1, основанные на мультиплексировании с использованием технологии
TDM, могут использовать в качестве сигнального канала для передачи служебных сигналов по методу CCS канальный интервал 16 (TS16). Такой подход применяется в интерфейсах основного уровня сетей ISDN или SS7. Несмотря на то что передача служебных сигналов физически происходит внутри полосы пропускания основного трафика, логически они независимы, потому что служебные сигналы напрямую не пересекаются с передаваемыми по каналу данными. Такой канал можно назвать каналом CCS. Сигнальный канал — это основной фактор, отличающий линии Т1 от Е1. При использовании сигнального канала применительно к механизму CCS линии обоих типов резервируют для сигнального трафика отдельный канальный интервал.
Еще одна технология, которая использует метод CCS — сеть с комплексным обслуживанием ISDN. В сетях ISDN для передачи и приема служебных сигналов используется так называемый дельта-канал (D-канал). Как и в предыдущем случае, физические служебные сигналы передаются внутри полосы пропускания основного трафика, но логически они независимы. D-канал отделен от каналов-носителей (В-каналов), которые используются для передачи по линии основного трафика.
Сигнализация по смежным каналам
При сигнализации по смежным каналам для передачи служебных сигналов используется другой канал, не тот, который предназначен для основного трафика, однако служебные сигналы никогда не проходят на расстоянии более одного транзитного узла (рис. 2.7) от основного трафика. Несмотря на то что такая технология обычно применяется при обмене данными между коммутаторами STP и SSP, служебные сигналы могут также передаваться по смежным каналам только между коммутаторами SSP при условии, что в одном из таких коммутаторов реализована встроенная функция узла STP.
При использовании метода сигнализации по смежным каналам служебные сигналы передаются полностью независимо от основных данных. Такой подход придает дополнительную гибкость системе. Это позволяет предоставить конечному пользователю открытые службы и воспользоваться преимуществами метода CCS, предоставляющего доступ ко внешним устройствам наподобие узлов SCP. Сигнализация по смежным каналам является предпочтительным методом передачи служебной информации в сетях SS7.
Сигнализация по раздельным каналам
Сигнализация по раздельным каналам подобна рассмотренному выше методу передачи управляющей информации, но одним существенно отличается от нее — передача служебных сигналов выполняется между коммутаторами STP (см. рис. 2.8). В таком случае служебные сигналы не обязательно будут проходить на расстоянии одного транзитного узла от основного трафика. При добавлении очередного транзитного узла между коммутаторами STP в каналы передачи служебных данных вносится дополнительная задержка. Достаточно большая задержка передачи может привести к возникновению проблем, таких, например, как отбрасывание вызовов коммутаторами SSP и нарушения в работе каналов. Сигнализация по раздельным каналам стандартизирована Международным союзом телекоммуникаций (ITU — International Telecommunication Union), а Национальный институт стандартизации США (American National Standards Institute — ANSI) относит данный метод передачи служебных сигналов к сигнализации по смежным каналам.
Служебные сигналыи
Основнойтрвфик - -- -- -- —
Рис. 2.7. Сигнализация по смежным каналам
Служебные сигналы
Основной трафик - -- -- -- --
Рис. 2.8. Сигнализация по раздельным каналам
Ниже представлена выдержка из спецификации, определенной союзом ITU, которая объясняет, почему нежелательно использовать только сигнализацию по раздельным каналам.
Раздел МТР (Message Transfer Part — стандарт передачи сообщений) не предоставляет возможностей, позволяющих избежать несвоевременного получения сообщений или
других проблем, типичных для передачи служебных сигналов только по раздельным каналам с использованием динамической маршрутизации сообщений.
ITU-T Q.700, Introduction to CCITT Signaling System #7, 3/93.
Сигнализацию по раздельным каналам в инфраструктуре сети SS7 лучше не использовать, хотя во многих книгах утверждается обратное. При использовании этого метода передачи служебных сигналов необходимо быть особенно внимательным к структуре сети SS7.
Предпосылки создания системы SS7
Создание инфраструктуры SSX позволило телекоммуникационным компаниям повысить качество обслуживания своих клиентов. Аббревиатура SSX соответствует нескольким известным системам передачи служебных сигналов в каналах. В процессе развития технологии SSX были разработаны спецификации SS4, SS5, SS6 и SS7. Системы SS4, SS5 и SS6 являются такими же действенными, как и система SS7, однако в этой книге они подробно не рассматриваются, потому что вышли из употребления.
В инфраструктуре SSX управление вызовами изначально было организовано неэффективно. В прошлом при передаче вызова их города А в город Б нужно было резервировать отдельную магистраль, проходящую через все промежуточные коммутаторы. Только по такой схеме можно было определить, является ли набранный абонентом номер подходящим для установки соединения. На первый взгляд такой подход вполне приемлем, однако, если канал занят или недоступен, зарезервированные магистрали будут использоваться впустую. Более того, они могли бы обслуживать другие вызовы, передаваемые по сети. Но почему это так важно? Дело в том, что если вызов не завершен, он не может быть зарегистрирован. Зарезервированные магистрали могли бы быть использованы для передачи регистрируемых вызовов.
В инфраструктуре сети SS7 каналы резервируются, но не подключаются к сети до тех пор, пока не будет получен ответ на вызов. Если вызов не может быть завершен, зарезервированные для него каналы сразу же освобождаются. Несмотря на то что такой подход напоминает схему, описанную выше, время резервирования каналов в сети SS7 обычно уменьшается.
Проблема с резервированием магистралей в системе SS7 разрешима — для передачи служебных сигналов на удаленный коммутатор выделяется отдельный канал. Если удаленный канал занят, то соответствующее сообщение передается вне полосы пропускания канала-носителя, и зарезервированная магистраль сразу же освобождается. Устройства сети SS7 также могут изменять маршрут следования сигнального трафика при перегрузке канала или его неисправности. Такую способность называют устойчивостью сети ко внешним воздействиям. _
Еще одной причиной создания системы SS7 была необходимость сокращения времени установления вызова. При передаче служебных сигналов внутри канала передачи основного трафика установление и прерывание вызова происходит медленнее. Несмотря на то что эту проблему постоянно пытаются решить, время установления вызова все равно остается слишком большим для быстро растущей инфраструктуры. В системе SS7 скорость установления вызова увеличена за счет добавления к сети отдельного канала и организации сигнальной сети, предназначенной именно для передачи служебных сообщений. Битовые состояния, связанные с тоновыми сигналами DTMF, замедляют процессы установления и прерывания вызовов. Сигнальный канал предназначен только для передачи служебной информации между узлами сети.
Система SS7 стала масштабируемой и гибкой сетевой инфраструктурой, которая позволяет передавать служебные сообщения для управления вызовами, а также предусматривает объединение с новыми протоколами. Различные протоколы верхнего уровня, которые еще называют пользовательскими, или прикладными, элементами, позволяют провайдерам служб использовать для связи с конечными пользователями одну и ту же базовую структуру.
Каналы для передачи служебных сигналов, наборы каналов
Каналы для передачи служебных сигналов — это физические соединения между узлами сети SS7, предназначенные для надежной передачи служебных сообщений SS7 (см. рис. 2.9). Сигнальные каналы могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы передавать распределенный трафик в любое из соединений (или во все каналы) из зарезервированного набора каналов, соединяющих сигнальные узлы. Распределение трафика может быть организовано только в том случае, если используются несколько сигнальных каналов с пропускной способностью, кратной двум (2, 4, 8 и т.д.).
Рис. 2.9. Сигнальные каналы, соединяющие узлы сети SS7
Каналы передачи служебных сигналов обычно используются в Северной Америке и основываются на линии Т1 со скоростью передачи, равной пропускной способности канала передачи цифровых сигналов уровня О (DS0) — 56 Кбит/с, а в международной связи — на линии Е1 со скоростью передачи цифрового сигнала DS0, равной 64 бит/с. Последние разработки позволяют передавать сигнальный трафик SS7 с использованием канала передачи цифровых сигналов уровня 1 (DS-1). При использова-
нии канала DS-1 для передачи сигнального трафика отведено 1,536 Кбайт/с, а для организации фреймирования данных и управления потоком — 8 Кбит/с.
В Японии используются сигнальные каналы со скоростью передачи 48 Кбит/с и 64 Кбит/с. Канал со скоростью передачи 64 Кбит/с используется в телекоммуникационных структурах Японии потому, что такая скорость рекомендована союзом ITU. Кроме перечисленных, для передачи служебных сигналов также могут использоваться каналы с узкой полосой пропускания и скоростью передачи 4,8 Кбит/с, однако в этой книге они рассматриваться не будут. Если функции сети SS7 требуются для подключения к удаленным абонентам, то сигнальные каналы могут быть организованы при помощи спутниковой связи.
В некоторых регионах Северной Америки используются каналы SS7 со скоростью передачи 64 Кбит/с, поэтому важно проверять скорость передачи, поддерживаемой провайдером для конкретного канала SS7. Если сообщение об установлении соединения формируется коммутатором SSP, то выполняется выбор сигнального канала (SLS — Signaling Link Selection). Это позволяет определить, по какому сигнальному каналу будет передаваться вызов. Эта операция выполняется во всех независимых друг от друга направлениях, поэтому вполне возможно, что для сообщений, отправленных в противоположном направлении, будет выбран другой маршрут.
Сигнальные каналы объединяются в логические группы, называемые наборами каналов. Такие наборы могут включать в себя до 16-ти сигнальных каналов. При этом каждый канал идентифицируется с помощью уникального кода сигнального канала (SLC — Signaling Link Code), который может принимать значения от 0 до 15. На рис. 2.10 представлен набор каналов, соединяющих коммутатор SSP и сопряженную пару STP.
Коды SLC являются важными идентификаторами, потому что уведомляют сетевые устройства SS7 о том, какие каналы подключены к различным узлам сети SS7. Коды SLC предоставляются провайдерами. Если коды SLC абонента не будут соответствовать кодам SLC провайдера, он не сможет завершить процесс синхронизации.
Рис. 2.10. Каналы внутри набора каналов
Загрузка трафиком для сигнальных каналов отличается для международных и североамериканских стандартов, принятых соответственно союзом ITU и институтом ANSI. Сигнальные каналы стандарта ITU могут обслуживать до 4 096 цепей, а сигнальные каналы ANSI — около 16 384 цепей. То, что один сигнальный канал ANSI поддерживает тысячи кодов CIC (Circuit Identification Codes — код идентификации канала), не означает, что такое количество кодов будет когда-либо использовано.
Этому существует простое объяснение — в большинстве стран мира коды CIC не используются.
Теоретически, если существуют 16 384 цепей, которым нужно передать служебные сигналы по одному сигнальному каналу, и такой канал будет потерян, то отказ в передаче станет для страны настоящим бедствием. Все цепи одновременно станут недоступными для обслуживания. Количество кодов CIC, которые можно использовать для одного сигнального канала, варьируется для различных стран, поэтому при запросе канала необходимо узнать о правилах, применяемых в той или иной стране.
При эксплуатации каналов обычно рекомендуется не превышать 40 процентов пропускной способности трафика (40 эрлангов). Такое требование объясняется достаточно просто — при неисправности канала можно будет перенаправить сигнальный трафик в резервный или параллельный канал. Нагрузка, превышающая 40 процентов, наверняка приведет к серьезным проблемам в случае возникновения неисправности. Описанный принцип может немного отличаться для различных клиентов, однако в общем он остается неизменным практическим правилом.
Категории каналов
В Северной Америке каналы разбиты на категории в соответствии с типами узлов SS7, которые они соединяют. Такие категории не используются в полном объеме во всем мире, но наглядно демонстрируют, какие типы каналов могут быть использованы. На рис. 2.11 представлены каналы типов А, В и С, а на рис. 2.12 — каналы типов D, Е и F. Ниже перечислены типы каналов, которые обычно используются при организации сигнальных каналов по стандарту ANSI:
тип А — канал доступа к среде;
тип В — мостовой канал;
тип С — перекрестный канал;
тип D — диагональный канал;
тип Е — канал расширения;
тип F — общий канал.
Каналы типа А обеспечивают доступ к различным частям сети SS7. Они соединяют узлы SSP и STP, SSP и SCP или STP и SCP. Каналы этого типа распространены в тех районах, где используются коммутаторы STP: в США, Австралии и с недавнего времени — в некоторых странах Европы.. .
Каналы типа В соединяют несопряженные пары STP. Коммутаторы STP обычно реализованы в виде сопряженных пар устройств, поэтому в некоторых промежуточных узлах они связаны каналами с другими сопряженными парами STP. Каналы, которые соединяют два набора отдельных (т.е. несопряженных) устройств, и называются каналами типа В.
Каналы типа С соединяют сопряженные пары STP. Они обеспечивают обмен данными между двумя коммутаторами STP и при неисправности выполняют роль аварийных каналов, которые при необходимости позволяют перенаправить сигнальный трафик в сети.
Каналы типов А, В и С проиллюстрированы на рис. 2.11.
/ SCP \/ SCP \Сопряженная Сопряженная пара STP пара STPСопряженная Сопряженная пара STP пара STPА-Канал -•—.—.—•-В-Канал:C-КаналА-Канал -•—.—.—•-В-Канал:C-Канал
/ SCP \
/ SCP \
Сопряженная Сопряженная пара STP пара STP
Сопряженная Сопряженная пара STP пара STP
А-Канал -•—.—.—•-
В-Канал:
C-Канал
А-Канал -•—.—.—•-
В-Канал:
C-Канал
Рис. 2.11. Каналы типов А, В и С
Каналы типа D соединяют устройства, расположенные на различных уровнях сетевой иерархии. К примеру, они могут соединять локальную пару устройств STP с региональной парой коммутаторов STP.
Каналы типа Е соединяют коммутаторы SSP с сопряженными парами устройств STP, которые не определены как местные.
Каналы типа F напрямую соединяют два коммутатора SSP. Сигнальный и основной трафики могут передаваться по одному и тому же участку канала с пропускной способностью Т1 или Е1, однако они будут разнесены по отдельным логическим каналам. По определению каналы типа F соединяют коммутаторы SSP, поэтому сигнальный и основной трафики не обязательно должны быть переданы по одному и тому же физическому каналу.
Каналы типов D, Е и F проиллюстрированы на рис. 2.12.
Коды размещения устройств
После того как были рассмотрены основные категории каналов и методы их группировки в связки линий, можно перейти к изучению процесса маршрутизации сообщений внутри сети SS7. Для составления маршрута следования вызова от одного узла сети к другому в системе SS7 используется специальная адресная информация и некоторые составляющие самого вызова. В основной схеме адресации используется логический адрес, который идентифицирует каждый узел SS7, включая устройства SSP, STP и SCP.
Такие логические адреса, которые называются кодами размещения устройств, задействованы на третьем уровне стека протоколов SS7, который также известен под аббревиатурой МТРЗ (Message Transfer Part Level 3 — протокол передачи сообщений, уровень 3). Коды размещения используются в процессе передачи вызова вместе с
другими идентификаторами наподобие CIC (circuit identification code — код идентификации канала связи), а также вызывающих и вызываемых телефонных номеров. Ниже в текущей главе показано, как коды размещения используются в элементах MSU (Message Signal Unit — сигнальный модуль сообщения) для маршрутизации вызовов в сети. Прежде всего, необходимо рассмотреть структуру кодов размещения устройств, для того чтобы можно было перейти непосредственно к изучению механизмов маршрутизации вызовов.
Сопряженная пара STPСопряженная пара STPСопряженная пара STPСопряженная пара STP
Сопряженная пара STP
Сопряженная пара STP
Сопряженная пара STP
Сопряженная пара STP
D-Канал ------
Е-Канал = = = = = = = =
F-Канали»—
Рис. 2.12. Каналы D, Е и F
Коды размещения устройства-отправителя, получателя и соседних узлов
Существуют четыре типа кодов размещения устройств, соответствующих различным способам размещения узлов в сети. Коду размещения отправителя (ОРС — Originating Point Code) соответствует сетевое устройство, которое инициирует вызов. Если вызов исходит от провайдера службы, то коду ОРС соответствует местный коммутатор. В любом случае тот, кто отправляет основной трафик по сети SS7, идентифицирует себя кодом ОРС, а принимающую сторону — кодом размещения получателя (DPC — Destination Point Code). Коды DPC идентифицируют конечные пункты назначения вызовов, которым всегда соответствуют коммутаторы SSP.
Коду размещения соседнего узла (АРС — Adjacent Point Code) соответствует узел, соседний с узлом отправителя или получателя. Чаще всего кодом АРС обозначается локальная пара STP, однако это может быть и напрямую подключенный коммутатор SSP. Удаленный коммутатор SSP анализирует код узла АРС, чтобы определить, какой набор каналов подключен к такому узлу.
На рис. 2.13 проиллюстрирована последовательность узлов сети SS7, которые напрямую связаны друг с другом, и их взаимоотношения с точки зрения кодов размещения.
Рис. 2.13. Узлы, которым соответствуют коды размещения ОРС, DPC и АРСРис. 2.13. Узлы, которым соответствуют коды размещения ОРС, DPC и АРС
Рис. 2.13. Узлы, которым соответствуют коды размещения ОРС, DPC и АРС
Рис. 2.13. Узлы, которым соответствуют коды размещения ОРС, DPC и АРС
Четвертый, последний тип кодов размещения, который называется альтернативным (Alias Point Code) или функциональным (Capability Point Code), применяется только в программном обеспечении. Этот тип кода используется для группирования набора узлов сети SS7 в соответствии с их сетевыми функциями. Альтернативные коды размещения позволяют идентифицировать те узлы сети, которые могут предоставлять клиентам специфические услуги. Существуют различные типы кодов размещения, которые по формату могут отличаться от тех, которые используются в США (стандарт ANSI), и тех, которые используются в странах, поддерживающих спецификации союза ITU.
Североамериканский формат кодов размещения устройств
Формат кодов размещения ANSI состоит из трех 8-битовых байтов, что в общей сложности составляет 24 бита. Каждый байт — это отдельная секция кода размещения узла, и ей соответствует число в диапазоне от 0 до 255:
0-255.0-255.0-255.
Например, код может выглядеть так: 10.20.30.
Первой секции (или так называемому октету) соответствует код сети. Сетевой байт идентифицирует фактического провайдера, использующего данный код размещения. Такие коды различны для корпораций Lucent, WorldCom и Sprint. Второй байт идентифицирует некоторый кластер внутри сети. Кластеры — это логические группы сетевых узлов. Сеть из 20 узлов может быть разбита на 5 кластеров по четыре узла в каждом. Последний байт идентифицирует непосредственно сам узел, который входит в состав кластера. Другими словами, каждый из четырех узлов внутри кластера рассматривается как член этого кластера. Не правда ли, такой подход напоминает очистку луковицы? Все перечисленные выше “слои” адреса схематически представлены на рис. 2.14. Внешнему слою соответствует сеть, следующим нескольким слоям — кластеры внутри сети, а оставшимся слоям — члены кластеров. Тем не менее, если клиентом является небольшой оператор связи, то он может получить от провайдера службы не более четырех кодов размещения устройств. Такая схема назначения делает процесс распределения кодов размещения более эффективным и управляемым.
Формат кодов размещения ITU
Формат кодов размещения ITU немного отличается от формата ANSI. Так же, как и в североамериканском, в нем используются три поля, но различие заключается в
количестве бит, отведенных для этих полей. Первое поле кода размещения в формате ITU содержит 3 бита, второе поле — 8 битов и третье — 3 бита. Таким образом, общий размер кода размещения в формате ITU составляет 14 битов.
СетьКластерЧлен кластераСетьКластерЧлен кластераРис. 2.14. Слои, соответствующие формату кодов размещения ANSIРис. 2.14. Слои, соответствующие формату кодов размещения ANSI
Сеть
Кластер
Член кластера
Сеть
Кластер
Член кластера
Рис. 2.14. Слои, соответствующие формату кодов размещения ANSI
Рис. 2.14. Слои, соответствующие формату кодов размещения ANSI
Первому полю соответствует идентификатор географической зоны, являющийся частью полного кода размещения устройства. Возможные значения идентификатора зоны перечислены в табл. 2.1.
I Таблица 2.1. Идентификаторы зон ITU
Идентификатор зоны Географический регион
2
3
4
5
6
7
Европа
Гренландия, Северная Америка, страны Карибского бассейна, Мексика
Средний Восток и Азия
Южная Азия, Австралия и Новая Зеландия
Африка
Южная Америка
Более подробную информацию об обозначениях сетевых кодов сигнальных областей (SANC — Signaling Area Network Code) можно найти в приложении Б, “Сигнальные сетевые коды стран — SANC”.
Второе поле содержит обозначение области или идентификатор сети. Идентификатор сети указывает на меньшую область адресации (например, страну), входящую в состав зоны. Для упрощения управления зоной большие страны могут разбиваться на меньшие районы. Совместно идентификатор зоны и идентификатор сети составляют код SANC.
Последнее поле содержит идентификатор сигнального узла (SPID — Signaling Point Identifier). Не следует путать его с идентификатором профиля службы (SPID — Service
Profile Identifier), который используется в сетях ISDN. В данном случае идентификатор SPID указывает на узел, принадлежащий некоторой области SANC. Формат кода размещения ITU представлен на рис. 2.15. Код SANC выделен серым цветом.
5.010.002
| идентификатор зоныИдентификатор с=ти”| Идентификатор сигнальной точки
__————
Код SANC
3 бита8 бит3 бита
Рис. 2.15. Структура кода размещения в формате ITU
Этот формат очень хорошо подходит для международной связи, потому что международных коммутаторов и линий намного меньше, чем устройств операторов местной и междугородней связи, например, в США, для которых требуются отдельные коды размещения. При этом операторы связи США не используют весь диапазон номеров, выделенных для каждого байта.
В Китае и Японии используются методы адресации узлов, отличные от рассмотренных. В Китае используется 24-битовый формат кодов размещения, аналогичный структуре ANSI, а в Японии — 16-битовый формат в национальной сети.
Итак, с логической организацией адресации узлов все ясно. Теперь рассмотрим некоторые протоколы, выполняющие функции системы SS7. С сетью SS7 связано множество протоколов, однако в текущей главе будут рассмотрены только наиболее важные из них. На примере всего нескольких протоколов можно хорошо разобраться в принципе работы и организации сети SS7 и заложить надежный фундамент для изучения оставшейся части этой книги. В этой главе рассматриваются протоколы МТР уровней 1, 2 и 3, протоколы Telephone User Part (TUP — передача телефонных вызовов пользователя) и Data User Part (DUP — передача данных пользователя), а также протокол USDN User Part (ISUP); кроме того, рассмотрены некоторые службы, которые предлагаются потребителям в интеллектуальных сетях.
Протокол МТР
Сеть SS7 объединяет несколько различных уровней, каждый из которых выполняет специфическую функцию. Тот, кто знаком с моделью взаимодействия открытых систем (OSI — Open System Interconnection), знает, что стек протоколов SS7 имеет многоуровневую структуру, соответствующую уровням модели OSI (рис. 12.6). Технически модель SS7 представляет собой четырехуровневый стек с протоколами МТР уровней 1, 2 и 3 и различными пользовательскими протоколами уровня 4. Стеки протоколов моделей SS7 и OS I не совпадают на сто процентов, потому что стек SS7 был изобретен ранее, в 1984 году, когда Международная организация по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization) ввела в повсеместное использование модель OSI.
В правиле соответствия двух моделей есть два исключения: протокол управления сигнальным соединением (SCCP — Signaling Connection Control Part), который работает на третьем уровне стека протоколов SS7, и протокол ТСАР (Transaction Capabilities Application Part — протокол управления транзакциями), который работает на функциональном уровне (соответствует седьмому уровню — уровню приложений — в модели OSI).
Рис. 2.16. Модель OSI и стек протоколов SS7
Сообща протоколы SCCP и МТР формируют протокол NSP (Network Service Part — протокол сетевых служб). Протокол SCCP, который рассматривается в следующем разделе, дополняет функциональность механизма МТРЗ возможностью обслуживания без установления и с установлением соединения. Такие дополнения позволяют установить необходимое соответствие между стеком протоколов SS7 и сетевым уровнем модели OSI.
Протокол МТР выполняет роль набора механизмов транспортных уровней для различных пользовательских протоколов и их служб. Он также отвечает за своевременное обнаружение и исправление отказов и ошибок в сети. Протокол МТР разбит на три уровня:
МТР1 — протокол передачисообщений уровня1(MessageTransferPartLayer 1);
MTP2 — протокол передачисообщений уровня2(MessageTransferPartLayer 2);
МТРЗ — протокол передачисообщений уровня3(MessageTransferPartLayer 3).
Протокол МТР1
Протокол МТР1 работает на первом уровне стека протоколов SS7, и его функции эквивалентны функциям физического уровня модели OSI. Он отвечает за физические и электрические характеристики линии связи, а также за предоставление канала- носителя для передачи служебных сигналов. Протокол МТР1 может использоваться как в наземных каналах, работающих по принципу временного разделения (TDM), так и в каналах спутниковой связи.
Какая физическая среда может использоваться для организации сигнального канала? В большинстве случаев в США и Японии служебные сигналы передаются по подканалам DS0 в линиях Т1, а в других странах — по соответствующим подканалам линий Е1 или отдельным каналам DS0, которые подключены к устройству посредством интерфейса V.35. В Японии также используются сигнальные каналы со скоростью передачи 48 Кбит/с. Для того чтобы установить сигнальный канал данных, необходимо выполнить требования, которые перечислены ниже.
Сигнальный канал данных должен быть зарезервирован только для передачи трафика SS7.
Между сигнальными узлами должна использоваться дуплексная связь. Для этого в канале не должно выполняться эхоподавление, вставка фрагментов цифрового сигнала и сжатие сигнала с использованием А-метода.
Желательно использовать стандартный сигнальный канал данных со скоростью передачи 64 Кбит/с, однако в зависимости от требований, предъявляемых оборудованием пользователя, можно также использовать каналы и с другой скоростью передачи данных (например, 4,8 Кбит/с).
Приведенный выше перечень требований взят из стандарта ITU-T Q.702, Specification of the Signaling Data Link, 3/93 (Спецификация сигнального канала).
Согласно международным стандартам для организации сигнальных каналов SS7 должны использоваться канальные интервалы TS16 (Time Slot 16 — канальный интервал номер 16) со скоростью передачи 64 Кбит/с линий Е1. Это требование может быть изменено, если и передающая, и принимающая стороны согласятся использовать какой-либо другой канальный интервал, однако такой вариант маловероятен.
Спецификации сигнального канала передачи управляющих сообщений линии Т1 базируются на использовании кодирования AMI (Alternate Mark Inversion — кодирование с чередованием полярности элементов). Более подробно технологии Т1 и Е1 рассматриваются в главах 5, “Технология Т1”, и 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”. При использовании кодирования AMI заимствуется последний значащий бит, и потому для каждого канального интервала допускается только скорость передачи данных 56 Кбит/с. По этой причине скорость передачи данных по стандартным сигнальным каналам в США также составляет 56 Кбит/с. Такая скорость используется в США чаще всего, однако существуют также и каналы со скоростью передачи 64 Кбит/с — все зависит от провайдера, который предоставляет сигнальный канал.
Сигнальные каналы SS7 могут быть организованы с использованием аналоговых средств. Такая организация встречается очень редко, однако если она все-таки используется, канал должен иметь скорость передачи не менее 4,8 Кбит/с и быть подключен через интерфейсы V.27 или V.27 bis.
Протокол МТР2
Протокол МТР2 обеспечивает функциональность второго уровня сети SS7. Он отвечает за организацию устойчивой связи с протоколами верхнего уровня. С протоколом МТР2 непосредственно работает терминал сигнального канала (SET — Signaling Link Terminal). Это устройство обычно является составной частью структуры сигнального пункта. Ниже перечислены основные функции протокола МТР2.
Разделение сигнальных элементов. Протокол МТР2 обеспечивает идентификацию отдельных сигнальных элементов при помощи специального флага.
Согласование битов. Передача шести последовательных единиц внутри сигнального элемента является недопустимой комбинацией, так как в таком случае нарушается синхронизация канала. Для того чтобы этого не было, выполняется согласование битов.
Обнаружение ошибок. Для проверки целостности передаваемых фреймов в протоколе МТР2 используется проверка 16-битового поля контрольной последовательности фрейма (FCS — Frame Check Sequence) с помощью циклического избыточного кода (CRC — Cyclic Redundancy Check).
Синхронизация канала. Протокол МТР2 обеспечивает начальные этапы синхронизации канала и передачу сообщений верхнего уровня.
Мониторинг сигнального канала. Мониторинг сигнального канала выполняется при помощи двух счетчиков ошибок: счетчика ошибок сигнальных элементов (SUERM — Signal Unit Error Rate Monitor) и счетчика ошибок синхронизации (AERM — Alignment Error Rate Monitor). Счетчик AERM используется во время начальной синхронизации канала, a SUERM — для контроля за целостностью канала после того, как начнется его обслуживание.
Управление потоком. Управление потоком осуществляется при помощи разнотипных фреймов, используемых протоколом МТР2. В случае перегрузки канала могут передаваться сигналы занятости, чтобы вернуть сигнальные пункты в нормальное состояние.
Существуют два вида сигнальных модулей, позволяющих реализовать перечисленные выше функции протокола МТР2: заполняющие сигнальные единицы (FISU — Fill-In Signal Unit) и сигнальные модули состояния канала (LSSU — Link Status Signal Unit). Эти элементы могут использоваться в различных сегментах сети SS7. Существует также третий вид сигнальных элементов МТР2 — сигнальные модули сообщений (MSU — Message Signal Unit). Они помогают организовать процесс маршрутизации сигнального трафика в сети SS7.
Модуль FISU
Модули FISU — основные сигнальные элементы протокола МТР2, используются для синхронизации в период простоя сигнального канала. Элементы FISU — это профилактическое средство обнаружения ошибок в сигнальном канале. Они позволяют выявить проблемы до того, как будет передан вызов. В тот момент, когда в сети SS7 не передается никакой сигнальный трафик, между сигнальными пунктами передаются синхронизирующие модули FISU.
На рис. 2.17 представлены различные поля сигнального модуля FISU.
СК
S
LI
F 1 В
FSN
В 1 В
BSN
F
Количество битов 162617178
СК • Контрольные биты
11= Индикатор длины (не используется) FSN = Порядковый номер при прямой передаче BSN = Порядковый номер при обратной передаче
S (Spare)» Резервный
RB = Бит индикатора прямой передачи
BIB = Бит индикатора обратной передачи Р=Флаг
Рис. 2.17. Формат модуля FISU
Сигнальные элементы читаются справа налево, т.е. первым битом при их передаче является бит флага. Флаг используется для уникальной идентификации сигнальных модулей. В некоторых документах (включая стандарт ITU Q.703) указывается, что модуль FISU содержит начальный и конечный флаги. Закрывающему флагу текущего сигнального элемента соответствует начальный флаг следующего сигнального элемента. Таким образом, если сигнальный элемент СЗ является последним переданным сигнальным элементом, то в нем закрывающего флага не будет. Индикатор длины (LI — Length Indicator) в модулях FISU не используется, и потому соответствующие биты заполнены нулями.
Обратный порядковый номер (BSN — Backward Sequence Number), обратный бит индикации (BIB — Backward Indicator Bit), порядковый номер при прямой передаче (FSN — Forward Sequence Number) и бит индикации прямой передачи (FIB — Forward Indicator Bit) используются совместно для того, чтобы идентифицировать сигнальный элемент и определить, какие сигнальные модули должны быть переданы. В поле FSN содержится порядковый номер текущего передаваемого сигнального модуля. Поле BSN содержит номер последнего принятого без ошибок сигнального элемента. Это поле может быть использовано принимающей стороной для идентификации того сигнального элемента, который должен быть передан обратно. При помощи полей FIB и BIB определяют, какие сигнальные элементы должны быть переданы повторно.
В обычных условиях поля FIB и BIB содержат нули. Если элемент не был принят или не была передана контрольная последовательность фрейма (FCS), то поле BIB принимает значение, противоположное значению поля FIB. При помощи данного индикатора и поля BSN определяются те сигнальные элементы, которые должны быть переданы повторно. Сигнальный узел, который передал сигнальный элемент, проверяет значение поля BIB, и для идентификации сигнального элемента, который должен быть передан повторно, использует формулу BSN+1. Этот процесс схематически представлен на рис. 2.18.
После повторной передачи сигнального модуля вместе с корректным значением последовательности FCS бит BIB опять обнуляется. С этого момента возобновляется обычный процесс передачи сигнальных модулей. Для повторной передачи может быть использовано до 127 сообщений.
SSPSSPFSN=8, НВ=0BSN=5, В1В=0FSN=8, НВ=0BSN=5, В1В=0Коммутатор SSP проверяет значение поля BSN и при помощи формулы FSN+1 определяет, какой фрейм должен быть передан повторноКоммутатор SSP проверяет значение поля BSN и при помощи формулы FSN+1 определяет, какой фрейм должен быть передан повторноFSN=6, FIB=OBSN=5, BIB=0FSN=6, FIB=OBSN=5, BIB=0FSN=5, FIB=0BSN=7, BIB=OFSN=5, FIB=0BSN=7, BIB=OОшибка в контрольнойпоследовательности FCSОшибка в контрольнойпоследовательности FCSSSPSSPSSPSSPFSN=6, FIB=OBSN=7, BIB=1FSN=6, FIB=OBSN=7, BIB=1SSPSSPSSPSSP
SSP
SSP
FSN=8, НВ=0
BSN=5, В1В=0
FSN=8, НВ=0
BSN=5, В1В=0
Коммутатор SSP проверяет значение поля BSN и при помощи формулы FSN+1 определяет, какой фрейм должен быть передан повторно
Коммутатор SSP проверяет значение поля BSN и при помощи формулы FSN+1 определяет, какой фрейм должен быть передан повторно
FSN=6, FIB=O
BSN=5, BIB=0
FSN=6, FIB=O
BSN=5, BIB=0
FSN=5, FIB=0
BSN=7, BIB=O
FSN=5, FIB=0
BSN=7, BIB=O
Ошибка в контрольнойпоследовательности FCS
Ошибка в контрольнойпоследовательности FCS
SSP
SSP
SSP
SSP
FSN=6, FIB=O
BSN=7, BIB=1
FSN=6, FIB=O
BSN=7, BIB=1
SSP
SSP
SSP
SSP
Рис. 2.18. Обычная схема повторной передачи сигнальных модулей
Важно отметить, что все рассмотренные выше функции полей сигнальных модулей F1SU являются чистой теорией, а в действительности они используются несколько иначе. Поле FSN фактически связано с последним заведомо корректным модулем MSU, принятым по сигнальному каналу. Значение поля FSN не изменяется до тех пор, пока не будет получен очередной модуль MSU. При очередной паузе в передаче сообщений MSU в поле FSN модуля FISU повторно передается значение последнего модуля MSU. Этот процесс проиллюстрирован в представленном ниже примере. Если номер фрейма последнего элемента MSU равен 5, то номер фрейма FISU также будет равен 5. Если же номер фрейма последнего элемента MSU равен 24, то номер фрейма FISU также будет равен 24.
MSU FSN = 5 FISU FSN = 5
MSU FSN = 24 FISU FSN =24
Модули FISU передаются между сигнальными пунктами в течение периодов простоя соединения и потому не оказывают на сеть какого-либо значительного влияния. Поэтому в повторной передаче потерянных или поврежденных сигнальных модулей FISU нет никакой практической необходимости.
Модуль LSSU
Модули LSSU отвечают за передачу сигнальным узлам данных о текущем состоянии сигнального канала. В обычных условиях модули LSSU между сигнальными устройствами не передаются. Они используются только при возникновении событий, которые влияют на способность канала передавать или принимать сообщения MSU. Подобно модулям FISU, LSSU связаны с последним переданным по каналу сообщением MSU. Поэтому модули LSSU по сигнальному каналу повторно не передаются. Формат сигнального модуля LSSU изображен на рис. 2.19.
СК
SF
S
11
F 1 В
FSN
В 1
В
BSN
F
Количество битов 168 or 162617178
S (Spera) = РезервныйНВ = Бит индикатора прямой передачиBIB = Бит индикатора обретной передачи Р = ФлагS (Spera) = РезервныйНВ = Бит индикатора прямой передачиBIB = Бит индикатора обретной передачи Р = ФлагСК = Контрольные биты
S (Spera) = Резервный
НВ = Бит индикатора прямой передачи
BIB = Бит индикатора обретной передачи Р = Флаг
S (Spera) = Резервный
НВ = Бит индикатора прямой передачи
BIB = Бит индикатора обретной передачи Р = Флаг
U = Индикатор длины (не используется)
FSN = Порядковый номер при прямой передаче BSN = Порядковый номер при обратной передаче
SF = Лоле статуса
Рис. 2.19. Формат модуля LSSU
Все поля модуля LSSU выполняют те же функции, что и соответствующие поля модуля FISU, за исключением поля LI. В отличие от сообщений FISU, в модуле LSSU поле LI принимает определенное значение. Кроме того, в модуле LSSU используется дополнительное поле состояния соединения (SF — Status Field). Поле LI указывает длину поля SF. Если поле LI содержит единицу, то для поля SF отводится 8 битов, а если поле LI содержит нуль, то для поля SF отводится 16 битов. Если принимающий терминал SLT не может обрабатывать 16-битовые поля SF, то второй байт поля игнорируется. Поле SF содержит информацию о текущем состоянии сигнального канала. Оно может принимать одно из шести значений, причем последние два указывают на тип проверки, которая используется в процессе синхронизации канала:
нарушение синхронизации (SIO — Status Indicator Out of Alignment);
канал неисправен (SIOS — Status Indicator Out of Service);
канал занят (SIB — Status Indicator Busy);
перегрузка процессора (SIPO — Status Indicator Processor Outage);
нормальное состояние (SIN — Status Indicator Normal);
аварийная ситуация (SIE — Status Indicator Emergency).
Значение SIO указывает либо на то, что в канале нарушена синхронизация из-за недопустимой плотности следования двоичных единиц (не следует данную ситуацию путать с нарушением плотности единичных импульсов в каналах Т1), либо на начало процесса синхронизации. В первом случае в поле SF заносится значение SIO, если обнаружена последовательность из шести единиц. Такая последовательность недопустима для передачи в сети SS7. Кроме того, значение SIO используется в начале процедуры синхронизации канала, которая рассмотрена ниже.
Значение SIOS указывает на то, что сигнальный узел не может передавать или принимать сообщения MSU (разрыв канала). Кроме того, это значение может использоваться, если из строя вышел какой-то сигнальный узел или звено. В таком случае значения SIOS передаются до тех пор, пока не начнется процесс синхронизации.
Значение SIB указывает на перегрузку передающего сигнального узла. При обнаружении перегрузки активизируется таймер Т5 (передающий таймер SIB), и начинается передача значений SIB удаленного сигнального коммутатора. Когда удаленный сигнальный узел принимает сообщение LSSU, у которого в поле SF указано значение SIB, он активизирует таймер Тб (таймер зашиты от перегрузки удаленного узла). С этого момента каждый модуль LSSU, содержащий значение SIB в поле SF, сбрасывает таймер Т7 (таймер избыточной задержки) до тех пор, пока не будет получено сообщение LSSU без значения SIB в поле SF. После этого таймер Тб отключается, и нормальный процесс передачи возобновляется. Схематически этот процесс представлен на рис. 2.20.
Значение SIPO указывает на то, что передающий сигнальный узел не может отправить сообщения на третий или четвертый функциональные уровни. Это не означает, что в наборе каналов все каналы неисправны, и потому протокол МТРЗ все еще может функционировать (с ним просто не будет обмена данными). Если значение SIPO указывается локально, то принятые сообщения MSU отбрасываются, а модули LSSU передаются со значением SIPO в поле SF.
Внимание!
Если значение SIPO указывается локально, на передающей стороне устанавливается флаг LPO (Local Processor Outage — перегрузка локального процессора).
После того как удаленный узел примет сообщение LSSU со значением SIPO, он прервет передачу модулей MSU и начнет передавать модули FISU, у которых в поле FSN указан номер последнего переданного фрейма MSU. Таким образом принимающая сторона переходит в состояние ожидания при перегрузке процессора удаленного узла (RPO — Remote Processor Outage).
Когда сигнальный узел выходит из состояния перегрузки, он уведомляет об этом протокол МТРЗ и возвращается в активное состояние. После того как канал возвращается в нормальный режим работы, буферы протокола МТР2 очищаются от всех
старых сообщений. В частности, если период простоя из-за перегрузки процессора был длительным, старые сообщения могут ссылаться на те вызовы, которые были уже давно переадресованы или удалены. Кроме того, для нормальной работы канала требуется синхронизация сообщений как для отправителя, так и для получателя.
SSPSSPТб-АктивизируетсяТ7 - СбрасываетсяТб-АктивизируетсяТ7 - СбрасываетсяТ5 - АктивизируетсяЭлемент LSSUсо значением SIBТ5 - АктивизируетсяЭлемент LSSUсо значением SIB17 - Сбрасывается17 - СбрасываетсяЭлемент LSSU со значением SIBЭлемент LSSU со значением SIBТб - ОстановленТб - ОстановленЭлемент LSSU без значения SIBЭлемент LSSU без значения SIBSSPSSP
SSP
SSP
Тб-АктивизируетсяТ7 - Сбрасывается
Тб-АктивизируетсяТ7 - Сбрасывается
Т5 - АктивизируетсяЭлемент LSSUсо значением SIB
Т5 - АктивизируетсяЭлемент LSSUсо значением SIB
17 - Сбрасывается
17 - Сбрасывается
Элемент LSSU со значением SIB
Элемент LSSU со значением SIB
Тб - Остановлен
Тб - Остановлен
Элемент LSSU без значения SIB
Элемент LSSU без значения SIB
SSP
SSP
Рис. 2.20. Работа таймера перегрузки
Процедура начальной синхронизации
Для корректной работы канала должна быть обеспечена целостность передаваемых данных. Для этого используется так называемая синхронизация канала, без которой вызовы в сети SS7 передавать просто невозможно.
Синхронизация применяется при создании нового канала между сигнальными узлами сети, а также при потере синхронизации в уже активном канале. Существуют два вида синхронизации: SIN (нормальная работа канала) и SIE (аварийная ситуация). Они отличаются друг от друга количеством времени, необходимого для выполнения проверок. В табл. 2.2 представлен полный перечень таймеров SS7 и их значений, имеющих отношение к процессу синхронизации.
! Таблица 2.2. Таймеры синхронизации SS7 и их значения ТаймерЗначение, сТип канала
Т1
Таймер готовности к синхронизации
Т2
Несинхронизированный таймер
ТЗ
Синхронизированный таймер
45-5064 Кбит/с
500-6004,8 Кбит/с
5-50Низкая скорость
70-150Высокая скорость
1-2Не определен
Окончание табл. 2.2
Таймер
Значение, с
Тип канала
Т4
Т4(п) 7/5-9,5
64 Кбит/с
Таймер проверки
Т4(т) 100-120
4,8 Кбит/с
Т4 400-600
64 Кбит/с
Т4 6-8
4,8 Кбит/с
Т5
80-120
Не определен
Таймер передачи SIB
Тб
3-6
64 Кбит/с
Удаленный таймер защиты от перегрузки
8-12
4,8 Кбит/с
17
0.5-2
64 Кбит/с
Таймер избыточной задержки
4-6
4,8 Кбит/с
Внимание!
Таймеры, перечисленные в табл. 2.2, основаны на стандарте ITU Q.703 и их значения могут варьироваться в зависимости от национальных спецификаций. Например, значение таймера Т4 может находиться в диапазоне от 2 до 9,5 секунд.
После выбора типа синхронизации выполняется проверка для гарантии того, что механизмы второго уровня смогут корректно передавать и принимать сообщения МТРЗ. Проверка целостности выполняется при помощи механизма контроля ошибок, которые возникают в сигнальном канале. Если во время проверки не обнаружено никаких ошибок, то в канал передается сообщение о завершении синхронизации. Если терминал SLT не может передать и принять модуль MSU не из-за значения SIPO в соответствующем поле, тогда с сообщением передается значение SIOS. Ниже перечислены таймеры, вовлеченные в процесс синхронизации.
Таймер Т2. Активен, когда канал не синхронизирован, и от передающего терминала SLT удаленному узлу передаются сигнальные сообщения со значениями SIO. При нарушении работы канала во время отсчета этого таймера он активизируется заново. Если при отключении таймера не будет обнаружено никаких ошибок, активизируется таймер ТЗ.
Таймер ТЗ. Активен, когда канал синхронизирован, т.е. терминал SLT согласовал соединение с удаленным узлом и передает или принимает сигнальные модули со значениями SIN или SIE. Сигнальный канал уже может обнаруживать и анализировать различия между фреймами сигнальных элементов, однако он еще не готов передавать и принимать сообщения верхнего уровня. Сигнальные узлы обмениваются значениями SIN или SIE, чтобы определить, какой метод проверки применить. После обмена сообщениями, которые содержат значения SIN или SIE, таймер ТЗ отключается. При нарушении работы канала в процессе отсчета такого таймера он отключается, и опять активизируется таймер Т2.
Таймер Т4. Активен, когда канал находится в состоянии проверки, длительность которой определяется таймером ТЗ. Значению SIE соответствует не более одной ошибки, а значению SIN — не более четырех. При обнаружении большего количества ошибок во время работы таймера Т4 передается сообщение, содержащее значение SIOS, и синхронизацию выполнить невозможно. Кроме того, ес-
ли во время отсчета такого таймера не установлено соответствие кодов размещения узлов и кодов SLC для принимающей и передающей сторон, его работа прерывается, и опять активизируется таймер Т2.
Таймер И. Активен, когда канал находится в состоянии синхронизации. После завершения этого процесса таймер Т1 отключается. Он определяет период времени, достаточный для полного завершения процедуры синхронизации канала.
Модуль MSU
Протокол МТРЗ эквивалентен механизмам сетевого уровня эталонной модели OSI. Как уже упоминалось, адресация SS7 основана на структуре кодов размещения, которая уникально идентифицирует каждый узел внутри сети. Сообщения MSU, которые используются протоколом МТР2, содержат метки маршрутизации протокола МТРЗ и сообщения о состоянии маршрутов, передаваемые между сигнальными узлами. Модули MSU рассматриваются в этом разделе потому, что они используются в маршрутизации сигнальных сообщений несмотря на то, что прежде всего они используются протоколом МТР2. Такие элементы содержат управляющие сообщения верхнего уровня, а также управляющие сетевые сообщения. Эти сообщения используются протоколами верхнего уровня наподобие ISUP (ISDN User Part — протокол пользовательских сообщений ISDN). На рис. 2.21 представлена структура заголовка сигнального модуля MSU.
СК
SIF
SIO
S
LI
F 1 В
FSN
В 1
В
BSN
F
Количество битов 1627282617
СК = Контрольные битыS (Spare) = Резервный
U = Индикатор длины (не используется)FIB = Бит индикатора прямой передачи
FSN = Порядковый номер при прямой передачеBIB = Бит индикаторе обратной передачи
BSN = Порядковый номер при обратной передачеF = Флаг
SIF = Поле служебной информацииSI0 = Октет индикаторе службы
Рис. 2.21. Формат модуля MSU
1
7
8
В формате модуля MSU есть два поля, которых нет в сообщениях других форматов: октет индикатора службы (SIO — Service Indicator Octet) и поле служебной информации (SIF — Service Information Field). В поле SIO указывается протокол верхнего уровня, который используется в сети. На рис. 2.22 показана внутренняя структура поля SIO, а в табл. 2.3 перечислены возможные значения этого поля. Внутри поля SIO используется специальное обозначение битов: бит А, В, С и D. Такие обозначения определяют, какие биты считываются первыми. Чтение происходит от бита А к биту D. В стандарте ANSI Т1.111 определено, что битовые шаблоны 1110 и 1101 являются зарезервированными для использования только в США.
СК
SIF
"\§ю
S '
F I В
FSN
В I В
BSN
F
Количество битов: 16272\ 8 \ ’’••2..617178
DCBADCBA
Поле подчиненной службы
Индикатор службы
Количество битов: 44
Рис. 2.22. Структура поля S1O
i Таблица 2.3. Значения поля SIO
D
с
в
А
Значение
0
0
0
0
Служебные сообщения управления сигнальной сетью
0
0
0
1
Сообщения проаерки и управления сигнальной сетью
0
0
1
0
Зарезервировано
0
0
1
1
Сообщение SCCP
0
1
0
0
Сообщение TUP
0
1
0
1
Сообщение ISUP
0
1
1
0
Сообщение DUP— сообщение, имеющее отношение к вызовам и каналу
0
1
1
1
Сообщение DUP — сообщение, упрощающее регистрацию и отмену вызовов
1
0
0
0
Зарезервировано для протокола МТР Testing User Part (проверка пользовательских модулей)
1
0
0
1
Широкополосная сеть ISDN User Part
1
0
1
0
Зарезервироаено
1
0
1
1
Зарезервировано
1
1
0
0
Зарезервировано
1
1
0
1
Зарезервировано
1
1
1
0
Зарезервировано
1
1
1
1
Зарезервировано
Поле подчиненной службы содержит биты индикатора сети, которые идентифицируют тип используемого коммутатора. Несмотря на то что для этого поля отведено четыре бита, из них используются только биты D и С (см. табл. 2.4).
В США можно использовать значение 3 (двоичное 11), если для управления потоком требуется учитывать приоритетность сообщений. Стандартом ANSI Т1.111 определено, что соответствующее поле может содержать значения приоритетности от 0 до 3 только в том случае, если они не отличаются для национальных и международных сообщений. Коды приоритетности в полях подчиненной службы указываются только
в случаях, специфичных для некоторых протоколов. Они могут использоваться только в закрытых национальных сигнальных сетях.
Таблица 2.4. Значения поля SIO
D
С
Значение
0
0
Международная сеть
0
1
Зарезервировано (для международного использования)
1
0
Национальная сеть
1
1
Зарезервировано (для национального использования)
В поле SIF указывается сообщение, которое используется протоколом верхнего уровня, указанным в поле SIO. Формат поля SIF зависит от текущего протокола верхнего уровня. В некоторых случаях используются такие сообщения как Emergency Changeover (аварийное переключение), Management Inhibit (запрет обслуживания), Traffic Restart Allowed (возобновить передачу трафика) и Signaling Route Set Text (проверка сигнального маршрута).
Длина поля SIF зависит от значения поля LI в фрейме MSU. В отличие от формата сообщений LSSU, в формате MSU поле LI может принимать различные значения. Как показано на рис. 2.20, длина поля SIF может достигать 272 байта (272 8-битовых поля). Могут использоваться либо 268 информационных байтов, либо 272 байта, последние четыре байта поля зарезервированы для хранения метки маршрутизации. В поле LI может содержаться значение от 1 до 63. Значения от 1 до 62 соответствуют точному количеству байтов, отведенных для поля SIF. Значение 63 указывает на то, что для поля SIF отведены 63 или более байтов.
В зависимости от используемого протокола верхнего уровня поле SIF может содержать метку маршрутизации. Такая метка определяет сигнальный канал для передачи сообщений MSU, кодов размещения отправителя и кодов размещения получателя. В сетях ITU для каждого поля кода размещения отводится 14 битов, а для поля SLS — 4 бита, что в общей сложности составляет 32 бита. Стандарт ANSI отводит для кодов размещения отправителя и получателя 24 бита, а для поля SLS — 8 битов, что в общей сложности составляет 56 битов. В сетях ANSI используются только 5 битов поля SLS, но его размер был увеличен до 8 битов с целью повышения масштабируемости сетей в будущем. Формат метки маршрутизации представлен на рис. 2.23.
Международная
SLS
ОРС
ОРС
Количество битов
4
14
14
Североамериканская
SLS
ОРС
DPC
Количество битов: 82424
Рис. 2.23. Метка маршрутизации MSU
Протокол МТРЗ
Протокол МТРЗ отвечает за маршрутизацию в сети SS7 управляющих служебных сигналов и сообщений сетевого управления. Этот протокол применяется в двух областях: при обработке сигнальных сообщений и при управлении сигнальной сетью. Протокол МТРЗ выполняет роль интерфейса для обмена данными между пользовательскими элементами верхнего уровня. Другим словами, он отвечает за то, чтобы сообщение, отправленное из некоторого сигнального узла, было доставлено соответствующему пользовательскому модулю в сигнальном узле-получателе.
Фактическая маршрутизация сообщений в сети может выполняться несколькими различными способами. Сообщения могут быть переданы либо через сопряженную пару STP, либо непосредственно от одного коммутатора SSP другому коммутатору SSP. Это можно реализовать при помощи метки маршрутизации, которая явно задает отправителя и получателя сигнального сообщения. Процесс обработки сигнального сообщения разбит на три этапа: маршрутизация, распределение и распознавание.
Маршрутизация сообщения выполняется коммутаторами SSP, STP или SSP, в которых реализованы функции узла STP, используемые для анализа сигнального сообщения. Анализ помогает выяснить, куда направляется пакет и какой канал должен быть использован для его передачи. Механизм распределения сообщений служит в принимающем сигнальном узле для доставки локально направленных сигнальных элементов соответствующим пользовательским модулям. Распознавание сообщений осуществляется коммутаторами SSP. Оно необходимо для определения, направлен ли полученный сигнальный элемент в локальный канал или нет. Если сигнальный модуль (сообщение) не является локальным, то он передается на обработку функции маршрутизации сообщений.
Внутри процесса маршрутизации используется процедура распределения нагрузки между несколькими каналами. Равномерное распределение нагрузки гарантирует, что никакой отдельный канал между сигнальными пунктами не будет чрезмерно перегружен сигнальным трафиком. Рекомендуется, чтобы количество каналов в наборе было кратно двум. Такой подход позволяет равномерно распределить нагрузку между ними.
Распределение нагрузки может быть выполнено двумя способами:
трафик распределяется между несколькими каналами внутри одного и того же набора каналов;
трафик распределяется между несколькими каналами, которые не обязательно принадлежат одному набору каналов.
Распределение нагрузки между несколькими наборами каналов также называют комбинированным. Согласно международным сетевым стандартам должны поддерживаться оба типа распределения нагрузки.
Вторая основная функция протокола МТРЗ — управление сигнальной сетью. Это несколько жизненно важных механизмов, которые включают в себя восстановление после сбоев в сети (путем перенаправления сигнального трафика) и контроль за перегрузками. Процесс управления сигнальной сетью также включает в себя методологию перенаправления трафика после устранения неисправности в сети.
Маршрутизация сообщений и управление сетью, подобно любым другим функциям системы SS7, реализуются при помощи специальных сообщений. В рамках сетевого управления используются несколько различных типов служебных сообщений:
сообщения управления сигнальным трафиком;
сообщения управления каналом;
сообщения управления маршрутизацией.
Управление сигнальным трафиком подразумевает управление сигнальным каналом при возникновении неисправностей. Это означает, что должны использоваться функции смены маршрута сигнального трафика при сбое, возобновления работы сигнального узла после устранения неисправности и задержки сигнального трафика при перегрузке. Управление сигнальным каналом подразумевает синхронизацию новых сигнальных каналов, восстановление работы сигнальных каналов после устранения неисправностей и деактивацию сигнальных каналов при необходимости. Управление маршрутизацией служебных сигналов состоит из нескольких функций, которые упрощают передачу информации о состоянии сети. Такие функции позволяют сети SS7 проверять специфические сигнальные маршруты, блокировать их и снимать блокировку, а также определять набор процедур проверки сигнальных маршрутов.
Итак, мы рассмотрели основные компоненты сети SS7. Теперь затронем несколько аспектов, которые обязательно должны быть учтены при организации провайдером службы доступа к каналу SS7. Все перечисленные элементы и для абонента, и для провайдера службы должны совпадать, иначе сеть SS7 будет работать некорректно:
коды размещения узлов — коды ОРС, DPC и все необходимые коды АРС;
диапазоны кодов CIC — если они не будут совпадать на обеих сторонах, то вызов не сможет быть корректно завершен;
код сигнального канала (SLC) — необходимо удостовериться, что используется правильный сигнальный канал в наборе каналов;
glare (вспышка) — используется в том случае, если обе стороны выберут для передачи отдельных вызовов одновременно одну и ту же магистраль. Такая ситуация еще называется двойным захватом.
Протоколы SS7 верхнего уровня
Мы рассмотрели вопросы, касающиеся инфраструктуры сети SS7. Затронули транспортные функции, позволяющие организовать обмен данными между узлами SS7. Теперь давайте подробнее рассмотрим механизмы, которые задействуются при работе с вызовами. На верхнем (четвертом) уровне стека SS7 существуют несколько протоколов, которые можно использовать для вызова функций передачи сообщений: DUP, TUP, National User Part (NUP) и ISUP.
DUP и TUP, протоколы передачи пользовательских данных и телефонных вызовов соответственно, — это традиционные протоколы, которые использовались для передачи сообщений до того, как были разработаны последние дополнения протокола ISUP. Хотя протоколы DUP и TUP и рассматриваются в данной главе, обычно внутри сети SS7 они не используются. Тем не менее, некоторые страны (например, Китай) все еще применяют их более или менее часто.
Протокол DUP
Протокол DUP (Data User Part — передача данных пользователя) был впервые принят как стандарт в 1988 году (Q.471). Позже, в 1993 году, был пересмотрен и обозначен как
Х.61. Основной целью этого стандарта является организация средств передачи сообщений, ориентированных на обмен данными. Несмотря на то что протокол DUP не предназначен для передачи голоса, он обладает средствами для установления, разрыва и регистрации вызовов, расположен на верхнем уровне стека протоколов SS7 и потому имеет прямой интерфейс с протоколом МТРЗ. Протокол DUP взаимодействует с протоколом МТРЗ для организации маршрутизации сообщений между сигнальными пунктами.
К соединениям DUP имеют отношение два основных типа сообщений: сообщения управления вызовом и сообщения управления каналом. К ним относятся перечисленные ниже сообщения, однако этот список неполный и может быть продолжен:
управление вызовом:
Address (адрес);
Calling Line Identity (идентификация вызывающей линии);
Call Accepted (вызов принят);
Call Rejected (вызов отклонен);
Clear (очистить);
управление каналом:
Circuit State (состояние канала);
Facility Registration и Facility Cancellation (средства регистрации и отмены вызова).
Сообщение Address передается во время начального установления вызова. Оно идентифицирует коды размещения устройств отправителя и получателя, а также информацию о классе услуг. Сообщение Calling Line Identity может быть передано как часть сообщения Address, однако обычно оно передается после получения сообщения Address конечным сигнальным пунктом. Такое сообщение идентифицирует информацию о сети отправителя обрабатываемого вызова. Сообщение Call Accepted уведомляет сигнальный узел (коммутатор) отправителя о приеме вызова и может включать в себя информацию, идентифицирующую сеть получателя. Сообщение Call Rejected уведомляет отправителя о том, что вызов не может быть обработан. Такое сообщение прерывает вызов и возвращает в сигнальный узел отправителя код причины разрыва. Сообщение Clear сбрасывает (т.е. отсоединяет) вызов и освобождает ресурсы системы, чтобы они опять могли использоваться в пуле.
Сообщение Circuit State идентифицирует состояние канала и проверяет его работу на предмет возникновения сбоев. Сообщения Facility Registration и Facility Cancellation выдают информацию о пользовательских средствах и не имеют никакого отношения к конкретным данным, передаваемым между сигнальными узлами.
Структура базовой метки маршрутизации сообщений в формате DUP представлена на рис. 2.24.
HGFEDCBA
TSC
BIC
ОРС
ОРС
Количество битов:8121414
Рис. 2.24. Метка маршрутизации DUP
Первым передается код размещения устройства-получателя (DPC), а затем — код размещения устройства-отправителя (ОРС), код идентификации носителя (BIC — Bearer Identification Code) и код канального интервала (TSC — Time Slot Code). Код BIC идентифицирует фактический канал DS0, по которому передается вызов. Код TSC используется совместно с кодом BIC в тех случаях, когда каналы являются мультиплексными. Кроме того, код TSC идентифицирует скорость передачи данных в канале (например, скорости 64 Кбит/с соответствует двоичное значение 01110000).
Протокол TUP
TUP (Telephone User Part — передача телефонных вызовов пользователя) — это протокол верхнего уровня, который осуществляет управление голосовыми вызовами. Он устарел и не имеет широкого распространения. Учитывая то, что в мире еще есть страны, в которых используется протокол TUP, важно, чтобы он поддерживался в сети. Этот протокол организует управление только аналоговыми каналами, и потому для управления цифровыми каналами он должен использоваться совместно с каким-либо другим протоколом, подобным DUP.
Как предшественник протокола ISUP, протокол TUP обеспечивает установление и разрыв соединения, а также доступ к интерфейсам служб. Кроме того, протокол TUP поддерживает проверку каналов на основании так называемых тестов на обрыв (СОТ — Continuity Test). Такой тест позволяет сигнальным пунктам, принимающим участие в обмене данными, проверять каждый канал на предмет способности передать голосовой вызов. Основным недостатком, характерным для протокола TUP, является отсутствие поддержки сетей ISDN.
При работе с протоколом TUP также используются несколько типов сообщений для установления и разрыва вызовов. В этом разделе рассматриваются некоторые типы, разбитые на группы:
группа сообщений Forward Address (адрес прямого вызова):
Initial Address (IAM) (начальный адрес);
Subsequent Address (последующий адрес);
группа сообщений Forward Setup (установление прямого вызова):
General Forward Setup Information (общая информация об установлении прямого вызова);
Continuity Check (проверка на обрыв);
группа сообщений Setup Request (установление запроса):
General Request (общий запрос);
группа сообщений Successful Backward Setup Request (успешный запрос на установление обратного вызова):
Address Complete (АСМ) (адрес установлен);
Charging (загрузка);
группа сообщений Unsuccessful Backward Setup Request (неудачный запрос на установление обратного вызова):
Simple Unsuccessful Backward Setup Information (простая информация о неудачном установлении обратного вызова).
Сообщение IAM идентифицирует информацию для каждого вызова, включая коды DPC, ОРС и CIC. Кроме того, сообщение IAM может быть передано с дополнительной информацией, идентифицирующей все службы, которые могут быть использованы при вызове. Структура метки маршрутизации TUP представлена на рис. 2.25.
CIC
ОРС
ОРС
Количество битов
12
14
14
Рис. 2.25. Метка маршрутизации TUP
Код CIC идентифицирует канал, по которому вызов будет передаваться между коммутаторами SSP. В данном случае такой код является идентификатором основной магистрали. Рассмотрим схему, представленную на рис. 2.26. Важно отметить то, что коды CIC не указывают на конкретные каналы DS0 в синхронной среде передачи. Так, коду CIC #15 может соответствовать канальный интервал TS22 в линии Е1. Поэтому для каждого сигнального узла обязательно должно быть определено соответствие между канальными интервалами и кодами CIC. Кроме того, на разных участках канала коды CIC могут изменяться, поэтому важно также отслеживать соответствия между отрезками маршрута и кодами CIC. К примеру, на втором отрезке маршрута следования вызова может использоваться код CIC #3 (TS12). Для того чтобы схема, представленная на рис. 2.26, не потеряла смысл, необходимо помнить, что маршрутизация вызовов в сети SS7 выполняется за один раз только для одного отрезка маршрута следования вызова.
В сообщении Subsequent Address по сети могут быть переданы любые оставшиеся цифры номера. При этом может использоваться как одно, так и несколько независимых сообщений. Маршрутизация вызовов в сети может быть организована при помощи цифрового анализа, предшествующего приему всех набранных цифр. Эта функция позволяет ускорить процесс установления вызова. Еще одной функцией сообщения Subsequent Address является использование маршрутизации вызова перед накоплением всех набранных цифр. При использовании номеров переменной длины (например, в Германии) сообщение Subsequent Address позволяет коммутатору-отправителю установить маршрут для вызова, как только будет принято достаточное количество цифр для определения следующего отрезка цепи. Если для коммутатора-получателя требуется больше цифр для того, чтобы установить маршрут вызова, он ожидает до тех пор, пока не будет получено достаточное количество сообщений Subsequent Address.
Сообщение General Forward Setup Information передается в ответ на сообщение General Request. Оно может содержать несколько элементов, необходимых для установления вызова, включая информацию о вызывающей стороне. Сообщения СОТ проверяют целостность голосового канала. Проверки на обрыв необходимы по той причине, что сигнальная сеть использует маршрут, отличный от канала-носителя. Обычно сообщения СОТ составляют около 10 процентов всех сообщений (один из десяти вызовов содержит сообщение СОТ), кроме тех случаев, когда используется спутниковый канал. Для спутниковой связи проверка на обрыв может выполняться при каждом установлении вызова. При проверке СОТ используется тоновый сигнал, который передается в цепи по каналу-носителю, а затем проверяется при приеме на соответствие его исходному состоянию.
Служебные сигналы
Основной трафик
Рис. 2.26. Назначение кодов CIC для отрезков маршрута следования вызова
Сообщение АСМ информирует вызывающую сторону о том, что набранный номер обнаружен, ресурсы проверены и приведены в состояние готовности. В типичном случае такое сообщение приходит в ответ на запрос ТАМ после того, как вызов был направлен к его конечному пункту назначения. В сообщении Charging по сети в обратном направлении передается информация о регистрации вызовов.
Для расширения функциональности протокола TUP были разработаны протоколы NUP и BT-NUP. В них реализована встроенная поддержка сетей ISDN внутри процедур установления вызова. Эти протоколы подобны протоколу TUP, поэтому мы не рассматриваем их подробно. Через несколько лет после разработки двух указанных протоколов был разработан формализованный протокол ISUP со встроенной поддержкой средств ISDN при установлении и разрыве вызова.
Протокол ISUP
Ответом союза ITU на недостатки протокола TUP стало создание протокола ISUP. Сегодня ISUP — самый популярный в мире протокол передачи вызовов. Он разработан специально для управления вызовами и обеспечения доступа к службам как при голосовой связи, так и при передаче данных. Протокол ISUP является гибкой оболочкой, которая при необходимости может изменяться в соответствии с требованиями конкретной страны. Например, если для страны А требуется специальное поле для организации собственной системы регистрации вызовов, то протокол ISUP позволяет создать такое поле, которое будет распознаваться всеми коммутаторами страны А. Именно по причине гибкости ISUP сегодня почти в каждой стране используется собственный вариант этого протокола. Таким образом, важно знать, с каким вариантом протокола ISUP обменивается информацией коммутатор абонента, и учитывать это при планировании сети.
Протокол ISUP, подобно всем остальным протоколам верхнего уровня, для передачи сообщений между сигнальными пунктами использует службы протокола МТР (который рассмотрен выше). Маршрутизация сообщений ISUP осуществляется при помощи кодов размещения и сигнальных каналов на уровне протокола МТР2 (при использовании меток маршрутизации MSU), а также при помощи кодов размещения и кодов CIC (при использовании сообщений IAM). Все телефонные номера представляются в формате Е.164, различные поля которого представлены на рис. 2. 27. Формат Е.164 используется при маршрутизации коммутаторами SSP для цифрового анализа с целью определения получателя вызова. Процесс анализа номеров в этой главе не рассматривается.
сс
NDC
SN
Номер в формате Е.164
СС = Код страны
NDC = Код пункта внутри страны
SN = Номер абонента
Пример: 65-ХХХХ-ХХХХ (Сингапур)
Пример: 81-X-YYYY-ZZZZ(Tokho)
Пример: 1 -XXX-YYYZZZZ (США • североамериканская схема распределения номеров)
Рис. 2.27. Формат номеров Е. 164
В общем случае номера разбиваются на группы в соответствии с географическими регионами, а внутри регионов каждый коммутатор взаимодействует с определенным количеством локальных номеров. Такое разбиение подобно разбиению с использованием кодов размещения, устройств, но вместо формата вида <Сеть>.<Кластер>.<Член кластера> (в США) или <SANO.<SPID> (согласно стандарту ITU) используется формат вида <Код страны>.<Код пункта внутри страны>.<Номер абонентах В США используется североамериканская схема распределения номеров (NANP — North American Numbering Plan), которая представляет собой комбинацию из кода области распределения номеров (NPA — Numbering Plan Area), кода коммутатора номеров (NXX — Numbering Exchange) и кода станции (четыре цифры). В зависимости от схемы распределения номеров, принятой в той или иной стране, могут использоваться различные варианты формата Е.164.
Еще одним важным отличием протокола ISUP от протокола TUP является то, что протокол ISUP использует совмещенную передачу служебных сигналов. При такой схеме все набранные цифры номера передаются на этапе начального установления вызова, а не по несколько цифр, после которых следует одно или несколько последовательных сообщений Address. Тем не менее важно отметить, что протокол ISUP поддерживает также и поэтапную передачу служебных сигналов, хотя такая схема обычно и не используется. Протокол TUP использует только поэтапную передачу. Несмотря на то что сегодня большинство коммутаторов ориентированы на совмещенный метод, они также могут использовать и поэтапную передачу служебных сигналов.
Существуют два метода передачи служебных сигналов, которые могут быть использованы протоколом ISUP: передача по участкам (link-by-link) и сквозная передача (end-to-end). Передача по участкам используется тогда, когда сообщения должны быть обработаны в каждом сигнальном узле маршрута служебного трафика. К сообщениям такого типа относятся модули ТАМ. Каждый коммутатор SSP, принимающий сообщение ТАМ, должен выполнить цифровой анализ, чтобы определить, является ли вызов локальным. Если вызов не является локальным, то коммутатор изменяет формат метки маршрутизации для передачи в следующий участок цепи. Сквозная передача используется при специфических прикладных запросах, передаваемых между сигнальными пунктами отправителя и получателя. К примеру, такой метод используется протоколом SCCP для передачи прикладных запросов протоколу ТСАР.
Протокол ISUP поддерживает около ТОО различных типов сообщений, в этом разделе рассматриваются некоторые из них, а именно: ТАМ (сообщение начального адреса), АСМ (адрес установлен), Call Progress (СPG — сообщение о протекании вызова), Answer (ANM — ответ), Release (REL — освобождение линии) и Release Complete (RLC — завершение процесса освобождения линии). На рис. 2.28 представлены форматы ANSI и ITU для сообщений ТАМ.
Сообщения ТАМ и АСМ используются точно так же, как и в других протоколах, например, в TUP. Сообщения CPG уведомляют сигнальный узел отправителя о том, что вызов передается по сети. Несмотря на то что такие сообщения могут передаваться независимо, обычно они являются частью сообщений АСМ. Сообщения ANM уведомляют о том, что получатель отвечает на принятый вызов. Обратите внимание на то, что сообщения CPG, АСМ и ANM передаются в обратном направлении. Сообщение REL уведомляет противоположную сторону о том, что вызов прерывается. После передачи этого сообщения коммутатору SSP не требуется ожидать получения сообщения RLC для того, чтобы освободить канал, так как вызов уже прерван. На принимающей стороне удаленный коммутатор SSP отправляет в ответ на сообщение REL сообщение RLC. Базовая схема процесса установления и разрыва соединения представлена на рис. 2.29 и 2.30.
Сообщение IAM в формате ITUСообщение IAM в формате ITUЗначение SIO и метка маршрутизацииМладший байт кода СЮ4 бита Старший байткода СЮ6 битовПроисхождение индикаторов соединенияТип сообщенияБиты FCIКатегория вызывающей стороныФизическая среда передачиСмещение обязательного переменного параметраСмещение начала необязательного разделаИндикатор длины номера вызываемой стороныНомер вызываемой стороныЗначение SIO и метка маршрутизацииМладший байт кода СЮ4 бита Старший байткода СЮ6 битовПроисхождение индикаторов соединенияТип сообщенияБиты FCIКатегория вызывающей стороныФизическая среда передачиСмещение обязательного переменного параметраСмещение начала необязательного разделаИндикатор длины номера вызываемой стороныНомер вызываемой стороныАбонент поднимвет трубкуАбонент поднимвет трубкуSSPSSPDPC^VLlOPC^VLZiCIC^e?DPC^VLlOPC^VLZiCIC^e?Передается сигнал АСМПередается сигнал АСМПередается сигнал CPGПередается сигнал CPGПередаетсясигнал ANMи устанавливаетсясоединениеПередаетсясигнал ANMи устанавливаетсясоединениеПередаетсясигнал IAMПередаетсясигнал IAMDPC = 1.1.2, ОРС= 1.1.3, С1С=67DPC = 1.1.2, ОРС= 1.1.3, С1С=67Уведомление вызывающему абонентуРРС = 1.1,2, ОРС= 1.1.3, С!С = 67Уведомление вызывающему абонентуРРС = 1.1,2, ОРС= 1.1.3, С!С = 67DPC = 1.1.2,OPC=1.1.3,CIC=67DPC = 1.1.2,OPC=1.1.3,CIC=67Абонент набирает номерАбонент набирает номерSSPSSP
Сообщение IAM в формате ITU
Сообщение IAM в формате ITU
Значение SIO и метка маршрутизацииМладший байт кода СЮ
4 бита Старший байткода СЮ
6 битовПроисхождение индикаторов соединенияТип сообщения
Биты FCI
Категория вызывающей стороныФизическая среда передачиСмещение обязательного переменного параметра
Смещение начала необязательного разделаИндикатор длины номера вызываемой стороныНомер вызываемой стороны
Значение SIO и метка маршрутизацииМладший байт кода СЮ
4 бита Старший байткода СЮ
6 битовПроисхождение индикаторов соединенияТип сообщения
Биты FCI
Категория вызывающей стороныФизическая среда передачиСмещение обязательного переменного параметра
Смещение начала необязательного разделаИндикатор длины номера вызываемой стороныНомер вызываемой стороны
Абонент поднимвет трубку
Абонент поднимвет трубку
SSP
SSP
DPC^VLlOPC^VLZiCIC^e?
DPC^VLlOPC^VLZiCIC^e?
Передается сигнал АСМ
Передается сигнал АСМ
Передается сигнал CPG
Передается сигнал CPG
Передаетсясигнал ANMи устанавливаетсясоединение
Передаетсясигнал ANMи устанавливаетсясоединение
Передаетсясигнал IAM
Передаетсясигнал IAM
DPC = 1.1.2, ОРС= 1.1.3, С1С=67
DPC = 1.1.2, ОРС= 1.1.3, С1С=67
Уведомление вызывающему абоненту
РРС = 1.1,2, ОРС= 1.1.3, С!С = 67
Уведомление вызывающему абоненту
РРС = 1.1,2, ОРС= 1.1.3, С!С = 67
DPC = 1.1.2,OPC=1.1.3,CIC=67
DPC = 1.1.2,OPC=1.1.3,CIC=67
Абонент набирает номер
Абонент набирает номер
SSP
SSP
Сообщение IAM в формате ANSI
“Значение SIO и метка маршрутизации
Младший байт кода СЮ
битаСтарший байт кода СЮ
6 битовПроисхождение индикаторов соединенияТип сообщения
Биты FCI
Категория вызывающей стороны
Смещение первого обязательного переменного параметра
Смещение второго обязательного переменного параметраСмещение начала необязательного раздела
Индикатор длины раздела информации о пользовательской службеИнформация о пользовательской службе
Индикатор длины номера вызываемой стороныНомер вызываемой стороны
Рис. 2.28. Структура сообщений IAM
Рис. 2.29. Базовая схема процесса установления соединения и использования протокола ISUP
Передается сигнал RLC в ответ на сигнал RELПередается сигнал RLC в ответ на сигнал RELЛокально прерывается вызовЛокально прерывается вызовSSPSSPDPC= 1.1.3, ОРС= 1,1,2, CIC = 67DPC= 1.1.3, ОРС= 1,1,2, CIC = 67Абонент вешает трубкуАбонент вешает трубкуSSPSSPРРС=1.1.2, ОРС= 1.1.3, CiC = 67РРС=1.1.2, ОРС= 1.1.3, CiC = 67Удаленному абоненту передается сигнал REL и локально прерывается вызов
Передается сигнал RLC в ответ на сигнал REL
Передается сигнал RLC в ответ на сигнал REL
Локально прерывается вызов
Локально прерывается вызов
SSP
SSP
DPC= 1.1.3, ОРС= 1,1,2, CIC = 67
DPC= 1.1.3, ОРС= 1,1,2, CIC = 67
Абонент вешает трубку
Абонент вешает трубку
SSP
SSP
РРС=1.1.2, ОРС= 1.1.3, CiC = 67
РРС=1.1.2, ОРС= 1.1.3, CiC = 67
Рис. 2.30. Базовая схема процесса разрыва соединения и использования протокола ISUP
Интеллектуальная сеть (IN)
Инфраструктура сети IN (Intelligent Network — интеллектуальная сеть) была создана как оболочка для абонентских служб, которые не предоставляются сетью SS7, а также для служб операторов связи.
Распределенная структура сеги позволяет провайдерам поддерживать более широкий спектр служб и предоставлять их большему количеству абонентов. Без такой инфраструктуры выбор услуг для абонентов ограничен теми службами, которые предоставляют коммутаторы SSP. При этом такие службы часто видоизменяются, а стоимость их расширения весьма высока. Структура IN — это модель, которая предоставляет дополнительные службы и обеспечивает маршрутизацию вызовов в распределенной среде.
Разработка инфраструктуры сети IN — непростая задача. Чтобы обеспечить независимую работу поставщиков услуг тогда, когда каждый из них взаимодействует с одним и тем же оборудованием IN, необходимо было разработать новый набор стандартов, в которых бы было предусмотрено изменение оборудования поставщиков услуг без приостановки работы абонентских служб.
Наконец, службы сети IN не должны зависеть от инфраструктуры сети, чтобы обеспечить провайдерам гибкость в управлении их собственными сетями.
Эти непростые требования к сетевым службам были реализованы при помощи запросов протокола ТСАР. Этот протокол позволяет сетевым устройствам запрашивать и принимать информацию, например, запрашивать номера для бесплатной переадресации звонков или расширенную информацию о вызывающей стороне (Caller ID Deluxe) и информацию LNP. Идентификатор Caller ID Deluxe содержит номер вызывающей стороны и имя, зарегистрированное для этого номера в обычных условиях.
Ядро сети IN состоит из нескольких компонент, каждая из которых относится к одной из двух категорий: физические объекты (РЕ — Physical Entities) и функциональные объекты (ЕЕ — Functional Entities). Каждый физический объект может содержать один или несколько функциональных объектов.
Функциональные объекты
Функциональные объекты — это специфические задачи, выполняемые физическими объектами. Они могут быть сгруппированы внутри одного физического объекта или распределены между несколькими такими объектами. Иными словами, два различных функциональных объекта могут быть реализованы в одном коммутаторе SSP или же распределены между двумя отдельными коммутаторами SSP. Тем не менее, невозможно распределить один функциональный объект между несколькими коммутаторами SSP. В таком случае можно создать дублирующие экземпляры функционального объекта и распределить их между несколькими физическими объектами в сети IN. Ниже перечислены некоторые распространенные функциональные объекты такой сети.
Функция коммутации служб (SSF — Service Switching Function) и функция управления вызовом (CCF — Call Control Function) — две независимые функции, которые обычно используются совместно. Функция SSF представляет собой интерфейс, через который функция CCF обменивается информацией с функцией управления службой (SCF — Service Control Function). Без этого интерфейса функция SCF не сможет управлять функцией CCF, и службы будут недоступны. Функция CCF обеспечивает управление вызовом на физическом уровне, при котором используются устройства, подобные коммутаторам SSP.
Функция агента управления вызовом (CCAF — Call Control Agent Function) предоставляет интерфейс, через который абонент может получать доступ к любой службе.
Функция проверки служб (SCF — Service Control Function) управляет логикой и внутренними процессами службы. Функции SCF фактически соответствует внутренняя организация службы.
Функция данных службы (SDF — Service Data Function). Каждая служба использует собственный набор данных, и функция SDF обеспечивает доступ к этим данным для функции SCF. Например, может быть предоставлен доступ к базе данных, содержащей перечень номеров для бесплатного перевода.
Функция предоставления дополнительных ресурсов (SRF — Special Resource Function) взаимодействует с набором дополнительных функций расширения службы, которые требуются абоненту для получения доступа к таким службам, как накопление цифр при передаче цифр номера DTMF, распознавание голоса и интерактивный голосовой автоответчик (IVR — interactive Voice Response).
Функция управления службой (SMF — Service Management Function) формирует специальную среду для создания и размещения службы, а также для управления нею. С функцией SMF напрямую взаимодействуют функции SMAF и SCEF.
Функция доступа к управлению службой (SMAF — Service Management Access Function) предоставляет логическое смотровое окно для функции SMF.
Функция среды создания службы (SCEF — Service Creation Environment Function) позволяет создавать, проверять и устанавливать службы в среде SMF. Результатами работы функции SCEF являются логика службы и шаблоны данных.
Физические объекты
В предыдущих разделах главы уже рассматривались некоторые физические объекты (например, SCP и SSP). Физические объекты — это реальные устройства, которые выполняют запрограммированные функции для обеспечения работы некоторой службы. Несмотря на то что для физических объектов используются различные определения, некоторые из них могут быть объединены внутри физических модулей, которые перечислены ниже.
SSP. Коммутаторы SSP управляют вызовами, а также выполняют обработку и маршрутизацию вызовов в сети. Когда они используются в инфраструктуре сети IN, коммутаторы SSP отвечают за идентификацию вызовов, которым требуется предоставить интерфейс к службе. Затем такие интерфейсы предоставляются абонентам.
SSCP. Модули SSCP объединяют в себе функциональность устройств SSP и SCP. Они ускоряют доступ к службам, однако протоколы обмена информацией и методы взаимодействия с другими устройствами остаются неизменными.
SCP. Узлы SCP предоставляют специфические услуги конечным абонентам. Такие сигнальные узлы сети обычно реализованы в Северной Америке в виде сопряженной пары STP, а в других странах — в виде коммутатора SSP со встроенной функциональностью STP. Кроме того, узлы типа SCP содержат программы логики службы (SLP — Service Logic Programs), и для предоставления отдельных служб абонентам требуется получение соответствующих данных. Несколько пунктов SCP, расположенных в регионе с одним и тем же набором программ SLP, можно использовать для распределения нагрузки трафика различных служб.
Точка доступа к сети (NAP — Network Access Point). Точки NAP предоставляют функции CCF и CCAF внутри инфраструктуры сети IN. Такие точки не имеют прямого доступа к узлам SCP, однако могут идентифицировать вызовы, направляемые к службам. В этих случаях пункт NAP может направить вызов на коммутатор SSP с доступом к пункту SCP.
Дополнительное устройство (AD — Adjunct) — это устройство, по своим функциям сильно напоминающее узел SCP, однако оно может напрямую соединяться по высокоскоростным магистралям с коммутаторами SSP. Оборудование AD может обеспечивать быстрый обмен информацией с коммутаторами SSP, но фактический механизм обмена сообщениями остается таким же, как и при обмене информацией между SSP и SCP.
Интеллектуальное периферийное устройство (IP — Intelligent Peripheral). Такое устройство реализует рассмотренную выше функцию SRF. Оно отвечает за накопление цифр номера при передаче информации с помощью DTMF, распознавание голоса и услуги интерактивного автоответчика (IVR).
Узел службы (SN — Service Node). Узлы службы управляют взаимодействием служб сети IN с абонентами и могут одновременно выполнять роль устройств AD, IP и SSP. Обычно узлы служб реализуются при помощи нескольких коммутаторов SSP для того, чтобы можно было использовать одновременно несколько дополнительных служб.
Узел передачи данных службы (SDP — Service Data Point). Такой узел участвует в обработке данных клиента и реализует функцию SDF. Когда служба запрашивает необходимые ей данные, происходит обращение к пункту SDP.
Взаимосвязи между функциональными и физическими объектами сети IN представлены на рис. 2.31.
Необязательные функциональные элементы II
Сигнальный канал
Транспортная магистраль————.
Рис. 2.31. Взаимосвязи между функциональными и физическими объектами в сети IN
Сеть IN реализована в виде набора связанных каскадов, обеспечивающих обратную совместимость со старыми технологиями, а также возможность расширения путем создания новых и модификации уже существующих служб. Важно также, чтобы службы интеллектуальной сети с точки зрения абонента представляли собой единое целое. В попытке упростить сложную инфраструктуру сети IN были созданы и успешно внедрены три независимых набора служб: CS-1, CS-2 и CS-3.
Набор служб 1 (CS-1)
CS-l (Capability Set 1) — это первый набор служб, который начал использоваться в структуре интеллектуальной сети. Он был создан для поддержки всех существующих служб сети IN и организации среды, обеспечивающей совместимость со службами, которые появятся в будущем. В наборе CS-1 также учтено наличие запатентованных служб, которые не всегда соответствуют стандартам ITU-T. В стандарте CS-1 определены два различных типа служб: тип А и тип В.
Службы типа А называют односторонними. Они оказывают воздействие только на ту сторону соединения, на которой были запущены. При этом удаленная сторона соединения
может обращаться к этой же службе и работать с ней независимо от другой стороны. Все остальные службы относятся к типу В и не используются из-за сложности организации и установки. Сложность этого типа служб обусловлена тем, что для работы многих из них требуется управление распределенными вызовами, передаваемыми от коммутатора внешним сетевым устройствам. В табл. 2.5 представлен перечень служб, которые поддерживаются набором CS-1.
, Таблица 2.5. Службы, которые поддерживаются набором CS-1
Название службы
Код службы
Полностью поддерживается набором CS-1
Abbreviated Dialing (сокращенный набор)
ABD
Да
Attendant (сопровождение)
АТТ
Да
Authentication (аутентификация)
AUTC
Да
Authorization Code (код авторизации)
AUTZ
Да
Automatic Call Back (автоматический обратный вызов)
АСВ
Нет
Call Distribution (распределение вызова)
CD
Да
Call Forwarding (перенаправление вызова)
CF
Да
Call Transfer (передача вызова)
TRA
Нет
Call Waiting (ожидание вызова)
CW
Нет
Customized Recorded Announcement (настраиваемые хранимые уведомления)
CRA
Да
Multiway Calling (множественный вызов)
MWC
Да
Originating Call Screening (просмотр исходных вызовов)
OCS
Да
Reverse Charging (обратная загрузка)
REVC
Да
В наборе CS-1 используется характерный метод управления службами и обработки вызовов. Для большинства вызовов перечисленные ниже этапы управления остаются неизменными.
Вызов поступает в сетевую структуру с корректным шаблоном набранных цифр или с индикатором снятой трубки на другом конце линии. Функция CCF распознает службы CS-1, хотя и “не знает”, как напрямую обращаться к функциям сети IN. Вызов передается функции SSF.
Как видно на рис. 2.31, функции CCF и SSF чаще всего реализованы в одном и том же устройстве сети IN. Функция SSF анализирует поступивший вызов, чтобы принять решение на основании информации о службе, запрашиваемой абонентом. После того как решение принято, формируется запрос ТСАР для функции SCF.
Функция SCF принимает запрос, определяет необходимую службу и возвращает ответ функции SSF. Такой ответ может включать в себя логику службы для продолжения процесса, приглашение к накоплению цифр или запрос к удаленной функции SDF.
После того как функция SSF принимает ответ функции SCF, она передает в функцию CCF инструкции о построении маршрута следования вызова к выбранной службе.
Набор служб CS-2
В наборе служб CS-2 (Capability Set 2) дополнены типы и повышена сложность тех служб набора CS-1, которые не могли использоваться во всей полноте. Как набор CS-1, так и набор CS-2 являются подмножествами общей структуры сети IN. Набор CS-2 содержит несколько типов служб, включая телекоммуникационные, службы управления службами и службы создания служб. Службы управления службами и службы создания служб — это два новых типа функций, которые впервые появились в наборе CS-2. В табл. 2.6 перечислены все дополнительные службы, появившиеся в наборе CS-2.
^Таблица 2.6. Перечень дополнительных служб в наборе CS-2
Телекоммуникационные службы Название службы
Код службы
Полностью поддерживается в наборе CS-2
Internetwork Freephone (межсетевые бесплатные телефонные номера)
IFPH
Да
Internetwork Premium Rate (межсетевые тарифы взаиморасчетов)
IPRM
Да
Conference Calling (конференционная связь)
CONF
Да
International Telecommunication Charge Card (международная телекоммуникационная кредитная карточка)
ITCC
Нет
Originating and Terminating Carrier Identification (инициализация и прерывание процесса идентификации оператора связи)
OCI/OTC
Нет
Blocking/Unblocking of Incoming Calls (блокирование/разблокирование поступающих звонков)
BUIC
Нет
Emergency Calls in Wireless (беспроводные аварийные вызовы)
ECW
Нет
Charge Card Validation (проверка кредитной карточки)
CCV
Да
User Service Interaction (взаимодействие с пользовательскими службами)
USI
Да
Службы управления службами Название службы
Код службы
Полностью поддерживается в наборе CS-2
Telecommunications Service Customization (настройка телекоммуникационных служб)
TSC
Да
Service Control Customization (настройка управления службами)
SCC
Да
Subscriber Service Activation Deactivation (активизация и деактивизация абонентских служб)
SSAD
Да
Название службы
Код службы
Полностью поддерживается в наборе CS-2
Subscriber Profile Management (управление параметрами абонента)
SPM
Да
Subscriber Service Limiter (ограничитель абонентских служб)
SSL
Да
Billing Report (отчет о регистрации вызовов)
BR
Да
Subscriber Traffic Monitoring (мониторинг абонентского трафика)
STM
Да
Службы создания служб Название службы
Код службы
Полностью поддерживается в наборе CS-2
Feature Interaction Detection (обнаружение взаимодействия между свойствами)
Не определен
Да
Cross-Service Feature Interaction Detection
Не определен
Да
(обнаружение взаимодействия между свойствами различных служб)
Creation Initiation (инициализация создания службы)
Не определен
Да
Editing (редактирование)
Не определен
Да
Data Rule Generation (формирование правил для работы с данными)
Не определен
Да
Data Rule Distribution (распределение правил для работы с данными)
Не определен
Да
Несмотря на то что новые функции в наборе CS-2 значительно повысили гибкость системы и упростили процесс управления сетью IN, поток вызова все равно обрабатывается так же, как при работе с набором служб CS-1. Перечень служб, который представлен в табл. 2.6, не является исчерпывающим, так как в настоящее время используется намного большее число возможностей. Кроме того, ежемесячно создается и модифицируется все больше служб с целью повышения качества обслуживания абонентов. Некоторые из самых распространенных служб уже упоминались ранее в этой главе: бесплатная переадресация номеров, определение расширенных параметров вызывающего абонента и LNP.
Бесплатная переадресация номеров выполняется ежедневно, и, скорее всего, вряд ли кто-либо из абонентов догадывается, что вовлечен в работу данной службы. Фактически большинство людей уверено в том, что каждый из набранных ими номеров, начинающийся с цифр 800, является реальным номером абонента. Но на самом деле все не так. Для каждого из номеров данной сети существует набор баз данных (обычно SCP), в которых хранятся записи обо всех набранных номерах, начинающихся с цифр 800, и соответствующих им реальных телефонных номерах. Когда набирается какой-либо номер (например, 800-555-1212), формируется запрос ТСАР с целью определения фактического номера, которому должен быть передан вызов. Затем най-
денный номер передается коммутатору SSP, отправившему запрос, и составляется маршрут следования вызова.
Такая служба в основном используется в Северной Америке, однако в других частях света также существуют различные реализации механизма бесплатной переадресации номеров. Так, в Австралии выполняется перевод номеров, которые начинаются с цифр 800 и 13. По существу, для предоставления этого вида услуг нет необходимости использовать исключительно номера, начинающиеся с цифр 800.
Обычно вместе с идентификатором абонента, отправившего вызов, принимающей стороне передается телефонный номер вызывающей стороны, и пользователь может определить, нужно ли ему отвечать на звонок или нет. Идентификатор расширенной информации о вызывающем абоненте (Caller ID Deluxe) содержит не только номер вызывающей стороны, но и информацию о ее каталоге. Таким образом, вместо номера 919- 555-1212 вызываемый абонент получает идентификатор Brad Dunsmore 919-555-1212.
Последняя служба, рассматриваемая в этой главе — LNP. Она обеспечивает перемещение телефонного номера вместе с абонентом. Иными словами, если кто-то живет в восточной части Атланты, а затем переезжает в западную, то служба LNP обеспечивает передачу телефонного номера этого абонента коммутатору, соответствующему новому месту жительства.
Форум эксперта: принцип работы службы LNP в Северной Америке
“Постановление о телекоммуникациях”, которое приняло законную силу 8 февраля 1996 года, по большей части было предназначено для развития конкуренции на рынке локальных коммутаторов. Для этого из законодательных документов были убраны установленные ранее нормативы и практические барьеры, которые препятствовали созданию новых локальных телекоммуникационных компаний в США. Одним из самых значительных шагов, совершенных Конгрессом в этом направлении, было выдвижение требования ко всем местным телекоммуникационным компаниям (LEC — Local Exchange Carrier), как уже существующим, так и вновь создаваемым, обеспечить переносимость номеров в соответствии с предписаниями специальной комиссии. В постановлении 1996 года переносимость номеров определена как “возможность пользователей телекоммуникационных служб сохранять существующие телекоммуникационные номера при смене оператора связи без снижения качества, надежности и удобства обслуживания”. Переносимость номеров — ключевой фактор для здоровой конкуренции в сфере предоставляемых услуг локальной связи, потому как результаты исследований показали, что при смене телефонного номера у клиентов возникают проблемы в отношениях с местными операторами связи.2
Без переносимости номеров клиенты обычно не могут сменить локальную телефонную компанию, не сменив телефонный номер. Если потребитель сменяет локальную телефонную компанию и становится пользователем службы другой телефонной компании, использующей иной коммутатор в той же местности, новая телефонная компания обычно назначает клиенту новый семизначный номер (код NXX плюс номер линии). Такой номер связан с новым коммутатором и новой телефонной линией.3
Существуют три категории переносимости номеров:
переносимость провайдера службы;
переносимость местонахождения;
переносимость служб.
Переносимость провайдера службы
Первый указ Федеральной комиссии по связи США 096-286, относящийся к рассматриваемой отрасли, требовал от местных телекоммуникационных компаний не позднее 1 октября 1997 года начать постепенное внедрение службы LNP для провайдеров служб в ста крупнейших мегаполисах. Этот процесс должен был быть завершен к 31 декабря 1998 года. Переносимость провайдера службы позволяет абонентам сохранять за собой существующие телефонные номера (для входящих звонков, идентификации исходящих вызовов и регистрации вызовов) при смене телефонной компании. В данный момент переносимость провайдера службы является единственным стандартным методом, признанным Федеральной комиссией по связи США.
В июне 1999 года все сотовые широкополосные услуги связи и закрытые провайдеры SMR должны были организовать работу долгосрочной базы данных. Это нужно было для обеспечения переносимости номеров в тех коммутаторах, к которым другой 4 оператор связи (с 30 сентября 1998 года) сделал соответствующий запрос.
Для обеспечения работы сети, поддерживающей службу LNP, используются следующие компоненты:
узел SSP формирует запросы LNP;
узел STP выполняет глобальное преобразование заголовков (GIT — Global Title Translation) с целью маршрутизации запросов;
узел SCP поддерживает базу данных LNP, к которой выполняется запрос;
система управления службами (SMS — Service management System) заносит в базу данных SCP номера пунктов маршрутизации (LRN — Location Routing Numbers);
средства связи Центра управления переносимостью номеров (NPAC — Number Portability Administration Center).
Долгосрочная переносимость номеров реализована при помощи структуры LRN, в которой каждому коммутатору присваивается уникальный десятизначный номер узла маршрутизации. Первые шесть цифр идентифицируют местоположение нужного коммутатора (обычно в формате NPA-NXX), а затем следует уникальная комбинация из четырех цифр. При переносе номера для каждого клиента существует соответствующая запись в региональной базе данных, в которой указан номер LRN для коммутатора, обслуживающего данный телефонный номер. Каждая база данных LNP обслуживает область, соответствующую зоне обслуживания одной региональной телефонной компании (RBOC — Regional Bell Operating Company).
Региональные базы данных LNP сопровождают администраторы службы LNP, которые являются третьей, нейтральной, стороной. Телекоммуникационные компании внутри каждого отдельно взятого региона создают общества с ограниченной ответственностью, которые заключают контракты с региональными администраторами баз данных LNP. К этим обществам с ограниченной ответственностью в любое время может присоединиться новая телекоммуникационная компания. Североамериканская
комиссия по распределению номеров (NANC — North American Numbering Commission) рекомендовала, чтобы базы данных NPAC были установлены в каждом из семи основных регионов RBOC. Эта комиссия также опубликовала рекомендации, согласно которым к функциям администраторов LNP относятся все задачи по управлению региональными базами данных. Общества с ограниченной ответственностью MidAtlantic, Mid-West, Northeast и Southwest, независимо друг от друга, для администрирования баз данных использовали управляющую информационную систему LockheedMartin. В состав обществ Southeast, Western и West Coast входила корпорация Perot Systems Inc., и эти общества до сих пор публикуют отчеты о проблемах с производительностью, побудивших их разорвать контракты с Perot в пользу Lockheed.
Когда клиент сменяет местную телекоммуникационную компанию, принимающий коммутатор получает номер такого клиента от передающего коммутатора. Для этого телефонный номер клиента передается администратору соответствующей региональной базы данных LNP. Это привязывает исходный телефонный номер клиента к номеру LRN коммутатора нового оператора связи, и в результате этот телефонный номер остается закреплен за клиентом. Впоследствии администраторы региональной базы данных передают обновления LRN в электронном виде в местные системы управления службами (LSMS — Local Service Management Systems). Затем каждый оператор связи распространяет полученную информацию, которая используется для обеспечения переносимости номеров. Пересылку номеров LNP/LNR отдельным компаниям выполняет центр NPAC при помощи локальной системы SMS, которая вносит изменения в соответствующие базы данных SCP.
Чтобы передать межкоммутаторный телефонный вызов в пункт, поддерживающий переносимость номеров, оператор связи должен определить номер LRN того коммутатора, который обслуживает получателя вызова. После того как будет установлен код NXX пункта, поддерживающего переносимость номеров, должны быть проверены все межкоммутаторные вызовы, направленные к этому пункту. Таким образом можно установить, был ли перенесен телефонный номер конечного абонента. Для этого на сопряженную пару STP передается запрос LNP, выполняющий для набранных цифр номера глобальный перевод заголовков. После этого пара устройств STP передает запрос соответствующей подсистеме узла SCP, чтобы извлечь из базы данных номер LRN, связанный с вызываемым телефонным номером.
Федеральной комиссией по связи был утвержден протокол передачи запросов под названием N— 1 (читается как “N минус 1”). Согласно ему, за передачу запроса отвечает оператор связи. При этом “букве N соответствует конечный объект, принимающий вызов на стороне пользователя, или провайдер сети, обеспечивающий этому объекту транзитный доступ”. Таким образом, обозначению N—1 при локальном вызове обычно соответствует провайдер локальных служб вызывающего абонента. В то же время при межкоммутаторных вызовах обозначению N—1 обычно соответствует оператор линий межстанционной связи (IXC — Inter-eXchange Carrier). Оператор связи N-1 может выполнять собственные запросы. Кроме того, его могут использовать другие операторы связи или сторонние организации в качестве посредника для организации служб передачи запросов.2
Для маршрутизации локальных вызовов провайдер служб отправителя проверяет набранный абонентом семизначный номер (например, 555-2222). Если вызываемый номер обслуживается коммутатором отправителя (например, внутрикоммутаторный вызов), тогда локальный провайдер служб ищет набранный код NXX (555) в своей таблице кодов NXX, чтобы установить возможность переноса номера. Если комбинация цифр 555 не является
кодом NXX, то локальный провайдер служб отправителя обрабатывает вызов обычным способом. Если же для набранного номера необходимо выполнить перенос, то локальный провайдер служб добавляет к этому номеру код NPA (например, 708) и передает запрос вида (708)555-2222 в пункт SCP. Узел SCP, содержащий перечень номеров LRN, извлеченных из региональной базы данных, возвращает в ответ на запрос (708)555-2222 соответствующий номер LRN (обычно — (708)555-0000 или (708)555-9999). Затем такой номер LRN используется для маршрутизации вызова к необходимому коммутатору при помощи сообщения ТАМ сетевого формата SS7, которое указывает на то, что был выполнен запрос. Затем конечный коммутатор обрабатывает вызов. Для маршрутизации межстанционного вызова локальный провайдер служб отправителя передает вызов оператору IXC, который выполняет ту же процедуру, что и раньше. На рис. 2.32 представлена типичная схема прохождения вызова LRN.
Рис. 2.32. Принцип работы службы LNP при взаимодействии коммутаторов отправителя и получателя
Внимание!
Дополнительную информацию о том, как обрабатываются вызовы, можно найти в главе “Общие принципы коммутации и сигнальные требования для переносимости номеров” документации Telcorida.
Обработка вызова LNP
Конечный пользователь А (номер 708-555-1111) набирает номер конечного пользователя Б (номер 708-555-2222). Предположим, что конечный пользователь Б сменил свое местоположение и пользуется услугами другого местного оператора телефонной связи. Локальный провайдер служб конечного пользователя А может подключиться к устройству оператора связи конечного пользователя Б напрямую в том случае, если такое соединение будет находиться в пределах области локального доступа и передачи (LATA — Local Access and Transport Area). Ниже перечислены действия, которые подробно описывают процесс обработки номера LRN службой LNP.
Вызывающая сторона набирает номер 555-2222.
Коммутатор отправителя выполняет цифровой анализ цифр набранного номера, чтобы установить маршрут следования вызова. В результате оборудование
связи определяет, что конечному пользователю Б соответствует переносимый номер вида NPA-NXX (708-555) и он не обслуживается коммутатором отправителя вызова.
Коммутатор отправителя передает узлу LNP SCP запрос AIN (Info_Analyzed), основанный на цифрах набранного номера.
Узел LNP SCP возвращает ответ AIN (Analyze_Route), содержащий номер LRN (312-979-ХХХХ) принимающего коммутатора.
Коммутатор отправителя принимает ответ узла LNP SCP и анализирует данные. Номер LRN передается в таблицы маршрутизации LNP, и устанавливается маршрут ISUP между коммутаторами отправителя и принимающим. Номер LRN сохраняется в параметре Called Party (CdPN), а цифры набранного номера — в параметре Generic Address Parameter (GAP — общие параметры адреса) сообщения ISUP IAM. Индикатору Forward Call Indicator (FCI — индикатор перенаправления вызова) присваивается значение, указывающее, что был выполнен запрос (бит М=1).
На основании номера LRN вызов передается от коммутатора отправителя принимающему коммутатору.
Принимающий коммутатор обрабатывает содержимое сообщения IAM и устанавливает, что принятый номер LRN обслуживается именно им. Коммутатор замещает содержимое параметра CdPN, используя цифры набранного номера, которые хранятся в параметре GAP. После этого выполняется анализ цифр набранного номера с целью определить местоположение конечного пользователя.
Принимающий коммутатор завершает передачу вызова от конечного пользователя А конечному пользователю Б.
Переносимость местонахождения
Переносимость местонахождения связана с тем, что абонент перемещается из региона, обслуживаемого одной телекоммуникационной компанией, в регион, обслуживаемый другой телекоммуникационной компанией. В этом случае реальна потеря возможности географического распознавания номеров NPA-NXX. Сегодня такое распознавание выполняется в месте инициирования вызова. Например, коду области 303 соответствует город Денвер, штат Колорадо. Предположим, что используется переносимость местонахождения, и абонент переезжает из Денвера в Атланту, штат Джорджия. В таком случае все звонки этого абонента с точки зрения принимающего клиента могут рассматриваться как совершенные из штата Колорадо. На первый взгляд это не имеет большого значения, однако такие звонки оцениваются по более высокому тарифу, и возникают некоторые сложности, связанные с их регистрацией. Предположим, что ваши соседи в Денвере не знают о том, что вы переехали. Они поднимают трубку и набирают ваш номер 303-NXX-XXXX, а телефон звонит у вас в новом доме, в Атланте. Для ваших соседей это междугородний звонок, но они думают, что звонят в соседний дом. Кто же будет платить за такой звонок? Кроме того, в рассматриваемом случае должны использоваться дополнительные службы регистрации, например, служба учета вызовов, регистрации сторонних номеров и т.п., что усложняет обслуживание.
Переносимость служб
Федеральная комиссия по связи определяет понятие переносимости служб как способность абонента сменять тип обслуживания, оставляя за собой существующий телефонный номер. В качестве примера можно привести переход от традиционной телефонной службы (POTS) к службе ISDN. В данном случае клиент сменяет не провайдера службы, а только класс и тип обслуживания.
Ссылки
Ниже перечислены документы и стандарты, использованные при написании раздела “Форум эксперта: принцип работы службы LNP в Северной Америке”:
'Второй указ Федеральной комиссии по связи США (97-289), изданный 14 августа 1997 года.
www.fcc.gov/Bureaus/Common_Carrier/Orders/1997/fcc97289.txt
2Третий указ Федеральной комиссии по связи США (98-082), изданный 12 мая 1998 года.
www.fcc.gov/Bureaus/Conmon_Carrier/Orders/1998/fcc98082.txt
3Учебник по переносимости локальных номеров.
www.ported.com/midlnp.html
Первый указ Федеральной комиссии по связи США (96-286), изданный 2 июля 1996 года.
www.fcc.gov/Bureaus/Common_Carrier/Orders/1996/fcc96286.txt
Первый пересмотренный указ Федеральной комиссии по связи США (97-74), изданный 11 марта 1997 года.
www.fcc.gov/Bureaus/Common_Carrier/Orders/1997/fcc97074.txt
Набор служб CS-3
Набор служб CS-3 добавлен в инфраструктуру сети IN совсем недавно. Он является следующим поколением функциональности инфраструктуры IN, построенной на возможностях наборов CS-1 и CS-2 внутри сети провайдеров служб. В набор CS-3 добавлены некоторые новые службы, перечисленные ниже.
Взаимодействие средств. Средства служб теперь могут взаимодействовать друг с другом, что позволяет использовать одновременно сразу несколько служб для одного абонента или одного вызова.
Переносимость номеров. Переносимость номеров не используется в сетях провайдеров служб во многих странах.
Расширенные службы для узкополосных мобильных сетей.
Расширенные службы для широкополосных мобильных сетей.
Поддержка взаимодействия сетей на базе протокола IP.
Поддержка широкополосных сетей ISDN (В-ISDN).
Поддержка прозрачности технологий.
Резюме
Передача служебных сигналов необходима для упрощения управления вызовами. Существуют два метода передачи служебных сигналов: CAS и CCS. CAS — это более старый и менее эффективный метод управления вызовами. Он используется в технологии Т1, и его отличительной характеристикой является совмещение сигнального потока с потоком данных. Метод CCS использует передачу служебных сигналов вне полосы пропускания основного трафика. Это означает, что служебные сигналы не привязаны к передаваемым данным. Интерфейс основного уровня ISDN физически использует полосу пропускания основного трафика, однако логически для передачи служебных сигналов используется независимый канал DS0. По этой причине в сетях ISDN применяется метод CCS.
Система SS7 используется почти в каждой стране мира. С ее помощью устанавливаются и завершаются вызовы, а также происходит управление коммутируемой сетевой инфраструктурой. В инфраструктуре SS7 используются три основных компонента: SSP, STP и SCP. SSP — это коммутаторы, которые отвечают за маршрутизацию вызовов в сети, организацию доступа к необходимым службам и управление всеми этапами передачи вызова. Коммутаторы SSP подключаются к сигнальной сети и сети, по которой передается основной трафик. Связь между различными коммутаторами SSP осуществляется при помощи каналов с широкой полосой пропускания, известных как IMT. Аббревиатуре STP соответствует ни что иное, как пакетные коммутаторы служебных сигналов. Они предназначены для высокоскоростной коммутации служебных сигналов в сети на основании специальных таблиц маршрутизации. Коммутаторы STP взаимодействуют только с сигнальной сетью и никак не связаны с маршрутом следования фактического вызова. Пункты SCP совместно с другим оборудованием сети IN обеспечивают обслуживание абонентов, которые в противном случае не смогли бы работать с сетью SS7.
Существуют три основных типа сигнализации, которые используются оборудованием CCS: сигнализация по общему каналу, сигнализация по смежным каналам и сигнализация по раздельным каналам. Сигнализация по общему каналу используется тогда, когда служебные сигналы и данные передаются по одному и тому же физическому каналу, но разделены логически (например, при использовании технологии ISDN PRI). Сигнализация по смежным каналам используется тогда, когда коммутаторы STP взаимодействуют с несколькими коммутаторами SSP, и служебные сигналы никогда не находятся от основного трафика на расстоянии дальше одного транзитного участка цепи. Сигнализация по раздельным каналам используется тогда, когда маршрут следования сигнального трафика проходит через несколько сопряженных пар STP. Если есть возможность выбора, лучше использовать сигнализацию по смежным каналам.
Сигнальные каналы — это физические каналы, соединяющие сигнальные узлы внутри сети SS7. Каналы могут объединяться в наборы, причем количество каналов в наборе не может превышать 16. Между каналами одного или нескольких наборов может быть распределена нагрузка сигнального трафика. Если она распределяется между несколькими наборами каналов, такие наборы называются объединенными наборами каналов.
Для маршрутизации трафика в сети SS7 от отправителя к получателю используются коды размещения. Есть три основных класса кодов размещения: ОРС, DPC и АРС. Классу ОРС соответствует отправитель вызова, а классу DPC — получатель. Класс АРС выполняет роль, аналогичную сопряженной паре STP, подключенной к коммута-
тору SSP. Коды размещения — это “адреса IP" сети SS7. Они могут быть представлены в двух различных форматах: в США — в формате ANSI, а в остальных странах — в формате ITU. Коды размещения в формате ANSI состоят из трех 8-битовых байтов, а коды размещения в формате ITU — из трех полей длиной 3 бита, 8 бит и 3 бита. Первое и второе поля объединены и формируют так называемый сетевой код сигнальных областей (SANC). Но из этого правила есть исключения. Так, в Китае используются 24-битовые коды размещения, а в Японии — 16-битовые.
Модель SS7 состоит из четырех уровней, которые соответствуют уровням модели OSI, разработанной Международной организацией по стандартизации. Первые три уровня — это уровни протоколов МТР1, МТР2 и МТРЗ. По своим функциям они приблизительно соответствуют первым трем уровням модели OSI. Обе модели не совпадают в точности, поскольку модель SS7 разработана до 1984 года, а модель OSI — в 1984 году. Последний уровень — это фактически комбинация верхних уровней и протоколов верхнего уровня, например, ISUP, TUP и NCAP. Протокол МТР1 отвечает за электрические и физические характеристики сигнального канала, протокол МТР2 — за надежность передачи трафика МТРЗ и обеспечение целостности канала, а протокол МТРЗ — за маршрутизацию сообщений верхнего уровня по сети между сигнальными пунктами.
Существует множество протоколов верхнего уровня, однако на сегодняшний день чаще всего используется протокол ISUP. В нем устранены некоторые недостатки протокола TUP, добавлена поддержка сетей ISDN и реализовано эффективное управление вызовами и каналами связи. Протокол ISUP для базовой установки вызова и прерывания вызова использует такие сообщения, как IAM, ACM, ANM, REL и RLC.
Сеть IN — это набор стандартов, описывающих структуру множества абонентских служб. Эта инфраструктура разработана для поддержки служб, недоступных в открытой сети SS7, а также для организации распределенной передачи информации. Структура IN разбита на три основных набора служб: CS-1, CS-2 и CS-3. Наборы CS-1 и CS-2 содержат множество пользовательских служб. Набор CS-2 значительно расширяет возможности набора CS-1 в плане управления и создания служб. Среди наиболее распространенных служб набора CS-2 можно назвать Caller ID Deluxe, 800 Number Lookup и LNP. В наборе CS-3 в инфраструктуру добавлены новые функции, включающие взаимодействие между узлами сети с использованием протокола IP, поддержку сети В-ISDN и поддержку прозрачности сетевых технологий.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
В чем состоит основное отличие методов CAS и CCS?
Метод CAS использует основную полосу пропускания только логически, но не физически.
В методе CCS служебные сигналы не привязаны к данным и потому передаются внутри основной полосы пропускания.
Согласно методу CAS, служебные сигналы передаются внутри основной полосы пропускания и привязаны к данным.
Эти методы ничем не различаются.
Перечислите и опишите три основных узла сети SS7, рассмотренных в этой главе.
Какому географическому региону соответствуют Соединенные Штаты согласно структуре кодов размещения ITU?
а. 1.
б. 4.
в. 5.
г. 3.
д. Ни одно из приведенных значений не является правильным. Используются коды размещения ANSI.
Для чего предназначен канал типа С?
а. Для соединения коммутаторов SSP.
б. Для соединения сопряженных пар STP.
в. Для соединения устройств на различных уровнях сетевой иерархии.
г. Для соединения коммутаторов SSP с устройствами, подобными STP.
Какой из перечисленных ниже таймеров используется для устранения перегрузок?
а. Т2.
Тб.
в. ТЗ.
г. Т5.
д. Т4.
На каком уровне стека SS7 используются коды размещения?
МТР1.
МТР4.
МТР2.
г. МТРЗ.
Что обозначает следующая пиктограмма?
SSP и STP.
STP.
в. SRF.
г. SSP.
д. NAP.
Какая процентная нагрузка рекомендуется для передачи трафика по сигнальному каналу?
О каком устройстве сказано: “По своим функциям во многом похоже на SCP, однако напрямую подключено к коммутатору SSP при помощи высокоскоростного канала. Может обеспечить более высокую скорость обмена данными с коммутаторами SSP, однако фактическая организация передачи сообщений остается такой же, как при взаимодействии узлов SSP и SCP”?
NAP.
AD.
в. IP.
г. STP.
Какую единственную проверку необходимо выполнить, если происходит сбой синхронизации во время работы таймера Т4?
В этой главе...
Основы цифровой связи. Перед тем как углубиться в процесс аналого-цифрового преобразования, полезно ознакомиться с историей и предпосылками перехода от аналоговой связи к цифровой. Также важно понимать преимущества цифровой передачи данных по сравнению с аналоговой.
Процесс преобразования сигнала. Подробности процесса преобразования аналогового сигнала в цифровой битовый поток. Просто и понятно описываются четыре этапа аналого-цифрового преобразования, а все события рассматриваются в мельчайших подробностях.
Вариации на тему импульсно-кодовой модуляции. После изучения основ импульсно-кодовой модуляции можно рассмотреть также и альтернативы этой стандартной методики. Эти. дополнительные технологии описываются в терминах, знакомых по предыдущим разделам.
ГлаваГлава33
Глава
Глава
3
3
^ Аналого-цифровое ^преобразование
Основы цифровой связи
Под. цифровой связью подразумевается передача информации при помощи дис- кретныхшмпульсов электричества или света. Именно в простоте цифровой связи и заключается ее основное преимущество. Часто при управлении цифровым обменом Информацией достаточно следить только за тем, появляется ли импульс в некоторый момент времени. В отличие от цифровой технологии передачи информации при аналоговом обмене данными необходимо отслеживать постоянные изменения амплитуды сигнала с целью корректного дублирования волны.
В цифровой связи любая информация представляется при помощи только двух со- стаяний (“да” и “нет” — “true” и “false”), что значительно упрощает процесс переда- чиетгналов по коммуникационной физической среде. Использование лишь двух состояний намного повышает качество передачи, так как вместо множества “оттенков u,4io" используются исключительно “черное” и “белое”.
Предпосылки создания цифровой связи
Представьте, насколько сложной является задача распознавания каждого возможного оттенка серого цвета. Таких оттенков может быть бесконечно много. В отличие
от такого представления аналоговой природы сигнала цифровую связь можно срав-
нить*с распознаванием только двух цветов: черного и белого (рис. 3.1). Такая задача ^юем несложна. Более того, вероятность возникновения ошибки распознавания ми- нтитьна (например, ошибку можно представить как небольшое количество “пыли”, которая вносит размытость в чистый черный или белый цвет). Тусклый белый цвет ад равно, остается белым, а выцветший черный — черным, а значит, при распознавали испрльзуются все те же два цвета. Ниже на конкретных примерах показано, что &Й®Ние вероятности возникновения ошибки и упрощение процесса распознава- Ия — основные преимущества цифровой связи.
Рис. 3.1. Аналогия с оттенками серого цвета
Можно сказать, что основным толчком для разработки средств цифровой связи стала потребность в повышении качества хранения музыкальной информации, когда требовалось меньше ошибок при высоком качестве. К примеру, в 20-х годах прошлого века музыка хранилась исключительно в виде дорожек, выдавленных в виниловых пластинах. Такая дорожка, имитирующая форму аналогового сигнала, могла быть использована только определенное количество раз.
Развитие цифровой связи
Идея цифрового представления сигнала состоит в том, что аналоговая информация может быть представлена в виде отдельных импульсов, подобных сигналам азбуки Морзе, когда несколько простых комбинаций объединяются, формируя таким образом более сложные наборы символов. После преобразования аналоговая информация хранится и извлекается с большей точностью и качеством, чем при прямой аналоговой записи. Идея об использовании в качестве объединяющего элемента механизма двух состояний была выдвинута еще в самом начале разработки механизма цифровой связи. Это был “рассвет” того, что теперь называют двоичной цифровой связью, при которой для передачи и хранения информации используются исключительно единицы и нули.
Теперь наступил самый подходящий момент поговорить о том, что, когда речь заходит о двоичной цифровой связи, остается незамеченным. Важно понимать, что единицы и нули, о которых говорят применительно к цифровой связи, — это всего лишь человеческая интерпретация физического представления хранимых или передаваемых данных. Например, двоичная единица может указывать на то, что в ячейку памяти подан заряд или что в линии связи в некоторый момент времени есть электрический ток. В то же время двоичному нулю может соответствовать отсутствие заряда или тока. Использование единиц и нулей всего лишь упрощает обработку больших объемов двоичной информации, а также позволяет определять математическую вероятность некоторых событий и анализировать различные ситуации.
Преимущества цифровой связи
Еще раз обратимся к аналогии с распознаванием оттенков серого цвета. Как уже упоминалось, некоторый объект может покрыться пылью, что не позволяет в точности идентифицировать его реальный цвет (в особенности, если различные цветовые оттенки бесконечно близки друг к другу). Гарантия качества в таком случае является очень непростой задачей.
Тем не менее, если необходимо идентифицировать объекты только как черные и белые, небольшое количество пыли не сможет скрыть принадлежность этих объектов к первой или второй категории. То же самое можно сказать и о цифровых сигналах.
Принимающий механизм имеет настолько большой допуск погрешности, что обычно помехи никак не влияют на воспринимаемое значение цифрового сигнала. Даже если импульс будет немного сильнее или слабее нормального, он все равно будет распознан как импульс. Аналогично незначительные всплески в промежутках между импульсами все равно воспринимаются как отсутствие импульса.
В отличие от рассматриваемого механизма цифровой обработки сигналов системы передачи аналоговой информации накапливают помехи и неточности. Если такие аномалии появляются в линии, то от них уже не так-то легко избавиться. Любые изменения исходного сигнала безвозвратно снижают его качество, а в некоторых случаях искажения бывают настолько значительными, что сигнал не может быть распознан. Такой эффект еще больше проявляется при усилении аналогового сигнала с целью компенсации потерь. В таком случае вместе с сигналом усиливаются и все присутствующие в нем помехи.
Если вернуться к аналогии с черным и белым цветами, то можно увидеть, что в случае с оттенками серого процесс распознавания в немного затемненной комнате будет более проблематичен, чем при использовании только двух цветов. Такая аналогия является наглядным примером эффекта потери сигнала. Цвета и оттенки серого передаются при помощи относительного отражения света, поэтому чем хуже освещенность, тем слабее достигающий глаз сигнал. Фактически при полной потере сигнала (т.е. абсолютной темноте) даже белый цвет будет распознаваться как черный (отсутствие оптических данных или двоичный нуль). В таком случае уже не имеет значения, что именно распознается: оттенки серого или только два цвета, так как все равно увидеть ничего невозможно. С этой точки зрения прием одних только нулей — это полная потеря сигнала, что одинаково катастрофично как для цифровой, так и для аналоговой связи.
Если сравнивать аналоговую и цифровую связь, то усиление ослабленного аналогового сигнала связано с большими проблемами, чем регенерация ослабленного цифрового сигнала. Восстановить исходную амплитуду и форму цифрового сигнала совсем несложно, а вот восстановление потенциально искаженной исходной формы аналогового сигнала — это совсем непростая задача. Искаженный импульс все равно остается импульсом. Цифровые сигналы искажаются аналоговыми помехами, и потому такие помехи можно легко обнаружить. В то же время избавиться от такой же аналоговой помехи, скрытой в аналоговом сигнале, практически невозможно.
Процесс преобразования сигнала
Проще говоря, аналоговым является тот сигнал, в котором каждая точка волны имеет значение (непрерывная волна). Графически аналоговые сигналы представляются в виде синусоиды (рис. 3.2). Такой же форме волны соответствуют, к примеру, колебания гитарной струны. Колебания распространяются вдоль струны (по оси X откладывается время) и проходят расстояние, которое во всех гитарах приблизительно одинаковое.
Внутри одного цикла положительная амплитуда часто изображается равной отрицательной амплитуде. Тем не менее в действительности такое представление может быть не совсем корректным, поскольку сигнал обычно со временем затухает (теряет силу). Амплитуда точки последующей волны часто бывает меньше амплитуды пиковой точки предыдущей волны. Понятие цикла проще определить графически, чем с
технической точки зрения. Таким образом, цикл — это отрезок между двумя равнозначными точками соседних волн, которые движутся в одном направлении вдоль горизонтальной оси. Можно сказать, что цикл состоит из одного колебания с положительной амплитудой и одного колебания с отрицательной амплитудой. На рис. 3.2 представлена волна с двумя циклами.
В отличие от аналогового, цифровой сигнал состоит из отдельных импульсов. В нем имеет значение только наличие или отсутствие импульсов и, в некоторых случаях, — форма переднего и заднего фронтов импульсов (как, например, в манчестерском кодировании). В таком случае важна только амплитуда импульсов, а не фактические уровни напряжения, полученные ими в момент формирования. Цифровые сигналы графически изображаются в виде прямоугольных волн (рис. 3.3). К цифровым волнам также применимо понятие цикла, хотя физически цифровые сигналы отличаются от аналоговых.
Физическое различие между цифровыми и аналоговыми волнами заключается в том, что при передаче цифровых сигналов необходимо использовать одну из схем биполярного линейного кодирования (например, кодирование с чередованием полярности элементов AMI или схему B8ZS). Схемы кодирования задают положительные и отрицательные представления нулей и единиц в форме, соответствующей физической среде передачи. Если не определена схема кодирования, то при передаче длительной последовательности единиц невозможно определить, какие импульсы соответствуют положительной амплитуде аналогового сигнала, а какие — отрицательной. Схемы линейного кодирования, подобные AMI и B8ZS, рассматриваются более подробно в главе, посвященной технологии Т1. После цифрового преобразования аналоговый сигнал может быть представлен в виде последовательности битов, когда на различных отрезках битового потока встречаются несколько импульсов, соответствующих двоичным единицам. Двоичным нулям часто соответствует отсутствие импульса (т.е. отсутствие пика в случае с аналоговым сигналом). Тем не менее цикл цифровой волны можно
установить даже на основании двух последовательных нулей, так как периодам отсутствия электрической активности соответствуют четкие промежутки времени.
Рис. 3.3. Прямоугольная цифровая волна
На рис. 3.3 представлен поток цифровых сигналов, соответствующий одной из форм технологии BRZ (бинарное представление сигнала с возвратом к нулю). В этом случае показана передача единичных импульсов. Промежуток без сигнала длиной в половину ширины импульса помогает с точностью установить момент нулевого напряжения, особенно в случае передачи длинной последовательности единиц. Последовательности единиц могут передаваться в дополнительные периоды времени при тестировании или некоторых неисправностях оборудования, чтобы поддерживать линию в рабочем состоянии. Если в таком случае не будет возврата в нулевое состояние, произойдет сдвиг сигнала. Это приведет к тому, что в зависимости от характера сдвига положительные или отрицательные импульсы начнут распознаваться как двоичные нули. Схемы цифрового линейного кодирования подробно рассматриваются в главе 5, “Технология Т1”.
Преобразование аналоговых сигналов в цифровые, которые соответствующим образом отображают форму исходной волны, осуществляется при помощи четырех последовательных этапов:
фильтрации сигнала;
выборки сигнала;
квантования сигнала;
кодирования сигнала.
Вместе эти этапы составляют общий процесс, который называется импульснокодовой модуляцией (PCM — Pulse Code Modulation). Этот процесс задокументирован в стандарте G.711, разработанном Международным союзом телекоммуникаций (ITU), сектором ITU-T (ранее назывался CCITT — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии, МККТТ). Теперь рассмотрим каждый из перечисленных выше процессов более подробно.
Фильтрация сигнала
Фильтрация — это процесс выделения непрерывного диапазона частот, который должен быть подвергнут цифровому преобразованию. В качестве простого примера можно привести аналого-цифровое преобразование голосового сигнала, который должен быть передан по цифровому каналу.
В случае с аналоговым голосовым сигналом по цифровому каналу должны передаваться частоты в диапазоне от 300 Гц до 3 400 Гц включительно. Следовательно, ширина голосового диапазона составляет 3 100 Гц, или 3,1 КГц. Частоты звучания человеческого голоса лежат преимущественно в этом диапазоне.
Если понятие частоты, которая выражается в герцах (Гц) или циклах в секунду, не является интуитивно понятным определением, то ее можно охарактеризовать как высоту или тон звука. Чем выше голос (т.е. чем он тоньше), тем выше частота. И наоборот: чем голос ниже (т.е. чем он ближе к басу), тем частота ниже.
В рассматриваемом примере фильтрации соответствует исключение всех частот ниже 300 Гц и выше 3 400 Гц. Для вычисления частоты дискретизации (которая рассматривается подробнее в следующем разделе) достаточно частоты 4 КГц. Такая частота обеспечивает дискретизацию для диапазона частот, называемого голосовым (VF — voice frequency).
Выборка сигнала
Во время работы в компании AT&T в 1928 году ученый Гарри Найквист (Напу Nyquist) опубликовал статью под названием “Некоторые аспекты теории передачи телеграфных сигналов” (“Certain Topics in Telegraph Transmission Theory”), в которой он описал то, что теперь называют теоремой Найквиста. Эта статья, рассказывающая о процессе оцифровки голоса с целью хранения и передачи, на много лет опередила свое время. Первое оборудование, с помощью которого можно было бы применить теорему Найквиста на практике, изобрели только через десятки лет.
Перед тем как приступить к изучению теоремы Найквиста, необходимо рассмотреть понятие дискретизации, или формирования выборки сигнала. Выборка в данном случае — это процесс измерения амплитуды аналогового сигнала через определенные (равные) промежутки времени. Величина необходимых интервалов дискретизации сигнала определяется при помощи теоремы Найквиста.
Теорема Найквиста гласит, что количество измерений амплитуды аналоговой волны для ее корректного представления в цифровом виде должно быть как минимум в два раза больше, чем величина максимальной передаваемой частоты. Как уже упоминалось ранее, максимальная частота, необходимая для вычисления частоты дискретизации аналогового сигнала, равна 4 КГц.
При помощи теоремы Найквиста можно определить, что для дискретизации аналогового сигнала достаточно производить 8 000 измерений амплитуды в секунду. Согласно теореме, максимальная частота 4 000 Гц умножается на два, что в результате дает 8 000 измерений в секунду. Это математическое соотношение, включая единицы измерения, представлено на рис. 3.4. Полученное числовое значение играет важную роль на этапе кодирования при импульсно-кодовой модуляции, которая рассмотрена ниже.
Оборудование, которое отвечает за выполнение 8 000 измерений амплитуды в секунду, использует два входящих потока. Первый из них — это постоянный поток аналоговой информации, а второй — поток синхроимпульсов, поступающих с частотой
8 000 импульсов в секунду. В результате фиксируются только те значения амплитуды исходного аналогового сигнала, которые поступают на измерительное оборудование одновременно с синхроимпульсами.
4000 Циклов в секунду (Максимальная частота)
х 2 Измерений здданОГ (Множитель Найквиста)
8000 Измерений в секунду
Рис. 3.4. Вычисления по теореме Найквиста
По окончании процесса дискретизации от исходного аналогового сигнала продолжительностью в одну секунду остаются только 8 000 импульсов различной амплитуды. Такую последовательность импульсов называют импульсным потоком (или импульсной последовательностью). Эти импульсы модулируются (изменяются) в соответствии с изменением формы волны исходного аналогового сигнала. По определению такая модуляция называется амплитудно-импульсной (РАМ — Pulse Amplitude Modulation). Сигнал после амплитудной модуляции можно рассматривать как результат процесса дискретизации, который является предпосылкой для процесса квантования.
Вычислить величину временных интервалов между соседними измерениями амплитуды совсем несложно. Необходимо разделить секунду на 8 000, что составляет 0,000125 секунды (т.е. 125 мкс). Таким образом, независимо от частоты или амплитуды аналогового сигнала, измерения производятся через каждые 125 миллионных долей секунды.
Как показано на рис. 3.5, достаточно частое измерение амплитуды обеспечивает корректное восстановление исходной формы волны принимающим оборудованием, которое выполняет “соединение плавной линией” вершин импульсов в потоке, полученном в результате амплитудной модуляции.
Конечное оборудование совместно со специальными электрическими схемами формирует форму волны, которая человеческим ухом воспринимается в точности как исходная.
Исходя из рис. 3.5,6, можно предположить, что в цифровом преобразовании нет ничего сложного, но тем не менее не следует забывать, что амплитуде каждого импульса соответствует всего лишь одно из бесконечного множества значений. По определению такой сигнал все еще является аналоговым. Единственный этап, отделяющий сигнал после амплитудной модуляции от преобразования в настоящий цифровой поток битов, — это квантование. 1
Квантование сигнала
Итак, в результате амплитудной модуляции была получена импульсная последовательность. Теперь необходимо оценить уровни напряжений всех импульсов по стандартной шкале и выровнять их в соответствии с некоторым ограниченным набором значений. В результате появилась возможность использовать конечный набор цифровых битовых шаблонов для преобразования каждого значения амплитуды в порцию битового потока, которая в дальнейшем может быть восстановлена в исходное состояние принимающей стороной. Шаблоны сигнала используются на этапе кодирования, который подробнее рассмотрен в следующем разделе.
б. Импульсная последовательность после фазовой модуляции без формы исходной волны
Рис. 3.5. Выборка сигнала
На основании материала, изложенного выше, можно догадаться, что в результате квантования будет получен сигнал, который еще не будет окончательно цифровым, хотя и очень близок к этому. Сложнее передавать и принимать без ошибок 256 отдельных уровней напряжения, чем два или три уровня (как в случае с биполярным линейным кодированием). Цифровой сигнал, подкорректированный в результате квантования, в дальнейшем должен пройти еще этап кодирования. Отметим, что конечный результат процесса квантования не всегда можно заметить, однако этот этап
является ключевым в процессе аналого-цифрового преобразования. На рис. 3.6 показано, что этап квантования является достаточно абстрактным.
Исходный сигнал, полученный при амплитудной модуляции, состоит из импульсов, у которых амплитуда может лежать в пределах некоторого ограниченного диапазона значений. По этой причине для подготовки такого сигнала к этапу кодирования, когда каждый импульс в потоке преобразовывается в последовательность нулей и единиц, необходимо использовать ограниченную шкалу значений. Нельзя ожидать, что каждый исходный импульс будет в точности совпадать с одним из значений в выбранной шкале. Это означает, что некоторые импульсы должны быть скорректированы, и при этом для них не будет никакой сопровождающей информации, при помощи которой они могли бы в дальнейшем быть восстановлены в исходное состояние. Такое несоответствие называют ошибкой, или погрешностью квантования. Подобные ошибки не создают различий в звучании, которые может уловить человеческое ухо. Фактически минимизация влияния погрешности квантования — это вопрос, имеющий отношение к процессу уплотнения, который будет рассматриваться позже.
Амплитуда импульса, полученного в результате амплитудной модуляции, округляется до ближайшего значения на шкале в зависимости от того, является это значение большим или меньшим текущего значения амплитуды. Округление — первый этап на пути минимизации ошибок квантования. Погрешность квантования снижается при использовании нелинейного закона уплотнения.
Для снижения ошибок на этапе квантования сегодня используются два алгоритма:
алгоритм ц-метода (произносится как “мю”), известный также под названием ц-255, используется в Северной Америке и Японии;
алгоритм A-метода используется в Европе и остальных частях света.
Оба алгоритма еще называют алгоритмами уплотнения, т.к. они эффективно используются для сжатия сигналов с целью уменьшения ошибок на передающей стороне и обратном их развертывании к исходному состоянию на принимающей.
Аналоговая информация, которая была квантована по одному из алгоритмов, становится несовместима с оборудованием, использующим другой алгоритм. Обычно для организации связи между конфликтующим оборудованием используются специальные преобразования из одного стандарта в другой. Цифровые каналы уровня О (DS-0), сформированные североамериканским или японским оборудованием, могут быть преобразованы в сигналы DS-0, которые используются в других частях света. Кроме того, трафик, который может быть мультиплексирован в канал Т1 или какой-либо другой канал с несущей типа Т, может быть также мультиплексирован в канал Е1 или канал другого вида. Ответственность за такое преобразование обычно возлагается на ту часть, которая использует алгоритм ц-метода. Вследствие этого международная связь организована с использованием алгоритма A-метода. Таким образом, канал DS-0 можно описать как битовый поток со скоростью передачи 64 Кбит/с, который еще не мультиплексирован и является непосредственным результатом процесса модуляции сигнала.
Напомним, что целью процесса квантования является исключительно подготовка аналогового сигнала к преобразованию в цифровой на этапе кодирования. Для кодирования значения амплитуды каждого импульса отводится только 8 битов. Когда используются 8 000 измерений в секунду, для кодирования исходного аналогового сигнала требуется передавать 64 000 битов в секунду (64 Кбит/с). При помощи восьми битов можно получить 28 (256) различных комбинаций. Это означает, что на этапе квантования на оси Y можно отложить только 256 различных точек. Если подобные вычисления непонятны, вспомним, что слово “бит” происходит от слияния двух слов фразы “binary digit” (двоичная цифра). Такой термин подразумевает использование двоичной системы исчисления. В этой системе существует только два возможных значения — 0 и 1, и потому общее количество возможных значений, которые могут быть представлены при помощи восьми двоичных цифр, определяется возведением числа 2 (количество отдельных значений, которые могут использоваться для каждой цифры в данной системе исчисления) в степень 8 (количество цифр, рассматриваемых в данный момент времени). Для дальнейшего использования двоичной системы 256 значений должны быть разделены поровну между импульсами с положительной и отрицательной амплитудой.
Утверждение, что для высококачественной передачи исходного голосового сигнала требуется 4 000 и более значений по вертикальной шкале, подразумевает наличие линейного соотношения между сигналом перед квантованием и после, когда сигнал готов к кодированию. С технической точки зрения это означает, что оба сигнала идентичны. К сожалению, для реализации такого подхода на этапе кодирования потребуется не менее 12 битов на каждое значение амплитуды, и это приведет к повышению битовой скорости, что, в свою очередь, станет причиной повышения частоты канала. В результате сократится рабочая длина канала, так как при повышении частоты передачи сигнала увеличится скорость затухания. Уплотнение является компромиссным вариантом, в нем нет необходимости при использовании для кодирования информации 12 и более битов вместо 8.
Принцип уплотнения основан в первую очередь на том, что импульсы с меньшей амплитудой более чувствительны к погрешности квантования, чем импульсы с большей амплитудой. Кроме того, при уплотнении, хотя и в меньшей степени, используется статистическая вероятность того, что аналоговый трафик в основном имеет низкую амплитуду (невысокую громкость) сигнала. Таким образом, в процессе линейного квантования, при котором все интервалы между точками на вертикальной оси равны, импульсы с меньшей амплитудой могут иметь большую процентную величину по-
грешности квантования, чем импульсы с большей амплитудой. Такой эффект влияет на точность воспроизведения информации, передаваемой при помощи негромких сигналов. На рис. 3.7 показано, что погрешность квантования, которая в абсолютных величинах для двух импульсов одинакова, значительно увеличивается по относительной величине для импульса с низкой амплитудой. То же самое можно сказать о восприятии времени человеком. Чем человек старше, тем каждый год кажется короче, хотя по абсолютной величине он ничем не отличается ото всех предыдущих. Такое субъективное восприятие связано с тем, что каждый последующий год представляет более короткий промежуток времени в соотношении с уже прожитыми годами. В то же время для ребенка тот же год кажется бесконечным, потому что представляет собой особо длительный период относительно его жизни.
Итак, относительная погрешность выше для амплитуд с более распространенными небольшими значениями, поэтому для уменьшения погрешности квантования следует уделить особое внимание импульсам именно с такими значениями амплитуды. Для этого нужно разместить точки на вертикальной оси ближе к низким значениям амплитуды. Так можно достичь прекрасного качества для основной части трафика и удивительно хорошего качества для остальной его части. Для тех, кто любит математику, на рис. 3.8 представлены формулы, которые используются для вычисления амплитуды квантованного сигнала (у) на основании исходного сигнала (х), полученного в результате амплитудной модуляции. Приведены формулы как для функции вида ц, так и для функции вида А. Для большинства людей достаточно просто понимать, что эти две технологии отличаются друг от друга и для организации взаимодействия между ними требуется специальное преобразование.
Для приведенных выше уравнений диапазоны значений сигналов по осям х и у нормированы до значений ±1 Вольт. Графическое представление обеих формул показано на рис. 3.9. Обратите особое внимание на логарифмическую S-образную кривую.
На рис. 3.9 видно, что график, соответствующий функции вида А, является более ровным возле точки пересечения координат, чем график, соответствующий алгоритму ц-метода. В действительности оба алгоритма используют приблизительные логарифмические соотношения. При этом определяются сегменты, внутри которых квантуемые значения являются фактически линейными. Несмотря на то, что применительно к исходному сигналу соответствующие псевдологарифмические кривые разбиты на 16 сегментов (восемь для положительного квадранта и восемь — для отрицательного), все сегменты эффективно объединяются благодаря своей коллинеарной природе.
ц-метод
In (1+д X )
у = sgn(x) ,-1 <=х<= 1
ln(1 =р)
sgn (х): + или - в зависимости от значения х
р = 255 (причина использования названия р-255)
А-метод
Ai х i
sgn (х)sgn (х)1+lnA1+lnA, 0<= x <= 1/A, 0<= x <= 1/Asgn (х)sgn (х)1+ InA ixi1+lnA1+ InA ixi1+lnA1/A <= x <= 11/A <= x <= 1
sgn (х)
sgn (х)
1+lnA
1+lnA
, 0<= x <= 1/A
, 0<= x <= 1/A
sgn (х)
sgn (х)
1+ InA ixi
1+lnA
1+ InA ixi
1+lnA
1/A <= x <= 1
1/A <= x <= 1
A = 87,6
Рис. 3.8. Формулы уплотненияРис. 3.8. Формулы уплотненияВходные значенияВходные значения
Рис. 3.8. Формулы уплотнения
Рис. 3.8. Формулы уплотнения
Входные значения
Входные значения
Рис. 3.9. Графическое представление формул для алгоритмов вида [I и А
Различие между графиками двух алгоритмов уплотнения обусловлено тем, что A-метод объединяет больше линейных сегментов, чем функция алгоритма ц. Фактически в алгоритме ц-метода используется кривая из 15-ти сегментов (два объединены в один), а в алгоритме А-метода — только 13 сегментов (четыре объединены). Несмотря на различия в уравнениях, приведшие к разному размещению координат (х, у), в обо-
их алгоритмах для каждого из 16-ти линейных сегментов используется 16 квантовых значений, что соответствует 256 возможным значениям 8-битового кода.
Соотношение между последовательными линейными сегментами достаточно простое. Наклон каждого следующего сегмента должен быть увеличен на полнаклона текущего сегмента. Кроме того, для каждого последующего сегмента диапазон амплитуд увеличивается в 2 раза. Изменение масштаба амплитуд подразумевает, что разрешающая способность также уменьшается в 2 раза (ошибка квантования может увеличиться вдвое). Это обусловлено тем, что для каждого сегмента определены 16 квантовых значений, которым начинают соответствовать большие диапазоны амплитуд на вертикальной оси.
На практике для обоих алгоритмов используется схема со 128 положительными десятичными квантовыми значениями (от 0 до 127) и 128 отрицательными (от —0 до — 127), отложенными на шкалах квантования. Тем не менее эти значения кодируются по-разному. При кодировании с использованием алгоритма A-метода применяются некоторые математические хитрости, которые помогают преодолеть несовместимость между алгоритмами уплотнения, а также между сигналами до квантования и сигналами, кодированными битовыми потоками. Часто при несовместимости друг с другом алгоритмов уплотнения на противоположных концах канала используется односторонняя передача информации.
Внимание!
Обычно используются 256 дискретных значений в диапазонах от 0 до 127 и от -0 до -127. Фактический нулевой уровень сигнала не учитывается. Первый бит отводится под знак, что позволяет использовать в качестве первого значения, расположенного ниже оси х, нулевое значение с отрицательным знаковым битом.
Кодирование сигнала
Мы уже упоминали последний этап процесса аналого-цифрового преобразования. Именно об этом сейчас и пойдет речь. Результатом кодирования сигнала является поток двоичных цифр — цифровой трафик, предназначенный для передачи по цифровому каналу. Необходимо понимать, что кодирование в данном контексте — это не то кодирование, о котором говорят применительно к преобразованию битового потока в электрические импульсы. Такой тип кодирования рассматривается в главах, посвященных цифровым каналам.
В данном случае речь идет о кодировании, при котором каждое значение амплитуды в дискретном сигнале преобразуется в последовательность из восьми битов. Подобно схеме квантования, метод кодирования основан на алгоритме уплотнения. Восьмибитовые коды, формируемые каждым из алгоритмов для одних и тех же квантовых значений, совершенно отличаются друг от друга.
На рис. 3.10 графически представлен сегментный подход к кодированию квантовых значений, полученных с помощью ц-метода. Такие битовые шаблоны противоположны тому, что можно было бы ожидать увидеть в последних семи значащих битах (как минимум — все единицы и как максимум — все нули). Тем не менее диаграмма для алгоритма с использованием ц-метода проще, чем диаграмма для алгоритма A-метода. Несмотря на то что сопоставление значений в алгоритме A-метода более логично (нулю обычно действительно соответствует нуль), конечный результат полу-
чается после выполнения функции исключающего ИЛИ (XOR) с числом 0x55 (01010101). Этот метод применялся в прошлом и “достался нам в наследство” как напоминание о первоначальной технологии. При передаче сигналов с низкой амплитудой (тихих сигналов) операция XOR гарантирует, что импульсы остаются кодированными, в отличие от кодирования преимущественно нулями, которое может привести к нарушению синхронизации.
Бит 1 (Наиболее значимый бит) Полярность амплитудыБит 1 (Наиболее значимый бит) Полярность амплитудыБиты 2,3,4 Номер сегмента сжатияБиты 2,3,4 Номер сегмента сжатияБиты 5,6,7,8 Шаг квантованияБиты 5,6,7,8 Шаг квантования
Бит 1 (Наиболее значимый бит) Полярность амплитуды
Бит 1 (Наиболее значимый бит) Полярность амплитуды
Биты 2,3,4 Номер сегмента сжатия
Биты 2,3,4 Номер сегмента сжатия
Биты 5,6,7,8 Шаг квантования
Биты 5,6,7,8 Шаг квантования
Рис. 3.10. Сегментное кодирование для значений, полученных по алгоритму р-метода
Структура процесса сегментного кодирования одинакова для обоих алгоритмов уплотнения, но отличия проявляются в кодировании значений одинаковых амплитуд. Общая структура сегментного кодирования представлена на рис. 3.10, однако значения битов со второго по восьмой явно не совпадают. Первый значимый бит указывает на полярность импульса, полученного в результате амплитудной модуляции. Следующим трем битам соответствуют восемь сегментов, основанных на вышеупомянутой полярности. Таким образом, всего существуют 16 сегментов — по восемь для каждого направления полярности. Другими словами, если рассматривать первые четыре бита вместе, то будет получено 16 уникальных номеров сегментов. Последние четыре бита указывают на 16 линейных отрезков в текущем сегменте.
Преобразовать кодированное значение в двоичное квантовое значение из десятичного диапазона от 0 до 255 можно так: оставить неизменным первый бит, указывающий полярность, и инвертировать биты со второго по восьмой. Рассмотрим рис. 3.10. Кодированному значению 11000101 соответствует квантованный импульс сигнала в четвертом положительном сегменте (сегмент под номером 3) и одиннадцатый шаг квантования (обозначен на диаграмме номером 10). Чтобы преобразовать такое значение в десятичное число, лежащее в диапазоне от 0 до 255, необходимо оставить без изменений первый бит и инвертировать оставшиеся семь битов. В результате получим двоичное число 10111010, что соответствует десятичному 186. На положительной шкале нужно закодировать квантовые значения в диапазоне от 128 до 255 включительно. Квантовое значение 186 приблизительно находится на середине положительной шкалы, на которой откладывается импульс с кодированным значением амплитуды 11000101.
В предыдущем абзаце речь шла о кодировании с использованием ц-метода. Кодирование по алгоритму A-метода тяжелее проиллюстрировать, но легче пояснить. Фактически
квантовое значение соответствует первоначально кодированному значению, и потому инверсия битов со второго по восьмой не требуется. Она используется только при получении первоначально кодированного значения. Перед распознаванием настоящего битового потока для A-метода необходимо применить операцию XOR к первоначально кодированному значению с шестнадцатеричным числом 55 (десятичное 85), которому соответствует двоичное значение 01010101. Как видите, в конечном результате инвертируются четные биты. Использование булевой операции XOR показано на рис. 3.11.
0
1
XOR 0
0
XOR 1
XOR
1
1
XOR
0
0
11
Рис. 3.11. Операция XOR
0
Поясним более просто, что изображено на рисунке. Чтобы получить в результате 1, необходимо, чтобы один (и только один) операнд имел значение 1. Если оба операнда будут иметь значение 1, в результате получится 0. Этим операция XOR отличается от операций OR или AND, возвращающих в случае двух единичных операндов единицу. Каждый раз, когда применяется операция XOR с нулем, результат будет совпадать с исходными данными, однако применение операции XOR с единицей инвертирует исходные данные. Именно по этой причине операция XOR с числом 0x55 инвертирует только четные биты значений амплитуды, дискретизированных и кодированных при помощи алгоритма А-метода.
Таким образом, для того же квантового значения, что и в предыдущем примере (десятичное 186), первоначально кодированное значение A-метода будет также равно 186 (двоичное 10111010). Этому значению соответствует 11-й шаг в четвертом положительном сегменте. Звучит знакомо? Вспомните о том, что и алгоритм ц-метода, и алгоритм метода А описывают квантовое значение 186 одинаково, и потому помещают этот шаг сегмента в несколько различные точки на шкале. Дискретное значение, соответствующее значению 186 в одном алгоритме уплотнения, не совпадает с тем импульсом, который соответствует значению 186 в другом алгоритме.
Это означает, что процесс преобразования — не просто числовая подстановка. Фактически для одного из самых простых методов требуются два преобразования. Импульсы вида ц должны быть сначала преобразованы в 16-битовый код, который обеспечивает передачу достаточно общей информации. Затем этот 16-битовый код может быть преобразован в импульсы вида А.
Не ломайте себе голову над вопросами преобразования сигнала. Такой процесс — просто попытка получить байт A-метода на основании значения амплитуды импульса. Тем не менее остается еще один шаг, который необходимо выполнить. К значению 10111010 должна быть применена операция XOR со значением 01010101. В результате получим значение 11101111, которое не имеет прямого сходства ни с квантовым значением, ни с первоначально кодированным байтом. Во всех этих преобразованиях неизменной остается только полярность амплитуды импульса. Первый значимый бит не меняется. Поэтому бит полярности во всех ситуациях имеет одно и то же значение как при использовании алгоритма ц-метода, так и алгоритма A-метода (чего нельзя сказать о битах со второго по восьмой!).
Вариации импульсно-кодовой модуляции
Импульсно-кодовая модуляция подходит в тех случаях, когда требуется создать цифровой канал с полосой пропускания от 56 до 64 Кбит/с. Иногда при работе с аналоговым трафиком возможна потеря целостности данных. Как только возникает ситуация, угрожающая целостности трафика, необходимо выполнить всего несколько действий для защиты полосы пропускания. Это сохранит большую часть передаваемой информации. Некоторые современные технологии позволяют достичь такого же качества, воспринимаемого средним человеческим ухом, как и хорошо проверенная импульсно-кодовая модуляция. В этом разделе рассматриваются две достаточно распространенные технологии, альтернативные стандартной импульсно-кодовой модуляции. Они позволяют организовать обмен данными по одному и тому же физическому каналу большему количеству устройств, причем с минимальными потерями информации. Если понять принципы работы двух технологий, описанных ниже, то изучить остальные дополнительные стандарты не составит труда. Ниже речь идет о дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM — Differential Pulse Code Modulation) и адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ADPCM — Adaptive Differential Pulse Code Modulation).
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция основана на том факте, что амплитуды аналоговых импульсов, передаваемых с частотой Найквиста (удвоенная предельная частота исходного аналогового сигнала) или с более высокой частотой, чаще имеют более близкие значения. В таком случае, почему бы не рассматривать вместо отдельных значений амплитуды различия между соседними значениями? Этот дифференциальный подход позволяет для представления значений амплитуды использовать меньше битов, чем в случае прямого кодирования, которое используется при стандартной импульсно-кодовой модуляции. Концепция измерения разницы между амплитудами соседних импульсов проиллюстрирована на рис. 3.12.
Важное отличие дифференциальных методов от стандартной импульсно-кодовой модуляции заключается в том, что квантованию в методах DPCM и ADPCM подвергаются не сами импульсы, а разницы их амплитуд. Если разница невелика, то погрешность квантования может быть меньше, чем в случае импульсно-кодовой модуляции (особенно для больших значений амплитуды). Итак, методы DPCM и ADPCM обеспечивают меньшую погрешность и требуют меньше битов для передачи цифровых сигналов (часто три или четыре для одного импульса). Неудивительно, что обе рассматриваемые технологии настолько популярны.
В обоих методах используется математическое прогнозирование. Тем не менее, как и в любом другом прогнозировании, результаты иногда могут не соответствовать прогнозам, причем это касается более метода DPCM, чем метода ADPCM. В дифференциальной импульсно-кодовой модуляции используется более простой механизм прогнозирования. Он начинается с совершенно определенного начального значения амплитуды, как и при импульсно-кодовой модуляции. Затем выдвигается предположение, что следующий импульс будет иметь такую же амплитуду, что и предыдущий. Тот факт, что в
Погрешность квантования все еще присутствуетПогрешность квантования все еще присутствуетдействительности амплитуды могут не совпадать, не представляет проблемы, поскольку влияет исключительно на ошибку прогнозирования результирующего кода. Принимающая сторона выполняет прогнозирование по тому же алгоритму, что и передающая, поэтому она знает, как восстановить фактическое значение амплитуды импульса на основании полученной ошибки прогнозирования. Проблема возникает тогда, когда для отображения ошибки прогнозирования не хватает битов. Это означает, что изменение амплитуды .импульсов лежит вне шкалы допустимых значений.
Погрешность квантования все еще присутствует
Погрешность квантования все еще присутствует
Л Сильные изменения
не соответствуют шкале
> допустимых значений,и потому должно быть
•7 кодировано полное значение амплитуды
Время
Рис. 3.12. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
Адаптивная дифференциальная импульснокодовая модуляция
Что же происходит в тех редких случаях, когда изменения амплитуд двух последовательных импульсов недостаточно близки, чтобы быть корректно обработанными по методу DPCM? В основном это приводит к большой погрешности квантования. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция не обеспечивает другого механизма решения проблемы, кроме кодирования фактического значения амплитуды импульса (все-таки это предпочтительнее неточного прогнозирования). Но что же происходит при адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции? К адаптивной части метода ADPCM относится расширение метода DPCM. В основном все организовано точно так же, за исключением того, что в методе ADPCM количество битов, используемых для кодирования, может при необходимости меняться (рис. 3.13).
Схемы кодирования могут изменять диапазон возможных значений, если разница между значениями амплитуд выходит за границы текущего диапазона возможных значений. Такой подход позволяет учесть все возможные разницы амплитуд, но может привести к увеличению погрешности квантования. Тем не менее преобразование все равно остается правильным. С уменьшением разницы между амплитудами двух соседних импульсов может уменьшиться и диапазон возможных значений, что, скорее всего, приведет к уменьшению погрешности квантования. Благодаря фиксированному количеству битов, отводимых для представления амплитуды, количество точек в адап-
тивном диапазоне остается неизменным независимо от диапазона возможных значений. Именно этим и обусловлены изменения погрешности квантования. Таким образом тот же аспект, который приводит к увеличению диапазонов с целью снижения потерь, приводит также к сужению диапазонов.
Рис. 3.13. Изменение диапазона возможных значений при адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции
Механизм прогнозирования, используемый в методе ADPCM, немного сложнее, чем в методе DPCM. В общем случае при адаптивной дифференциальной импульснокодовой модуляции сохраняется усредненное значение номера набора предыдущих кодированных различий амплитуд. В результате при текущем прогнозировании учитываются также два или более предыдущих прогноза, которые формируют среднее взвешенное значение. Хорошим примером этого метода является стандарт ITU-T G.721. В нем адаптивный прогнозирующий элемент формирует среднее значение на основании последних шести различий между значениями до квантования (или, если говорить точнее, до обратного квантования встроенной схемой декодирования) и последними двумя спрогнозированными значениями. Различные версии адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции могут работать по-разному, однако основные принципы остаются неизменными. Фактически в стандарте G.721 (а также в более новом стандарте G.726) определен только алгоритм ADPCM для скорости передачи 32 Кбит/с, в то время как в других реализациях поддерживаются скорости 40, 24 и 16 Кбит/с.
Почему в рассматриваемом методе шифратор содержит дешифратор? Дешифратор принимающей стороны может узнать о размере шага (диапазона шагов квантования), который используется передающим оборудованием, только в том случае, если шифратор передающего устройства синхронизирован с дешифратором принимающей стороны. Таким образом, если передающее устройство изменяет диапазон значений для квантования, то принимающая сторона использует те же данные для изменения диапазона значений для обратного квантования. На рис. 3.14 показана блок-схема шиф-
ратора амплитуд по методу ADPCM, Такой шифратор содержит в себе также блоки дешифратора. Схема шифратора вносит коррективы в прогнозы и в диапазон значений для квантования в следующем цикле. Для этого используется тот же двоичный код, который был передан дешифратору. Такой подход гарантирует, что идентичная схема дешифратора использует ту же информацию, что и дешифратор, встроенный в шифратор, и выдает такие же результаты.
Схема шифратора
Разница амплитудКвантованная разница амплитуд (входные данные шифратора)
Схема дешифратора
Рис. 3.14. Блок-схема пары шифратор/дешифратор ADPCM
Другие методы модуляции
Стандарт G.721 — это не единственная версия адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции. Сегодня существуют еще несколько методов кодирования, которые применяются в различных областях. Один из них — дельта-модуляция (DM — Delta Modulation). Он основан на том, что для успешного восстановления формы аналогового сигнала принимающей стороной достаточно информации об относительном изменении амплитуды двух соседних импульсов. В результате для реализации метода дельта-модуляции требуется только один бит, указывающий на направление изменения амплитуды. Амплитуда следующего импульса больше или меньше амплитуды текущего импульса. И в этом нет ничего сложного. Сложности начинаются тогда, когда фиксированный размер шага, ожидаемый дешифратором принимающей стороны, перестает соответствовать действительной форме изгибов сигнала. В та-
ких ситуациях возникают искажения двух видов: завышение наклона и “зернистость” сигнала (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Искажения при дельта-модуляции
При дельта-модуляции каждому биту соответствует целое значение амплитуды. В результате при передаче каждого значения амплитуды передается относительно небольшое количество информации об этом значении, что является основной причиной, по которой зернистость может существенно исказить результат. Единственный способ, позволяющий удерживать оба типа искажений в допустимых границах, — применение достаточно малого шага дискретизации. Соответственно, такой подход предполагает использование частоты дискретизации, превышающей частоту Найквиста. Для каждого значения амплитуды отводится только один бит, поэтому битовая скорость соответствует скорости дискретизации. Таким образом, при передаче трафика со скоростью 32 Кбит/с должна использоваться частота дискретизации 32 000 измерений в секунду. Эта методика разработана для того, чтобы сократить расход полосы пропускания, но не следует ради нее полностью отказываться от преимуществ сжатия. Дельта-модуляция не всегда может эффективно решать поставленные перед ней задачи, однако это под силу другой методике, основанной на дельта-модуляции. Она называется дельта-модуляцией с переменной крутизной наклона (CVSD — Continuously Variable Slope Delta Modulation). Метод CVSD позволяет наблюдать за управлением битовым потоком. Для этого может использоваться либо последовательность единиц, увеличивающая размер шага для понижения наклона аналогового сигнала, либо последовательность нулей, уменьшающая размер шага для увеличения крутизны наклона и ослабления эффекта зернистости.
В других адаптивных формах дельта-модуляции просто выполняется наблюдение за тенденциями посредством запоминания предыдущих направлений изменения ам-
плитуды. Если для многих импульсов было замечено одно и то же направление изменения амплитуды, то можно предположить, что наклон сигнала является достаточно пологим. Чтобы уменьшить зернистость, нужно уменьшить шаг дискретизации. И наоборот: если чередуются отрицательные и положительные направления изменения амплитуды, это говорит о том, что наклон получился выше нормы. В таком случае шаг дискретизации увеличивается во избежание завышения наклона кривой.
В дополнение к временным методам, которые рассматривались в этой главе, существуют также частотные подходы. Они обладают рядом преимуществ. Например, при использовании метода SB-ADPCM входящий голосовой сигнал разбивается на несколько частотных полос, которые кодируются независимо друг от друга при помощи метода ADPCM. На принимающей стороне биты декодируются, и диапазоны частот опять объединяются, в результате чего восстанавливается исходный голосовой сигнал. Преимущества этого метода в том, что погрешность в каждом диапазоне частот зависит только от кодирования. Поэтому можно использовать более точные схемы кодирования и шаги квантования для тех диапазонов частот, которые наиболее важны для человеческого восприятия. Таким образом погрешность в этих диапазонах частот невелика, в то время как в других, менее важных диапазонах, можно допустить более высокий уровень погрешности. Шифраторы/дешифраторы, использующие метод SB- ADPCM, гарантируют высокое качество передачи голосовых сигналов только при скоростях 16—32 Кбит/с. Для разделения голоса на диапазоны частот требуется фильтрация, поэтому шифраторы/дешифраторы в данном случае более сложны, чем простые дешифраторы DPCM. Кроме того, кодирование по методу SB-ADPCM выполняется медленнее. Тем не менее по сравнению с большинством гибридных шиф- раторов/дешифраторов сложность и задержка при использовании метода SB-ADPCM относительно невелики.
Резюме
В этой главе были рассмотрены предпосылки создания средств цифровой связи и технологий хранения передаваемой информации. Также показано, почему цифровые форматы обеспечивают более высокое качество передачи данных по сравнению с аналоговыми технологиями.
Подробно рассмотрен процесс аналого-цифрового преобразования, в результате которого исходный аналоговый сигнал превращается в цифровой битовый поток.
Фильтрация сигнала. К преобразованию допускаются только стандартизированные голосовые частоты.
Выборка сигнала. Амплитуда аналогового сигнала измеряется с частотой 8 000 раз в секунду. В результате получается еще одна форма аналогового сигнала. Этот процесс известен еще под названием амплитудная модуляция сигнала.
Квантование сигнала. Амплитуда каждого импульса сигнала, полученного в результате фазовой модуляции, корректируется вдоль вертикальной оси в соответствии с одним из 256 уровней. При этом применяется процесс уплотнения, который на принимающей стороне должен быть пройден в обратном направлении.
Кодирование сигнала. Дискретный сигнал преобразуется в битовый поток. При этом для каждого из 256 уровней квантования используется собственный 8битовый код.
В конце текущей главы рассмотрены альтернативные технологии, основанные на базовых методиках аналого-цифрового преобразования. К таким технологиям относятся методы DPCM, ADPCM, DM, CVSD и SB-ADPCM.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Что из перечисленного является отличием аналоговой связи от цифровой? (Выберите два варианта.)
Понятие частоты применяется только в цифровой связи.
Понятие битовой скорости применяется только в цифровой связи.
Качество аналогового сигнала в основном выше качества цифрового сигнала.
Качество цифрового сигнала в основном выше качества аналогового сигнала.
В аналоговой и цифровой связи используются идентичные каналы, а также передающее и принимающее оборудование.
Что из перечисленного ниже не является этапом процесса аналого-цифрового преобразования?
а. Выборка.
б. Кодирование.
в. Фильтрация.
г. Преобразование импульсов.
д. Квантование.
На каком этапе процесса аналого-цифрового преобразования сигнал технически уже может рассматриваться как цифровой?
а. Выборка.
б. Квантование.
в. Фильтрация.
г. Кодирование.
д. Преобразование импульсов.
Какой из перечисленных стандартов ITU-T раскрывает понятие импульснокодовой модуляции?
G.711.
G.721.
в. G.726.
г. G.729.
В каком из перечисленных дополнительных методов выполняется адаптация масштаба квантования в соответствии с изменениями амплитуды соседних импульсов?
PCM.
DPCM.
AD PCM.
r. DM.
д. CVSD.
e. SB-SDPCM.
В этой главе...
Введение в технологию DOS. В разделе приведен обзор особеиношей службы DDS.
Принцип работы службы DDS. В этом разделе описано ушаноктепие канала DDS, приведен обзор оборудования DDS и рассмоцзено кодирование сигнала в линии.
Служба Switched 56 (SW56). В разделе приведен обзор особенностей службы SW56.
Шаблоны тестирования каналов. В этом разделе описано использование шаблонов тестирования с целью локализации неисправностей в сети DDS.
Конфигурирование маршрутизаторов Cisco для работы с каналами DDS/SW56.
В разделе приведены методы конфигурирования служб SW56 и DDS на маршрутизаторах Cisco.
ГлаваГлава44
Глава
Глава
4
4
^ Службы Digital Dataphone ' и Switched 56
Введение в технологию DDS
V В этой главе рассматривается установка службы DDS (Digital Dataphone Service — *' служба цифровых дейтафонов) и организация ее работы. Несмотря на то, что служба DDS быстро устаревает, она очень удобна для изучения процесса развертывания цифровых служб. Кроме того, в этой главе рассматриваются сходства и различия между службой DDS и тесно связанной с ней службой SW56.
t? . Служба DDS относится к категории абонентских служб передачи цифрового сигнала (DS-CS — digital signal customer service) и использует четырехпроводный металлический интерфейс. Служба DDS разработана компанией AT&T около двадцати лет назад, в свое время она была одной из первых цифровых абонентских служб и предназначалась для предоставления цифрового канала нулевого уровня (DS-0) как части цифрового канала первого уровня (DS-1). На момент создания этой службы аренда линии Т1 (т.е. носителя с пропускной способностью уровня DS-1) стоила недешево, и для большинства соединений WAN не требовалась настолько большая ширина полосы пропускания.
Через несколько лет после изобретения служба DDS была утверждена Национальным институтом стандартизации США (ANSI — American National Standards Institute) как стандарт ANSI Tl.410-1992. Согласно современным стандартам, применяемым в сфере аппаратного обеспечения, технология DDS считается устаревшей, однако все еще находитлрименение. Во многих случаях для ежедневной загрузки транзакций приходится иметь дело с соединениями локальных узлов с региональными (например, банками, ресторанами и магазинами). Тем не менее вместо службы DDS можно также разворачивать на предприятиях другие технологии передачи данных, например, Frame Relay.
S B некоторых областях предпочтительнее использовать именно службу DDS, так как ее установка относительно проста по сравнению с такими технологиями, как, например, интерфейсы первичной скорости цифровой сети с комплексным обслуживанием ^(Integrated Services Digital Network Basic Rate Interface — ISDN BRI). Для организации ||^каналов ISDN обычно требуется больше оборудования, которое используют провайдеры X такой службы для подключения клиентов, не говоря уж о сложности коммутации.
Аббревиатура DDS интерпретируется по-разному: Digital Data Service (служба цифровой передачи данных), Digital Dataphone Service (служба цифровых дейтафонов), Dedicated Digital Service (выделенная цифровая служба) и т.д. Тем не менее важно помнить о том, что, невзирая на различные интерпретации аббревиатуры DDS, все они указывают на одну и ту же технологию. Служба DDS более характерна для Северной Америки, однако знание этой технологии очень важно для построения других аналогичных служб.
Принцип работы службы DDS
В этом разделе рассматриваются следующие вопросы:
установка канала DDS;
обзор оборудования DDS;
кодирование сигнала в линии.
Установка канала DDS
Провайдер службы DDS при организации соединения использует четырехпроводный интерфейс. Одна пара проводов задействована для передачи данных (Transmit — Тх), а вторая — для их приема (Recieve — Rx). Почти во всех вариантах реализации технологии DDS используются медные витые пары и контакты модульных разъемов RJ-48S с номерами 1, 2, 7 и 8. В пределах Соединенных Штатов сетевой интерфейс каналов DDS разделен на две части: пользовательскую и сетевую (рис. 4.1). Такая структура принята в США с 1984 года. В канале DDS обычно используется устройство под названием “интеллектуальный разъем” (smart-jack).
Рис. 4.1. Разделение канала DDS на уровне сетевого интерфейса
Технология DDS синхронная, однако оборудование DDS может поддерживать и асинхронную передачу данных, если это позволяет терминальное пользовательское оборудование (DTE — Data Terminal Equipment). Главное различие между синхронной и асинхронной передачей заключается в генерации синхроимпульсов. В синхронной передающей среде используется только один генератор синхроимпульсов, а в асинхронной — несколько. Например, при работе со службой удаленного доступа к сети (Dial-up Networking) в операционной системе Windows обычно используется асинхронный обмен данными. Если просмотреть параметры соединений, можно увидеть среди них такие элементы, как стартовый и стоповый биты, а также бит четности. В таком случае, когда кто-то говорит: “Восемь без контроля и один”, — речь идет о восьми битах данных, передаваемых без контроля четности с одним стоповым битом.
Для полосы пропускания канала DDS, в зависимости от его применения, обычно устанавливается одно из следующих значений: 2,4 Кбит/с, 4,8 Кбит/с, 9,6 Кбит/с, 19,2 Кбит/с, 56 Кбит/с или 64 Кбит/с. Полный перечень значений скорости передачи данных по рассматриваемым типам каналов представлен в табл. 4.1. Скорости 54 и 64 Кбит/с, безусловно, используются чаще всего.
В
блица 4.1. Значения скорости передачи данных по каналам DDS (спользованием вторичного канала и без него
Скорость передачи данных безСкорость передачи данных с
использования вторичного канала, Кбит/с использованием вторичного канала, Кбит/с —_
6,4
12,8
19,225,6
5670
64
В таблице упоминается вторичный канал, который используется для передачи данных со скоростями, превышающими возможности функций управления полосой пропускания. В результате ширина полосы пропускания фактического канала определяется с учетом повышения скорости, присущей линиям с использованием технологии DDS.
Потребность в использовании стартовых и стоповых битов обусловлена наличием внутри асинхронного сеанса связи нескольких источников синхроимпульсов. Если соответствующие биты в потоке данных не будут присутствовать, соединяющие устройства не смогут отличить целевые данные от “мусора”. Стартовые и стоповые биты в соответствии со своими названиями выполняют для данных роли начальной и конечной точек. При синхронном обмене информацией такие биты не являются необходимыми, потому что на обеих сторонах соединения для передачи данных отведены конкретные интервалы времени. Таким образом оба участника обмена данными всегда знают, как определить целевые данные.
Фактически каналы DDS могут работать с повышенной скоростью передачи, равной 72 Кбит/с, однако реальная скорость переноса трафика не превышает 64 Кбит/с и зависит от скорости передачи данных в физической цепи. Если физическая цепь допускает использование скорости не выше 9,6 Кбит/с, то и скорость работы канала DDS будет 9,6 Кбит/с. В линиях со скоростью передачи данных 64 Кбит/с вторичный
канал не используется, потому что все 8 битов отведены под данные. Подробнее данный вопрос рассмотрен в разделе, посвященном вопросу фреймирования данных.
Длина кабеля между автоматической телефонной станцией и местом размещения абонента (без повторителя) может составлять до 5 400 м при пиковой пропускной способности 64 Кбит/с, однако при использовании канала со скоростью передачи данных 2,4 Кбит/с длина кабеля может составлять около 18 км. Именно такая длина соответствует термину абонентский канал в традиционной телефонии.
Кроме того, канал DDS должен удовлетворять требованиям, которые предъявляются к амплитуде и форме сигнала. Такое соответствие позволит избежать возникновения перекрестных помех, вызванных влиянием других каналов, подключенных к АТС. Одним из способов решения этой задачи является использование фильтров передачи. Фильтр передачи размещается в канале на стороне абонента и производит фильтрацию по строгим повторяющимся шаблонам. В современном оборудовании, которое устанавливается в помещении пользователя (CPE — Customer Premises Equipment), для службы DDS обычно используются встроенные фильтры передачи. Они не учитывают никаких тонкостей, связанных с самим кабельным соединением. Они обрабатывают исключительно информацию о сигнале, полученном от провайдера службы.
Обзор оборудования DDS
Перед тем как приступить к изучению работы каналов DDS, необходимо рассмотреть несколько основных устройств, которые используются в этой технологии:
модуль обслуживания канала (CSU — Channel Service Unit);
модуль обработки данных (DSU — Data Service Unit);
модуль офисного канала — порт данных (OCU-DP — Office Channel Unit- Data Port);
многоконтактный модуль (MJU — Multijunction unit).
Модуль CSU может использоваться не только в линиях DDS, но и во множестве других технологий. Устройства, которые обычно упоминаются вместе с модулями DSU (CSU/DSU), могут использоваться в технологиях DDS, FT1/T1, FE1/E1 и некоторых других. Модуль CSU — это интерфейс, который обменивается данными напрямую с сетью провайдера службы (рис. 4.2). Располагаясь на конце канала DDS, модуль CSU позволяет обслуживать петли обратной связи и шаблоны тестирования, а также форматировать информацию, которая поступает в него из модуля DSU, для передачи в установленную сеть.
В Соединенных Штатах Америки модули CSU также обеспечивают защиту от перепадов напряжения, перегрузок и молний. Перегрузка по питанию — это процесс, который можно проиллюстрировать случайным разрывом линии электропитания, когда силовой провод, разрываясь, падает на телефонные провода, проложенные по тем же опорным столбам. Кроме того, в модулях CSU организована двойная защита. Первый уровень предохраняет оборудование от перепадов напряжения, исходящих от провайдера службы, а второй защищает чувствительное оборудование провайдера службы от любых проблем с питанием, которые возникают в сети пользователя. Такой вид защиты был введен компанией AT&T как обязательный, начиная с 1984 года.
Канал DbS CSU/DSU
Рис. 4.2. Часть оборудования DDS, имеющая отношение к модулю CSU
Модуль DSU — это устройство, которое подключается к терминальному оборудованию (DTE) клиента. Например, такой модуль может быть подключен к маршрутизатору, не поддерживающему технологию DDS, или к персональному настольному компьютеру. Модуль DSU предназначен для преобразования униполярного сигнала, поступающего от устройства, подобного компьютеру, в биполярный сбалансированный сигнал, который может быть передан через сеть провайдера службы (рис. 4.3). Различие между униполярным и биполярным сигналами заключается в том, что униполярные сигналы (uni) имеют только одну полярность, а биполярные — два различных состояния полярности.
Модули DSU могут подключаться к сетевому оборудованию несколькими способами: например, посредством физических интерфейсов V.35 и Х.21. В соединениях стандарта V.35 и Х.21 определено, что модуль CSU/DSU относится к оборудованию, которое расположено в конце канала DDS. Кроме того, модуль CSU/DSU может быть выполнен в виде платы расширения, непосредственно сконфигурированной для использования в маршрутизаторах Cisco.
До 1984 года модули CSU и DSU были отдельными устройствами, расположенными в офисе региональной телефонной компании (Regional Bell Operating Company —
RBOC). Начиная с 1984 года, ответственность за их размещение берут на себя клиенты. Обычно модули CSU и DCU располагаются в одном устройстве, например, они могут быть встроены в маршрутизатор с поддержкой технологии DDS. Термины DSU/CSU и CSU/DSU никого не должны вводить в заблуждение — они описывают одно и то же оборудование. Представители провайдеров служб обычно используют термин CSU/DSU, потому что рассуждают с точки зрения модуля CSU. В то же время большинство клиентов по этой же причине использует термин DSU/CSU. В любом случае оба термина являются корректными.
Модуль офисного канала OCU-DP обеспечивает четырехпроводный интерфейс технологии DDS для соединения с абонентом и обычно выполняется в виде платы, которая содержит порты не одного, а целой группы каналов Т1 в оборудовании АТС. Если используются несколько каналов DDS со скоростями передачи данных ниже, чем 56 Кбит/с или 64 Кбит/с, то они объединяются при помощи мультиплексора SRDM (Subrate Data Mutiplexer — мультиплексор кратных скоростей) в отдельную цифровую службу нулевого уровня (DS0). Службы DS0 используются при мультиплексировании в цифровые каналы первого уровня (DS-1). Группа каналов выполняет роль мультиплексора Т1, который может обеспечить работу нескольких линий DDS, ISDN-BRI и частично FT1. Такие службы объединяются (или мультиплексируются) в отдельный канал DS-1. В свою очередь, сами линии с пропускной способностью DS-1 обычно мультиплексируются через мультиплексор М13 или систему DACS (Digital Access and Crossconnect System — система цифрового доступа и коммутации) в соединения с более высокой пропускной способностью, например, в каналы DS-3 (рис. 4.4).
Канал DDS
Рис. 4.4. Мультиплексирование линий DDS в АТС
Мультиплексирование — это процесс, при котором несколько каналов объединяются в канал с большей пропускной способностью. Именно здесь используется термин мультиплексирование с временным разделением сигналов (TDM — Time-division Multiplexing). Мультиплексирование TDM используется, например, для объединения 24-х подканалов DS0 в канал DS1. При этом каждому каналу DS0 для передачи данных выделяется определенный момент времени. Дополнительную информацию о каналах Т1 и TDM можно найти в главе 5, “Технология Т1”.
В зависимости от потребностей абонента платы OCU-DP могут обеспечить передачу данных со скоростью вплоть до 64 Кбит/с. В большинстве случаев структура ка-
налов DDS соответствует схеме “один к одному”. Она всегда обеспечивает соединение и всегда окупается. Тем не менее некоторое аппаратное обеспечение может также обеспечивать для канала DDS обслуживание соединения вида “один ко многим”. Для этого применяют механизм опроса. На рис. 4.5 представлена структура канала DDS с использованием многоконтактного модуля (MJU).
Если требуется конфигурация вида “один ко многим”, провайдер службы использует модуль MJU. В потоке, исходящем от первичного модуля CSU/DSU, данные могут передаваться в один или более модулей CSU/DSU, подключенных на удаленных концах цепи. В технологии DDS не используются механизмы, которые могли бы предотвратить разрушение данных, переданных одновременно несколькими устройствами. Кроме того, невозможно гарантировать, что одно устройство не монополизирует полосу пропускания канала DDS. Решение подобных задач возлагается на клиентское оборудование (СРЕ).
На рис. 4.5 показано, что модуль CSU/DSU А выполняет в соединении роль концентратора. Он может обмениваться данными с каждым удаленным модулем CSU/DSU (Б—Д) в отдельности или вести широковещательную передачу данных всем удаленным модулям. Следует также отметить, что связь устанавливается между одним из удаленных устройств и концентратором, но между самими удаленными устройствами (например, Б и Д) она не обязательна. Такая топология обычно используется локальными магазинами, которые передают информацию о дневной выручке в региональный торговый центр.
Кодирование в линии
В этом разделе рассмотрены следующие вопросы:
кодирование с чередованием полярности элементов (AMI — Alternate Mark Inversion);
правила кодирования в линиях DDS;
скорость передачи 64 Кбит/с.
Кодирование с чередованием полярности элементов
Возвращаясь к главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”, отметим, что кодирование — это последний этап в процессе импульсно-кодовой модуляции (РСМ — Pulse Code Modulation). Кодирование позволяет цифровому оборудованию передавать цифровые сигналы по сети в виде последовательностей единиц и нулей. В каналах DDS используется схема линейного кодирования AMI — биполярный тип кодирования с возвращением к нулю (RZ — return to zero). Термин биполярный указывает на то, что используются два различных состояния напряжения (положительное и отрицательное). Термин возвращение к нулю (RZ) означает, что перед каждой передачей данных выполняется короткий возврат к нулевому состоянию, которое является для сигнала контрольной точкой (рис. 4.6).
Декодирование AMI
Рис. 4.6. Обычное линейное кодирование AMI и линейное кодирование AMI с нарушением биполярности сигнала (BPV)
На рис. 4.6 видно, что перед каждой битовой позицией с двоичной единицей используется короткий возврат к нулевому значению — он предшествует переходу к следующей битовой позиции. В нижней части рисунка показана следующая точка, в которой нарушается биполярность сигнала (BPV — bipolar violation). Одним из базовых исходных условий кодирования AMI является то, что каждая двоичная единица должна передаваться с чередованием полярности. Таким образом, если первая единица
имеет положительную полярность, то следующая должна иметь отрицательную полярность. Чередование полярности при передаче двоичных единиц объясняется тем, что среднее напряжение должно быть равно нулю. Это условие необходимо соблюдать для предотвращения нарастания в канале напряжения постоянного тока. Если напряжение постоянного тока превысит некоторый допустимый уровень, движение постоянного тока будет заблокировано. Этот эффект известен также под названием “емкостное сопротивление”. Таким образом, остаток напряжения постоянного тока в цепях провайдеров службы препятствует нормальному электропитанию оборудования из-за нарушения цепи протекания постоянного тока.
Описанный эффект можно проиллюстрировать на примере бильярдных шаров, которые катятся по коридору. Некоторые из них получили импульс, достаточный для того, чтобы докатиться до противоположной стены коридора, а некоторые остановятся на полпути. В конце концов посреди коридора накопится такое количество бильярдных шаров, что они станут преградой на пути остальных шаров к противоположной стене.
Если передаются две последовательных двоичных единицы с одинаковой полярностью, то они образуют зону нарушения биполярности сигнала (BPV). Такие зоны (например, при передаче двоичных единиц) должны каждый раз менять свою полярность. Неисправное оборудование может привести к возникновению чрезмерного количества зон BPV, что в свою очередь может стать причиной разрушения передаваемых данных. Поэтому желательно следить за частотой возникновения зон BPV, но это не гарантирует, что нарушений биполярности не будет вообще.
В некоторых типах сетей зоны BPV можно использовать для передачи различной информации о состоянии канала и длинных битовых шаблонов, состоящих из нулей. Далее мы покажем, что некоторые схемы кодирования сигнала в линиях, как, например, код B8ZS (Bipolar 8-zero Substitution — биполярный код с подстановкой восьми нулей) или HDB3 (High Density Bipolar of Order 3 — биполярный код с высокой плотностью третьего порядка), преднамеренно используют зоны BPV для регулирования плотности следования двоичных единиц.
В сетях DDS используется синхронная передача данных, и потому для них важным вопросом является синхронизация. Для нормальной работы оборудования DDS требуется, чтобы где-то в сети был расположен надежный генератор импульсов. В сетях DDS, Tl, Е1 и большинстве других цифровых сетей в качестве такого генератора используется система фазовой автоматической подстройки (PEL — Phase Lock Loop). Она позволяет оборудованию синхронизировать свою работу при помощи сигналов, передаваемых в цепи. Если говорить более конкретно, то для синхронизации используются двоичные единицы. Псевдоравномерный поток единиц позволяет приемному устройству согласовывать свою работу с источником сигнала и таким образом выполнять синхронизацию.
Проблема в том, что не все передаваемые биты являются двоичными единицами. Вспомним о том, что двоичным нулям при передаче не соответствует никакое отдельное состояние сигнала. Вполне вероятно, что при передаче большого количества нулей такты синхронизации в сети могут быть потеряны. Эта проблема известна под названием “нарушение плотности следования единичных импульсов”. Схема кодирования AMI не предусматривает никаких способов “борьбы” со слишком большим количеством нулей в потоке сигнала, поэтому для того чтобы гарантировать наличие хотя бы одной единицы в каждых восьми битах, применяют захват последнего значащего (восьмого) бита (рис. 4.7).
Восьмой бит заимствован с целью обеспечения требуемой плотности следования двоичных единиц
Рис. 4.7. Захват последнего значащего бита при кодировке AMI для обеспечения требуемой плотности следования двоичных единиц
Правила кодирования сигнала в линии DDS
При захвате последнего значащего бита при кодировании AMI скорость передачи данных в каналах DS0 ограничена значением 54 Кбит/с. Тем не менее в каналах DDS могут быть использованы и другие функции кодирования AMI, не использующие захват какого-либо бита.
Схемы линейного кодирования AMI несколько отличаются для цепей DDS со вторичным каналом и цепей DDS без вторичного канала. В табл. 4.2 перечислены соглашения относительно описания шаблонов кодирования, которые в дальнейшем используются в книге.
Таблица 4.2. Соглашения относительно названий схем линейного кодирования
Символ Описание (на основании стандарта ANSI Т1.410-1992)
0Указывает на то, что передается двоичный нуль
ВУказывает на наличие сигнала с амплитудой +/-А с полярностью, соответствую
щей правилу биполярности
VУказывает на наличие сигнала с амплитудой +/-А с полярностью, нарушающей
правило биполярности
XУказывает на наличие сигнала 0 или В, в зависимости от того, что передается:
импульс с нарушенной полярностью, импульс правильной полярности или двоичный нуль, предназначенный для обеспечения среднего уровня сигнала (передается в установленный интервал времени перед зоной BPV)
NУказывает на то, что значение бита не важно, и приемлемыми являются как дво
ичный нуль, так и двоичная единица
Несмотря на то что в канале DDS используется схема кодирования AMI, зоны BPV указывают на состояние цепи и обеспечивают средство передачи данных для подстановки кода вместо двоичных нулей. Другими словами, технически в каналах DDS не используется чистая схема линейного кодирования AMI. В следующем разделе рассматриваются цепи DDS со скоростью передачи от 2,4 Кбит/с до 56 Кбит/с без использования вторичного канала.
Перед передачей бит FПеред передачей бит FT1-MUXOCU-DPT1-MUXOCU-DPDACSDACSOCU-DPOCU-DP101100101100
Перед передачей бит F
Перед передачей бит F
T1-MUX
OCU-DP
T1-MUX
OCU-DP
DACS
DACS
OCU-DP
OCU-DP
101100
101100
Символу V в цепи DDS соответствует зона BPV. При кодировании полного потока данных такой зоне обычно соответствует последовательность символов X0V. Символы ХО, расположенные перед V, указываются независимо от того, какая полярность требуется для обеспечения среднего нулевого уровня сигнала. Зоны BPV могут также указывать на передачу пустого сообщения, не содержащего данные. При использовании скоростей передачи 2,4 Кбит/с, 4,8 Кбит/с, 9,6 Кбит/с и 19,2 Кбит/с пустое сообщение кодируется как BBBX0V, а при скорости передачи 56 Кбит/с — как BBBBX0V. Пустые сообщения передаются сразу же после последнего бита данных. Оборудование принимающей стороны не интерпретирует их как данные, что гарантирует разделение сообщений.
Подстановка кода вместо двоичных нулей выполняется по-разному в зависимости от скорости передачи данных. При передаче шести последовательных нулей в каналах с низкой пропускной способностью они кодируются как 000X0V. Такая строка на обоих концах канала DDS интерпретируется как последовательность из шести двоичных нулей. В линиях со скоростью передачи данных 56 Кбит/с подстановка выполняется при обнаружении семи последовательных нулей, которые кодируются как 0000X0V. Несколько последовательностей нулей не могут передаваться и приниматься подряд, потому что это приведет к нарушению синхронизации оборудования с системой PLL.
При использовании вторичного канала кодирование в линии выполняется по- другому, потому что требуется учитывать фреймирование данных. В линиях без вторичного канала использовать фреймы нет необходимости. Во всех каналах со скоростью передачи ниже 56 Кбит/с используется 8-битовый байт, содержащий 6 битов данных, а в линиях со скоростью передачи 56 Кбит/с — 9-битовый байт, содержащий 7 битов данных. Последние два бита зарезервированы для разбиения данных на фреймы и управления вторичным каналом соответственно. Для организации фрейми- рования используется шаблон 101100. Модуль OCU-DP перед передачей шаблона в сеть очищает бит F, а удаленный модуль OCU-DP заменяет этот бит соответствующим значением и передает шаблон удаленному модулю CSU/DSU (рис. 4.8).
Перед доставкой бит F заменяется соответствующим значением
Рис. 4.8. Передача битов фреймирования по сети DDS
Бит С используется при организации вторичного канала и может принимать одно из значений:
0 — модуль CSU передает в сеть DDS управляющие сообщения;
1 — модуль CSU передает в сеть DDS данные.
Бит С не должен принимать нулевое значение во время передачи данных абонента, потому что вызов сетевых функций нарушит работу служб канала. Бит С может принимать нулевое значение только в том случае, если по сети должен передаваться управляющий код, например, сообщение DMI (Data Mode Idle — перерыв в передаче данных) или CMI (Control Mode Idle — перерыв в передаче служебной информации). Подобные управляющие сообщения указывают на отсутствие определенных типов данных для передачи по каналу.
При скоростях передачи 2,4 Кбит/с, 4,8 Кбит/с, 9,6 Кбит/с и 19,2 Кбит/с никаких ограничений на содержимое битов данных не накладывается. Может быть передана даже строка из шести двоичных нулей, потому что поток данных все еще может быть восстановлен на другом конце соединения. В то же время последовательности из шести нулей не могут передаваться по каналам со скоростью 56 Кбит/с из-за нарушения требуемой плотности следования единиц. Существуют два правила кодирования данных, характерные для линий со скоростью передачи 56 Кбит/с.
Если все семь битов данных содержат нули, то такой байт не может быть передан модулем DSU при конфигурации канала DDS вида “один к одному” или “один ко многим”.
Если все семь битов данных в одном и том же кадре содержат нули, и при этом бит С для кадра также содержит 0, то такой байт не может быть передан модулем DSU. Это правило применимо только в конфигурации “один к одному”.
Приведенные выше правила кодирования используются только для линий со скоростью передачи 56 Кбит/с, потому что оборудование канала DS1 может неверно интерпретировать последовательность нулей и обработать поток данных при помощи неинициализированного мультиплексного кодирования (UMC — Unassigned Multiplex Code). Если данные будут обработаны при помощи кода UMC, то они не смогут быть прочитаны на удаленном конце канала DDS.
Скорость передачи 64 Кбит/с
Последний важный вопрос, рассмотренный в этом разделе, имеет отношение к скорости передачи 64 Кбит/с. Если вспомнить то, о чем говорилось выше, можно отметить, что скорость 64 Кбит/с поддерживается при наличии вторичного канала. В линиях с такой скоростью передачи данных для организации разбиения потока данных на фреймы используется та же битовая последовательность действий, что и в каналах с другими значениями скорости передачи (включая сброс и подстановку битов F на обоих концах канала). В линиях DDS со скоростью передачи 64 Кбит/с также используется 9-битовая структура байта, подобная той, которая используется в линиях со вторичным каналом, поддерживающим скорость передачи 56 Кбит/с. Различие заключается в том, что в каналах со скоростью передачи 64 Кбит/с данные передаются по шаблону DDDDDDDFD, а в линиях со скоростью передачи 56 Кбит/с, использующих вторичный канал, — по шаблону DDDDDDDFC. Последний бит используется не для передачи управляющего сигнала, а для данных, и потому управляющий (вторичный) канал недоступен.
Чтобы избежать имитации сетевых управляющих сигналов, модули CSU/DSU в линиях со скоростью передачи 64 Кбит/с должны придерживаться определенного набора правил кодирования. При передаче данных со скоростью 64 Кбит/с задействованы все 8 битов, поэтому существует вероятность, что нормальный трафик будет неверно интерпретирован сетевым оборудованием как запрос обратной связи. Возможно
даже, что такая ситуация приведет к нарушению работы канала. Чтобы избежать этих проблем, оборудование корпорации Cisco может зашифровать поток данных. Сетевое оборудование для запуска проверочных функций ищет определенные битовые шаблоны, поэтому изменение битового потока не позволяет использовать управляющие функции устройств без соответствующего запроса от пользователя.
Служба SW56
Служба SW56 (Switched 56) разработана в США на базе службы DDS. С момента создания каналов DDS было ясно, что они будут дорого обходиться предприятиям. Каналы DDS всегда подключены к сети, и, следовательно, всегда должны оплачиваться, невзирая на то, используются они или нет. Напомним, что служба DDS является полностью цифровой. По сути дела, при ее использовании приходится оплачивать, например, работу всей цифровой сети от Майами до Нью-Йорка. Даже если данные не передаются в течение месяца, на аренду канала DDS уходят немалые средства. Что же собой представляет служба SW56?
Так же, как и в случае с DDS, служба SW56 обычно использует две пары медных проводов, однако в некоторых конфигурациях она может использовать и одну пару. Служба SW56 (Switched 56) в соответствии со своим названием предназначена для коммутации последовательных сетевых вызовов. На обслуживание каналов SW56 уходит меньше средств, что объясняется двумя причинами. Во-первых, оплачивается только обслуживание абонентской линии, а не всей протяженности соединительных каналов. Во-вторых, для связи с удаленными участками используются телефонные номера, которые регистрируются последовательно по мере поступления. На рис. 4.9 показан маршрут вызова между клиентскими узлами в сети провайдера службы.
Служба SW56 используется как средство передачи сигналов внутри полосы пропускания основного канала. В ней управляющие сигналы неразрывно связаны с данными и не отделяются от основного потока трафика для установки и прерывания вызова. Такой подход отличается от технологий, подобных ISDN, в которых для управления вызовом используются логические каналы. Механизм инициализации вызова, который используется службой SW56, основан на двухтональном многочастотном наборе номера (DTMF — Dual Tone Multifrequency). Метод DTMF широко используется при тоновом наборе, а также в большинстве аналоговых систем установки соединения.
Как показано на рис. 4.9, чтобы соединить штаб-квартиру корпорации, расположенную в Сан-Хосе, с региональным офисом в Роли, достаточно позвонить по номеру 555-555-1111. Вполне вероятно, что в этом случае клиент оплатит междугородний звонок, однако такие затраты все равно будут намного меньшими, чем при обслуживании стандартного канала DDS. После того как вызов будет прерван, процесс регистрации остановится, и провайдер службы создаст соответствующую запись. Вызов, скорее всего, пройдет через несколько провайдеров, и потому для того, чтобы определить размер оплаты для каждого из них, необходимо использовать службу согласования маршрута вызова.
Рис. 4.9. Установление вызова в сети SW56
Шаблоны проверки каналов
При предположении возникновения неисправности канала или отказа оборудования необходимо иметь возможность определить источник ошибок. Шаблоны тестирования каналов определяют проблемы с оборудованием как на стороне клиента, так и на стороне провайдера службы. Современные модули CSU/DSU могут “прозванивать” канал в любом направлении для проверки оборудования и поиска неисправностей (рис. 4.10). Если был отправлен шаблон, а в ответ не был получен такой же шаблон, то это, скорее всего, говорит о проблеме на удаленном оборудовании.
Внутри комплекта оборудования основное внимание уделяется проверке модулей CSU и DSU. Тестер частоты ошибочных битов (BERT — Bit Error Rate Tester) и шаблоны нагрузки (SP — stress patterns) обычно используются провайдером службы, однако могут быть запущены непосредственно самим оборудованием. Для проверки цифрового оборудования можно воспользоваться несколькими тестами BERT и шаблонами SP. Кроме того, для проверки работы тестовых шаблонов можно стимулировать возникновение ошибок в потоке сигнала.
Ниже перечислены базовые шаблоны тестирования, которые обычно используются в каналах DDS. Эти шаблоны можно также применять для проверки многих других цифровых физических сред организации каналов.
Шаблон 511 — сигнал QRSS (Quasi-Random Signal Source — источник псевдослучайного сигнала), передача которого повторяется каждый раз после получе-
ния 511-ти битов. Этот сигнал можно также определить как псевдослучайную последовательность битов.
Шаблон 2047 — сигнал QRSS, передача которого повторяется через каждые 2047 битов.
Рис. 4.10. Петлевой вызов, который используется для поиска неисправности оборудования
SP1 — шаблон, в котором используется двоичная последовательность с единицами в младших разрядах (01000000).
SP2 — шаблон, в котором используется двоичная последовательность с единицами в средних разрядах (00110010).
SP3 — повторяющийся шаблон, состоящий из ста октетов 01111110, после которых передается шаблон, состоящий из ста октетов 00000000.
SP4 — повторяющийся шаблон, состоящий из ста октетов 11111111, после которого передается шаблон, состоящий из ста октетов 00000000.
Оборудование Cisco также поддерживает дополнительные шаблоны тестирования, перечисленные ниже.
Full — удаленному устройству передается тестовый возвратный петлевой запрос, использующий всю полосу пропускания канала.
Payload — удаленному устройству передается возвратный петлевой запрос, содержащий полезные данные, которые используются для проверки работы канала и удаленного модуля DSU.
Smart-Jack — возвратный петлевой запрос передается удаленному интеллектуальному трансиверу, который некоторые провайдеры служб подсоединяют в линию перед оборудованием СРЕ. Следует отметить, что локальный интеллектуальный трансивер не может быть проверен при помощи такого запроса.
Oinl — в каналах DDS не используется, так как для него требуется кодирование B8ZS.
linl — передается тестовый шаблон, состоящий только из единиц, для измерения мощности сигнала.
lin2 — передается тестовый шаблон, состоящий из чередующейся последовательности единиц и нулей, для проверки абонентских соединений моста.
Ип5 — передается стандартный промышленный шаблон тестирования в виде возвратного петлевого запроса.
Ип8 — передается шаблон для проверки системы восстановления синхронизации повторителей.
3in24 — передается шаблон для проверки плотности следования единиц в линиях с использованием кодирования AMI.
QRW — передается шаблон, представляющий собой псевдослучайное слово. Данный шаблон является случайным сигналом, имитирующим пользовательские данные.
Перевести устройство Cisco в режим тестирования очень просто. Первое, что нужно сделать, — это получить доступ к соответствующему последовательному интерфейсу, находясь в режиме глобального конфигурирования:
Router(config)#interface serial 0/0
После подключения к необходимому интерфейсу можно выбрать шаблон нагрузки или какой-либо другой шаблон тестирования:
Router(config-if)#loopback remote stress-pattern 1 %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Seriall, changed state to down
%LINK-3-UPDOWN: Interface Seriall, changed state to down %SERVICE_MODULE-5-LOOPUPREMOTE: Unit 1 - Remote unit placed in loopback
Конфигурирование маршрутизатора Cisco для работы с каналами DDS/SW56
В текущем разделе рассматриваются параметры конфигурации маршрутизатора Cisco, в котором используется интерфейсная плата распределенной сети (WIC) 1DSU- 56К4, необходимая для работы с каналами DDS и SW56.
Так же, как и в случае с шаблонами тестирования, для конфигурирования соответствующей службы необходимо получить доступ к последовательному интерфейсу, связанному с платой WIC:
Router(config)#interfасе serial 0/0
Теперь можно сконфигурировать маршрутизатор для работы с каналом DDS. При помощи первой команды необходимо указать, какая используется служба: DDS или SW56. Если используется коммутация (switched), то нужно ввести команду dialer in-band, чтобы указать метод передачи служебных сигналов (пример 4.1).
Для канала SW56, возможно, понадобится указать тип носителя. Такая настройка необходима, когда перед вызовом передается сигнал эхоподавления. В таком случае можно выбрать одно из трех значений этого параметра. Если в качестве типа носителя указан sprint, то сигнал эхоподавления передается при установке соединения. При
выборе оставшихся двух значений (att и other) сигнал эхоподавления не передается (пример 4.2).
• Пример 4.1. Конфигурирование службы SW56 на маршрутизаторе
Router(config-if)#service-module 56k network-type switched
Router(config-if)#dialer in-band
Router(config-if)#no shutdown
j Пример 4.2. Указание типа канала
йЙйЙЙЕишжвКЕЕВЕИви-йЕЙМЕИЯЗйЕЕЖаИаШЗ®^
Router(config-if)#service-module 56k switched-carrier sprint
Если в качестве типа сети выбрать DDS, то нужно сконфигурировать частоту генерации и источник синхроимпульсов, а также указать IP-адрес или тип инкапсуляции. Если не используется канал DDS со встречно-параллельным включением устройств, то в качестве источника синхроимпульсов укажите линию (line). Провайдер службы обеспечивает синхронизацию в активной цепи (пример 4.3).
I Пример 4.3. Конфигурирование службы DDS на маршрутизаторе
Router(config-if)#service-module 56k network-type dds
Router(config-if)#service-module 56k clock rate 56
Router(config-if)#service-module 56k clock source line
Router(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Router(config-if)#encapsulation ppp
Router(config-if)#no shutdown
При использовании канала DDS co скоростью передачи 64 Кбит/с можно сконфигурировать шифрование данных. Такая настройка позволит избежать передачи сигналов, похожих на те, которые используются функциями сетевого управления (пример 4.4).
' Пример 4.4. Конфигурирование шифрования для службы DDS на маршру- j тизаторе
Router(config-if)#interfасе serial 0/0
Router(config-if)#service-module 56k clock rate 64
Router(config-if)#service-module 56k data-config scrambled
Router(config-if)#no shutdown
Резюме
DDS — это технология, которая используется при аренде линии связи. Она поддерживает передачу данных с различными скоростями: 2,4 Кбит/с, 4,8 Кбит/с, 9,6 Кбит/с, 19,2 Кбит/с, 56 Кбит/с и 64 Кбит/с. Служба DDS работает с использова-
нием двух медных пар проводов, проложенных от АТС провайдера службы до места расположения клиента. Соединение осуществляется через сетевой интерфейс (NI), который также определяет, чем ограничиваются задачи провайдера служб.
В базовом соединении DDS используются несколько функций и устройств: OCU- DP, CSU, DSU, DTE и ВСЕ. Модуль OCU-DP — это плата, установленная в группе каналов Т1, которая отвечает за организацию взаимодействия четырехпроводной службы DBS с клиентом. Модуль OCU-BP мультиплексирует сигнал в сигнал DS-1, затем система BACS отправляет этот сигнал в канал с большей полосой пропускания для передачи в сеть провайдера службы. Модуль CSU является конечным пунктом в цепи BBS и обеспечивает интерфейс для обратного вызова. Кроме того, он защищает оборудование клиента и провайдера службы от перепадов напряжения и перераспределения нагрузки. Модуль DSU отвечает за преобразование униполярного сигнала терминального оборудования, в качестве которого обычно выступает компьютер, в сбалансированный биполярный сигнал.
В каналах BBS используется линейное кодирование AMI. AMI — это схема биполярного кодирования, согласно которой каждая последующая переданная единица должна иметь противоположную полярность. Если сигнал переданной единицы не имеет противоположную полярность, то возникает зона нарушения биполярности сигнала (BPV). В зоне BPV могут передаваться пустые сообщения и управляющие коды, однако чрезмерное количество зон BPV, возникшее при нарушении работы оборудования, приведет к потере данных.
Служба SW56 построена на базе технологии BBS, однако ее основное отличие заключается в том, что канал не арендуется постоянно. В каналах SW56 используется коммутация, что позволяет клиенту арендовать только локальный сегмент канала. При необходимости обмена данными выполняется вызов с использованием обычного телефонного номера, после чего устанавливается соединение между двумя узлами. В результате клиент оплачивает только стоимость телефонного звонка.
Шаблоны тестирования и шаблоны SP помогают локализовать проблемы в сети или с оборудованием. Чаще всего используются шаблоны 501, 2047, SP1, SP2, SP3 и SP4. Тесты 501 и 2047 передают шаблон QRSS до тех пор, пока не будет достигнут 501-й или 2047-й бит, после чего они выполняются повторно. Тест SP передает оборудованию цепи различные последовательности единиц и нулей, чтобы удостовериться, что устройства, расположенные на обоих концах канала связи, могут обрабатывать заданные шаблоны.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Сколько проводов используются в канале DDS?
а. 2.
б. 4.
в. 6.
г. 8.
Какие контакты разъемов используются в канале DDS?
а. 4, 5.
б. 2, 3.
в. 1, 2, 7, 8.
г. 5, 6, 7, 8.
Для чего предназначен модуль OCU-DP?
Для терминирования канала DDS и защиты оборудования клиента от перепадов напряжения.
Для мультиплексирования сигналов 24-ех каналов DS0 в один канал DS-1.
Для преобразования униполярного компьютерного сигнала в сбалансированный биполярный сигнал.
г. Для обеспечения четырехпроводного интерфейса DDS с клиентом.
Какая схема линейного кодирования используется в линиях DDS?
CMI.
B3ZS.
в. B8ZS.
г. HDB3.
д. AMI.
Для чего предназначен модуль MJU?
Какие из перечисленных значений скорости не используются службой DDS?
а. 2,4 Кбит/с.
б. 57,6 Кбит/с.
в. 19,2 Кбит/с.
г. 9,6 Кбит/с.
д. 4,8 Кбит/с.
Как кодируются пустые сообщения в цепях DDS со скоростью передачи 19.2 Кбит/с?
BBBX0V.
ХОХХВВ.
в. ООХХВВ.
г. B0BB0V.
Какое из перечисленных значений скорости является максимально возможным для линии DDS (включая ускорение)?
а. 56 Кбит/с.
б. 64 Кбит/с.
в. 72 Кбит/с.
г. 96 Кбит/с.
В чем состоит основное различие между линиями DDS со вторичным каналом и линиями DDS без вторичного канала?
В чем состоит основное достоинство технологии SW56 по сравнению с DDS?
В этой главе...
Физические характеристики линий Т1. В этом разделе рассматривается оборудование, которое используется для создания и передачи сигнала формата Т1, а также приведен процесс превращения телефонной цепи в канал стандарта Т1.
Методы кодирования сигнала в линиях Т1. В разделе рассказывается об отличиях двух основных методов кодирования пользовательских данных для передачи их по линиям Т1.
Форматирование и разбиение на фреймы потоков данных в технологии Т1. В этом разделе подробно описаны два альтернативных метода внедрения управляющих битов в трафик, передаваемый по каналам Т1, для того чтобы конечное оборудование могло определить момент окончания фрейма.
Поиск и устранение неисправностей в каналах И. В разделе даны практические советы и представлены шаблоны тестирования, которые могут быть исполыо- ваны при отказе оборудования или канала Т1. Кроме того, приведены основные типы аварийных сигналов и их описание.
Конфигурирование контроллера Т1. В этом разделе приведена простая конфигурация для оборудования корпорации Cisco, которая содержит специфические команды, необходимые для синхронизации всех устройств канала и исключения возможности отказа оборудования.
ГлаваГлава55
Глава
Глава
5
5
Технология Т1
В этой главе рассматривается специальный цифровой канал, используемый для передачи данных, — линии Т1. Также представлены методы преобразования данных в электрические или световые импульсы и в другие сигналы, которые зависят от среды передачи информации. В главе описаны методы фреймирования и форматирования, которые используются в технологии формирования сигнала Т1 перед его передачей в линию. В конце главы рассматриваются некоторые полезные методы поиска неис- |. правностей и возможные конфигурации устройств корпорации Cisco.
$ Цель этой главы — разъяснить читателю неоценимое значение каналов передачи Т1, «а также подобных им в семействе линий цифровой передачи данных. Следует заметить, что развитие технологии Т1 и связанных с ней методов приводит к снижению себестоимости как с точки зрения поставщика услуг, так и с точки зрения их потребителя. Сни- % 1 жение расходов обусловлено использованием меньшего количества медных кабелей для организации определенного числа логических соединений. Такие расходы включают в себя стоимость прокладки кабелей и содержания на должном уровне внешних кабельных участков. Дальнейшая экономия связана с тем, что для ввода в эксплуатацию готовой линии передачи Т1 необходимо меньшее количество оборудования, чем для линий, в которых лишь некоторые участки заменялись бы на каналы Т1.
В главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”, приведена формула вычисления скорости передачи потока данных, который генерируется аналоговым источником сигнала. С подобным, 64 Кбит/с, потоком можно совершать всевозможные действия, но наиболее распространенное преобразование такого минимального кванта трафика — это комбинирование с другими, подобными ему, потоками. Это осуществляется в линии передачи, к которой подключено определенное число сгруппированных каналов. Число входящих/исходящих каналов зависит от конкретной рассматриваемой линии. Между линиями, создаваемыми путем комбинирования потоков данных по 64 Кбит/с, которые в дальнейшем подлежат расщеплению, существует множество отличий. Среди них наиболее существенными являются следующие:
схемы кодирования;
форматирование фрейма;
варианты физического распределения;
:-• географическая распространенность и поддержка;
наличие необходимого оборудования для введения в эксплуатацию.
Различия между уплотненными (мультиплексированными) линиями передачи могут быть также отмечены в технической документации, где детально разъясняются особенности введения линий в эксплуатацию. Подобная документация чаще всего рассматривает отличия различных типов линий, нежели сами линии как таковые. В ней обычно сообщаются подробности по сходным характеристикам для групп линий с определенной скоростью передачи. В этой главе подробно описаны основные характеристики одной из самых распространенных цифровых линий передачи данных, которая комбинирует каналы для создания автономной сети Т11. Технология Т1 разработана корпорацией AT&T в начале 1960-х годов для магистральной межофисной связи внутри корпорации. В 1984 году, после разделения корпорации на региональные компании (Regional Bell Operating Companies — RBOCs), корпорацией AT&T были установлены тарифы на использование линий Т1 для потребителей. Обычно линии Т1 используются либо в организациях для соединения с распределенной сетью, либо как открытые сети передачи данных для соединения абонентов мини-АТС (Private branch exchange — РВХ) с локальными сетями, либо для магистральной связи с сетями общего доступа.
В табл. 5.1 приведено сравнение наиболее схожих параметров трех самых распространенных в мире семейств телекоммуникационных линий, так называемых каналов с Т-, Е- и J-носителями. Эти семейства формируют плезиохронную цифровую иерархию (Plesiochronous digital hierarchy — PDH). Особенности линий передачи El и Л подробнее описаны в главе 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”. В табл. 5.2 представлена Североамериканская цифровая иерархия (North American Digital Hierarchy — NADH) каналов, в которую входит и стандарт Т1.
Таблица 5.1. Плезиохронная цифровая иерархия
л
Северная Америка(Тл)
Европа(Ел)
Число каналов DS0
Скорость, Мбит/с
Япония (Jn)
Число каналов DS0
Скорость, Мбит/с
Число каналов DS0
Скорость, Мбит/с
1
24
1,544
32
2,048
24
1,544
2
96
6,312
128
8,448
96
6,312
3
672
44,736
512
34,368
480
32,064
4
4032
274,176
2048
139,264
1500
97,728
: Таблица 5.2. Североамериканская цифровая иерархия
Уровень цифрового сигнала Число каналов DS0 Скорость, Мбит/с Т1- эквивалент
DS-0
1
0,064
нет
DS-1
24
1,544
1
DS-1C
48
3,152
2
DS-2
96
6,312
4
DS-3
672
44,736
28
DS-3C
1 344
89,472
56
DS-4
4 032
274,176
168
1 Иногда встречается написание Т-1. — Прим. ред.
В табл. 5.2 канал с обозначением DS-1C по существу является эквивалентом двух каналов Т1 (48 подканалов DS-0). Несмотря на то что канал DS-1C указан после DS-1, все же два DS-1 сигнала, передаваемые при помощи одного DS-1C, не имеют соответствующей им линии. Про другие разновидности каналов, которые создаются путем мультиплексирования подканалов меньших уровней, коротко рассказано ниже.
Термин плезиохронный в рассматриваемом контексте телекоммуникационных технологий может быть переведен с греческого как “сигнал почти с такой же тактовой частотой”. Он относится к синхронизации неидентичных каналов. Реальные сигналы, которые передаются в таких каналах, исходят от различных источников и похожи друг на друга так сильно, что в целом связь имеет достаточно высокую степень надежности. Иными словами, между различными каналами связи в пределах одной линии передачи возникает малое рассогласование по отношению к синхронизации. Однако такой недостаток может быть частично нейтрализован за счет введения определенного допустимого отклонения. Через продолжительное время сигналы от разных подканалов одной линии, конечно же, могут находиться не в фазе один по отношению к другому. Даже несмотря на синхронизацию битов и битового потока в целом, в пределах проводимой оценки можно сказать, что из-за указанной разности фаз реальное время передачи определенного бита может быть совершенно различным по фазе.
Коммутирующие и перекрестно соединенные устройства могут работать в условиях относительной близости синхроимпульсов между двумя каналами, но в конце концов требовать удаления либо добавления битов из передаваемой последовательности для компенсации разности фаз сигнала. Практика такого умышленного изымания (или добавления) битов с целью сохранения синхронизации в канале передачи может рассматриваться как контролируемый сдвиг фрейма. Здесь термин фрейм имеет расшифровку, абсолютно отличную от того понятия, которое используется в локальных сетях. Данный тип фрейма детально обсуждается в текущей главе в разделе “Форматирование и фрей- мирование в линии Т1”.
Следует отметить одну важную проблему, касающуюся иерархии PDH. Суть ее в том, что после мультиплексирования отдельных каналов в одной из описанных передающих сред не остается возможности непосредственного доступа к отдельному каналу или компонентам линии (в случае более длинных линий) без предварительного демультиплексирования передаваемого сигнала. Из-за этого недостатка иерархию PDH в производстве стараются заменить более эффективными и доступными с точки зрения передачи информации технологиями.
Еще раз отметим, что мультиплексирование — это комбинирование сигналов от отдельных источников в один сложный сигнал с пропускной способностью равной или большей (при использовании служебных сигналов), чем суммарная пропускная способность исходных каналов. Путем мультиплексирования, например, 24-ех сигналов подканалов DS-0, получается один составной сигнал канала уровня DS-1. Однако, если умножить на 24 скорость передачи отдельного канала — 64 Кбит/с — то получим скорость 1 536 Кбит/с. В табл. 5.1 можно увидеть, что скорость передачи канала Т1 согласно стандарту равна 1 544 Кбит/с. Лишние 8 Кбит/с возникли в результате форматирования с использованием служебных сигналов, которое будет рассмотрено ниже.
Дополнительные 8 Кбит/с не связаны с каким-либо исходным трафиком, исходящим от отдельных каналов линии, а обусловлены исключительно форматированием структуры фрейма, которое применяется в процессе мультиплексирования. Перед тем как каналы опять разделятся на выходе линии, служебные сигналы должны быть уб-
раны, и каждое из конечных устройств на всех принимающих каналах “не будет знать” про внесение каких-либо дополнительных сигналов в линию. Иными словами, служебные сигналы необходимы не для отдельных каналов, а для реализации большей пропускной способности в мультиплексированной линии.
Мультиплексирование, которое используется в технологии PDH, называется мультиплексированием с разделением времени (Time-division Multiplexing — TDM). Механизм TDM характеризуется тем, что все источники сигнала выдают определенные порции данных в течение некоторых отрезков времени, называемых канальными интервалами. Передача сигнала происходит через каждые п таких интервалов (где п — число подканалов, которые мультиплексируются). Говоря кратко, линия с использованием мультиплексирования TDM выделяет весь доступный диапазон мультиплексированной линии на заданном временном отрезке для передачи блока данных определенного подканала. В долевом отношении такой временной отрезок обычно составляет 1/п. Порядок следования канальных интервалов всегда строго определен. Так, например, пятый канальный интервал всегда следует за четвертым, а первый — за я-ым.
Несмотря на то что TDM — это по сути схема уплотнения каналов, используемая в стандарте линии Т1, она все же далека от того, что в радиоэлектронике принято называть мультиплексированием. Другие методы уплотнения могут включать также частотное уплотнение каналов (Frequency-division multiplexing — FDM) и многие другие механизмы. В FDM канальный интервал задается отрезком основной частоты уплотненной линии для передачи блока данных определенного подканала (этот метод распространен, например, во внутриофисных магистральных линиях перед подачей сигнала на устройство TDM). Широко распространено также спектральное уплотнение сигнала (Wavelength division multiplexing — WDM) и метод WDM высокой плотности (Dense wavelength division multiplexing — DWDM). Обе системы являются технологиями, которые повышают пропускную способность оптического волокна путем разделения среды передачи на множество логических подканалов. Каждый канал при этом использует определенную длину световой волны. Технология WDM подобна FDM, поскольку длины волн представляют собой обратные частоты, что соответствует логическим подканалам (т.е. канальным интервалам) составной линии. Каждый канал в мультиплексировании WDM и DWDM (как, впрочем, и при использовании метода FDM) имеет доступ только к своим частотным компонентам из общего временного интервала, который используется для передачи данных, например, из подсоединенной к каналу сети. На рис. 5.1 проиллюстрирована технология TDM. Мультиплексор на рисунке обозначен как MUX (сокращение от multiplexer).
Минимальный подканал DS-0 присутствует во всех реализациях технологии PDH. Он представляет собой выходной канал аналого-цифрового (Analog-to-digital — A/D) преобразователя, 64 Кбит/с, который подробно рассмотрен в главе 3, “Аналогоцифровое преобразование”. Для передачи сигналов канала уровня DS-0 не существует эквивалента Т-носителя. Только начиная с каналов пропускной способности Т1, носитель соответствует определенному DS-уровню, который нумеруется так же, как и соответствующая Т-линия. Иными словами, линия Т1 соответствует каналу DS-1, а линия ТЗ — каналу DS-3. При использовании линии Т1 комбинируются 24 подканала DS-0, которые мультиплексированы в канал с пропускной способностью DS-1. Как отмечалось выше, невозможно получить доступ к отдельному подканалу DS-0, который мультиплексирован в канал первого уровня DS-1, без предварительного демультиплексирования сигнала линии DS-1 назад в компоненту DS-0.
Рис. 5.1. Мультиплексная передача с временным уплотнением каналов
Физические характеристики линии Т1
В главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”, отмечалось, что при прохождении через передающую среду сигналы затухают, или теряют свою мощность. В аналоговых технологиях борьба с потерями производится за счет использования усилителей, которые также усиливают и уровень любой повстречавшейся в сигнале аналоговой помехи. Для такой цифровой техники, как линия передачи Т1, усилители заменяются повторителями. Повторители — это устройства, которые регенерируют ослабленный сигнал, отфильтровывая шумы и помехи, и таким образом восстанавливают исходный. Длина каналов связи между повторителями в сети Т1, а также между конечными устройствами (или оборудованием АТС оператора связи, Central office — СО) и соответствующими им ближайшими повторителями называется ретрансляционным интервалом. Длина ретрансляционного интервала для линии Т1 составляет, как правило, 6000 футов. Между оконечными устройствами или оборудованием АТС и их ближайшими повторителями такое расстояние составляет всего 3000 футов, так как если оборудование находится в режиме использования петли обратной связи, то при учете полного обхода проходимое сигналом расстояние составит те же 6000 футов.
Наиболее часто встречающаяся реализация технологии передачи Т1 — это маршрутизатор пользователя с последовательным интерфейсом, который подключен к устройству модуля обслуживания канала/модуля обработки данных (Channel Service Unit/Data Service Unit — CSU/DSU) посредством кабеля стандарта V.35. На рис. 5.2 показан пример подключения такого терминального оборудования (Data Terminal Equipment — DTE) к сети провайдера. Устройство CSU/DSU подключено к интеллектуальному разъему телефонной компании (Telco) при помощи пятнадцатиконтактного D-образного интерфейсного разъема или же восьмиконтактного модульного разъема. Интеллектуальный разъем — это демаркационная точка телефонной компании или оператора связи, которая является их собственностью в предположении, что соедине-
ние абонента с АТС телефонной компании производится при помощи двух витых пар с сечением 22—26. Одна пара предназначена для прямой, а другая — для обратной передачи. Таким образом связь по линии Т1 является исключительно дуплексной, т.е. в ней передача и прием осуществляются одновременно. Большинство интеллектуальных разъемов адресуемы и каким-либо образом доступны посредством АТС оператора связи (отсюда и их название). Такая адресуемость позволяет персоналу телефонной компании передавать интеллектуальному разъему определенные сигналы, которые переключают его в состояние обратной петли. После того как интеллектуальный разъем переходит в такой режим, в линии связи могут быть выполнены различные виды тестирования разных блоков оборудования и участков цепи.
Рис. 5.2. Соединение между оборудованием пользователя и телефонной компании при помощи линии Т1
Изначально модуль CSU/DSU представлял собой устройство, которое совмещало в себе две функции и состояло из двух отдельных блоков, до тех пор пока для подключения абонентов не начали использовать цифровые каналы связи. Модуль DSU подсоединен к оборудованию потребителя (Customer Premises Equipment — CPE), а модуль CSU связан с сетью телефонной компании (Telco), где он в свою очередь может быть спарен с модулем офисного канала (Office Channel Unit — OCU), т.е. аналогом модуля CSU для сети оператора связи. Каждая половина блока CSU/DSU использует свои специальные функции, которые поддерживают работоспособность линии ТЕ Основными функциями рассматриваемого устройства являются: защита оборудования телефонной компании от аномальных сигналов, которые могут генерироваться оборудованием пользователя, стабилизация линии и контроль битового потока. В описании типичного варианта развертывания линии Т1, которое приведено выше, для замены маршрутизатора может быть использована мини-АТС (РВХ) со встроенными мультиплексором и устройством CSU/DSU, которая подсоединяется непосредственно к интеллектуальному разъему линии оператора связи.
На физическом уровне при подключении соединительных кабелей в процессе развертывания соединения к точке размещения пользовательского оборудования используемые типы разъемов могут быть достаточно разнообразными, особенно
те, которые используются для подключения DTE к конечному оборудованию передачи данных (Data Circuit-terminating Equipment — DCE), т.е. для соединения маршрутизатора и устройства CSU/DSU соответственно. DTE — это термин, который относится в основном к оборудованию, генерирующему определенный сетевой трафик. Термин DCE обычно характеризует оборудование, которое получает сигнал от DTE и конвертирует его в формат, совместимый с сетью передачи данных. Аналогичным образом взаимодействует, например, персональный компьютер и подключенный к нему модем.
Соединительные кабели, которые на сегодняшний день в основном стандартизированы, соединяют модуль CSU/DSU с интеллектуальным разъемом. Соединение может быть осуществлено при помощи пятнадцатиконтактного D-образного разъема (который используется только для встроенных плат CSU/DSU или плат мини-АТС Т1) либо с использованием восьмиконтактного модульного разъема (который используется на интеллектуальном разъеме или устройствах на обоих концах линии). На интеллектуальном разъеме розетка обозначается как RJ-48X (где RJ обозначает зарегистрированный разъем — registered jack) и имеет встроенные перемычки между контактами, которые позволяют автоматически генерировать сигналы обратной петли для АТС оператора связи, если кабель от модуля CSU/DSU вынут из интеллектуального разъема. Иными словами, если кабель вынут из розетки RJ-48X, контакт 1 замнут с контактом 4, а контакт 2 с 5, что создает физическую обратную петлю для сети оператора связи. Физический интерфейс модуля CSU/DSU обозначается несколько отличной последовательностью символов — RJ-48 (например, RJ-48C), поскольку не имеет встроенных замыкающих перемычек. Соединение между двумя описанными выше разъемами представляет собой прямой восьмижильный кабель витой пары с двумя согласованными восьмиконтактными модульными разъемами на концах.
Устройство CSU/DSU и интеллектуальный разъем образуют так называемый спаренный модуль. Сигнал передается между этими двумя устройствами (от сети) посредством прямого кабеля, т.е. без изменений в назначении контактов. Передача данных в обратном направлении (т.е. в сеть) осуществляется по тем же контактам в обоих устройствах. Сопоставим такую передачу данных с обменом информацией между двумя устройствами, если одним из них является DTE, а другим — DCE. В таком случае пары контактов для приема-передачи взаимно изменяют свои позиции в интерфейсах (т.е. перекрещены), поэтому для внутреннего соединения может быть использован прямой кабель. Такое соединение можно сравнить с парой разъемов RJ-48C и RJ-48X, которые используются для подключения к сети сходным описанному образом.
На рис. 5.3 показаны приемо-передающие пары для разъемов DB-15 и модульных разъемов соответственно. Вилки DB-15 обычно маркируются в соответствии с числом контактов, а контакты модульного разъема проиллюстрированы на рис. 5.3, где графически показана нумерация контактов для восьмиконтактного модульного соединителя. Контакт 1 располагается слева, если держать соединитель разъемом кверху и зажимающим ключом от себя (т.е. контактами к себе). Для проверки и демонстрационных целей можно создать переходник, соединив контакты 1 и 2 на одном конце кабеля с контактами 4 и 5 соответственно на другом. Такой переходный кабель может соединять ива устройства CSU/DSU между собой, и при этом каждое их них будет работать так, как если бы оно было подключено непосредственно к линии Т1.
DB-15
RJ-48C
RJ-48X
Номер контакта
Сигнал
Номер контакта
Сигнал
1
Тх Tip
1
Rx Ring
9
Тх Ring
2
RxTip
3
RxTip
4
TxRing
11
Rx Ring
5
TxTip
Контакт 1
8 контактный разъем RJ 48
Контакт 8
Рис. 5.3. Распайка контактов линии Т1
Еще одним типом физического интерфейса, который появился, когда модули DSU и CSU еще были отдельными устройствами, является DSX-1. Изначально DSX-1 представлял собой интерфейс между устройствами CSU и DSU и рассматривался как пограничный интерфейс между оборудованием СРЕ с одной стороны и оборудованием провайдера службы — с другой. Физическое соединение осуществлялось обычно с помощью модульного восьмиконтактного разъема или разъема DB-15. В настоящее время, когда функциональные возможности модулей CSU и DSU чаще интегрированы в одном устройстве, чем поставляются как два отдельных вида оборудования, пограничная точка, как правило, располагается за устройством CSU, а само устройство подключено через интерфейс DS-1 к сети провайдера.
Несмотря на то что сигнал DSX-1 идентичен сигналу DS-1, он все же представляет собой интерфейс, рассчитанный на небольшие расстояния, и не может быть использован в сети провайдера без локального соединения с устройством, обладающим функциями CSU. Интерфейс DSX-1 часто соединяет два устройства, например, две станции мини-АТС (РВХ) или мультиплексор с мини-АТС. Подсоединенные локально по отношению друг к другу, они моделируют полноценное Т1-соединение. В АТС сигнал DSX-1 и соответствующие интерфейсы связывают части оборудования в пределах одного офиса. Коррекция сигнала в линии, которая основана на расстоянии между устройствами, должна применяться к интерфейсу DSX-1 для усиления сигнала, что позволяет его распознавать и принять на удаленном устройстве. Величина кор-
рекции для линии, как правило, определяется в футах и изменяется в пределах от 0 до 655 футов с 133-футовым шагом.
Балансная линия (Line build-out — LBO), или так называемое искусственное удлинение канала, обычно является необходимым дополнением для коррекции линии и встраивается в канал до соединения с сетью провайдера службы, т.е. до интерфейса DS-1. Линия LBO выполняет две основные функции. Наиболее старая из них связана с традиционными повторителями, требующими как минимум 7,5 дБ ослабления по отношению к уровню номинального сигнала. Если оборудование СРЕ генерирует более сильный сигнал, чем ожидает повторитель, то импульсы не интерпретируются как единичные (даже если они являются таковыми на самом деле), и в результате устройство фиксирует только нулевой сигнал. Вторая причина использования линий LBO связана со стабилизацией мощности сигнала между двумя и более потребителями, чьи линии сходятся в одну точку без использования повторителей и далее расходятся к блоку повторителей для каждого конечного абонента. Это — совместная точка перекрестного соединения, в которой соединяется множество абонентских линий. Если один из потребителей находится ближе к точке соединения, чем другой, то для выравнивания сигнала DS-1 такого пользователя используется линия LBO. Без использования канала LBO потенциально воздействие помех на канал более удаленного потребителя будет сильнее, и качество его связи будет хуже. Линии LBO дальнего действия в основном настраиваются на значения в диапазоне от 0 до -22,5 дБ с шагом в -7,5 дБ.
Из всего сказанного можно сделать два основных вывода. Первое, чего необходимо добиться в сети с использованием рассматриваемой технологии передачи данных, — согласования линии провайдера службы и абонентского канала. Одним из вариантов согласования канала является использование линии LBO.
Шунтирующие заглушки и индуктивные катушки дополнительной нагрузки — весьма распространенные и часто используемые средства согласования линий на сегодняшний день в аналоговой телефонии. Заглушки — это длинные кабели разветвления, скрученные в направлении распространения исходного сигнала; чем ближе точка ветвления к потребителю, тем целесообразнее разветвлять линию дополнительно. Последнее обусловлено возможностью избежать прокладки дополнительной витой пары на всем протяжении линии, начиная от АТС оператора связи. Катушки индуктивности представляют собой разновидность несиловых аналоговых усилителей для частот голосового диапазона, которые подавляют частоты вне этого диапазона. И заглушки, и катушки индуктивности отрицательно влияют на качество сигнала в линии Т1 и должны быть удалены до введения ее в эксплуатацию.
Величина ретрансляционного интервала — 6 000 футов — определяется особенностями затухания сигнала в линии. Несмотря на то что место установки повторителей может изменяться провайдером, существует негласное правило установки повторителя в той точке, где уровень сигнала составляет —30 дБ по сравнению с исходным. В децибелах измеряется уровень сигнала по отношению к известному его значению (говорят также про относительный уровень мощности). Для измерений мощности звукового сигнала эта величина характеризует уровень звука, который эквивалентен порогу слышимости человеческого уха. Для электрических сигналов, а значит, и для сигналов линии Т1, в децибелах измеряется отношение уровня текущего сигнала к исходному уровню сигнала источника.
С математической точки зрения величина, выраженная в децибелах, связана с логарифмированием. Как известно, логарифмическая функция дает положительное значение при значениях аргумента больше или равного единице. Для значений меньше единицы, но больше нуля логарифм отрицателен. Таким образом, если имеет место усиление, и измеряемый сигнал больше сигнала источника, то вычисляется логарифм величины, большей, чем 1, что дает положительную величину. Наоборот, если сигнал затухает по отношению к начальному уровню, то соответствующее отношение сигналов будет меньше 1, и логарифм принимает значения меньше нуля. Знак минус перед логарифмом не означает отрицательного уровня сигнала. В действительности логарифмическая функция неопределена для значений меньших или равных нулю. Суть логарифмической функции и ее связь с затуханием или усилением, выраженным в децибелах, иллюстрируют приведенные ниже примеры.
• Формула для вычисления в децибелах затухания или усиления:
10 log (измеряемый уровень сигнала/исходный уровень) = затухание или усиление в дБ.
Когда наблюдаемый сигнал равен исходному:
10 log (1) = 0 дБ (нет усиления или затухания).
Если наблюдаемый сигнал больше исходного в 10 раз:
10 log (10) = 10 дБ (усиление).
Если наблюдаемый сигнал в 1 000 000 раз больше исходного:
10 log (1 000 000) = 60 дБ (усиление).
Если наблюдаемый сигнал меньше исходного в 10 раз:
10 log (1/10) = —10 дБ (затухание).
Можно также легко убедиться в том, что затухание в 30 дБ означает уменьшение уровня сигнала в 1000 раз.
Схемы кодирования в линии Т1
После того как трафик представлен в цифровом виде (после преобразования или изначально), для его передачи по линии Т1 необходимо выбрать схему кодирования, которая позволяла бы сигналу проходить через физическую среду без ослабления до того уровня, когда его уже нельзя будет распознать. Кабельная система внутри здания или предприятия легче контролируется и обычно удовлетворяет более жестким стандартам, чем физические каналы, которые проложены вне юрисдикции организации или предприятия, по таким параметрам, как шум, взаимные и перекрестные помехи и емкостное сопротивление. Таким образом для внутренней проводки кодирование не столь важно, поскольку сама разводка кабелей часто обеспечивает необходимую защиту сигнала.
Совсем иначе обстоит дело с внешней проводкой. Два металлических проводника, находясь поблизости друг от друга, будучи разделенными неким диэлектриком, таким, как пластмасса или воздух, образуют конденсатор. На практике при передаче импульсов по двухпроводной медной линии используется технология, позволяющая протекать току только в одном направлении, при этом паразитная емкость оказывает определенное сопротивление нормальному току электронов, что в итоге может привести к пробою и, как следствие, к ошибкам в передаваемых данных. В современных витых парах, которые ис-
пользуются в качестве проводки, прокладываемой внутри здания, паразитная емкость компенсируется взаимной индуктивностью между проводниками в паре.
В связи с тем, что при использовании внешней проводки (вне зданий) нельзя рассчитывать на такую же степень однородности, как при прокладке внутренней, а также в связи с тем, что длина неэкранированной проводки внутри здания обычно меньше, чем снаружи, кодирование выбирается таким образом, чтобы предотвратить ситуацию, которая может привести к накоплению статического заряда между парами. Следовательно, если причиной помех является поток электронов, который переносится в определенном направлении, то решением проблемы будет изменение направления потока электронов, т.е. использование знакопеременного тока. Схемы кодирования, изменяющие полярность передаваемых импульсов, называются биполярными. На рис. 5.4 представлены примеры биполярных сигналов с изменяющимися характеристиками.
Рис. 5.4. Различные схемы кодирования в линии
Если импульс просто проходит точку отсчета с нулевым напряжением, без перемещения вдоль оси в этой точке, то такой сигнал называется биполярным без возврата к нулю (Bipolar non-return to zero signal — BNRZ). Соответственно, если сигнал задерживается на некоторое время в точке отсчета, даже если передается значение 0, то такой сигнал рассматривается как биполярный с возвратом к нулю (Bipolar return to zero signal — BRZ). Кодирование BRZ возвращает сигнал к точке отсчета с нулевым напряжением во время передачи цифрового нуля и сдвигает лишь на полуширину бита в случае единичного импульса. Это предотвращает потерю точки отсчета нуля при передаче длинных серий непрерывных импульсов, но в итоге проявляется в неправильном восприятии импульсов. Такая ситуация возникает из-за того, что передающий узел обычно использует отличный нулевой уровень по отношению к приемному
устройству. Примером сигнала BRZ является схема кодирования, созданная при помощи так называемого кодирования с чередованием полярности элементов (Alternate mark inversion — AMI). На рис. 5.4 механизмы кодирования BRZ и AMI изображены на одном графике. Другой формой кодирования AMI и, следовательно, BRZ, является подстановка кода вместо восьми двоичных нулей (Binary Eight-Zero Substitution — B8ZS). Будучи подобным AMI, кодирование B8ZS все же больше подходит для передачи данных. Оно подробно рассматривается ниже в текущем разделе.
Причина, по которой производители оборудования заинтересованы в новых версиях BRZ-кодирования, заключается в том, что этот стандарт на данный момент не удовлетворяет требованиям исходного оборудования линий Т1 с имеющейся технической спецификацией стандарта. Вернемся к определению термина плезиохронный. Для того чтобы получить близкую синхронизацию, используя как минимум два различных источника синхроимпульсов, необходимо иметь некоторую третью переменную для привязки одного источника к другому. Такой переменной является сам поток импульсов в линии Т1. Действительно, для двух подлежащих синхронизации серий синхроимпульсов нет надобности быть сфазированными — достаточно лишь иметь одинаковую частоту. Такого эффекта достичь гораздо проще, нежели выдерживать фазовый сдвиг для разных источников.
Если требование технологии состоит в том, чтобы убедиться в сфазированности синхроимпульсов на любом конце линии, то сложность и запутанность линии Т1 не даст возможность его выполнить. Такая ситуация имеет место потому, что в линии всегда есть характерные задержки, обусловленные многочисленными подключенными к ней устройствами, а также пересылкой синхронной информации на большие географические расстояния. Именно поэтому речь не идет о межконтинентальных или же спутниковых линиях Т1. Все, что требуется для работоспособности канала, — это достаточное количество импульсов в потоке для того, чтобы позволить принимаемым синхроимпульсам “помнить” длительность синхроимпульса передающего узла. Поскольку в таком подходе синхронизация фактически берется из потока импульсов, фазовый сдвиг может быть больше размера фрейма, с другой стороны, он должен быть меньше ширины импульса.
Учитывая все это, необходимо точно определить, сколько нулей (битовых интервалов без импульса) может быть последовательно закодировано перед тем, как устройства на линии потеряют ссылку на длительность бита и зафиксируют исчезновение сигнала (т.е. невозможность различить строку из нулей и отсутствие сигнала вообще). Кроме максимально допустимого числа передаваемых нулей, существует требование минимального количества единичных импульсов, которые должны наблюдаться в потоке битов. Минимальные требования для любого битового потока в линии Т1 таковы:
максимально допустимое количество подряд идущих нулей равно 15;
в потоке данных должно быть не менее 12,5% единичных импульсов.
Для соблюдения этих требований в методе AMI используется процесс заполнения импульсами или подстановка битов (stuffing). Он заключается в том, что в кодировании AMI младший двоичный разряд (Least significant bit — LSB) преобразуется в единичный для каждого байта, передаваемого в канале, сокращая таким образом скорость передачи для каждого канала до 56 Кбит/с, а для линии Т1 в целом — до 1,344 Мбит/с. Используя метод AMI, можно быть уверенным, что каждый восьмой бит будет единичным, и, таким образом, будет выполнено правило 12,5% минимальной единичной плотности битов. Кроме того, при использовании такого подхода, ес-
ли позволено прохождение по каналу не более чем семи нулей подряд перед вставкой единичного импульса в поток, то ограничение на передачу не более пятнадцати нулей подряд также не является существенным. В методе AMI вводится понятие нарушения биполярности (bipolar violation — BPV), под которым подразумевается ошибка при передаче данных. Метод кодирования требует, чтобы два следующих друг за другом ненулевых импульса были разной полярности независимо от того, сколько между ними было нулевых импульсов. Несмотря на то что не существует совершенного метода определения ошибок в линии, выявление и подсчет ошибок BPV действительно является наиболее эффективной мерой достижения стабильности сети в целом. Превышение некоторого порога ошибок BPV может означать поломку оборудования или наличие в линии подавляющих устройств.
Подводя итог, можно сказать, что кодирование AMI заимствует значительную часть пропускной способности линии Т1. Для того чтобы освободить непроизвольно используемую пропускную способность канала, которая не была задействована для передачи голоса, но которую можно вполне использовать в технологиях передачи данных, недавно появившихся на рынке, в 1980 году был разработан метод кодирования B8ZS. Эта технология продолжает контролировать нарушения биполярности (BPV) и не выходит за рамки метода BRZ. Данный метод также позволяет отслеживать плотность единичных сигналов и последовательности нулей как в обычной линии Т1, но в отличие от традиционной технологии Т1 позволяет передавать данные по полной пропускной способности канала, когда исходный сигнал DS-0 целиком доступен для передачи данных пользователя. Кодирование B8ZS работает по следующему принципу: нет необходимости жертвовать каналами пользователей для соблюдения требований линии, если передающий узел добавляет импульсы в поток битов, а принимающий легко распознает такие импульсы и определяет исходные значения вставленных битов.
Когда устройство, работающее по алгоритму B8ZS, фиксирует прохождение восьми последовательных нулей (см. рис. 5.4) вне зависимости, соответствует ли их граница канальному байту, то их заменяет определенная последовательность импульсов, которая выглядит в основном трафике довольно естественно. На самом деле такая последовательность содержит два нарушения биполярности (что в методе AMI является недопустимым), которые распознаются принимающим оборудованием как код B8ZS и конвертируются обратно в 8 нулей, которые были в исходных данных. С точки зрения удаленного устройства DTE, замещения импульсов вообще не было. Стандартная схема подстановки описана в стандартах как последовательность 000VB0VB. Считая слева направо, четвертый бит из восьми последовательных нулей является намеренным нарушением биполярности (т.е. V — это violation, нарушение!). В связи с тем, что передающие схемы запоминают полярность предыдущего импульса, такое вмешательство в битовую структуру реализуется достаточно просто, вместо того чтобы предотвратить передачу неправильной последовательности, как это обычно бывает. Любое нарушение биполярности (BPV), встречающееся вне указанных импульсных последовательностей, продолжает содержать ошибки и обрабатывается отдельно.
Пятый бит в серии 000VB0VB является биполярным (В) по отношению к предыдущему намеренному вмешательству в поток битов. Такая схема служит двум целям. Во-первых, она позволяет выделять конкретную импульсную последовательность на фоне других. Во-вторых, она нивелирует избыточное вмешательство последовательностей BPV, чего обычно стараются избегать, стремясь свести к минимуму емкость линии. Шестой бит пропускается; седьмой и восьмой всегда имеют противоположную
полярность четвертому и пятому соответственно, что объясняется другим нарушением биполярности и коррекцией сигнала. Следующий импульс, который возникает естественным путем после следования восьмого нуля, имеет ту же полярность, которая соответствовала бы сигналу, если бы процедура замещения не применялась вовсе. Конечный результат таков, что если бы хоть один из восьми последовательных битов был единичным, подстановка не применялась бы, в противном случае минимальные требования к последовательностям импульсов по-прежнему соблюдаются. При подстановке минимальные требования выполняются даже с избытком. В действительности в рассмотренном методе импульсная последовательность из всех нулей передается как байт, содержащий 50% единичных импульсов.
Форматирование и фреймирование в линии Т1
Мы рассмотрели концепцию мультиплексирования сигналов от многих источников в одной линии передачи. Тот факт, что принимающее устройство “знает”, где в общем потоке данных можно найти трафик от каждого канала, обусловлен двумя процессами в линии — преобразованием данных во фрейм и форматированием. В главе 3, “Аналогоцифровое преобразование”, отмечалось, что каждый поток данных со скоростью передачи 64 Кбит/с формируется из восьми тысяч выборок в секунду, каждая из которых представляет собой один байт информации, состоящий из восьми битов. Мультиплексор в линии Т1 не буферизирует трафик от источников сигнала в канале. В результате такого подхода каждый переданный байт должен быть принят мультиплексором таким, каким он был создан. По мере накопления байтов с каждого канала мультиплексор формирует фрейм. Если в линии присутствуют 24 канала, то фрейм будет состоять из 192 битов, т.е. содержать по одному байту от каждого канала.
Если фреймы просто расположить один за другим, то принимающее устройство на другом конце линии не будет знать, какому именно каналу принадлежат байты в общем потоке данных. Поэтому мультиплексор встраивает в начало каждого фрейма так называемый бит фреймирования, благодаря которому общая длина фрейма становится равна 193 битам. На рис. 5.5 показан процесс вставки такого бита между последним битом предыдущего и первым битом последующего фрейма. Как можно догадаться, дополнительные 8 Кбит/с, о которых говорилось выше, объясняются именно наличием битов фреймирования в общем потоке данных. Поскольку каждый канал выдает 8 000 байт в секунду и каждый фрейм создается с включением одного из байтов от каждого канала, то должно создаваться 8 000 фреймов данных ежесекундно. Если учесть также один дополнительный бит фреймирования, который добавляется к каждому фрейму, то 8 000 таких F-битов (Framing bits — F-bits, биты фреймирования) за секунду дадут в сумме 8 Кбит/с служебного трафика, характерного для линии Т1.
Направление потока данных
от канала 1
Рис. 5.5. Использование битов фреймирования в DS-1 фреймах
В следующих разделах, посвященных группам каналов, обсуждаются два основных формата фреймов линий Т1:
суперфрейм D4 (Superframe — SF);
расширенный суперфрейм (Extended Superframe — ESF).
Значение, задаваемое последующими F-битами, зависит от формата фрейма, выбранного для отдельно взятой линии Т1, и является фиксированным для SF, поскольку все F-биты в фрейме формата SF используются для синхронизации. В формате ESF некоторые F-биты имеют фиксированные значения, тогда как значения других изменяются от одного суперфрейма к другому. Форматирование фрейма, как и форматирование передаваемых в линии данных, должно быть тождественно на обоих концах каждого канала линии Т1. Более того, рекомендуется, чтобы кодирование в линии и форматирование данных были идентичны на протяжении всей линии Т1 во всех каналах. Если такой подход реализовать невозможно (т.е. он неосуществим), перекодирование в точках перехода должно осуществляться как сочетание двух независимых процессов: отдельная процедура кодирования и отдельная процедура форматирования. Такой процесс порождает определенный набор из F-битов, значения которых могут быть легко проконтролированы в пределах серии фреймов, что позволяет принимающему оборудованию распознавать границы фрейма по границам первого распознанного суперфрейма.
Несмотря на то что принято приписывать форматы преобразования во фрейм, такие, как D4 или SF, к группе каналов D4, все же формат суперфрейма был в действительности введен вместе с группой каналов D2. Термин группа каналов изначально использовался применительно к конечному оборудованию в линии Т1. Группы каналов могут быть различными, но наиболее распространенные их реализации предоставляют поканальный доступ к мультиплексированным сигналам в линии Т1 и включают в себя функциональные возможности мультиплексирования технологии Т1. Ниже перечислены группы каналов, которые считаются стандартными в промышленности:
D1 (1962);
D2 (1969);
D3 (1972);
D1C (1973);
D4 (1976);
05 (1982).
Группа каналов D1
В 1962 году корпорация Western Electric разработала стандарт для групп каналов D1. Для него характерно использование битов LSB в каждом канальном байте для передачи сигналов о том, поднята ли трубка или лежит на рычаге. Такая сигнализация оставляет лишь 56 Кбит/с для трафика пользователя — предел, который не мог быть преодолен при разработке этой технологии даже с использованием кодирования, которое разработано для передачи данных в свободном канале, т.е. B8ZS. К счастью, данный подход претерпел значительные изменения в последующих разработках. Такой первоначальный формат был разработан только для голосовых линий, и качество звучания голоса для канала со скоростью передачи 56 Кбит/с не сильно отличается от речи, переданной со скоростью 64 Кбит/с.
Поскольку для одной выборки можно использовать только семь битов, которые связываются с каждым отдельным каналом, группа каналов D1 позволяет использовать менее сложный алгоритм компандирования (т.е. уплотнения или расширения сигнала), известный как метод ц-100, в противоположность алгоритму ц-255, который подробно рассмотрен в главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”. Этот метод позволяет использовать менее точные диоды в процессе логарифмического компандирования и, как следствие, требуется меньшее охлаждение оборудования. Методика сегментированного аппроксимационного компандирования тогда еще не была изобретена.
Группа каналов D1 работала на двух потоках многоканальных байтов для сокращения скорости передачи данных до уровня, требуемого устаревшим мультиплексирующим оборудованием. Каналы с 1 по 12 уплотнялись в прямом порядке в один поток, а с 13 по 24 — в другой. Затем технология D1 совмещала два потока в один. Таким образом канальные интервалы в последовательных каналах не были последовательными. После байта из первого канала передавался байт из тринадцатого канала, за которым следовал байт из второго канала, а после него передавался байт четырнадцатого канала, третьего канала и т.д.
Для преобразования данных во фреймы и выравнивания используются два широко известных метода. Первый заключается в том, что в начало каждого фрейма внедряется некий уникальный код, который говорит о том, что начинается новый фрейм. Суть второго метода в том, что между фреймами включаются биты, формирующие почти уникальный код среди наборов, внедряемых в поток битов. Первый метод добавляет избыточный сигнал в поток данных, но позволяет проверять синхронизацию или ресинхронизацию в каждом фрейме. Высокоуровневый протокол управления каналом (High-Level Data Link Control — HDLC) является примером именно такого метода преобразования данных во фреймы второго уровня. Он обычно используется для протокольного фреймирования.
Для преобразования в формат фрейма, который более приближен к физическому уровню среды передачи, как при использовании линии Т1 (которая фактически способна переносить информацию в виде фреймов формата HDLC), в основном применяются биты фреймирования, вставленные между фреймами. Такая техника, несомненно, требует анализировать большее количество фреймов и потенциально непригодна при утере синхронизации — условии, известном как “выход за пределы фрейма” (Out-of-frame — OOF), но зато требует меньшего количества служебных сигналов. С точки зрения рыночной конкуренции лучшие возможности имеют цифровые передающие магистрали с меньшим объемом служебного сигнала, даже несмотря на большую угрозу потери данных. Приемник всегда более четко определяет синхрони-
зацию — тем лучше, чем длиннее строка синхронизации, окруженная F-битами. Приемное оборудование не отмечает нарушений синхронизации, если они основаны всего на одной или двух ошибках.
Метод синхронизации с использованием F-битов выбран для оригинального сигнала DS-1 в группе каналов D1 из-за невысоких затрат. Структура синхронизации представляет собой просто чередование единиц и нулей в F-битах. Концепция суперфреймов (SF) для группы D1 не применяется. Применение чередующихся структур было успешным из-за того, что случайное возникновение повторной длительной чередующейся последовательности битов в рамках 193-битового блока нетипично и маловероятно.
Если фиксируется соответствие условию OOF, то оборудование группы каналов D1 переходит на некоторое количество битов назад в потоке данных и начинает проверять структуру синхронизации через каждые 193 бита при дальнейшей передаче информации. Если на текущей позиции F-биты не обнаружены, идет продвижение вперед, бит за битом, до полного распознавания битовой структуры. Состояние OOF отменяется, если с помощью чередующихся структур F-битов распознаются 8 подряд идущих фреймов.
Суперфрейм и группа каналов D2
Группа каналов D1 изначально разрабатывалась для соединения близлежащих АТС, в которых аналоговые вызовы могли коммутироваться локально. Когда корпорация AT&T решила использовать линии Т1 для соединения АТС в тандем, в качестве коммутатора для такой структуры было необходимо устройство, работающее с аналоговым сигналом. Таким образом цифровой сигнал должен был конвертироваться в аналоговый и обратно в цифровой несколько раз. Многократные оцифровки и выборки сигнала приводили со временем к возрастанию шума квантования и значительному искажению сигнала, когда он достигал точки назначения. Для сведения к минимуму соотношения сигнал/шум, значение которого для групп D1 было неприемлемым, и была разработана группа каналов D2.
Кроме того, группа каналов D2 основана на формате SF, который отличается от предыдущего тем, что вместо F-битов применяются произвольно чередующиеся структуры. Как и в D1, в группе каналов D2 используется схема чередования, но она является отличной от используемой в D1. Такая схема необходима для того, чтобы скомпоновать 24 канала в одну Т-несущую. Здесь используется двухступенчатый алгоритм, который сначала группирует 96 каналов в 8 групп по 12 каналов в каждой. В каждой группе каналы располагаются последовательно. Получившиеся 8 групп затем побайтово чередуются, формируя 96-канальный сигнал. Далее составной сигнал инверсно мультиплексируется в 4 различных сигнала DS-1, каждый из которых включает в себя два исходящих сигнала из восьми 12-канальных групп. Все 4 сигнала DS-1 должны терминироваться в одной и той же группе каналов D2 принимающей стороны. Следует помнить, что эта схема разрабатывалась задолго до ввода в эксплуатацию линий Т1.
В формате SF группируются 12 DS-1 фреймов (24-байтовые группы цифровых каналов с F-битами) в структуру данных, называемую суперфреймом (SF). Хотя сигнальная информация передается в каждом канальном байте сигнала DS-1, используемого в группе каналов D1, форматирование по технологии SF помещает ее в шестом байте каждого канала, заимствуя для этого бит LSB. Благодаря использованию битов пользователя для передачи сигнальной информации этот механизм получил название сигнализация с заимствованием битов (Robbed-Bit Signaling — RBS), т.к. данные пользователя не могут быть помещены в такие биты.
Такой процесс возможен лишь потому, что для голосового трафика биты LSB в выборке мало влияют на ошибки квантования, и в результате по своему вкладу в суммарную ошибку бит сигнальной информации отличается от бита пользователя. Более того, для сигнализации заимствуется только каждый шестой бит LSB. На рис. 5.6 проиллюстрирован такой процесс. Отметим изменения, происходящие с шестым и двенадцатым фреймами каждого суперфрейма, который несет сигнальную информацию. Этот факт кратко рассмотрен во время обсуждения значений и использования F-битов. Сигнальные биты могут иметь различные значения, которым соответствуют четыре варианта установок. Сигнальные биты обозначаются как A-биты, если относятся к шестому фрейму, и как В-биты, если они относятся к двенадцатому фрейму. Поскольку в рассматриваемом формате большее число битов используется для переноса пользовательского трафика, было решено, что для группы каналов D2 целесообразнее использовать компандирование по методу ц-255 вместо метода ц-100, который применяется в группах каналов D1.
Четные фреймы: Сигнальные Fбиты (Рд)=ОО1110Четные фреймы: Сигнальные Fбиты (Рд)=ОО1110Нечетные фреймы: Заключительные Рбиты (Гт)=Ю1010Нечетные фреймы: Заключительные Рбиты (Гт)=Ю1010
Четные фреймы: Сигнальные Fбиты (Рд)=ОО1110
Четные фреймы: Сигнальные Fбиты (Рд)=ОО1110
Нечетные фреймы: Заключительные Рбиты (Гт)=Ю1010
Нечетные фреймы: Заключительные Рбиты (Гт)=Ю1010
= F бит 12 битовая структура синхронизации в SF = 100011011100
Рис. 5.6. Формат, суперфрейма (SF)
Битовый шаблон для двенадцати F-битов выглядит так: 100011011100. Если подобные структуры следуют подряд одна за другой, то, стартуя с любого (но только не с первого) бита, нельзя обнаружить какую-либо выделенную последовательность битов. Надо принимать во внимание два ключевых момента. Первый — F-биты нечетных фреймов образуют так называемый сигнал синхронизации фрейма, или заключитель-
ные F-биты (Terminal Framing Bits — FT), a F-биты четных фреймов образуют в формате SF так называемый сигнал синхронизации мультифрейма, или сигнальные F-биты (Signaling Framing Bits — Fs). Второй момент связан с тем, что Рт-биты обеспечивают синхронизирующую функцию, которая используется в группах каналов D1 для каждого F-бита (структура из чередующихся нулей и единиц остается); с помощью Fs-6htob быстро определяется местоположение шестого и двенадцатого фреймов, где размещены сигнальные биты. Передающее оборудование ищет последовательности Fs-6htob: от 0 до 1 для шестого фрейма и от 1 до 0 для двенадцатого. Если фиксируются шесть идущих друг за другом Fs-6htob, возможны только две такие последовательности. Для преодоления даже незначительного рассогласования механизма заимствования битов RBS группа каналов D2 использует так называемую межстанционную передачу по общему каналу (Common-Channel Interoffice Signaling — CCIS), при которой канал с пропускной способностью 64 Кбит/с выделяется для передачи, делая таким образом восьмой бит каждого канала в каждом фрейме доступным при передаче данных пользователя.
Группы каналов D3 и D1D
Когда корпорация AT&T начала производить более дешевое оборудование для групп каналов D1, выяснилось, что необходимо включить в него большую часть технологии групп каналов D2. В результате была разработана технология групп каналов D3, которая подходит, как и группы канала D2, для передачи сигнала на большие расстояния. Подобно технологии D1, группа каналов D3 работает только с 24 подканалами, однако в отличие от нее группа D3 не имеет единого потока данных, что исключает необходимость использования чередования для непоследовательных канальных битов.
Разработка новых методов дала возможность усовершенствовать группу каналов D1 за счет добавления ей некоторых функций технологии D3. Кроме того, модернизация имеющегося соединения всегда обходится дешевле, чем установка новой группы каналов D3. Так, модернизированная группа каналов D1 стала называться DID. Она почти по всем параметрам идентична технологии D3. Основное различие проявляется только в том, что технология DID использует метод упорядочения байтов D1, несовместимый с методом D3. Можно возражать против такой модернизации группы каналов D1, однако простое переключение на группу каналов D3 не является наилучшим выходом из положения. По своей функциональности группа каналов D3 ближе всего к группе D2, так как в ней также используется формат SF и компандирование по методу ц-255. Небольшие отличия есть только в количестве рабочих каналов и в порядке следования канальных байтов.
Группа каналов D4
Формат SF также обозначается как D4, несмотря на то что в этой группе каналов он используется не впервые. Основным толчком к созданию формата D4 была 48-канальная, основанная на Т1С (или DS-1C), линия, которая разрабатывалась корпорацией AT&T. Группа каналов D4 также использует SF-формат и метод ц-255 и создана таким образом, что имеет выборочную обратную совместимость с предшествующими технологиями.
Группа каналов D4 поддерживает аналоговую передачу голоса и данных голосового диапазона (примером которых может служить цифровой сигнал, который
промодулирован модемом для передачи через аналоговую сеть), а также цифровых сигналов. Они конвертируются в подходящий формат для передачи через линию Т1 (или Т1С), подсоединенную непосредственно к устройствам группы. Две группы каналов D4 могут соединяться напрямую через их TIC-интерфейсы. Последовательное соединение групп каналов D4 дает возможность подключиться напрямую к линии передачи Т2.
Формат ESF и группа каналов D5
Группа каналов D5 по существу представляет собой технологию D4 с возможностью мультиплексирования семидесяти двух и девяносто шести каналов для прямого подключения к линии Т2. Кроме того, для группы каналов D5 используется формат фреймов ESF. Несмотря на то что формат суперфрейма D4 более усовершенствован по сравнению с группой каналов D1, в нем все же отсутствуют некоторые возможности управления и передачи сигнальной информации. Некоторая ограниченность технологии не является большой проблемой для голосового диапазона, где передача служебных сигналов может осуществляться за счет заимствования младших битов (RBS), но для потока неголосовых данных не может быть использована совместно с заимствованием RBS, поскольку данные при передачи занимают большую часть полосы линии Т1.
Внимание!
Чтобы быть справедливыми по отношению к формату SF, нужно отметить, что интерфейс между Т1-узлом провайдера службы и пользовательским оборудованием (СРЕ) может быть разработан исключительно для передачи данных. Такие интерфейсы не вносят RBS-биты в каналы, передающие сигналы неголосового диапазона.
Чтобы обойти эти ограничения, был разработан формат расширенного суперфрейма — ESF, который содержит большую структуру данных, тем самым позволяя увеличить число функций, которые несут в себе F-биты. Формат расширенного суперфрейма ESF можно представить себе как “сдвоенный” суперфрейм SF. Таким образом в формате ESF используются 24 бита, и не все биты необходимы для синхронизации и выравнивания фреймов. На рис. 5.7 приведена структура фрейма ESF.
Одной из проблем, которую помог преодолеть ESF-формат, была необходимость отключения потребителя от линии, в которой используется технология D4, прежде чем начать какие-либо процедуры тестирования. Такая необходимость объяснялась отсутствием каких-либо служебных сигналов, дополняющих полезную нагрузку, которые могли бы быть использованы для передачи тестовых сигналов без нарушений трафика пользователя. Для этой цели в рамках формата ESF используется (даже эксклюзивно) 12 битов межстанционного канала передачи данных (Facility Data Link — FDL), представляющих собой F-биты для всех нечетных фреймов в формате ESF. Можно подсчитать, что полоса пропускания шириной 4 Кбит/с доступна для FDL-функций. Коротко говоря, используя 1 бит на фрейм, мы задействуем поток в 8 Кбит/с, так как именно с такой частотой создаются фреймы в линии. Поскольку FDL-биты используются не в каждом фрейме, а через один, то эту величину нужно разделить пополам, и скорость передачи FDL-канала получается равной 4 Кбит/с.
1
2
3
4
5
6
-
А
Произвольный байт из 6 фрейма
1
2
3
4
5
6
7
А
Произвольный байт из 18 фрейма
1
2
3
4
5
6
7
А
Произвольный байт из 12 фрейма
1234567 А
Произвольный байт из 24 фрейма
Рис. 5.7. Расширенный суперфрейм (ESF)
Шаблон синхронизации для расширенного суперфрейма представляет собой набор битов 001011 и включается в F-биты фреймов с номерами 4, 8, 12, 16, 20 и 24. Синхронизирующая последовательность для формата ESF подобна используемой в обычном суперфрейме (SF), когда нельзя выделить какую-либо последовательность битов в череде следующих друг за другом структур, если начинать отсчет не с первого F-бита (т.е. с четвертого фрейма). В отличие от формата SF, шаблон расширенного суперфрейма не содержит компонентов, указывающих на номера сигнальных фреймов (6, 12, 18 и 24). В таком указателе нет необходимости, поскольку границы суперфрейма уже определены. Добавлена только избыточность, характерная для формата SF. Для голосовых приложений удвоено количество сигнальных битов. В рассматриваемом формате расширенного суперфрейма присутствуют только так называемые А-, В-, С- и D-биты, которые используются во фреймах 18 и 24 в дополнение к известным позициям во фреймам 6 и 12 для формата суперфрейма. Как результат такого подхода, стандарт ESF предусматривает 16 режимов передачи информации.
Оставшиеся 6 F-битов, которые содержатся в формате ESF, используются для подсчета 6-битовой контрольной суммы фрейма при помощи циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check 6 — CRC-6). Такой контроль представляет собой схему выявления ошибок, которая использует идентичный для всех устройств алгоритм вычисления 6-битового значения, основанного на переданных посредством суперфреймов битах без учета F-битов. Если значения битов в указанных позициях не соответствуют локально вычисленному значению на основе того же алгоритма и на тех же позициях битов данных, то выдается предупреждение об ошибке, и значение соответствующего счетчика увеличивается на единицу. Данные не отбрасываются на этом уровне обработки, а лишь контролируются CRC-счетчиком, который помогает управлять линией Т1, отображая ее поразрядный статус.
Поиск и устранение неисправностей в линии Т1
Существует множество способов для измерения начальной производительности линии или поиска неисправностей в линии Т1 независимо от типа форматирования фрейма в ней. При использовании формата ESF для форматирования данных тестирование даже более удобно, так как для его проведения нет надобности отключать линию от пользовательского оборудования, как того требовало бы форматирование D4. ESF-форматирование дает возможность использовать FDL-биты для пересылки специальных блоков данных оборудованию АТС. В АТС модуль контроля линии (Line-Monitoring Unit — LMU), “неагрессивно” подключенный параллельно линии (т.е. он не влияет на параметры линии или процесс передачи сигнала), считывает FDL-биты из сигнала и при необходимости выдает аварийные предупреждения.
В стандартах для модулей обслуживания канала (Channel Service Unit —CSU) предусмотрены специфические регистры, поддерживающие ESF-форматирование. Эти регистры созданы для того, чтобы накапливать информацию про ошибки, произошедшие в линии за последние 24 часа. Запись в регистры производится каждые 15 минут. Во время разделения корпорации AT&T было установлено правило, согласно которому провайдер службы не имеет права доступа к информации или контроля устройств за пределами точки демаркации, т.е. в оборудовании клиента. В стандарте ANSI Т1.403 указывается, что модули CSU должны передавать содержание своих регистров сервис-провайдеру (т.е. модулю LMU коммутатора АТС) каждую секунду, вместо того чтобы ждать, пока вышестоящее устройство само запросит эту информацию у соответствующего модуля CSU. Если такая информация проходит систему цифрового доступа и коммутации (Digital Access and Crossconnect System — DACS), to FDL-биты регенерируются вместе с остальными данными, подлежащими преобразованию во фрейм, и любое сообщение, передаваемое в них, утрачивается независимо от того, передается ли трафик стандартным или фирменным методом. Биты FDL используются не во всех случаях, поэтому производители устройств снабжают выпускаемое оборудование функциями, которые позволяют подсоединяться, настраивать и управлять удаленным устройством. Один из наиболее часто используемых тестов на основе FDL-битов — метод определения числа ошибочных битов в единицу времени (Bit Error Rate Testing — BERT), который рассмотрен в следующем разделе.
Тестирование BERT
В процесс выполнения теста BERT в линию передачи Т1 посылается заранее известная битовая структура, которая контролируется в точке подключения. Такая точка может находиться на другом конце линии или в любом другом промежуточном положении (например, если тестирование проводит сервис-провайдер в своем офисе). В конечном счете из точки тестирования может исходить и тестирующий сигнал, а такой точкой выступать само генерирующее его устройство. Тестирующий код можно посылать как внутри полосы пропускания вместе с данными, так и при помощи FDL- битов. Последнее необходимо для того, чтобы переключить устройство в режим петли
обратной связи, при котором все данные, полученные им, полностью изменяются и отсылаются обратно передающему устройству. Как именно обрабатывается трафик перед отправкой назад, зависит от того, какой вид петли обратной связи используется. Для различных нужд применяются три основных ее вида:
петля сети (линии);
петля полезной нагрузки;
петля устройства DTE.
Сетевая петля обратной связи контролируется либо провайдером службы, либо на панели модуля CSU, либо интерфейсом терминала. Сигнал такой петли генерируется из сети и представляет собой повторение неформатированной двоичной структуры 10000, которая может передаваться в полосе пропускания линии вместе с данными пользователя (метод AT&T) либо посредством FDL-битов (метод ANSI). Сигнал сетевой петли обратной связи затем сравнивается с непреобразованной во фрейм битовой структурой вида 100. Использование сетевой петли обратной связи неоценимо полезно при проверке линий LBO, если они используются в сети, а также для проверки модулей CSU. Дополнительную ценность этому методу придает тот факт, что тестовый сигнал поступает со стороны сети и возвращается назад в сеть (т.е. инициализируется и обрабатывается оператором связи), и провайдеры служб могут производить BERT-тестирование линий, проверяя, не тревожа клиента, целостность участка канала Т1, которым соответствующий потребитель подключен к провайдеру. Такая петля обратной связи позволяет проводить побитовое тестирование потока данных, поскольку процесс преобразования данных во фрейм тестом не производится; вместо этого данные возвращаются в том виде, в котором они первоначально были сгенерированы в процессе тестирования. Сетевые петли обратной связи позволяют проводить тестирование только до блока CSU в модуле CSU/DSU.
Обратная петля полезной нагрузки подобна сетевой петле в том плане, что трафик возвращается назад в сеть, и тестовый сигнал может быть передан из сети. Разница состоит в том, что для петли полезной нагрузки тестирование проходит через модуль CSU/DSU и достигает DTE-интерфейс блока CSU/DSU, дополняя возможности проверки работоспособности линии Т1. Исходный поток данных заново преобразуется во фрейм и заново генерируется перед возвратом сигнала в сеть.
Наконец, тест петли обратной связи DTE не может быть выполнен со стороны оператора связи (т.е. сети), а должен запускаться с панели устройства CSU/DSU, терминального интерфейса модуля CSU/DSU или посредством кодовой последовательности, отправленной из DTE-интерфейса. В модуле CSU/DSU такая петля присутствует со стороны устройства DTE. Сигнал, переданный от модуля или устройства DTE при помощи рассматриваемой обратной петли, возвращается назад к DTE. При проверке оборудования с помощью петли обратной связи DTE также тестируется и модуль CSU/DSU, так как он моделирует 4 000-футовую линию, которую как бы проходит сигнал перед возвращением в интерфейс DTE.
Существует множество битовых шаблонов, которые используются во время BERT-тестирования. В списке приведены некоторые из них с указанием области применения.
Метка, или шаблон, состоящий из единичных битов. Этот шаблон моделирует сигнал поддержки соединения, который помещает максимальное число битов в линию Т1 и проверяет мощность повторителя.
Пауза, или шаблон, состоящий из нулевых битов. Данный шаблон выявляет неправильно сконфигурированное оборудование на маршруте теста. Он применяется для линий с BSZS-кодированием. Если где-либо по маршруту следования встречается код AMI, шаблон преобразовывает намеренно вставленные последовательности BPV, которые сгенерированы методом B8ZS, в допустимые биполярные импульсы. Поскольку проверка переданной последовательности проходит после удаления намеренных битов BPV, о присутствии кодирования AMI в линии свидетельствует присутствие нулей в битовом шаблоне на выходе.
1:1 — чередующаяся структура из нулей и единиц с соотношением один к одному. Такой шаблон используется для имитации сигнала со значительным числом импульсов без дополнительных компонент, а также при проверке работоспособности циклических соединений.
1:7 — повторяющаяся структура из единичного импульса, за которым следуют семь нулевых импульсов. Этот шаблон имитирует наличие в линии каждого восьмого единичного бита, т.е. плотность единиц 12,5%, что является необходимым условием для соответствия минимальным требованиям линии.
3 в 24 — структура, одновременно содержащая минимальную единичную плотность — 12,5%, и максимальное ограничение по количеству подряд следующих нулей. Такая ситуация возможна благодаря тому, что шаблон 100010001000000000000000 содержит в конце 15 подряд идущих нулей, которые заканчиваются единицей из следующей такой же последовательности. Иногда такой тест неправильно обозначают как 3:24. Эта запись означает, что на каждые 24 нулевых есть 3 единичных импульса, тогда как на самом деле их соотношение всегда сохраняется равным 3:21.
2047, или 2"—1 — псевдослучайная структура, содержащая максимум 10 последовательных нулей и 11 последовательных единиц. 2047 — это запись в десятичной системе двоичного числа, содержащего все 11 единиц. Такой шаблон эффективен для проверки службы цифровых телефонных каналов (Digital dataphone service — DDS), а также интерфейса линий базового уровня цифровой сети с комплексным обслуживанием (Integrated Service Digital Network Basic Rate Interface — ISDN BRI). Существуют и другие, похожие структуры, имена которым даются также из математических соображений, например, 63, 511 или 4 095. Каждая из них применяется в подобных рассматриваемому случаях, но использует различные по размеру максимальные блоки нулей и единиц.
220—1 — псевдослучайная структура, содержащая максимум 19 подряд идущих нулей и 20 подряд идущих единиц. Она необходима для проверки возможности обработки оборудованием длинных последовательностей следующих подряд нулей.
223— 1 — структура, подобная предыдущей, но содержащая максимум 22 следующих подряд нуля и 23 единицы и имитирующая таким образом более жесткий тест на обнаружение последовательностей нулевых битов.
Псевдослучайный источник сигнала (Quasi-Random Signal Source — QRSS) — версия структуры 220—1, которая содержит не более пятнадцати подряд следующих нулей. Такой шаблон наиболее точно моделирует реальные данные.
Термин метка означает наличие импульса, а пауза — его отсутствие (1 и 0 соответственно). Для реализации BERT-тестирования в оборудовании корпорации Cisco имеется ряд специальных команд отладки (debug).
Ошибки в линии Т1
Ошибки в линии Т1, как правило, относятся к двум основным категориям:
ошибки форматирования (на уровне фрейма);
логические ошибки (на битовом уровне).
Ошибки на уровне фрейма нарушают структуру фрейма, его кодирование и требование к минимальной плотности единичных импульсов. К таким ошибкам можно отнести:
BPV;
потерю сигнала (Loss of signal — LOS);
потерю фрейма (Loss of Frame — LOF), или OOF;
более чем 15 нулей подряд;
менее чем 12,5% единичной плотности сигнала;
дефектные импульсы (по ширине и амплитуде).
Ошибки форматирования могут быть зафиксированы как при помощи механизмов D4, так и ESF: напрямую или посредством применяемого метода кодирования.
В отличие от ошибок форматирования, логические ошибки в линии Т1 в основном возникают из-за вставки или удаления импульсов. В результате можно получить и ошибку форматирования при условии, что импульс представляет собой бит фреймиро- вания, но таким выводом нельзя руководствоваться во всех случаях. Для определенных четных битов, вставленных или удаленных между последовательными импульсами, оборудование линии Т1 может вообще не обнаруживать логические ошибки. Например, если используется В4-форматирование и ни одного F-бита не последовало, то отсутствует механизм определения вставленных или удаленных битов, и ни алгоритм кодирования AMI, ни алгоритм B8ZS не в состоянии будут распознать вставку битов, не имеющих отношения к последовательностям BPV. Для метода B8ZS рассматриваемые варианты ошибок включают также случаи, связанные с “намеренными” последовательностями BPV, которые используются для выявления ошибок в работе канала. Механизм ESF способен зафиксировать преобладание вставок или удалений при помощи битов проверки контрольной суммы CRC-6 путем сравнения контрольной суммы, которая подсчитана при отправке фрейма, и суммы, рассчитанной принимающим оборудованием для полученного фрейма, который проследовал через канал.
Для того чтобы термины, приведенные выше, были более понятны, рассмотрим несколько подробнее ситуацию возникновения ошибки OOF — она имеет место, когда принимающее оборудование не в состоянии распознать структуру синхронизации приходящих фреймов. Такая ситуация будет существовать, пока не пройдет предварительно указанный отрезок времени, в течение которого ведется поиск информации о синхронизации в поступающем на вход потоке данных. Ошибка LOS является обычно
результатом пропадания сигнала или же полного выхода системы из строя на одном из концов линии Т1. Такая ситуация характеризуется получением непрерывной и не- преобразованной во фрейм последовательности нулей. Условие LOS обычно фиксируется, если импульсов нет в течение времени, равного 175 интервалам прохождения одного бита. Последовательность ВРУ может быть следствием нескольких факторов, как, например, неправильные уровни сигналов, разрыв или замыкание в линии или несовместимость алгоритмов кодирования сигнала в линии. Эти причины могут привести к ошибкам во фреймах, если большое число F-битов “повреждено”, что приводит к постепенному выходу линии из строя за счет накопления ошибок, а это может быть результатом неисправности всего лишь одного компонента канала.
Поскольку линия Т1 обычно состоит из множества компонент, и каждая из них в принципе может иметь свой источник синхроимпульсов (что необходимо для плезио- хронности), то для того, чтобы нарушить нормальную передачу потоков данных в линии, достаточно время от времени вносить в сигнал определенную задержку.
Такая задержка называется дрожанием (jitter), а для низких уровней сигнала — блужданием (wonder), и может привести к возникновению большого числа ошибок CRC-6 или “расползанию” фрейма (т.е. к рассинхронизации сигнала). Компоненты линии Т1 используют схемы фазовой подстройки частоты для того, чтобы удержать фазовый сдвиг на минимальном уровне. Контроль сдвига фреймов представляет собой механизм намеренного отбрасывания фреймов с тем, чтобы использовать шаблоны выравнивания сдвига прежде, чем синхронизация будет безвозвратно утеряна. Иногда необходимо использовать неконтролируемый сдвиг фрейма, в связи с чем оборудование линии Т1 очищает буферы, декларирует наличие ошибки OOF (если два из любой четверки F- битов являются ошибочными) и пытается восстановить заново синхронизацию путем поиска синхронизирующих последовательностей (что похоже на сброс линии).
Понятия, относящиеся к ошибкам, которые возникают при передаче данных, пригодятся на практике при отслеживании различных состояний каналов. Одно из них — секунда с ошибкой (Errored second — ES) — это интервал времени, в котором возникают одна или несколько ошибок (форматирования или логических). Если счетчик ошибок достигает значения 320 отказов в секунду, фиксируется состояние “секунда с критическим числом ошибок” (Severely errored second — SES, предупредительное машинное сообщение). Несколько последовательных секунд с критическим числом ошибок (Consecutive severely errored seconds — CSES) определяют ситуацию, когда необходимо декларировать исчезновение сигнала. Десять ошибок CSES свидетельствуют о состоянии LOS.
Аварийные сигналы
Аварийные сигналы различных типов в линии Т1 обычно связывают с цветами индикаторов, которые служат для индикации соответствующих ситуаций в оборудовании. Все обсуждаемые в текущем разделе аварийные сигналы — это только основные виды аварийных ситуаций, и обычно не используются для описания случаев, которые не приводят напрямую к потере сигнала в различных формах или к состояниям OOF/LOS. Между тем, многие производители вводят вспомогательные наборы сигналов, чтобы предупредить администраторов о возможности возникновения нештатной ситуации. Если такой вспомогательный сигнал не подтверждается, значения счетчиков продолжают увеличиваться для того, чтобы было возможно осуществить превентивное управление серьезными сбоями.
Прежде всего следует рассмотреть “красный” и “желтый” аварийные сигналы. Они также известны как сигналы неисправности носителя (Carrier failure alarm — CFA). Когда устройство в линии Т1 фиксирует превышение порогового числа ошибок (порог устанавливается заранее), оно сообщает об аварийном состоянии линии. Для включения “красного” предупреждающего индикатора часто бывает достаточно двух- трех секунд непрерывного сиганала LOS или OOF-состояния. В таком случае устройство пытается немедленно передать код, в котором сообщается о необходимости установки “желтого” предупреждающего сигнала на удаленном конце линии. Так легче понять, какой именно конец линии находится в том или ином состоянии, и приступить к локализации причины возникновения проблемы. Когда в течение 10— 20 секунд сигнал в линии передается без помех, состояние CFA обычно отменяется.
Очень часто, однако, сеть выходит их строя таким образом, что на обоих ее концах высвечивается “красный” сигнал. Естественно, в таком случае нельзя передать на другой конец канала сигнал о необходимости включения “желтого” индикатора. В каналах D4 “желтый” сигнал на другой конец линии передается посредством установки в нуль второго значащего бита в каждом байте, разрушая таким образом весь пользовательский трафик, который мог быть передан в заданном направлении (такие биты искажают данные, а изменение второго бита к тому же значительно искажает голосовой трафик). Подобное изменение сигнала редко является существенным, так как передача данных по каналу в одном направлении зачастую бесполезна. Каналы, в которых используется формат ESF, генерируют “желтый” аварийный сигнал с использованием чередования восьми единиц с восемью нулями в двенадцати битах FDL в течение как минимум одной секунды.
“Синий” сигнал — это третий по важности аварийный сигнал. Он также известен как сигнал тревожной индикации (Alarm indication signal — AIS), или тестовый сигнал. Ему соответствует непрерывный поток непреобразованных во фрейм единичных импульсов. Узел линии Т1, получивший сигнал AIS, посылает “желтый” предупредительный сигнал. Такая схема выполняет две основные функции:
сообщает о сбое в передающем узле (модуль CSU не принимает данных от устройства DTE);
обеспечивает повторители и другое оборудование импульсами для восстановления синхронизации.
Повторитель в линии Т1 может также генерировать сигнал AIS для модуля CSU, который в свою очередь выдает “желтый” предупреждающий сигнал. Этот сигнал приводит к появлению “желтого” аварийного сигнала на другом конце линии.
Таким образом “красный” предупреждающий сигнал не передается по линии, а чаще всего непосредственно вводится в устройство, получившее сигнал, который содержит ошибки. В отличие от “красного”, “желтый” и “синий” сигналы передаются в линии. Если интеллектуальное устройство DTE или тестовое оборудование подключены к линии и способны обнаруживать такие сигналы, то “желтые” и “синие” сигналы несут следующую смысловую нагрузку:
“желтый” аварийный сигнал указывает на проблемы в передающем канале;
“синий” — на проблемы в принимающем канале.
Настройка контроллера линии Т1
В этом разделе приводятся два примера настройки контроллера Т1 в сетевых устройствах корпорации Cisco.
Для доступа к контроллерам линий Т1 с целью их настройки необходимо перейти в режим глобальной конфигурации устройства, а затем выбрать подходящий контроллер.
В примере 5.1 приведена простая конфигурация контроллера линии Т1, в которой используется формат расширенного суперфрейма (ESF) и кодирование B8ZS. Кроме того, для контроллера указывается коэффициент усиления, который используется для кабелей длиной до 133 футов.
Пример 5.1. Настройка контроллера линии Т1
router#configure terminal
router(config)#controller tl 0/0
router(config-controller)#framing esf router(config-controller)#linecode b8zs router(config-controller)#cablelength short 133 router(config-controller)#clock source line primary router(config-controller)#no shutdown
Команды, которые приведены в примере 5.1, необходимы для указания базовых настроек контроллера линии Т1; при этом нужно также учитывать согласование с требованиями синхронизации линии. Необходимо проверить, передаются ли сигналы синхронизации по линии (если линия предоставлена провайдером службы, то, скорее всего, оборудование пользователя синхронизировано с ней). Стандартно сигналы синхронизации берутся из линии, и первичный источник синхронизации устройства определяется использованием ключевого параметра primary в соответствующей команде.
Настройка службы перераспределения вызовов в линии Т1
На рис. 5.8 проиллюстрировано использование технологии обрыва и вставки (hairpin). Такое подключение позволяет перенаправлять определенные канальные интервалы на некоторые сетевые устройства, а затем перебрасывать оставшиеся на другое устройство. Проблема синхронизации здесь стоит особо остро ввиду того, что одни и те же сигналы DS-0 в линии проходят через разные устройства. Команда clock source internal, которая приведена в примере 5.2 в конце блока команд конфигурирования контроллера controller tl 0/1, необходима в том случае, если данный контроллер обеспечивает синхронизацию устройства на другом конце кабеля, подключенного к нему.
В примере 5.2 проиллюстрирована возможная конфигурация двух контроллеров линии Т1 для одного терминирующего устройства (SLT) — маршрутизатора Cisco серии 2611. На рис. 5.8 показана взаимосвязь между терминирующим устройством и его соседями. Команда channel-group в блоке команд controller tl 0/0 определяет
канал 1 как подканал сигнализации, к которому можно обратиться при помощи других команд конфигурирования для передачи сигнальной информации удаленному устройству. Командой tdm-group задаются числовые идентификаторы, которые используются в командах настройки устройства ниже. Используя заданные идентификаторы, с помощью команды connect 23 подканала одного контроллера подсоединяются к другому и задается произвольное имя для соединения (службы перенаправления вызовов hairpin), которое присутствует в конфигурации, но не используется ни в одной из команд.
Т1 контроллер 0/0Т1 контроллер 0/0Группа каналов DS0Группа каналов DS0Коммутатор АТСКоммутатор АТСCisco SLT 2611Cisco SLT 2611
Т1 контроллер 0/0
Т1 контроллер 0/0
Группа каналов DS0
Группа каналов DS0
Коммутатор АТС
Коммутатор АТС
Cisco SLT 2611
Cisco SLT 2611
Т1 контроллере Линия Т1 AS5400
Служба перенаправления вызовов DS0
Рис. 5.8. Настройка службы перенаправления вызовов в линии Т1 с использованием метода обрыва и вставки
Пример 5.2. Конфигурация службы перераспределения вызовов (hairpin) j для маршрутизатора Cisco 2611 router#configure terminal router(config)#controller tl 0/0 router(config-controller)#framing esf router(config-controller)#linecode b8zs router(config-controller)#cablelength short 133 router(config-controller)#clock source line primary- router (config-controller)#channel-group 0 timeslot 1 router(config-controller)#tdm-group 1 timeslots 2-24 router(config-controller)#end router(config)# controller tl 0/1 router(config-controller)#framing esf router(config-controller)#linecode b8zs router(config-controller)#cablelength short 133 router(config-controller)#tdm-group 2 timeslots 2-24 router(config-controller)#clock source internal
router(config-controller)#end router(config)#connect hairpin tl 0/0 1 tl 0/1 2
Резюме
В этой главе вы ознакомились с плезиохронной цифровой иерархией (PDH), описывающей международные носители цифрового сигнала, каждый из которых основан на одном и том же 64-килобитовом сигнале DS-0. Частью PDH является Североамериканская цифровая иерархия (NADH), которая содержит несколько дополнительных уровней по сравнению с другими. Линия Т1 является нижним уровнем иерархии NADH и представляет собой компоненту высокоуровневых сетей.
Линия Т1 соединяет устройство CSU потребителя и коммутатор оператора связи при помощи двух витых медных пар (сечения 22—26), которые работают в дуплексном режиме. Повторители в линии Т1 размещаются через каждые 6 000 футов между коммутатором оператора связи и оборудованием потребителя; между устройством потребителя и первым повторителем, а также между последним повторителем и коммутатором АТС должно быть не более 3 000 футов. Демаркационной точкой служит устройство, называемое интеллектуальным разъемом. Оно встроено в оборудование клиента и позволяет производить контроль линии со стороны коммутатора АТС.
Кодирование сигнала в линии Т1 необходимо для передачи данных через физическую среду, соединяющую потребителя и провайдера службы. При этом должны выполняться требования следования не более пятнадцати идущих подряд нулей в сигнале и наличия 12,5 % единичных импульсов в потоке данных. Такие схемы кодирования в линии, как AMI, B8ZS, а также обе схемы BRZ удовлетворяют таким требованиям, но каждая по-своему. Метод AMI, например, ограничивает полосу пропускания, а метод B8ZS позволяет трафику пользователя проходить по свободным каналам.
Как только один мультиплексор накапливает байт от каждого канала, он формирует фрейм. Фрейм состоит из 192 битов: по одному байту от каждого из двадцати четырех каналов плюс один F-бит, который доводит размер фрейма до ста девяноста трех битов. Восемь тысяч F-битов в секунду создают 8-килобитовый трафик дополнительного сигнала, который присущ линии Т1. Группы каналов D4 и ESF основаны на шаблонах синхронизации, которые используют все или некоторые F-биты. Формат ESF расширяет функциональность линии благодаря использованию большего размера суперфрейма (SF). Понятие методов форматирования сигналов впервые было введено после изобретения групп каналов, начиная с групп D4 (1962 г.) и заканчивая группами D5 (1980 г.). Сигналы “трубка поднята” и “трубка опущена на рычаг” передаются с заимствованием битов, при котором фактический трафик пользователя перезаписывается управляющим сигналом.
Поиск неисправностей в линии Т1 достаточно прост благодаря возможности посылать сигналы обратной тестовой петли к устройствам в линии или переключать их в режим петли обратной связи непосредственно с панели устройства. Когда в режиме петли обратной связи устройство возвращает трафик, он принимается и обрабатывается приемной парой этого устройства. Когда устройство в линии Т1 находится в режиме петли обратной связи, может быть проведено BERT-тестирование. Такой тест проверяет целостность различных участков линии. Для линии Т1 существует множество разновидностей тестов для различных целей. Ошибки в линии Т1 бывают двух видов: ошибки форматирования и логические ошибки. Первые могут быть зафиксированы при помощи алгоритмов обоих форматов: как D4, так и ESF, поскольку они оба используют для проверки F-биты. Для обнаружения второго типа ошибок во многих случаях пригоден лишь формат ESF, который содержит биты CRC-6. При большом
количестве ошибок в F-битах генерируется сигнал OOF. Сигнал LOS формируется при полном отсутствии импульсов в линии.
Для управления линией Т1 предусмотрены три основных типа аварийных сигналов. Они различаются по заранее оговоренным признакам — цветам. Два из них — “красный” и “желтый” — рассматриваются как сигналы CFA, поскольку они связаны между собой и означают наличие проблем в сети. Третий сигнал — “синий" — известен как AIS. Он характеризуется потоком не преобразованных во фреймы единиц, которые генерируются для поддержания соединения, пока устройство пытается восстановить работоспособность.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Сколько подканалов DS-0 содержит линия Т1?
а. 16.
б. 24.
в. 32.
г. 30.
В чем состоит различие между методами кодирования AMI и B8ZS?
Укажите второе название сигнала тревожной индикации.
а. “Красный” сигнал.
б. “Желтый” сигнал.
в. “Синий" сигнал.
г. CFA.
Какое количество битов содержит фрейм, если учесть F-биты?
а. 191.
б. 192.
в. 193.
г. 194.
Сколько фреймов содержится в суперфрейме группы каналов D4? Сколько фреймов содержится в расширенном суперфрейме?
а. 1, 2.
б. 12, 12.
в. 192, 384.
г. 12, 24.
Что такое FDL-биты, используемые в ESF-фреймировании?
Что такое CRC-6 биты, используемые в ESF-фреймировании?
Укажите два типа F-битов в D-4-суперфрейме. Для чего они используются?
Какой сигнал генерируется, если два из четырех последовательных F-битов содержат ошибку?
OOF.
LOS.
в. BERT
г. SES.
Что предпримет узел, который зафиксировал “красный” аварийный сигнал или получил сигнал поддержки соединения?
В этой главе...
Введение в технологию Е1. В разделе представлен обзор технологии Е1 и некоторые касающиеся ее исторические сведения.
Физические характеристики канала Е1. В этом разделе дается обзор физических характеристик линий ЕГ.
Фреймы технологии Е1. В этом разделе рассматриваются методы фреймирова- ния в линиях Е1. Особое внимание уделено методам разбиения на фреймы NO- CRC-4 и CRC-4.
Кодирование в линии Е1. В разделе дан обзор методов кодирования в линии Е1. Основное внимание уделено методу биполярного кодирования высокой плот-. ности (HDB3).
Настройка контроллера EL В разделе представлены основные этапы конфигурирования контроллера Е1 и практические советы экспертов.
Характеристики системы передачи служебных сигналов R2. В этом разделе приве- . ден обзор метода передачи служебных сигналов R2. Несмотря на то что этот * метод является механизмом сигнализации в канале, он рассматривается именно . в этой главе, поскольку сигнализация R2 практически всегда ассоциируется с каналами Е1.
Настройка сигнализации R2 для контроллера Cisco EL В этом разделе рассматривается процесс конфигурирования сигнализации R2 для линии Е1.
Японская цифровая иерархия (JDH). В разделе обсуждается технология JDH и ее взаимосвязь с Североамериканской цифровой иерархией (NADH) и международными технологиями связи.
я
Глава
6
Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии
Введение в технологию Е1
Специалист, работающий в телекоммуникационных компаниях Северной Америки, вероятно, еще никогда до текущего момента не сталкивался с каналами Е1. Обозначению Е1, согласно международной цифровой иерархии, разработанной сектором стандартизации Международного телекоммуникационного союза (ITU-T, в прошлом — CCITT), соответствует цифровой сигнал первого уровня. Каналы стандарта ЕГ используются в большинстве стран мира, за исключением Северной Америки и Японии. Интерфейсы с несущей типа Т используются в некоторых частях Кореи, Тайваня и Гонконга, хотя подобные каналы постепенно выходят из употребления.
Внимание!
В Японии используются каналы с несущей типа Т и специфический национальный формат, широко известный под обозначением Л. Формат Л рассматривается ниже в текущей главе.
Скорость обмена данными и операции, выполнимые в каналах с несущей типа Е, указаны в наборе стандартов ITU (от G.703 до G.822). Признано, что технология Е отличается от своего североамериканского аналога, однако в ней используются те же принципы импульсно-кодовой модуляции и схожие подходы. Давайте вспомним, о чем говорилось в главе 3, “Аналого-цифровое преобразование”. Основное отличие технологии Е от технологии Т заключается в методе уплотнения сигнала. В каналах с несущей типа Е используется алгоритм A-метода, а в каналах с несущей типа Т — алгоритм метода ц. Алгоритмы уплотнения важны только при передаче голосовых сигналов. Заметное снижение качества голосового сигнала может быть вызвано несоответствием алгоритмов уплотнения, используемых при передаче вызова. Тем не менее при передаче данных различия в алгоритмах сжатия теряют свое значение.
Технология Т1 изобретена в конце 1950-х годов. В то время главной проблемой, связанной с этим, был выбор формата начального кодирования сигнала в линии. Вспомним, что при кодировании с чередованием полярности сигналов (AMI) послед-
ний значащий бит заимствуется для того, чтобы предотвратить нарушение плотности следования двоичных единиц. Вполне естественно, что такой подход ограничивает полосу пропускания, доступную для цифровой службы нулевого уровня (DS0), до 56 Кбит/с. Несмотря на стремление института ANSI внедрить набор стандартов передачи сигналов по технологии Т1 во всем мире, союз ITU решил отказаться от технологии Т и разработал собственный набор стандартов.
Физические характеристики канала Е1
Как и технологии Т1, спецификации Е1 соответствуют определенные свойства несущей, характерные для цифровой передачи сигналов. Кроме того, каналы Е1 являются выделенными синхронными каналами типа “точка-точка”. Подобно каналам Т1, для линий Е1 также существенными являются вопросы тактирования, которые связаны с использованием нескольких тактовых генераторов. В данном случае не следует путать один синхронный канал с плезиохронной сетевой структурой, которая содержит несколько синхронных каналов и тоже использует несколько тактовых генераторов.
Каналы Е1 отличаются от Т1 в нескольких аспектах. Первое и самое основное отличие заключается в распределении линий DS0. В каналах Е1 используются 32 линии DS0, а не 24, как в каналах Т1. Такая структура дает общее увеличение полосы пропускания до 2,048 Мбит/с. Из 32-х линий DS0 для передачи основного трафика может использоваться 30 или 31 (в данном случае выбор количества линий зависит от того, используется для передачи сигнального или основного трафика канальный интервал TS16).
Теперь выясним, какой метод передачи служебных сигналов используется в каналах Е1: канал-зависимая сигнализация (CAS) или сигнализация по общему каналу (CCS). По определению, в методе CCS служебные сигналы не связаны с данными, а в методе CAS — связаны (т.е. неотделимы от данных). Фактически каналы Е1 могут быть организованы несколькими различными способами. Базовые каналы Е1 обычно используются совместно с конфигурацией CAS. При такой конфигурации канальный интервал TS16 распределяется между временными интервалами, выделенными для линий, и биты данных из одного временного интервала никогда не пересекаются с битами другого временного интервала.
В то же время, если канал Е1 реализован с использованием конфигурации CCS, то все канальные интервалы используют канальный интервал TS16 как общий ресурс. Например, при использовании канала Е1 в качестве сигнального канала системы Signaling System 7 (SS7) или интерфейса основного уровня (PRI) сети ISDN он применяет конфигурацию CCS. Выбор используемого метода в обоих случаях обусловлен тем, что канальный интервал TS16 может обеспечить передачу служебных сигналов для всех остальных временных интервалов канала. Несмотря на то что физически служебные сигналы передаются по одному каналу с основным трафиком, логически они находятся вне полосы пропускания главного канала. Причина этого состоит в том, что служебные сигналы передаются в пределах отдельного временного интервала.
При работе с интерфейсом ISDN PRI и системой стандарта SS7 передача служебных сигналов не обязательно должна выполняться с использованием канального интервала TS16. Обычно в таких случаях используются каналы Е1, в которых для передачи основного трафика служит тридцать одна линия. Каналы ISDN PRI могут объединяться в группы, в которых передача служебных сигналов не зависит от аппаратной реализации (NFAS — Non-Facility Associated Signaling) . Система NFAS позволяет управлять вызовами при помощи одного канала D сети ISDN, причем одновременно
могут обслуживаться до 479 каналов В. Таким образом в группе NFAS с пятью интерфейсами основного уровня первый интерфейс использует канальный интервал TS16 в качестве канала D с поддержкой NFAS. Для основного трафика можно использовать канальный интервал TS16 в интерфейсах основного уровня со второго по пятый.
Организация передачи служебных сигналов в системе SS7 подобна той, которая используется в сетях ISDN. При помощи одного сигнального канала можно управлять тысячами канальных интервалов (магистралей). В пределах первого диапазона Е1 подканалы могут использовать в качестве сигнального канала SS7 интервал TS16, а последующие подканалы Е1 могут использовать интервал TS16 для передачи основного трафика.
В некоторых случаях для основного трафика можно использовать шестнадцатый канальный интервал. Такой подход применяется в тех случаях, когда на обоих концах канала находится оборудование одного и того же производителя, а также характерный для этого оборудования формат служебных сигналов. Тем не менее подобные форматы далеко не так распространены, как описанные выше, при использовании NFAS и SS7. Распределение подканалов в канале Е1 показано на рис. 6.1.
Тактирование и синхронизация ------ Служебные сигналы ————
Рис. 6.1. Распределение подканалов DSO в канале Е1
Каналы Е1, также, как и каналы Т1, называют сонаправленными интерфейсами. Со- направленный канал определен в том случае, если информация о синхронизации и основной трафик передаются между узлами по одному и тому же физическому каналу в одном и том же направлении. На рис. 6.2 показана реализация сонаправленного канала в виде двух пар медных проводов. Необходимо помнить, что благодаря использованию технологии уплотнения TDM можно организовать использование тридцати двух канальных интервалов всего лишь с помощью четырех медных проводов.
Каналы Е1 могут быть развернуты на основе одного из трех типов физической среды передачи:
несбалансированный витой медный кабель сопротивлением 120 Ом;
сбалансированный коаксиальный кабель сопротивлением 75 Ом с разъемами BNC;
кабель с разъемом DB-15.
Рис. 6.2. Сонаправленный канал, соединяющий две конечные точки
При использовании витой пары задействованы контакты модульных разъемов с номерами 1, 2, 4 и 5. Пары составляют контакты с номерами 1 и 4, а также с номерами 2 и 5. Как и в случае с каналами Т1, в разъемах перекрещены провода для контактов 1 и 4, а также для контактов 2 и 5. Для сбалансированного коаксиального кабеля в большинстве случаев используются разъемы BNC (отдельно для каналов Тх и Rx). Разъемы DB-15 чаше всего используются для подключения каналов Т1, однако их можно применять и в цепях Е1. Они подобны кабелям, которые используются для подключения монитора и имеют 15-контактные разъемы. Разъемы DB-15 используются только в пределах одного здания для организации коротких соединений с интеллектуальными (или другими подобными) разъемами. Тип физической среды передачи зависит исключительно от того, какие услуги может предоставить провайдер службы. Корпорация Cisco выпускает оборудование, которое поддерживает все перечисленные виды разъемов.
В каналах Е1 для связи с сетью провайдера службы также используется модуль CSU/DSU. Напомним, что к функциям DSU относится прием однополярного сигнала (например, от компьютерной системы) и преобразование его в биполярный сбалансированный сигнал. Однополярный сигнал отличается от биполярного тем, что имеет только одну полярность (положительную или отрицательную), а биполярный сигнал — как положительную, так и отрицательную. К функциям CSU относится организация прямого интерфейса с сетью и прерывание канала. Кроме того, модуль CSU форматирует информацию, поступающую от модуля DSU, для передачи по каналу Е1.
Если в цепях Е1 используются маршрутизаторы Cisco, то связь компьютеров с этими маршрутизаторами обычно организована с использованием стандарта Ethernet. В свою очередь маршрутизатор подключается к каналу Е1 и передает определенный трафик через разъем Е1 в линию.
При развертывании канала Е1 необходимо принимать во внимание затухание сигнала. Для цепей Е1 применяют следующее общее правило: регенераторы необходимо использовать через каждые 4 800 футов или тогда, когда потеря сигнала в канале достигает —40 дБ и выше — значит, регенераторы необходимо размещать на меньшем расстоянии. Независимо от стандартной длины канала, если потери начинают превышать —40 дБ, то сигнал может оказаться слишком слабым для эффективной обработки принимающим оборудованием. Значение —40 дБ приблизительное, потому что до размещения в канале повторителя уровень потери может колебаться от —38 до —44 дБ. Фактически критический уровень сигнала зависит от размещения канала и провайдера службы, установившего этот канал. В абонентском канале длиной до 4 800 футов такой уровень потерь может быть обусловлен неисправностью оборудования в линии, плохим кабельным соединением или особыми условиями окружающей среды.
Внимание!
Помните, что при передаче цифровых сигналов используются регенераторы. Они не просто усиливают сигнал, как при аналоговой связи, но полностью регенерируют поток цифровых данных.
Скорость передачи для каналов Е1 не обязательно ограничивается скоростью 2,048 Мбит/с. Также, как и в случае с каналами Т1, для каналов Е1 в спецификации ITU определены дополнительные скорости, которые варьируются в зависимости от размещения канала и услуг, предоставляемых провайдером службы. Чаще всего используются скорости передачи данных 64 Кбит/с (одна линия DS0) и 384 Кбит/с (шесть линий DS0). Каналы Е1 со скоростью передачи 384 Кбит/с обычно используются для проведения видеоконференций и, кроме того, могут применяться в комбинации с сетью ISDN. Физические и электрические характеристики интерфейсов с дробными скоростями передачи данных ничем не отличаются от характеристик каналов Е1 с полной скоростью 2,048 Мбит/с. Кроме того, дробные скорости передачи требуют использования в интерфейсах в качестве канального интервала передачи служебных сигналов TS16.
В каналах с фракционными скоростями передачи используется набор приоритетов, определяющий очередность выбора канальных интервалов. Такая технология позволяет провайдеру службы разбить один канал Е1 на много каналов с дробными скоростями передачи. Для этого используется специальное устройство как, например, система цифрового доступа и коммутации (DACS — Digital Access and Crossconnect System).
Внимание!
В любой технологии всегда существует какая-то загвоздка. Несмотря на то что для передачи служебных сигналов определен канальный интервал TS16, он не должен использоваться при передаче сигнального трафика вне основной полосы пропускания или при помощи какого-либо другого частного метода. В таком случае канальный интервал TS16 используется для передачи обычного трафика, как и любой другой канальный интервал.
Фреймы технологии Е1
Фреймы Е1 имеют размер больший, чем в технологии ТЕ Общий размер фрейма Е1 —■ 256 битов (8 битов х 32 временных интервала). Вместо группирования фреймов в сегменты по 12 суперфреймов (SF) или по 24 расширенных суперфреймов (ESF) в каналах Е1 фреймы группируются в кластеры по 16, которые также называются Multiframe 16 (многофреймовый объект — MF16, или мультифрейм). Длина каждого кластера MF16 составляет 4 096 битов.
Внутри каждого кластера MF16 четные и нечетные фреймы служат для различных целей. Четные фреймы отвечают за управление фактической синхронизацией фреймов, а нечетные — за идентификацию сообщений в канале. В стандартном фрейме Е1 используются несколько разнотипных битов. Такие биты отличаются в каждом фрейме не только по типу. Использовать их можно по-разному, в зависимости от того, применяется ли фрей- мирование с контролем при помощи избыточных четырех битов (CRC-4) или нет.
Внутри нулевого фрейма кластера MF16 канальный интервал TS16 используется для синхронизации фреймов MF при помощи так называемых сигналов MFAS
(Multiframe Alignment Signal — сигнал выравнивания мультифреймов). Этот процесс подробно рассмотрен ниже. В остальных фреймах кластера MF16 канальный интервал TS16 используется для передачи служебных сигналов CAS, ISDN и QSIG. Метод QSIG основан на спецификации Q.931 и используется главным образом в телефонных системах частного пользования (РВХ — Private Branch Exchange, мини-АТС).
Фреймирование по методу NO-CRC-4
Первый бит в каждом фрейме зарезервирован и может использоваться при фрей- мировании по методу CRC. Самым распространенным механизмом фреймирования по методу CRC является CRC-4, который подробно рассмотрен в следующем разделе. Существуют также методы CRC-8 и CRC-16. В этих обозначениях номер указывает на количество битов, которые выделены для контроля при помощи избыточного кода. Тем не менее методы CRC-8 и CRC-16 используются редко (если вообще используются). В том случае, если фреймирование CRC не используется, и канал установлен между двумя странами, в первый бит заносится единица. Если канал находится в пределах одной страны, то первый бит может использоваться по усмотрению пользователя и не обязательно должен содержать единицу.
В четных фреймах без контроля при помощи избыточного кода следующие 7 битов используются в качестве сигнала синхронизации при фреймировании. Он позволяет схемам обработки фреймов модулей CSU/DSU на каждом конце канала синхронизировать свои шаблоны и выравнивать сигнал. На рис. 6.3 показано различие между четными и нечетными фреймами в случае, если фреймирование с поддержкой проверки CRC не используется. Обратите внимание на семибитовый сигнал синхронизации в четном фрейме.
Сигнал синхронизации фреймов
Рис. 6.3. Синхронизация фреймов без CRC
Первый бит в каждом фрейме (Si) зарезервирован для международного использования. В него заносится единица, если канал Е1 пересекает границу страны. В противном случае первый бит может произвольно использоваться внутри страны (например, для организации дополнительного контроля за ошибками). Бит А используется для передачи предупреждающих сообщений, а биты, обозначенные как R, зарезервированы для применения внутри страны.
В нечетных фреймах без контроля при помощи избыточного кода второй бит всегда содержит единицу во избежание имитации сигнала синхронизации фреймов. Третий бит нечетных фреймов используется для передачи предупреждающего сигнала. В нормаль-
ных условиях третий бит содержит нуль. Если в линии обнаружено сообщение о потере сигнала (LOS — Loss Of Signal) — так называемое “красное” предупреждение — то оборудование канала попытается передать на другой конец канала сообщение REMOTE —- так называемое “желтое” предупреждение, — инвертировав третий бит в единицу. На рис. 6.4 проиллюстрирован процесс инвертирования третьего бита нечетного фрейма для передачи предупреждающего сообщения при потере сигнала.
Также в нечетных фреймах зарезервированы четвертый и восьмой биты. Они могут использоваться при обслуживании канала и мониторинге, для специфических национальных целей и в некоторых случаях для передачи сообщений синхронизации, характерных для конкретной страны. Если эти биты не выполняют какую-либо специфическую функцию, то модули CSU/DSU заносят в них единицы.
/
Нормальная работа
Int. 1 О R R R R R
Сигнал REMOTE ("желтое" предупреждение)Сигнал REMOTE ("желтое" предупреждение)Рис. 6.4. Обнаружение и передача предупреждающих сообщенийРис. 6.4. Обнаружение и передача предупреждающих сообщенийАварийное состояние
Сигнал REMOTE ("желтое" предупреждение)
Сигнал REMOTE ("желтое" предупреждение)
Рис. 6.4. Обнаружение и передача предупреждающих сообщений
Рис. 6.4. Обнаружение и передача предупреждающих сообщений
Int.
1
|||И
R
R
R
R
R
Фреймирование по методу CRC-4
При фреймировании по методу CRC-4 контроль при помощи избыточного кода используется для проверки целостности последовательности фреймов. При таком подходе фреймы разбиваются отличным от рассмотренного выше образом. При исполь-
зовании фреймирования CRC-4 каждый кластер MF16 разбивается на два равных сегмента, которые часто называют субмультифреймами.
В первом субмультифрейме сгруппированы фреймы с номерами от 0 до 7, а во втором — с номерами от 8 до 15. Внутри каждого субмультифрейма в четных фреймах (с номерами 0, 2, 4, 6 и т.д.) биты CRC размешены в первой битовой позиции. При помощи битов CRC, размещенных во фреймах с номерами 0, 2, 4 и 6, реализован контроль CRC в первом субмультифрейме. При помощи битов CRC, размещенных во фреймах с номерами 8, 10, 12 и 14, реализован контроль CRC во втором субмультифрейме. Таким образом обозначение CRC-4 обусловлено использованием четырех битов CRC. В нечетных фреймах первая битовая позиция используется для обозначения ошибки, обнаруженной при проверке CRC. Ошибка обозначается битом Е. На рис. 6.5 представлено размещение битов С, которые можно использовать для контроля при помощи избыточного кода, а также размещение бита Е, который указывает на наличие ошибки.
Рис. 6.5. Биты CRC и бит обнаружения ошибок в случае фреймирования по методу CRC-4
Сообщения об ошибках из-за блокировки на дальнем конце линии (FEBE — Far- End Block Errors) возвращаются передающему устройству, чтобы указать на возникновение ошибки на принимающей стороне. Ошибки FEBE обычно возникают тогда, когда на двух концах канала используются различные типы фреймирования. Например, если провайдером службы используется фреймирование по методу CRC-4, а в модуле CSU/DSU — фреймирование другого типа, то в канале возникнет ошибка FEBE. Это объясняется тем, что удаленная сторона ожидает получить биты CRC в четных фреймах, но эти биты не передаются.
Кодирование в линии Е1
Несмотря на то что каналы Е1 могут быть различными, все они должны позволять кодировать информацию для передачи по заданному маршруту. В каналах Е1 используются два вида линейного кодирования: AMI и HDB3. Несмотря на то что оба вида кодирования допустимы, кодирование AMI используется редко (если вообще используется). Дело в том, что кодирование AMI ограничивает скорость передачи данных по
каналу DSO до 56 Кбит/с. По той же причине этот вид кодирования редко используется и в каналах Т1. Тем не менее кодирование AMI допустимо и учтено в конфигурации контроллеров Cisco El.
Кодирование HDB3 в линии
Кодирование HDB3 является решением союза ITU проблем, связанных с нарушением плотности следования единиц, которые характерны для каналов PEL (Phase Locked Loop — линия с фазовой синхронизацией). В истории создания метода HDB3 есть несколько интереснейших фактов. Хотите верьте, хотите нет, но фактически он был создан союзом ITU еще до разработки институтом ANSI метода биполярной подстановки восьми нулей (B8ZS). Таким образом по существу такое кодирование было ответом союза ITU на ограничения, присущие методу AMI. При использовании кодирования HDB3 по каналу допускается передавать не более трех последовательных нулей. Также как и при кодировании B8ZS, метод HDB3 подразумевает вставку уникального нарушения биполярности, которое на обеих сторонах канала распознается как строка нулей. Такая технология работает следующим образом. Если передается строка из четырех нулей, то последнему нулю при кодировании соответствует полярность последнего известного импульса. При получении двух импульсов одинаковой полярности на принимающей стороне полярность второго импульса опять изменяется в нуль, т.к. такое изменение распознается как эквивалентное начальной строке нулей. На рис. 6.6 показана схема обработки строки нулей по методу HDB3, когда передаваемая строка кодируется как уникальное нарушение биполярности.
Стандартное кодирование
Кодирование HDB3
Рис. 6.6. Уникальное нарушение биполярности при кодировании HDB3
Следует отметить, что метод HDB3 подразумевает изменение уникальных нарушений биполярности. Такой подход необходим для поддержания соответствия сигнала битовому шаблону кодирования в линии. Принципиально возможна ситуация, когда полярность последнего известного импульса останется неизменной. При кодировании с использованием алгоритма HDB3 нарушения биполярности обязательно должны изменяться, и потому полярность для следующего кодируемого бита (который на данный момент содержит нуль) изменяется на противоположную, т.е. единичную полярность. Иными словами, если стандартное битовое кодирование не допускает изменение нарушений биполярности, то метод HDB3 самостоятельно изменит битовый шаблон. Удаленное устройство также может декодировать такую группу как строку нулей. На рис. 6.7 показано, как выполняется изменение битового шаблона при кодировании HDB3 во время вставки уникальных нарушений биполярности.
Стандартное кодирование
+3v+3v8123481234557788Строка нулейСтрока нулейСтрока нулейСтрока нулейКодирование HDB3Кодирование HDB3Рис. 6.7. Изменение нарушений биполярности при кодировании HDB3Рис. 6.7. Изменение нарушений биполярности при кодировании HDB3
+3v
+3v
81234
81234
5
5
7
7
8
8
Строка нулей
Строка нулей
Строка нулей
Строка нулей
Кодирование HDB3
Кодирование HDB3
Рис. 6.7. Изменение нарушений биполярности при кодировании HDB3
Рис. 6.7. Изменение нарушений биполярности при кодировании HDB3
Настройка контроллера Е1
В этом разделе рассматриваются два способа настройки контроллера Е1. В представленных ниже упражнениях контроллеры Е1 — это стандартные двухпортовые контроллеры с возможностью удаления и вставки битов в поток данных (модуль VWIC- 2MFT-E1-DI). При конфигурировании контроллера необходимо принимать во внимание версию операционной системы Cisco IOS и модель модуля устройства корпорации Cisco. Синтаксис команд для различных устройств или версий может отличаться.
Базовая конфигурация контроллера Е1
Чтобы получить доступ к контроллеру любого типа с целью его настройки, необходимо находиться в режиме глобальной конфигурации. Перейдите в этот режим и выберите необходимый контроллер Е1. В примере 6.1 показаны команды, которые необходимо ввести при настройке контроллера Е1 на нормальный режим работы.
Пример 6.1. Настройка контроллера Е1 на нормальный режим работы
2600-1(config)#controller el 0/0
2600-1(config-controller)#framing no-crc4
2600-1(config-controller)#linecode hdb3
2600-1(config-controller)#clock source line primary
2600-1(config-controller)#no shutdown
2600-1(config-controller)#end
2600-l#wr
Внимание!
Приведенное кодирование для линии установлено в примере с целью показать особенности синтаксиса. В стандартных настройках всегда используется фреймирование по методу CRC-4 и алгоритм кодирования HDB3.
Команды, перечисленные в примере 6.1, позволяют настроить контроллер Е1 в базовой конфигурации. При этом необходимо удостовериться, что известны параметры синхронизации. Проверьте, принимаются ли из линии синхросигналы (если канал предоставлен провайдером службы, то скорее всего потребуется реализовать в линии генератор синхроимпульсов). Стандартно в линии присутствует генерация синхроимпульсов. При этом с помощью ключевого параметра primary в соответствующей команде задается первичный источник синхроимпульсов для устройства. Стандартно контроллер использует фреймирование по методу CRC-4 и кодирование HDB3.
Форум эксперта: настройка службы перераспределения вызовов Е1 (Hairpin)
Второй тип конфигурации контроллеров Е1 более сложен и специфичен. Он известен под названием Hairpin — служба перераспределения вызовов. На рис. 6.8 показано использование конфигурации этой службы (ее еще называют технологией обрыва и вставки) для подключения сети Cisco к традиционной инфраструктуре телефонной сети SS7, построенной на технологии мультиплексной передачи с временным разделением каналов. Такое подключение позволяет перенаправить канальные интервалы, которые используются для передачи служебных сигналов SS7, по интерфейсу Ethernet, а затем перебросить оставшиеся канальные интервалы на другое устройство. Такой тип конфигурации обычно используется в некоторых решениях Cisco SS7 Interconnect, в которых реализован терминал сигнального канала (Signaling Link Terminal — SLT) Cisco, а также для многопотоковой голосовой интерфейсной WAN-
платы (VWIC) с удалением и вставкой сигналов (2MFT-E1-DI). Важно не забывать в такой конфигурации о синхронизации, так как линии DS0 одного и того же канала проходят через несколько блоков. В примере 6.2 показано, как конфигурация службы перераспределения вызовов, представленная на рис. 6.8, может быть настроена для терминалов Cisco SLT.
Коммутатор АТСКоммутатор АТСКонтроллер Е1 0/0Контроллер Е1 0/0ТерминалCisco SLT 2611ТерминалCisco SLT 2611Перенаправление канального интервала TS16. который используется для передачи сигнального трафика
Коммутатор АТС
Коммутатор АТС
Контроллер Е1 0/0
Контроллер Е1 0/0
Терминал
Cisco SLT 2611
Терминал
Cisco SLT 2611
Контроллер Е1 0
Канал Е1 AS5400
Служба перенаправления вызовов DS0
Рис. 6.8. Схема сети для конфигурации службы перераспределения вызовов Е1, использующей обрыв и вставку
' Пример 6.2. Конфигурация службы перераспределения вызовов Е1
2600-1(config)#controller el 0/0
2600-1(config-controller)#framing no-crc4
2600-1(config-controller)#linecode hdb3
2600-1(config-controller)#clock source line primary
2600-1(config-controller)#channel-group 0 timeslots 16
2600-1(config-controller)#tdm-group 1 timeslots 1-15, 17-31
2600-1(config-controller)#no shutdown
2600-1(config)#controller el 0/1
2600-1(config-controller)#framing no-crc4
2600-1(config-controller)#linecode hdb3
2600-1(config-controller)#clock source internal
2600-1(config-controller)#tdm-group 2 timeslots 1-15, 17-31
2600-1(config-controller)#no shutdown
2600-1(config-controller)#end
2600-1(config-controller)#connect Hairpin el 0/0 1 el 0/1 2
2600-1(config-controller)#end
2600-l#wr
В примере 6.2, иллюстрирующем конфигурацию службы перераспределения вызовов (Hairpin), следует обратить особое внимание на некоторые моменты.
Для первого контроллера команда channel-group о timeslots 16 указывает, какая линия DS0 используется для передачи сигнального трафика SS7. Такое применение необычно, но зато оно демонстрирует отделение одной линии DS0 от остальных линий DS0.
Все на том же первом контроллере команда tdm-group указывает контроллеру Е1 объединить линии DSO с номерами от 1 до 15 и от 17 до 31 в отдельную группу.
Контроллер Е1 0/1 не имеет группы каналов, т.к. сигнальный трафик, поступающий от телекоммуникационной компании, уже был отделен от основного канала. Таким образом, он здесь больше не нужен.
Контроллер Е1 0/0 принимает синхроимпульсы канала из сети провайдера службы. Источник синхроимпульсов в контроллере Е1 0/1 установлен как внутренний. Такая настройка необходима для того, чтобы гарантировать передачу синхроимпульсов следующему устройству. Между устройствами 2 611 и 5 400 установлена прямая связь по каналу Е1, и потому необходимо указать одну из сторон канала как внутреннюю. Это требование объясняется тем, что оба конца канала настроены стандартно, что приводит к ошибкам в работе синхрогенератора.
В контроллере Е1 0/1 также используется команда tdm-group с указанием тех же линий DS0. Она устанавливает для контроллера Е1 0/1 группу линий DS0 с номерами от 1 до 15 и от 17 до 31.
Наконец, в режиме глобальной конфигурации вводится команда connect. Она соединяет две группы TDM воедино и создает маршрут для переброски оставшихся линий DS0 на устройство AS5400. Без этой команды две команды tdm-group бесполезны. Ниже представлен полный синтаксис команды connect:
connect имя-соединения el контроллер tdm-группа el контроллер tdm-rpynna
Характеристики системы передачи служебных сигналов R2
Система R2 является стандартом как для аналоговой, так и для цифровой связи. Она разработана в середине 1950-х годов для передачи служебных сигналов управления вызовами. Сигнализация R2, подобно системе SS7, представляет собой набор международных стандартов, которые используются во всем мире, за исключением Северной Америки. Для Северной Америки разработан отдельный набор сигнальных стандартов (R1). Подобно системе SS7, существует множество различных вариантов реализации системы R2, связанных со спецификой конкретной страны. При конфигурировании канала Е1 с применением сигналов R2 важно знать, какой именно вариант этой системы используется. В табл. 6.1 перечислены варианты сигнализации R2, специфические для различных стран, которые поддерживаются оборудованием корпорации Cisco Systems. За более свежей информацией о поддерживаемых стандартах обратитесь к Web-сайту корпорации Cisco (www. cisco. com).
/Таблица 6.1. Варианты системы R2 для различных стран, ^поддерживаемые оборудованием Cisco
Страны
Аргентина
Греция
Парагвай
Австралия
Гватемала
Перу
Боливия
Гонконг (китайский вариант)
Филиппины
Бразилия
Индия
Саудовская Аравия
Болгария
Индонезия
Сингапур
Страны
Китай
Израиль
Южная Африка — Panaftel
Колумбия
ITU
Telmex (мексиканский вариант)
Коста-Рика
Корея
Telnor (мексиканский вариант)
Хорватия
Сеть LAOS (таиландский вариант)
Таиланд
Восточная Европа
Малайзия
Уругвай
Эквадор — ITU
Мальта
Венесуэла
Эквадор — LME
Новая Зеландия
Вьетнам
Метод R2 разработан для передачи служебных сигналов по каналам Е1, соединяющим коммутаторы. Сконфигурированный на контроллере Е1, он может использоваться для организации линии обратной связи с АТС или телефонной системой частного пользования (мини-АТС). Линии связи можно рассматривать как каналы, которые в отличие от типичных коммутируемых каналов в сети являются статическими. Иными словами, в большинстве случаев для получения доступа к удаленному концу канала достаточно всего лишь поднять трубку телефона. Еще одним подобным вариантом линии связи является частный канал с автоматическим вызовом по звонку (PEAR — Private Line, Automatic Ringdown). Один из коллег автора по работе в компании Adtran Telecommunication, Кен Столлингс (Ken Stallings), называл подобный канал “командирским”. Например, уполномоченный Гордон (Gordon) просто поднимает трубку, и в резиденции Брюса Уойна (Bruce Wayne) звонит красный телефон.
Управление вызовами R2
В большинстве описаний системы передачи служебных сигналов R2 отмечается, что R2 — это разновидность принудительной сигнализации. Тем не менее также существуют полупринудительный и непринудительный типы сигнализации R2. Ниже представлено описание обоих типов, взятое на Web-сайте корпорации Cisco.
Принудительная сигнализация R2. Когда коммутатор передает пару тоновых сигналов (прямой сигнал), они звучат до тех пор, пока удаленная сторона не вернет подтверждение (АСК) с парой тоновых сигналов, которые извещают коммутатор о необходимости отключения его зуммера. Таким образом зуммер коммутатора принудительно звучит до тех пор, пока не будет отключен.
Непринудительная сигнализация R2. Пара тоновых сигналов (прямой сигнал) передается в виде импульсов, и потому звучит непродолжительное время. Ответы (обратные сигналы) коммутатору (группа Б) передаются в виде импульсов. В непринудительной межрегистровой сигнализации сигналы группы А не используются.
Полупринудительная сигнализация R2. Прямые тоновые сигналы (пара) передаются как принудительные. Ответы (обратные сигналы) коммутатору передаются в виде импульсов. Этот тип передачи служебной информации аналогичен принудительному, за исключением того, что обратные сигналы не непрерывные, а импульсные.
Непринудительная форма межрегистровой сигнализации используется чаще всего, и в системе R2 поддерживаются все три типа. В системе R1, которая используется в Северной Америке, применяются только полупринудительный и непринудительный
режимы сигнализации. Полностью принудительная сигнализация в системе R1 не поддерживается.
Сигнальные сообщения R2 разбиты на несколько отдельных групп. Существуют два основных типа служебных сигналов, каждому из которых соответствуют собственные подклассы: сигналы управления линией и межрегистровые сигналы. Сигналы управления линией — это служебные сигналы, которые используются между конечными точками несущего канала. Межрегистровые сигналы используются для фактической передачи сообщений об установлении и прерывании вызова. Использование регистров характерно именно для системы R2. Им фактически соответствуют конечные пункты вызова, и потому сигналы, передаваемые между регистрами, называются межрегистровыми.
Служебные сигналы линии
При помощи сигналов управления линией реализуются такие функции, как захват канала, сброс канала в прямом или обратном направлении, передача сигналов ответа и блокировка (табл. 6.2).
| Таблица 6.2. Прямые и обратные сигналы управления линией
Прямые сигналы управления линией
Описание
Захват (Seize)
В начале вызова резервирует канал для передачи вызова в прямом направлении
Сброс канала в прямом направлении (Clear-Forward)
Прямая передача (Forward-Transfer)
Прерывает вызов в прямом направлении
Активизирует перенаправление вызова на оператора международной связи
Обратные сигналы управления линией
Описание
Подтверждение захвата (Seize
Acknowledgement)
Передает в обратном направлении подтверждение о приеме сигнала Seize и переводит вызывающую сторону в состояние “занято”
Ответ (Answer)
Указывает на то, что вызываемая сторона ответила на вызов и активизировала систему регистрации и тарификации (BAMS— Billing and Measurement System)
Сброс канала в обратном направлении (Clear-Back)
Индикатор освобождения линии (Release-Guard)
Прерывает вызов в обратном направлении
Передает в обратном направлении подтверждение о приеме сигнала Clear-Forward. Таким образом вызывающая сторона уведомляется о том, что канал освобожден и возвращен в состояние ожидания
Блокировка (Blocking)
Переводит канал в заблокированное состояние, в котором никакие вызовы не могут быть приняты или переданы
Сигнальная система R2 разбита на три различные стандартные области: аналоговую, импульсную и цифровую. Аналоговая версия линейной сигнализации R2 предназначена для одностороннего использования телекоммуникационными компаниями в четырехпроводных несущих каналах. Этот тип сигнализации приравнивается к управлению аналоговыми вызовами при помощи так называемой сигнализации “с передачей тонового сигнала в паузах”. При такой сигнализации проверяется наличие тоновых сигналов как в прямом, так и в обратном направлении. В каждом направлении тоновый сигнал может либо присутствовать, либо отсутствовать. Например, если тоновый сигнал присутствует и в прямом, и в обратном направлениях, то канал переводится в состояние ожидания. Различные состояния канала для сигнализации с передачей тонового сигнала в паузах перечислены в табл. 6.3.
: Таблица 6.3. Состояния канала при использовании сигнализации ■ \ с передачей тонового сигнала в паузах
Наблюдаемое состояние сигнализации
Состояние тонового сигнала в прямом направлении
Состояние тонового сигнала в обратном направлении
Ожидание (Idle)
Есть
Есть
Захват канала (Seized)
Нет
Есть
Получен ответ (Answered)
Нет
Нет
Сброс в обратном направлении (Clear-Back)
Нет
Есть
Освобождение (Release)
Есть
Есть или нет
Блокировка (Blocked)
Есть
Нет
При базовом установлении вызова он передается от вызывающей стороны вызываемой. Передаче сигнала вызываемой стороне соответствует прямое направление, а передаче сигналов и зуммера вызывающей стороне — обратное направление. При передаче вызова выполняется захват канала. Когда передается ответ на вызов, тоновый сигнал (так называемый зуммер) отключается на обоих концах канала. Это указывает на то, что канал не находится в состоянии ожидания. При освобождении канала опять начинает звучать тоновый сигнал, что говорит о переходе в состояние ожидания. Такой тоновый сигнал извещает оборудование о том, что оно опять может передать или принять вызов. Схема типичного прохождения аналогового вызова при использовании сигнализации R2 представлена на рис. 6.9.
Когда вызов завершается, удаленная сторона должна либо возобновить тоновый сигнал, либо перейти в состояние ожидания, в котором тоновый сигнал все равно должен присутствовать. Если по какой-то причине передача тонового сигнала не возобновляется, канал остается в заблокированном состоянии и не сможет передавать или принимать вызовы. При импульсной сигнализации управление вызовами организовано точно так же, как при аналоговой сигнализации, с единственным отличием в продолжительности звучания тоновых сигналов. Импульсная сигнализация обычно реализуется в спутниковых каналах. При этом служебные импульсные сигналы передаются только при изменении состояния канала. Иными словами, вместо передачи непрерывного тонового сигнала используется тоновый сигнал с продолжительностью, достаточной для уведомления об изменении состояния канала. После этого тоновый сигнал отключается.
Вызывающая сторонаВызывающая сторонаЗахваченЗахваченПолучен ответПолучен ответОсвобождение . >Освобождение . >Передача вызова. На вызывающей стороне тоновый сигнал отсутствует, но он наличествует на удаленной стороне канала.
Вызывающая сторона
Вызывающая сторона
Захвачен
Захвачен
Получен ответ
Получен ответ
Освобождение . >
Освобождение . >
Вызываемая сторонаВызываемая сторонаПолучен ответ на вызов. Тоновый сигнал
Вызываемая сторона
Вызываемая сторона
отсутствует на обеих сторонах. Канал больше
не находится в состоянии ожидания, и вызов активен.
Вызывающая сторона вешает трубку. Как только канал освобождается, тоновый сигнал активизируется как на вызывающей, так и на вызываемой стороне.
Прямое направлениеОбратное направление
Рис. 6.9. Базовый процесс установления и прерывания вызова при помощи сигнализации с передачей тонового сигнала в паузах
При использовании цифровой сигнализации для передачи информации о состоянии канала применяется двухбитовый двоичный код. Для сигнализации CAS в канальном интервале TS16 отводятся четыре бита (от А до D), однако обычно используются только биты А и В. Кроме того, двоичные коды для одного и того же сигнала не обязательно совпадают для обоих направлений передачи. В табл. 6.4 перечислены состояния цифрового канала при использовании передачи служебных сигналов управления линией. Базовый процесс развития вызова в этом случае аналогичен тому, который был представлен на рис. 6.9, с одним лишь дополнительным сообщением Seize Acknowledge (Подтверждение захвата).
Таблица 6.4. Состояния цифрового канала
Состояние канала
Прямое направление Обратное направление
Режим ожидания (Idle), или канал свободен (Released)
Захвачен (Seized)
Подтверждение о захвате (Seize Acknowledge)
Ответ (Answer)
Сброс канала в обратном направлении (Clear-Back)
Сброс канала в прямом направлении (Clear-Forward)
1010
0010
001 1
000 1
0011
100 1
1011
Заблокирован (Blocked)
1011
Межрегистровая сигнализация
Межрегистровая сигнализация относится к многотоновому (Multitone —МТ) типу. Каждая набранная цифра номера сохраняется для передачи в одном из направлений в виде двух отдельных тоновых сигналов, выбранных из набора шести возможных значений. Комбинация таких двух сигналов формирует заданное значение МТ. При использовании многотоновой сигнализации один тоновый сигнал распознается как ошибочный. Распространенной формой многотоновой сигнализации является двухтональный многочастотный набор номера (Dual-Tone Multi-Frequency — DTMF). Каждый раз, когда поднимают трубку кнопочного телефона и набирают некоторый номер, в трубке звучат тоновые сигналы DTMF (хотя при использовании сигнализации R2 они могут звучать иначе). Многотоновая сигнализация работает намного быстрее, чем традиционная импульсная сигнализация. При импульсной сигнализации выполняется запрос на открытие и закрытие физического канала для каждой набранной цифры номера. При многотоновой сигнализации тоновые сигналы просто накапливаются, что не требует никаких механических операций. Таким образом можно набрать несколько цифр за одну секунду.
Межрегистровая сигнализация включает фактическое управление вызовом при помощи передачи служебных сигналов между регистрами (сигнальными узлами). Межрегистровые сигналы разделяются в четырех направлениях. Во-первых, они сегментируются между сигналами прямой и обратной передачи, а затем сегментируются еще раз в каждом из направлений. Сигналы, передаваемые в прямом направлении, подразделяются на сигналы групп I и И. К таким сигналам относятся фактические тоновые значения, назначенные для набора цифр.
Сообщения группы I, представленные в списке под номерами от 1 до 15, идентифицируют отдельные набранные цифры (от 1 до 9 и 0) при помощи сообщений с номерами от 1 до 10 соответственно, а остальные атрибуты вызова — при помощи сообщений с номерами от 11 до 15. Полный список сообщений групп I и И, передаваемых в прямом направлении, представлен в табл. 6.5.
Таблица 6.5. Служебные сообщения групп I и II, передаваемые в прямом направлении
Номер сигнала Группа I
Описание
1
Цифра 1
2
3
Цифра 2
Цифра 3
4
Цифра 4
5
Цифра 5
6
Цифра 6
7
Цифра 7
8
Цифра 8
9
Цифра 9
10
Цифра 0
11
Индикатор кода страны
Номер сигнала
Описание
12
Индикатор кода страны (не требуется эхоподавитель)
13
Пробный вызов
14
Индикатор кода страны (вставляется половинный эхоподавитель)
15
Не используется
Группа II
1
Приоритетный абонент
2
Неприоритетный абонент
3
Обслуживающее оборудование
4
Свободен
5
Оператор
6
Передача данных
Т
Абонент
8*
Передача данных
9*
Абонент без приоритетности
10
Оператор с возможностью прямой передачи
с 11 по 15
Зарезервированы для использования внутри страны
Эта таблица составлена на основе таблиц 6 и 7 из стандарта ITU-T Q.441.
Группа I также идентифицирует индикатор кода страны и окончание набранной последовательности цифр (номера с 1 по 15). Сообщения группы И, также пронумерованные от 1 до 15, идентифицируют установку приоритетности абонента (есть или нет), должно ли выполняться обслуживание и будут ли во время вызова передаваться данные. Определены только первые десять сообщений, а последние пять зарезервированы для использования в национальных телефонных сетях.
Сигналы, передаваемые в обратном направлении, также разбиты на две группы: А и Б. Эти сигналы подтверждают получение цифр номера и запрашивают повторную передачу цифр. Кроме того, такие сигналы определяют окончание серии служебных сигналов. Перечень сообщений, относящихся к группам А и Б, представлен в табл. 6.6.
: Таблица 6.6. Сигнальные сообщения групп А и Б, передаваемые , i в обратном направлении
Многотоновые сигналы Описание
Группа А
Отправитьследующую цифру
Отправитьпоследнюю цифру (п-1)
Адресациязавершена, изменить на группу Б
Перегрузкав национальной сети
Многотоновые сигналы
Описание
5
Отправить категорию вызывающей стороны
6
Адресация завершена, начало оплаты, установить условия разговора
7
Отправить последнюю цифру (п-2)
8
Отправить последнюю цифру (п-3)
9
Запасной
10
Запасной
11
Отправить индикатор кода страны
12
Отправить идентификатор языка или отличительную цифру
13
Отправить характеристики канала
14
Запросить информацию об использовании эхоподавителя
15
Перегрузка на международной телефонной станции или на ее выходе
Группа Б
1
Запасной
2
Отправить специальный информационный тоновый сигнал
3
Линия абонента занята
4
Перегрузка (после переключения из группы А в группу Б)
5
Несуществующий номер
6
Линия абонента свободна, начало оплаты
7
Линия абонента свободна, без оплаты
8
Линия абонента неисправна
Эта таблица составлена на основе таблиц 4 и 5 из стандарта ITU-T Q.441.
Организация принудительной межрегистровой сигнализации логически последовательна. Ниже перечислены задачи по отправке и приему базовых межрегистровых служебных сигналов во время их передачи по сети.
Канал захватывается для передачи в прямом направлении (исходящий вызов).
Сетевое оборудование, которое инициирует вызов, начинает передавать принимающему узлу в прямом направлении первый межрегистровый сигнал.
Принимающий узел начинает передавать первый межрегистровый сигнал в обратном направлении — инициирующему вызов сетевому узлу. Этот сигнал выполняет функцию подтверждения приема исходного межрегистрового сигнала.
Инициирующий соединение узел, обнаружив подтверждение, прекращает передачу межрегистрового сигнала в прямом направлении.
Принимающий узел, обнаружив, что межрегистровый сигнал в прямом направлении больше не передается, прекращает передачу межрегистрового сигнала в обратном направлении.
Вызывающий узел, обнаружив прекращение передачи межрегистрового сигнала в обратном направлении, отправляет следующий межрегистровый сигнал в прямом направлении. В этот момент вызывающий узел знает о том, что принимающий узел готов к получению следующего сигнала.
Настройка сигнализации R2 для контроллера Cisco Е1
Выше в текущей главе было показано, как настроить некоторые основные схемы работы канала Е1 для устройства Cisco 2611. Этот раздел построен на той же базовой конфигурации с добавлением поддержки сигнализации R2. Настройка сигнализации R2 для устройств Cisco серий 2600 и 3600 характерна тем, что в них должна быть установлена плата сетевого модуля передачи голосового сигнала высокой плотности (NM-HDV — High Density Voice Network Module). Такой модуль необходим для корректной работы процессоров цифровых сигналов (DSP — Digital Signal Processor). Процессоры DSP обрабатывают потоки голосового трафика или трафика данных, чувствительного ко времени. Без процессоров DSP голос обычно искажен и имеет низкое качество звучания.
Для настройки сигнализации R2 необходимо ввести команды, перечисленные в примере 6.3.
| Пример 6.3. Конфигурация сигнализации R2 для контроллера Е1
2600-1(config)#controller el 0/0
2600-1(config-controller)#framing no-crc4
2600-1(config-controller)#linecode hdb3
2600-1(config-controller)#clock source line primary
Первые четыре строки в полной конфигурации контроллера (см. пример 6.3) точно такие же, как и те, которые были использованы ранее для настройки линии Е1, однако в рассматриваемом случае после них добавляется необходимая информация о сигнализации R2. Для ее конфигурирования нужно выяснить, какой тип сигнализации используется в линии (аналоговый, импульсный или цифровой), и какой метод межрегистровой сигнализации (принудительный, непринудительный или полупринудительный). Результирующая команда будет выглядеть как в примере 6.4.
Пример 6.4. Конфигурация режима сигнализации R2
2600-1(config-controller)#dsO-group 1 timeslots 1-15 type r2-digital r2-non-compel 1 ed
После выполнения этой команды можно также настроить сигнализацию для любых специфических вариантов, используемых в конкретной стране. Стандартных параметров в большинстве случаев бывает достаточно, однако можно самостоятельно настроить многие переменные, связанные с сигнализацией R2. Тем не менее при модификации параметров управляющих сигналов нужно быть предельно осторожным. Без твердой уверенности в корректности настроек изменять таймеры и типы сообщений не рекомендуется. Набор команд, который показан в примере 6.5, иллюстрирует, как необходимо настраивать контроллер Е1 при использовании стандартных параметров R2 для Австралии.
В примере 6.5 используются настройки для Австралии, однако для других стран могут предъявляться иные специфические требования. Замените ключевое слово
australia названием другой страны, укажите после него параметр use-defaults, и контроллер присвоит переменным стандартные значения для указанной страны.
Пример 6.5. Конфигурация параметров сигнализации R2
2600-1(config-controller)# cas-custom 1
2600-1(config-controller)((country australia use-defaults
2600-1(config-controller)#end
2600-l#wr
Японская цифровая иерархия (JDH)
В Японии используется цифровая иерархия, аналогичная цифровым иерархиям NADH и ITU. Комиссия по телекоммуникационным технологиям определила для использования внутри Японии собственный набор стандартов. В японских стандартах, построенных на базе стандартов ITU, названия спецификаций начинаются с символов JT. Таким образом, спецификации ITU G.701 соответствует национальный стандарт JT-G701. Согласно этим стандартам, скорости передачи данных по каналу кратны магистрали со скоростью передачи в 1,544 Мбит/с.
Иерархия JDH, как и любая другая сеть с модуляцией РСМ и технологией TDM, основана на использовании каналов DS0 со скоростью передачи 64 Кбит/с. Тем не менее дробные скорости обычно не используются, так как технологии, подобные службе цифровых дейтафонов (DDS), не поддерживаются. Наименьшая магистральная скорость передачи, предлагаемая в иерархии JDH, составляет 1,544 Мбит/с. Ей соответствуют так называемые каналы Л. Эти каналы широко используются как магистрали, соединяющие коммутаторы, а также как конечные абонентские службы. Каналы Ив значительной степени основаны на стандартах Т1, за исключением методов кодирования сигнала в линиях.
Внимание!
В различных изданиях можно найти информацию об интерфейсе магистрали Y1 в иерархии JDH, характерном для телефонных систем частного пользования. Однако в спецификациях JT нет никаких ссылок на интерфейс Y1 или канал со скоростью передачи 2,048 Мбит/с. В тех же спецификациях указывается, что описание каналов со скоростью передачи 2,048 Мбит/с должно быть удалено из документации, поскольку такие каналы не используются.
В качестве основного метода кодирования сигнала в линии в спецификации G.703 указан метод кодирования с инверсией кодовых маркеров (Coded Mark Inversion — CMI). В этом методе по сравнению с методом линейного кодирования AMI сделано одно существенное усовершенствование: возможность отслеживать плотность следования единичных импульсов без заимствования последнего значащего бита. Такая технология реализована при помощи указания для единиц и нулей дискретных значений переменного напряжения (рис. 6.10).
Вспомним, что при кодировании с помощью метода AMI нулевым значениям соответствует отсутствие напряжения. Согласно методу CMI, кодируются даже двоичные нули, поэтому оборудование на обоих концах канала должно тем или иным образом
выполнять синхронизацию. Фреймирование стандарта Л аналогично фреймированию Т1 в том, что в нем используются фреймы длиной в 193 бита (8 х 24 канала DS0 + 1 бит фреймирования). Основное отличие механизма фреймирования заключается в том, что можно использовать только 24-фреймовые расширенные суперфреймы. Такая ситуация обусловлена тем, что 12-фреймовые суперфреймы не позволяют использовать контроль при помощи избыточного кода. Каналы Л обычно реализуются на витой паре с сопротивлением 110 Ом и сбалансированном кабеле с вилочными разъемами DB-15. Назначение контактов в разъемах Л DB-15 показано в табл. 6.7.
Полярность меняется для двоичных единиц
сигнала не изменяется
Рис. 6.10. Кодирование восьмибитового слова (10110101) по методу CMI
I Таблица 6.7. Назначение контактов в разъемах DB-15 для каналов Л
КонтактФункция
2Контакт передачи данных
9Контакт передачи звонка
4Контакт приема данных
11.Контакт приема звонка
-Экран
После каналов Л в иерархии JDH следуют каналы J2. Канал J2 состоит из четырех каналов Л, которые обычно используются при мультиплексировании в каналы J3.
В иерархии JDH фактически определены шесть уровней цифровой связи (также, как и в Е1, используются шесть линий от DS0 до DS5). Первый и второй уровни цифровых сигналов JDH эквивалентны соответствующим сигналам в иерархии NADH, однако, начиная с цифровых сигналов третьего уровня (DS-3), значения уже отличаются. Сравнение японской, международной и североамериканской цифровых иерархий представлено в табл. 6.8.
Таблица 6.8. Сравнение цифровых иерархий
Уровень цифровых сигналов
Североамериканская иерархия (Т1)
Международная иерархия (Е1)
Японская иерархия (Л)
0
64 Кбит/с
64 Кбит/с
64 Кбит/с
1
1,1 Мбит/с
2,048 Мбит/с
1,544 Мбит/с
2
6,312 Мбит/с
8,448 Мбит/с
6,312 Мбит/с
3
44,736 Мбит/с
34,368 Мбит/с
32,064 Мбит/с
4
274,176 Мбит/с
139,264 Мбит/с
97,728 Мбит/с
5
нет
565,148 Мбит/с
397,200 Мбит/с
Резюме
Союз ITU разработал технологию с несущей типа Е уже после создания технологии с несущей типа Т в попытке устранить некоторые ее недостатки. Основная проблема, связанная с технологиями типа Т, заключалась в методе начального кодирования сигнала в линии AMI. По этому методу для контроля за плотностью следования единиц применялось заимствование последнего значащего бита. Когда были разработаны каналы Е1, кодирование HDB3 гарантировало, что в любой момент времени по каналу передается не более трех последовательных нулей. Такая возможность реализована при помощи вставки уникального нарушения биполярности, которое указывает на передачу последовательности нулей. На удаленном конце канала, где также используется кодирование HDB3, нарушение полярности воспринимается как строка нулей, и декодируется соответствующим образом.
Каналы Е1 состоят из тридцати двух линий DS0 со скоростью передачи 64 Кбит/с, при этом 30 (или 31) подканалов из них могут быть использованы для передачи основного трафика. Канальный интервал TS0 используется для синхронизации и передачи тактовых импульсов, а канальный интервал TS16 — для передачи сигнального трафика. При передаче служебных сигналов вне основной полосы пропускания или какого-либо другого особого метода сигнализации можно задействовать для передачи основного трафика и канальный интервал TS16.
Фреймирование Е1 отличается от фреймирования Т1 использованием кластеров MF16. Канальный интервал TS0 в четных фреймах отведен для управления фактической синхронизацией фреймов, а нечетные фреймы идентифицируют предупреждающие сообщения в канале. Внутри нулевого фрейма в кластере MF16 канальный интервал TS16 отвечает за синхронизацию MF при помощи сигналов MFAS. К двум основным типам фреймирования относятся CRC-4 и не CRC-4. Различие между ними заключается в том, что при фреймировании типа CRC-4 гарантируется целостность фреймов благодаря использованию контроля при помощи избыточного кода. Существуют также методы CRC-8 и CRC-16, где номер указывает на количество битов, отведенных для контроля. Эти биты в каналах Е1 обычно не используются.
R2 — метод сигнализации типа CAS, который позволяет управлять вызовами, передаваемыми между регистрами. Регистры — это конечные сигнальные пункты вызо-
ва. В методе R2 используются два основных типа сигнализации: линии и межрегистровая. При использовании сигнализации для линии осуществляется управление каналами между регистрами. При этом выполняется захват каналов, ответ на вызовы и разъединение каналов. Межрегистровая сигнализация ответственна за фактическое накопление цифр для их передачи между регистрами и передачу подтверждений о приеме этих цифр. Среди других возможностей можно назвать уведомление о наборе последней цифры и запрос на начало регистрации.
В иерархии JDH определены шесть различных уровней цифровых сигналов, причем первые три соответствуют иерархии NADH. Каналы Л, которые также основаны на линиях DS0 со скоростью передачи 64 Кбит/с, эквивалентны каналам Т1 со скоростью передачи 1.544 Мбит/с за тем исключением, что в них используется другой стандарт кодирования сигнала в линии: CMI. Метод кодирования CMI устраняет некоторые недостатки метода AMI, среди которых самым значительным является невозможность передачи длинных строк последовательных нулей. Метод CMI разрешает использовать изменение напряжения для нулевых битов. Благодаря этому принимающее оборудование может обслуживать системы PLL во время передачи по сети последовательностей нулей.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Сколько линий DS0 используется в канале Е1?
а. 16.
б. 24.
в. 32.
г. 30.
Какая функция кодирования B8ZS реализована и в кодировании HDB3?
Каково назначение третьего бита в нечетных фреймах при фреймировании не по методу CRC-4?
Чем каналы Л отличаются от каналов Т1?
Что происходит, если используется многочастотный тип сигнализации, например, R2, а цифры накапливаются при помощи одного тонового сигнала вместо двух?
Назовите два формата служебных сигналов, которые позволяют восстанавливать канальный интервал TS16 для передачи основного трафика.
Как в кодировании CMI решается проблема контроля за плотностью следования единиц, характерная для линейного кодирования AMI?
Какая максимальная длина кабеля без цифрового регенератора допускается в каналах Е1?
В этой главе...
Технология ТЗ. После краткого описания североамериканской цифровой иерархии (NADH), которая содержит уровни цифровых служб DS1, DS2, DS3 и DS4, все внимание переносится на особенности технологии ТЗ. В этом разделе рассматриваются мультиплексирование, типы физической среды передачи данных, кодирование сигнала в линии и типы фреймирования, а также представлены особенности настройки оборудования.
Технология ЕЗ. В этом разделе описана международная цифровая иерархия, а также подробно рассматриваются мультиплексирование и фреймирование в каналах ЕЗ. Кроме того, здесь описаны одноканальные магистрали ЕЗ.
За пределами ХЗ. В разделе описаны уровни цифровых каналов с более широкой полосой пропускания, чем у каналов ТЗ и ЕЗ.
ГлаваГлава77
Глава
Глава
7
7
Технологии ТЗ и ЕЗ
С развит нем телекоммуникационных технологий изменялись и требования, предъявляемые к клиентским каналам. К инфраструктурам операторов связи подключалось все больше и больше организаций и пользователей, и в результате стало очевидно, что даже каналов DS1 и Е1 уже недостаточно. Для того чтобы поддерживать рост инфраструктуры и предоставлять абонентам больше услуг, требовались каналы с более широкой полосой пропускания. В системах с несущей уровня DS3, также, как и в системах с несущей DS1, допускается прирост количества рабочих пар.
■ Внимание!
< Термин прирост рабочих пар описывает функцию увеличения количества пар (т.е. / абонентских каналов) за счет реализации нескольких подканалов на одном мультиплексном канале с разделением по времени (TDM), как, например, в технологии DS1 или Е1. Две пары проводников могут обслуживать 24 или 30 каналов, и потому говорят, что был получен прирост пар, т.к. фактически необходимость проводить такое количество отдельных пар проводников просто отпадает.
Каналы DS2 являются промежуточным звеном и рассматриваются в настоящей главе в разделах “Мультиплексирование М12” и “Мультиплексирование Е12”. Технологии Т2 и Е2 реализованы на втором уровне цифровой иерархии, однако использу- :ются очень редко. В частности, в США технологию Т2 используют только в экспериментальных целях, а также для внутренних целей провайдеров служб. Тем не менее это звено имеет большое значение, потому что, хотя оно и не использовалось, но было включено в структуру каналов ТЗ/ЕЗ. Так же, как каналы DS0 мультиплексируются в каналы Т1 или Е1, несколько каналов Т1/Е1 и Т2/Е2 мультиплексируются в каналы ТЗ или ЕЗ соответственно.
В этой главе рассматриваются фреймирование, кодирование сигнала в линии и принцип работы систем с несущей ТЗ и ЕЗ. В каждом разделе выполняется анализ реализации каналов обоих типов и рассматриваются примеры конфигураций. Кроме того, кратко рассмотрены более высокие уровни каждой цифровой иерархии.
Технология ТЗ
Технология ТЗ (или DS3) создана с целью объединения в одном канале двадцати восьми каналов Т1 или 672 каналов DS0. В одноканальном режиме эта технология обеспечивает рабочую ширину полосы пропускания около 44 Мбит/с. Далее описан механизм реализации такой возможности.
Развитие североамериканской цифровой иерархии
Как объяснялось в главе 5, “Технология Т1”, технология DS1 разработана с целью объединения нескольких телефонных пар в один канал (24-х линий DS0). Она позволила телефонным компаниям сократить расходы медных проводов, объемы офисных помещений и сэкономить на оборудовании.
Подобным образом технологии DS1 (48 линий DSO), DS2 (96 линий DSO), DS3 (672 линии DS0) и DS4 (4032 линии DS0) предназначаются для объединения все большего и большего числа каналов телефонных компаний. Уровни DSO, DS1, DSlc, DS2, DS3 и DS4 относятся к Североамериканской цифровой иерархии (NADH), которую еще называют плезиохронной цифровой иерархией (PDH). Термин плезиохронный означает “почти синхронный”, и позже мы покажем, что для каналов DS1 внутри одного канала DS3 не требуется общий генератор синхроимпульсов. В Европе (союз ITU) и в Японии используются собственные иерархии PDH, которые отличаются по скорости передачи и количеству поддерживаемых каналов DS0.
DS3 — это североамериканский стандарт (ANSI Т1.404, ANSI Т1.107).
В рамках дальнейшего развития телекоммуникационных технологий становится очевидным, что необходимо предоставлять не только телефонные пары клиентам, но и цифровые каналы организациям. Для иллюстрации этого утверждения рассмотрим небольшой пример.
Маленькая начинающая компания для подключения к распределенной сети использует одну службу цифровых дейтафонов (DDS). Для потребностей начинающей компании ширины полосы пропускания такого канала более, чем достаточно. Около шести месяцев спустя компания добавила два новых узла и стала использовать службу Switched 56 (SW56) с целью сокращения расходов.
Еще год спустя, с учетом быстрого роста компании, было решено для удовлетворения возросших потребностей использовать комбинацию каналов Т1 и дробных им (Fractional Т1 — FT1). Теперь служащие компании получили доступ к Web- и FTP- службам в сети Internet, видеоконференциям и другим средствам дистанционной связи. С ростом компании добавлялось все больше и больше каналов Т1, что отображалось на быстром росте стоимости обслуживания телекоммуникационных средств. В результате появилась необходимость найти способ устранения такой быстро разрастающейся проблемы, и было принято решение исследовать стоимость обслуживания предоставляемого провайдером службы канала ТЗ.
Подсчитанные издержки на обслуживание от пяти до десяти каналов Т1 были сопоставлены со стоимостью аренды одного канала ТЗ. Конечно же, для различных провайдеров полученное соотношение будет различным, однако здесь возникает следующий вопрос: если уж тратить деньги, то не лучше ли потратить их на более широкую полосу пропускания?
Провайдеры служб часто предоставляют каналы FT3 (т.е. дробные каналы ТЗ). Канал FT3 — это канал ТЗ, в котором активным является только набор из двадцати восьми линий Т1, а клиент оплачивает только те линии, которые он использует. Такое подключение позволяет быстро увеличивать ширину полосы пропускания, предоставляемой клиенту, за счет активизации большего количества линий Т1.
На сегодняшний день для достижения скорости передачи, превышающей скорость передачи по каналу ТЗ, предпочитают использовать синхронную оптическую сеть SONET (Synchronous Optical Network) (см. главу 14, “Технологии SONET и SDH”).
Синхронные или асинхронные каналы?
Как отмечалось в главе 5, “Технология Т1”, каналы Т1 являются синхронными. Было бы просто предположить, что каналы ТЗ также автоматически являются синхронными, однако в большинстве случаев это не так. В многоканальном оборудовании один канал ТЗ может содержать до двадцати восьми линий Т1. Каждая из этих линий является синхронной, однако их взаимодействие друг с другом является асинхронным.
Обычно каналы ТЗ рассматриваются как асинхронные, потому что состоят из двадцати восьми каналов, каждый их которых имеет собственный источник синхроимпульсов. Кроме того, эти каналы модифицируются, для того чтобы передаваемый по ним трафик мог рассматриваться как один поток данных. Так почему же такая технология передачи данных делает каналы ТЗ асинхронными? Для достижения полосы пропускания 44,736 Мбит/с должно быть выполнено двухэтапное мультиплексирование. На первом этапе выполняется мультиплексирование каналов Т1 в каналы Т2. Для этого в каждом канале Т1 должно использоваться заимствование битов с целью устранения несогласованности источников синхроимпульсов. На втором этапе каналы Т2 мультиплексируются таким образом, чтобы сформировать канал ТЗ. Опять-таки, для обеспечения синхронизации должны быть заимствованы биты. Если объединить воедино каналы нижних уровней, заимствование битов и непроизводительные затраты, связанные с мультиплексированием, то в результате получится асинхронный канал ТЗ.
Не все каналы ТЗ являются асинхронными. Несколько лет тому назад разработан синхронный вариант технологии ТЗ под названием “синхронная передача” (SYNTRAN). Технология SYNTRAN не используется настолько широко, как ТЗ, однако она создает базис для двух “гигантов” современных телекоммуникационных технологий: сетей SONET и SDH. Технологии SONET и SDH являются основой почти для всех используемых в мире оптических магистралей с широкой полосой пропускания, и они продолжают расширять пропускные возможности каналов.
Отличие технологий SONET и SDH от технологий, подобных ТЗ, заключается в том, что в них для согласования источников синхроимпульсов не требуется заимствование битов. Каналы STS-1 (Synchronous Transport Signal 1 — синхронный транспортный сигнал первого уровня) и STM-1 (Synchronous Transport Module — синхронный транспортный модуль) могут быть мультиплексированы без каких-либо дополнительных модификаций сигнала.
Тем не менее, учитывая распространенность каналов ТЗ и ЕЗ, асинхронная передача данных используется гораздо чаще, чем синхронная.
Многоканальные и одноканальные линии ТЗ
Асинхронные соединения ТЗ работают в двух режимах: многоканальном и одноканальном. Отличие между этими двумя режимами очень простое. Многоканальные линии ТЗ состоят из двадцати восьми каналов Т1 (672 линии DS0) и характеризуются соответствующим уменьшением полезной полосы пропускания и заимствованием битов. Одноканальные линии ТЗ состоят из одного немультиплексированного сигнала DS3. В одноканальных линиях ТЗ отсутствует заимствование битов и непроизводительные потери пропускной способности, и потому для передачи пользовательских данных доступна вся ширина полосы пропускания.
Каналы ТЗ синхронизируются на скорости 44,736 Мбит/с. Многоканальные линии ТЗ содержат 672 подканала DS0, и потому максимальная скорость передачи пользовательских данных составляет 43,008 Мбит/с. Различие в скоростях обусловлено непроизводительным использованием полосы пропускания и заимствованием битов.
В одноканальных линиях ТЗ максимальная скорость передачи пользовательских данных может варьироваться от 44,2 Мбит/с до 44,407 Мбит/с. Большие значения скорости передачи достигаются в тех случаях, когда биты С не используются в каких- либо функциях управления каналом.
Многоканальные линии ТЗ обычно реализуются в многосвязной конфигурации, что обусловлено простотой ее реализации. Для передачи данных доступно 672 подканала DS0, и потому при помощи мультиплексора можно урезать и перенаправлять любое количество таких подканалов в любых направлениях. Эта возможность является очень важной для тех компаний, которые хотят управлять всеми подключениями к распределенной сети из одного центрального пункта. Таким образом центральный офис корпорации может предоставлять более широкую полосу пропускания тем офисам, которым это необходимо, а также более эффективно распределять оставшуюся часть полосы пропускания. Пример такой топологии представлен на рис. 7.1.
Рино
Рис. 7.1. Многоканальная линия ТЗ в многосвязной конфигурации
В одноканальных линиях ТЗ (44,2 Мбит/с) используется вся ширина полосы пропускания и обычно развертывается конфигурация соединений “точка-точка”, так как линии DS0 и DS 1 не могут быть отделены от сигнального потока. Такой подход поле-
зен тогда, когда требуется широкая полоса пропускания между двумя пунктами, как, например, для удаленных учебных центров одного университета. Пример такой топологии представлен на рис. 7.2.
Университетский удаленныйУниверситетский удаленныйПодразделение университета по взаимодействию с удаленными учебными центрамиПодразделение университета по взаимодействию с удаленными учебными центрамиДуплексная одноканальная магистраль 13Дуплексная одноканальная магистраль 13учебный центручебный центрJ3CSU/DSUJ3CSU/DSU
Университетский удаленный
Университетский удаленный
Подразделение университета по взаимодействию с удаленными учебными центрами
Подразделение университета по взаимодействию с удаленными учебными центрами
Дуплексная одноканальная магистраль 13
Дуплексная одноканальная магистраль 13
учебный центр
учебный центр
J3CSU/DSU
J3CSU/DSU
Рис. 7.2. Одноканальная магистраль ТЗ, соединяющая подразделения университета
Каналы ТЗ также используются в качестве физического уровня для таких технологий, как ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи) и Frame Relay. В таких случаях канал ТЗ представляет собой физический транспортный уровень для фрейма второго уровня или технологии коммутации ячеек. Технология ATM использует одноканальную магистраль ТЗ и требует наличия определенного способа подачи информации для идентификации ячеек ATM. В таком случае используются преимущественно два метода: процедура сходимости физического уровня (PLCP — Physical Layer Convergence Procedure), которая добавляет специфический формата фреймов (и уменьшает полезную полосу пропускания), а также метод идентификации ячеек, который основан на контроле ошибок заголовка (НЕС — Header Error Control). Несмотря на то что наиболее часто используется инкапсуляция Frame Relay совместно с каналами Т1, стандарта Frame Relay для линий ТЗ не существует.
Цифровая иерархия
Цифровая иерархия NADH разбита на четыре уровня: от DS1 до DS4. Чаще всего используются уровни цифровых сигналов DS1 и DS3. Более подробно системы с несущей DS1 рассматриваются в главе 5, “Технология Т1”. Третий уровень цифровых сигналов обозначается либо как DS3, либо как ЕЗ (следует помнить, что такая запись — просто указание системы связи, которая работает по одному и тому же принципу).
Когда в разговоре затрагивают каналы DS3 или о них пишут в какой-либо книге, то обычно указывается, что эти каналы имеют многоканальную конфигурацию из двадцати восьми линий DS1. До определенной степени такое утверждение верно, однако не является абсолютно правильным. Общая битовая скорость многоканальной линии DS3 составляет 44,736 Мбит/с. Общая битовая скорость канала DS1 составляет 1,544 Мбит/с. В результате несложных вычислений получим: 1,544 Мбит/с х 28 = 43,232 Мбит/с. Но результат вычислений не сходится с тем, что пишут в книгах! Почему же тогда во все документах сказано, что канал DS3 состоит из двадцати восьми линий DS1 и имеет скорость передачи 44,736 Мбит/с? В книгах все написано правильно, но дело в том, что в большинстве из них не говорится о непроизводительных затратах полосы пропускания линии и заимствовании битов при двухэтапном мультиплексировании в многоканальных линиях DS3.
Внимание!
С этого момента и до конца главы многоканальные магистрали DS3 будут обозначаться как DS3, а одноканальные — как одноканальные линии DS3.
При ближайшем рассмотрении каналов DS3 становится понятно, что внутри оборудования используются несколько различных уровней мультиплексирования. Для каждого канала DS3 выполняется мультиплексирование семи каналов DS2, а для каждого канала DS2 — мультиплексирование четырех каналов DS1. Как уже отмечалось ранее, в каждом канале DS3 кроме разбиения на 28 линий DS1 выполняются также два этапа заимствования битов, и таким образом вносятся два раза непроизводительные затраты при мультиплексировании.
Внимание!
Магистраль DS1 может быть как многоканальной (24 линии DS0), так и одноканальной. При мультиплексировании каналов DS1 отдельные линии DS0 не учитываются.
МультиплексированиеМ12
При изучении систем с несущей DS3 можно встретить много упоминаний о мультиплексировании М12, М23 и М13. Таким образом обозначаются просто различные этапы процесса мультиплексирования DS3. Заимствование битов гарантирует, что все цифровые сигналы нижних уровней передаются по сети с одной и той же скоростью. Такой процесс необходим для синхронизации нескольких различных асинхронных каналов. Заимствование битов еще называют выравниванием.
Несмотря на то что существует канал DSlc (сдвоенный канал DS1), он не используется в процессе мультиплексирования М12, М23 и М13, т.к. является промежуточным звеном между каналами DS1 и DS2. Можно только отметить, что каналы DSlc имеют скорость передачи 3,152 Мбит/с.
Процесс мультиплексирования состоит из нескольких этапов. Во-первых, должны быть объединены четыре сигнала DS1. Фрейм DS2 формируется при помощи чередования битов четырех сигналов DS1. Кроме того, каналы DS1 могут использовать различные генераторы синхроимпульсов. Поэтому для нормальной работы мультиплексирующего оборудования необходимо обеспечить синхронизацию уровней с более низкими частотами с уровнями, использующими более высокую скорость передачи данных. Эта возможность реализуется при помощи заимствования битов на уровне линии DS1. В результате скорость передачи для каждого канала DS1 повышается до 1,545796 Мбит/с. После объединения четыре сигнала DS1 имеют общую полосу пропускания, равную 6,183184 Мбит/с. На втором этапе вносятся дополнительные биты, связанные с тем, что канал DS2 должен объединить четыре канала DS1. Размер дополнительной нагрузки, вносимой в такой канал, составляет 128 816 бит/с. Общая ширина полосы пропускания канала DS2 в результате составит 6,312 Мбит/с:
6,183184 Мбит/с + 128816 бит/с = 6,312 Мбит/с.
Процесс объединения каналов проиллюстрирован на рис. 7.3, а формат фрейма показан на рис. 7.4.
24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO24 канала DSO- - 4 канала DS1- - 4 канала DS1Мультиплексирование М12Мультиплексирование М12Заимствование битов добавляет 1796 бит/с для одного канала DS1, что в общей сложности составляет 1,545796 Мбит/с.Заимствование битов добавляет 1796 бит/с для одного канала DS1, что в общей сложности составляет 1,545796 Мбит/с.Непроизводительные затраты для одного канала DS2 составляет 128816 бит/с. Прибавляем его к скорости 6,183084 Мбит/с и получаем общую скорость 6,312 Мбит/сНепроизводительные затраты для одного канала DS2 составляет 128816 бит/с. Прибавляем его к скорости 6,183084 Мбит/с и получаем общую скорость 6,312 Мбит/сМультиплексирование Т1Мультиплексирование Т1
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
24 канала DSO
- - 4 канала DS1
- - 4 канала DS1
Мультиплексирование М12
Мультиплексирование М12
Заимствование битов добавляет 1796 бит/с для одного канала DS1, что в общей сложности составляет 1,545796 Мбит/с.
Заимствование битов добавляет 1796 бит/с для одного канала DS1, что в общей сложности составляет 1,545796 Мбит/с.
Непроизводительные затраты для одного канала DS2 составляет 128816 бит/с. Прибавляем его к скорости 6,183084 Мбит/с и получаем общую скорость 6,312 Мбит/с
Непроизводительные затраты для одного канала DS2 составляет 128816 бит/с. Прибавляем его к скорости 6,183084 Мбит/с и получаем общую скорость 6,312 Мбит/с
Мультиплексирование Т1
Мультиплексирование Т1
Рис. 7.3. Мультиплексирование М12
Фреймы сигналов DS2 несколько отличаются от того формата, который используется в типичных каналах DS1. Фреймы DS2 больше похожи на фреймы DS3, чем на фреймы DS1, так как имеют мультиплексную природу. Для отслеживания полезных данных и управляющей информации совместно используются биты четности и фреймирования. В табл. 7.1 перечислены различные типы битов, используемых во фреймах DS2.
■ Таблица 7.1. Типы битов, используемых во фреймах DS2
Бит Описание
М Биты М идентифицируют внутри фрейма DS2 различные субфреймы. Каждый фрейм DS2 разбит на четыре субфрейма, но именованы только три из них: М1, М2 и М3 в порядке следования. Кроме того, биты М используются для выравнивания субфреймов внутри каждого фрейма. Неименованный субфрейм расположен после бита X
С Биты С идентифицируют, используется ли при мультиплексировании DS2 заимствование битов или нет
F Биты F идентифицируют позицию всех дополнительных битов, включенных в фрейм DS2 (включая биты М, С и X)
X Биты X идентифицируют канал, который при необходимости служит для передачи по каналу предупреждений
Рассмотрим структуру фрейма DS2 (фрейм М) подробнее. Каждый фрейм имеет длину 1 176 битов и разбит на четыре равных 294-битовых субфрейма. Каждому субфрейму предшествует бит М (см. рис. 7.4). Внутри каждого субфрейма дополнительные биты чередуются с полезной нагрузкой. Полезная нагрузка распределена для передачи между четырьмя равными 48-битовыми фрагментами. В каждом 48-битовом фрагменте для одного канала DS1 отводятся 12 битов.
Внутри потока сигналов DS2 выполняются два независимых процесса выравнивания. Во-первых, должен быть выровнен каждый субфрейм, включая все дополнительные биты и полезную нагрузку. Для этого используются два бита F, которые устанавливаются согласно следующему шаблону:
Fl=0, F2=l.
Во-вторых, при помощи битов М должны быть выровнены четыре субфрейма DS2 в каждом фрейме М. Последнему субфрейму каждого фрейма М предшествует бит X, который содержит состояние предупреждения. Такое выравнивание фрейма выполняется при помощи следующего шаблона:
М1=0, М2=1, М3=1, Х=любое значение.
На рис. 7.5 показаны значения битов F и М при выравнивании субфрейма и фрейма соответственно.
Описанные выше процессы выравнивания позволяют мультиплексору DS2 сохранять синхронность и порядок следования сигналов DS1. Логично предположить, что каждый субфрейм имеет особую позицию для каждого дополнительного бита. При повторении фреймов битовые позиции и их последовательность остаются неизменными. Тем не менее функции, подобные передаче предупреждений и заимствованию битов, инвертируют битовые значения. Заимствование битов выполняется по шаблону, представленному на рис. 7.6. Когда заимствование битов не выполняется, в биты С заносятся нули. Из трех битов С по крайней мере два должны быть инвертированы в двоичные единицы для дальнейшей активизации заимствования битов.
Внимание!
Биты С задействованы в обслуживании канала DS2. Если требуется петля обратной связи, то она организуется на отдельном уровне DS1. Третий бит С содержит статус петли обратной связи и имеет значение, противоположное первому и второму битам С. Данное значение правильно, т.к. если один бит С содержит единицу, это означает, что заимствование битов не выполняется. Если же два или три бита С содержат единицу, это означает, что выполняется заимствование битов.
Рис. 7.5. Сигналы выравнивания фреймов и субфреймов
Заимствование битовпроисходит в последнемсегментеполезной нагрузки
V
S0100S01001010Бит 123 4547 48Бит 123 4547 480■Л 11010■Л 11010000
S
0
1
0
0
S
0
1
0
0
1
0
1
0
Бит 123 4547 48
Бит 123 4547 48
0■
Л 1
1
0
1
0■
Л 1
1
0
1
0
0
0
0
Бит 123 4547 48
0
1
S = Заимствованный бит
Рис. 7.6. Шаблон заимствования битов во фрейме М канала DS2
МультиплексированиеМ23
При мультиплексировании М23 с помощью чередования битов семь сигналов DS2 объединяются в один поток сигнала DS3. Здесь можно увидеть одну закономерность: М12 — это мультиплексирование каналов DS1 в канал DS2, а М23 — каналов DS2 в канал DS3. Первая цифра в обеих аббревиатурах соответствует уровню цифрового сигнала, который мультиплексируется, а вторая цифра — новому уровню в иерархии цифровых сигналов. Итак, М23 — это функция мультиплексирования каналов DS2 в канал DS3. Процесс мультиплексирования М23 представлен на рис. 7.7.
4 канала DS!^'4 канала DS!^'4 канала DSl|^4 канала DSl|^4 канала DS14 канала DS1-7-каналов DS2-7-каналов DS2Мультиплексирование М23Мультиплексирование М234 каналаDS14 каналаDS14 канала DSl|^;4 канала DSl|^;Дополнение для одного канала DS3 составляет 526306 бит/с. Если добавить его к скорости передачи 44,2096967 Мбит/с, то получится общая ширина полосы пропускания равная 44,736 Мбит/сДополнение для одного канала DS3 составляет 526306 бит/с. Если добавить его к скорости передачи 44,2096967 Мбит/с, то получится общая ширина полосы пропускания равная 44,736 Мбит/сМультиплексированиеМ12МультиплексированиеМ124 канала DSl|^“4 канала DSl|^“4 канала DSl|^"4 канала DSl|^"Заимствование битов добавляет для каждого каналаDS23671 бит/с.В результате общая скорост передачи составляет 6,315671 Мбит/сЗаимствование битов добавляет для каждого каналаDS23671 бит/с.В результате общая скорост передачи составляет 6,315671 Мбит/с
4 канала DS!^'
4 канала DS!^'
4 канала DSl|^
4 канала DSl|^
4 канала DS1
4 канала DS1
-7-каналов DS2
-7-каналов DS2
Мультиплексирование М23
Мультиплексирование М23
4 каналаDS1
4 каналаDS1
4 канала DSl|^;
4 канала DSl|^;
Дополнение для одного канала DS3 составляет 526306 бит/с. Если добавить его к скорости передачи 44,2096967 Мбит/с, то получится общая ширина полосы пропускания равная 44,736 Мбит/с
Дополнение для одного канала DS3 составляет 526306 бит/с. Если добавить его к скорости передачи 44,2096967 Мбит/с, то получится общая ширина полосы пропускания равная 44,736 Мбит/с
Мультиплексирование
М12
Мультиплексирование
М12
4 канала DSl|^“
4 канала DSl|^“
4 канала DSl|^"
4 канала DSl|^"
Заимствование битов добавляет для каждого канала
DS23671 бит/с.
В результате общая скорост передачи составляет 6,315671 Мбит/с
Заимствование битов добавляет для каждого канала
DS23671 бит/с.
В результате общая скорост передачи составляет 6,315671 Мбит/с
Рис. 7.7. Мультиплексирование М23
Заимствование битов используется для устранения различий в синхронизации отдельных сигналов DS2. Каждый канал DS2 работает с номинальной скоростью передачи 6,312 Мбит/с. Если добавить к этой скорости 3761 бит/с, то общая скорость передачи для канала DS2 будет равна 6,315671 Мбит/с. Если объединить общие скорости семи каналов DS2, то получим значение 44,209697 Мбит/с. Последним добавлением к сигналу DS3 будут непроизводительные затраты величиной 526306 бит/с. В результате получается ожидаемое значение скорости передачи, равное 44,736003 Мбит/с. Чаще всего это значение записывается либо как 44,736 Мбит/с, либо просто округляется до 45 Мбит/с.
Структура фрейма DS3 аналогична структуре фрейма DS2, однако она значительно больше. Общая длина фрейма DS3 составляет 4 760 битов. Фреймы DS3 также называют фреймами М и они разбиты на семь субфреймов (рис. 7.8).
Внимание!
Мультиплексирование выполняется при помощи побитового чередования из каналов DS1 в DS2 и DS2 в DS3. Такая технология затрудняет выделение одного канала Т1 из канала DS3. Чтобы выделить конкретный подканал, необходимо демультиплексировать весь канал ТЗ.
Идентификация субфреймов (бит М)
Аварийный сигнал
Рис. 7.8. Структура фрейма М сигнала DS3
Как и в случае с каналом DS2, фрейм DS3 состоит из набора заголовочных битов, после которых следуют блоки, отведенные для фактической полезной нагрузки канала. Каждый дополнительный бит выполняет какую-либо специфическую функцию (табл. 7.2).
Таблица 7.2. Типы битов, используемых во фреймах DS3
Бит Описание
X Биты X идентифицируют все значительные сообщения об ошибках, обнаруженных в канале, например, наличие сигнала предупреждения AIS. При появлении удаленного индикатора предупреждения (RAI — Remote Alarm Indicator) биты X1 и Х2 всегда имеют одинаковое значение. При нормальной работе канала они содержат нули, а при обнаружении ошибки — единицы
Р Биты Р используются для наблюдения за работой канала. При непрерывной передаче фреймов DS3 биты Р отводятся для контроля четности в предыдущем фрейме. Другими словами, значение бита Р, которое хранится в текущем фрейме, содержит информацию о четности в предыдущем фрейме. В обоих битах Р содержится одно и то же значение: либо нуль, либо единица
М Назначение битов М во многом подобно их назначению в структуре фреймов DS2 —- они используются для выравнивания. Отличие в том, что в структуре фрейма DS3 не все субфреймы содержат бит М. Шаблон выравнивания выглядит так: М1=0, М2=1, МЗ=0
Бит Описание
F Биты F используются для выравнивания субфреймов. Шаблон выравнивания выглядит так: F1=1, F2=0, F3=1, F4=0
С Биты С используются при мультиплексировании М23 для того, чтобы идентифицировать, выполняется ли заимствование битов или нет. При отсутствии заимствования битов биты С могут использоваться внутри сигнального потока для других целей, например, для наблюдения за сетью и управлением
Для синхронизации сигналов DS2 в каналах DS3 также должна использоваться методика заимствования битов. В данном случае процесс заимствования битов несколько сложнее, так как вместо четырех субфреймов во фреймах DS3 используются семь, а длина каждого блока полезной нагрузки составляет 84 бита (рис. 7.9). Тем не менее сам процесс заимствования остается неизменным. Кроме того, в таком процессе можно проследить определенную закономерность: есть семь субфреймов, и в каждом из них заимствуются биты в соответствующих позициях. Иными словами, субфрейм номер 3 заимствует третий бит в своем собственном субфрейме.
В современном оборудовании сигналы DS2 обрабатываются внутри одного и того же устройства, а значит, совместно используют один и тот же источник синхроимпульсов. В таком случае заимствование битов на уровне М23 не требуется (но оно все еще необходимо на уровне М12, т.к. каналы Т1 могут иметь различные источники синхроимпульсов), и биты С могут использоваться для других целей.
Рис. 7.9. Заимствование битов во фреймах М линий DS3Рис. 7.9. Заимствование битов во фреймах М линий DS3
Рис. 7.9. Заимствование битов во фреймах М линий DS3
Рис. 7.9. Заимствование битов во фреймах М линий DS3
X
84 бита нагрузки
F1
84 бита нагрузки
С1
84 бита нагрузки
F2
84 бита нагрузки
С2
84 бита нагрузки
F3
84 бита нагрузки
сз
84 бита рд 84бта нагрузкинагрузки
МультиплексированиеМ13
Последний тип мультиплексирования — М13. Этому типу соответствует полный процесс мультиплексирования каналов DS1 в канал DS3. Основной особенностью мультиплексоров ТЗ можно назвать реализацию в них мультиплексирования М13.
В большинстве случаев оборудование ТЗ не использует этапы М12 и М23 по отдельности, так как каналы Т2 редко имеют физические аналоги в сетевом пространстве провайдеров служб. Мультиплексор ТЗ выполняет преобразование напрямую, и результирующий фрейм получается такой же, как в случае последовательного прохождения этапов М12 и М23.
Варианты реализации каналов
В зависимости от используемого оборудования в линиях ТЗ и ЕЗ обычно применяются несколько различных интерфейсов. Наиболее вероятно, что в качестве интерфейса будет выбран коаксиальный кабель с сопротивлением 75 Ом. В цепях ТЗ обычно используются два отдельных коаксиальных кабеля: один — для передачи (Тх), а второй — для приема (Rx). Каналы ТЗ и ЕЗ обеспечивают широкую полосу пропускания, которую стандартные витые пары обычно не поддерживают.
К примеру, в большинстве современных реализаций каналы ТЗ/ЕЗ начинаются в центральном офисе с оптоволоконной магистрали и заканчиваются в помещении клиента на модуле сетевого интерфейса (NIU — Network Interface Unit). От модуля NIU последним нескольким метрам, подведенным к устройству ТЗ/ЕЗ, соответствует коаксиальный кабель (рис. 7.10). Далее каналы DS1, Е1 или DS0 могут распределяться любым способом, который поддерживает существующее оборудование.
Следует всегда помнить о том, что при помощи коаксиального кабеля можно увеличить длину канала на 137 метров с потерей сигнала на уровне —6 дБ. Оптоволоконные магистрали хороши тем, что позволяют передавать сигналы без регенерации на гораздо большие расстояния. При помощи одномодового оптоволоконного кабеля можно передавать информацию на расстояние более 40 км. Некоторые современные мультиплексоры М13 позволяют фактически выделять каналы Т1 и Е1 из одного и того же канала ТЗ, хотя такая функция есть далеко не во всех видах оборудования. Она работает на уровне DS2, и с ее помощью из любого из семи каналов DS2 можно выделить четыре канала Т1 или три канала Е1.
Кроме того, можно использовать интерфейс DB-15. Такой 15-контактный интерфейс обычно используется не для самого канала ТЗ, а в виде короткого интерфейса Т1, выходящего из мультиплексора М13 (см. рис. 7.10).
Канал ТЗ обычно реализован с использованием оптоволокна для абонентского канала, и потому в нем большие сегменты могут быть организованы без регенерирующих повторителей и практически без вредного влияния помех. Единственный сегмент, которому нужно уделить пристальное внимание — это оборудование, подключенное в локальном пункте.
Кодирование сигнала в линиях ТЗ
В каналах ТЗ используется один тип кодирования сигнала в линии, который аналогичен биполярной подстановке восьми нулей (B8ZS), используемой в каналах Т1. В каналах ТЗ и каналах SONET также используется биполярная подстановка трех нулей (B3ZS). Аналогично методу B8ZS, метод B3ZS вставляет уникальное нарушение биполярности (BPV) при обнаружении последовательности из трех нулей. Вставка BPV необходима для того, чтобы выполнить требования, предъявляемые к плотности следования единиц.
Даже несмотря на то что метод B3ZS работает аналогично методу B8ZS, некоторые правила характерны только для него. Такие правила разбиты на четыре категории, каждая из которых основана на полярности последней двоичной единицы (положительная/отрицательная) и четности определенного количества импульсов после последнего умышленного нарушения биполярности (четное/нечетное).
Если полярность последней двоичной единицы была положительной, а количество импульсов после последнего нарушения биполярности четное, то BPV передается в виде последовательности — 1, 0, —1.
Если полярность последней двоичной единицы была положительной, а количество импульсов после последнего нарушения биполярности нечетное, то BPV передается в виде последовательности 0, 0, +1.
Если полярность последней двоичной единицы была отрицательной, а количе- ' ство импульсов после последнего нарушения биполярности четное, то BPV передается в виде последовательности +1, 0, +1.
Если полярность последней двоичной единицы была отрицательной, а количество импульсов после последнего нарушения биполярности нечетное, то BPV передается в виде последовательности 0, 0, —1.
Два из перечисленных выше случая представлены на рис. 7.11. Другие два читатель может изучить сам в качестве упражнения.
Полярность последнего импульса перед строкой нулей - положительная
Количество импульсов после последнего нарушения биполярности - четное
Полярность последнего импульса перед строкой нулей - отрицательная Количество импульсов после последнего нарушения биполярности - нечетное
Рис. 7.11. Умышленные нарушения биполярности при кодировании B3ZS
Типы фреймирования в линиях ТЗ
В каналах ТЗ используются два основных типа фреймирования: М23 и фреймиро- вание с проверкой четности битов С. Выбор одного из типов зависит от провайдера службы, который предоставляет канал. Тип М23 используется чаще, однако некоторые провайдеры применяют фреймирование с заменой битов С (фреймирование М23 иногда называют фреймированием М13).
Фреймирование М23 и проверка четности битов С
Основное отличие фреймирования М23 от фреймирования с проверкой четности битов С связано с мультиплексированием сигналов DS2. В мультиплексировании М23 требуется заимствование битов для устранения любой несогласованности в работе источников синхроимпульсов DS2. Таким образом при фреймировании М23 используются все дополнительные биты, связанные с потоками сигналов DS3 (X, Р, М, F и С). Биты С указывают, выполняется ли заимствование битов в конкретном фрейме DS2 или нет. Иными словами, если по крайней мере два бита С содержат единицу во фрейме DS2 под номером 5, то это указывает на то, что в таком фрейме используется заимствование битов.
Мы уже говорили, что в современном оборудовании каналы DS2 проходят через одно и то же устройство и совместно используют один и тот же генератор синхроимпульсов. Таким образом отпадает необходимость в заимствовании битов на уровне
М23. Преимущества такого подхода используются при фреймировании с проверкой битов С, когда заимствование битов выполняется во всех семи доступных каналах. Биты С не нужны для идентификации наличия или отсутствия заимствования битов. В результате сигналы DS2 передаются с постоянной скоростью 6,306272 Мбит/с, которая немного ниже скорости передачи при фреймировании по методу М23 (6,312 Мбит/с). Скорость в 6,306272 Мбит/с доступна на уровне М12, а адаптация по скорости достигается благодаря заимствованию битов на уровне М12. Отметим, что ширина полосы пропускания канала DS3 равна 44,736 Мбит/с. Фреймирование с проверкой четности битов С освобождает каждый из двадцати одного бита С для использования при мониторинге сети.
Мониторинг каналов DS3 при фреймировании с проверкой четности битов С
Каждый из двадцати одного бита С может быть использован для выполнения какой-либо специфической функции линейного мониторинга. Полный перечень битов и их функций представлен в табл. 7.3.
; Таблица 7.3. Функции битов С при фреймировании с проверкой четности
Номер бита Функция
Субфрейм номер 1
Бит С номер 1
Если бит содержит единицу, это указывает на использование проверки четности битов С
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Зарезервирован
Указывает на наличие сигнала FEAC (Far-End Alarm and Control — аварийная ситуация на удаленном конце соединения). Этот сигнал идентифицирует проблемы на удаленном конце канала и инициализирует включение обратной петли линии DS3 или отдельного канала DS1
Субфрейм номер 2
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Зарезервирован Зарезервирован Зарезервирован
Субфрейм номер 3
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Идентифицирует дальнейшее поступление трафика с проверкой четности битов С, передаваемого по сети DS3. Эти биты, которые по сути являются битами СР, используются совместно с битами Р, размещаемыми в начале субфреймов 3 и 4. Если биты Р в субфрейме 3 содержат единицы, то биты С в субфрейме 4 также должны содержать единицы
Субфрейм номер 4
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Передают сообщение об ошибке в результате блокировки на дальнем конце (РЕВЕ). Эти биты уведомляют удаленную сторону соединения о конкретной ошибке в канале, например, о потере сигнала (LOS) или выходе за пределы фрейма (OOF). Такая последовательность является транспортным механизмом для передачи “желтых” предупреждений
Номер бита
Функция
Субфрейм номер 5
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Биты С в субфрейме номер 5 используются в качестве механизма канала обслуживания линии. Такой канал передает информацию о состоянии линии, например, о кодах режима ожидания и специфических кодах проверки канала. Канал обслуживания подобен каналу FDL, который используется в линиях DS1 с расширенным форматом суперфреймов (ESF)
Субфрейм номер 6
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Зарезервирован
Зарезервирован
Зарезервирован
Субфрейм номер 7
Бит С номер 1
Бит С номер 2
Бит С номер 3
Зарезервирован
Зарезервирован
Зарезервирован
Канал FEAC (субфрейм номер 1, бит С номер 3) используется для передачи сигнальных кодов. В нем передаются повторяющиеся кодовые слова в форме OxxxxxxOl 1111 111. Для сигнализации используются два различных класса кодов: один — для каналов DS1, другой — для DS3. Отдельные коды DS1 обычно не влияют настолько сильно на службу, что все операции в канале прекращаются. Большинство ошибок линии DS3 приводят к прекращению операций в канале. Сюда входят ошибки DS3 LOS, DS3 OOF, DS3 AIS и сбои в работе оборудования DS3. Единственное их отличие состоит в том, что сбои в работе оборудования канала DS3 не обязательно влияют на работу службы. Подробнее этот вопрос рассматривается в стандарте ANSI Т1.107.
Сигнальные коды ошибок LOS и OOF воспринимаются как “красные” предупреждения. Как уже упоминалось, при приеме “красного” предупреждения оборудование сначала пытается передать “желтое” предупреждение (также известное как RAI), чтобы известить удаленную сторону о проблеме. При приеме сообщения AIS оно распознается как проблема, возникшая внутри сети провайдера службы.
Конфигурация интерфейса ТЗ с объединением каналов для платы Cisco 10000 ESR
Этот раздел посвящен настройке многоканального интерфейса ТЗ для платы Cisco 10000 ESR. Такая плата обычно используется в многоканальных магистралях, но при необходимости она может использоваться и в одноканальном режиме. Плата СТЗ имеет до шести портов ТЗ, каждый из которых обозначен как Тх, а также пару Rx- разъемов BNC с сопротивлением 75 Ом.
Базовая конфигурация дает представление о некоторых возможностях настройки платы. Более подробно топология, которая используется для конфигурации платы, представлена на рис. 7.12.
Демаркационная линия
Рис. 7.12. Топология конфигурации ТЗ
Контроллер ТЗ задается согласно соглашению об именах в виде 0/0/0, а четвертый уровень интерфейса (0/0/0/Х) задает канал Т1, который необходимо настроить для работы в многоканальном режиме. Таким образом имени 4/0/0/1 соответствует контроллер, расположенный на уровне 4/0/0 и имеющий доступ к контроллеру Т1.
Первое, что необходимо сделать при конфигурировании многоканального интерфейса ТЗ, — это удостовериться, что для канала ТЗ корректно указаны тип фреймиро- вания, длина кабеля и источник синхроимпульсов (пример 7.1).
Пример 7.1. Базовая конфигурация интерфейса ТЗ с объединением каналов
10K-ESR#config t
10K-ESR(config)#controller t3 4/0/0
10K-ESR(config-controller)#clock source line
10K-ESR(config-controller)#cablelength 150
10K-ESR(config-controller)#framing m23
10K-ESR(config-controller)#no shut
После внесения модификаций в контроллер ТЗ можно начинать настраивать каждый контроллер Т1 внутри канала ТЗ. Не выходя из режима конфигурирования контроллера ТЗ, указать параметры подканалов Т1, как показано в примере 7.2, для канала с номером 5.
Пример 7.2. Параметры подканалов Т1 линии ТЗ
!Стандартное значение
10K-ESR(config-controller)#tl 5 framing esd
!Стандартное значение
10K-ESR(config-controller)#tl 5 clock source internal
Теперь, когда интерфейс Т1 настроен, можно создать группу каналов. Команда channel-group необходима для группировки линий DS0 в канале Т1 с номером 5 и
создания виртуального последовательного интерфейса. Эта команда позволяет завершить настройку инкапсуляции Frame Relay для данного канала Т1 (пример 7.3).
Пример 7.3. Полная конфигурация канала
10K-ESR(config-controller)#tl 5 channel-group 1 timeslots 1-24
10K-ESR(config-controller)#exit
10K-ESR(config)#int s 4/0/0/S:l
10K-ESR(config-if)#encapsulation frame relay
10K-ESR(config-if)#ip address 10.21.13.7 255.255.255.0 10K-ESR(config-if)#encapsulation frame-relay ietf 10K-ESR(config-if)#frame-relay interface-dlci 70 10K-ESR(config-if)#frame-relay Imi-type q933a 10K-ESR(config-if)#no shut
Рассмотренные примеры, конечно же, не дают исчерпывающей информации о возможностях конфигурации платы Cisco 10000 ESR. Их цель — дать общее представление о типах используемых для настройки команд.
Технология ЕЗ
Один канал ЕЗ может содержать 16 подканалов Е1 и передавать неструктурированные данные со скоростью около 34 Мбит/с. Дальше рассматривается организация таких каналов.
Развитие международной цифровой иерархии
Спецификации цифровой иерархии, разработанной Международным телекоммуникационным союзом (ITU), соответствуют иерархии NADH только теоретически и только на первом уровне цифровых сигналов. На остальных уровнях они отличаются по скоростям передачи данных, возможностям управления, кодированию сигнала в линии, фреймированию и почти по всем остальным аспектам.
Первому уровню цифровой иерархии ITU соответствуют каналы Е1. Они работают со скоростью 2,048 Мбит/с и содержат 32 линии DS0. Более подробно каналы Е1 рассмотрены в главе 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”. Второму уровню этой иерархии соответствуют каналы Е2, которые также, как и каналы Т2 в иерархии NADH, могут иметь несколько реализаций. Каналы Е2 рассмотрены в следующих разделах, где речь идет о мультиплексировании.
По аналогии с указанными выше каналами в Японии широко используются каналы J2 (по 6,312 Мбит/с — счетверенные каналы Л со скоростью передачи 1,544 Мбит/с).
Третьему уровню цифровой иерархии ITU соответствуют каналы ЕЗ. Они имеют более высокую скорость передачи, чем Е2 (34,368 Мбит/с), однако уступают по скорости каналам ТЗ. Это объясняется тем, что каналы ЕЗ содержат только 16 каналов Е1.
Цифровая иерархия
Международное сообщество должно было также придумать способ мультиплексирования цифровых каналов в более высокие уровни иерархии. Такое мультиплексирование на
различных уровнях имеет некоторые отличия в своей организации. Интересно отметить, что после создания иерархии SDH каналы ЕЗ уже не используются в международном сообществе также часто, как раньше. Сегодня в большинстве стран чаще всего можно встретить оптические сети, чем какую-либо иную реализацию каналов ЕЗ.
В международной практике используется мультиплексирование двух типов, однако название этих методов менее формально. С целью поддержки согласованности имен эти виды мультиплексирования называют Е12 и Е23.
В технологии с использованием несущей Е для мультиплексирования применяют более стандартизованный подход. Фактически всегда мультиплексирование в европейском понимании представляет собой группирование четырех линий в один канал (исключение — линии DS0):
32 линии DS0 в один канал Е1;
4 линии Е1 в один канал Е2;
4 линии Е2 в один канал ЕЗ;
4 линии ЕЗ в один канал Е4;
4 линии Е4 в один канал Е5.
Мультиплексирование Е12
Мультиплексирование Е12 — это процесс объединения четырех международных каналов DS1 (Е1) в один канал DS2 (Е2) международного стандарта (рис. 7.13). Этот процесс идентичен мультиплексированию М12, так как в нем также используется метод циклического чередования битов с положительным выравниванием (ITU G.742). Это означает, что полезная нагрузка формируется из одного бита первого канала Е1, одного бита из второго канала Е1 и т.д. Положительному выравниванию соответствует описанный выше процесс заимствования битов. Для выравнивания небольших разногласий в работе генераторов синхроимпульсов различных каналов Е1 для каждого из таких каналов в каждом фрейме Е2 используется дополнительный бит данных. Формат фрейма Е2 представлен на рис. 7.14. Каждый канал Е1 может использовать 205 или 206 битов данных в каждом фрейме Е2. Как и в случае с каналами DS2 и DS3, биты С указывают, выполняется заимствование битов или нет (т.е. содержит ли дополнительный бит пользовательские данные или является просто заполнителем). Каждый фрейм Е2 содержит четыре набора из трех битов С — по одному для каждого канала Е1. Если два или три бита С содержат единицу, это указывает на положительное выравнивание для соответствующего канала Е1. Битовая скорость канала Е1 с учетом бита выравнивания составляет 2,048 Мбит/с. Доступная битовая скорость для одного канала Е1 во фрейме Е2 составляет приблизительно 2,052 Мбит/с. Если это значение умножить на четыре, получим общую битовую скорость канала Е2 — 8,208 Мбит/с. На этом уровне в каждый канал Е2 вносится дополнительный трафик, равный приблизительно 240 Кбит/с, с целью получения номинальной скорости передачи 8,448 Мбит/с.
Мультиплексирование El
(2,052 Мбит/с)
Рис. 7.13. Мультиплексирование Е12
что составляет 206 битов на один канал Е1
что составляет 378 битов на один канал Е2
Рис. 7.14. Формат фреймов Е2 и ЕЗ
В табл. 7.4 перечислены дополнительные биты фреймов Е2 и ЕЗ.
Таблица 7.4. Дополнительные биты для линий Е2 и ЕЗ с объединением каналов
FAS
AIS
NAT
CjX
Сигнал выравнивания фрейма (1111010000)
Сигнал индикации предупреждения
Бит, зарезервированный для национального использования
Служебные биты выравнивания (см. выше) — четыре набора из трех битов С (по одному набору на каждый подчиненный канал)
Мультиплексирование Е23
Следующим этапом мультиплексирования в международной цифровой иерархии является Е23, когда четыре канала Е2 мультиплексируются в один канал ЕЗ. Этот процесс идентичен описанному выше процессу мультиплексирования Е12. Используется циклическое чередование битов в соответствии со спецификацией ITU G.751. В этом случае полезная нагрузка формируется за счет использования одного бита из каждого фрейма Е2 в определенной последовательности. Назначение битов С также не изменилось, но теперь они используются на уровне Е2. Формат фрейма ЕЗ показан на рис. 7.14, а расчет ширины полосы пропускания — на рис. 7.15. Общая ширина полосы пропускания для каждого канала Е2 равна 8,448 Мбит/с, что с учетом бита выравнивания составляет 8,457750 Мбит/с. Умножим это значение на четыре и получим скорость передачи данных 33,831 Мбит/с. Прибавив к полученной скорости дополнительные издержки при фреймировании ЕЗ размером 537 Кбит/с, получим общую скорость передачи для канала ЕЗ — 34,368 Мбит/с.
Внимание!
Кодирование сигнала в линии ЕЗ в текущей главе не обсуждается, поскольку оно основано на методе HDB3, который рассматривается в главе 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”.
Структура и организация работы одноканального фрейма ЕЗ
Для одноканальной передачи данных фреймы ЕЗ могут иметь структуру двух видов: с чередованием ячеек ATM и без него. Оба метода подробно описаны в спецификациях стандартов G.804 и G.832. В спецификации G.832 определен тип фреймирова- ния, который используется в тех случаях, когда ячейки ATM не чередуются внутри фрейма ЕЗ. В стандартной реализации сети используется спецификация G.832. Тем не менее в каналах ЕЗ, которые используются совместно с сетями ATM, применяется и метод фреймирования G.804.
Фреймирование стандарта G.832
Базовое фреймирование ЕЗ определено в спецификации ITU G.832. Этот тип фреймирования чаще всего используется в тех реализациях сети, для которых не требуется взаимодействие с сетью ATM. Фреймы длиной 4 296 битов разбиты на восьмибитовые группы (байты), каждая из которых распределяется между дополнением и
полезной нагрузкой. Из 537 байтов семь являются дополнительными, а 530 отведены для полезной нагрузки (рис. 7.16).
МультиплексированиеЕ2
4 канала Е2 со скоростьюв канале ЕЗ - 34,368 Мбит/с4 канала Е2 со скоростьюв канале ЕЗ - 34,368 Мбит/спередачи 8,448 Мбит/с
4 канала Е2 со скоростьюв канале ЕЗ - 34,368 Мбит/с
4 канала Е2 со скоростьюв канале ЕЗ - 34,368 Мбит/с
Размер фрейма состааляет 4296 битов.
Фрейм повторяется 8000 раз в секунду
Рис. 7.75. Мультиплексирование Е23
1Всего 4296 битов (537 байтов)4296
Байты выравнивания фрейма (FA1 и FA2) предназначены для транспортирования сигналов FAS. Они представляют собой два восьмибитовых слова: 11110110 и 00101000. Следующий дополнительный байт (ЕМ) используется для обнаружения ошибок.
Для организации контроля четности в каждом фрейме используется бит чередования четности (Bit Interleaved Parity — BIP-8). Цифра 8 указывает на количество битов, которые служат для контрольной последовательности. Вычисление четности для текущего фрейма основано на контрольной последовательности из предыдущего полученного фрейма.
Следующий зарезервированный дополнительный байт (Trail Trace — TR) используется для трассировки маршрута. При идентификации принимающим оборудованием терминала он указывает на активное соединение в сети. Этот бит передается циклически, подобно передаче сигнала синхронизации в сети.
Пятый дополнительный байт используется для обслуживания и адаптации (Maintenance and Adaptation — МА). Его биты выполняют несколько функций, которые ниже подробно описаны.
Бит 1. Индикатор неисправности на удаленном конце (RDI — Remote Defect Indication). Подобный по своей сути индикатору FERF (Far-End Receive Failure), бит RDI указывает на сбой на удаленном конце сети. Этот бит не идентифицирует канал, в котором произошел сбой. При обнаружении неисправности на удаленном конце в бит RDI заносится единица.
Бит 2. Индикатор ошибки на удаленном конце (REI). Если в процессе вычисления контрольной суммы BIP-8 обнаружена ошибка, то в бит REI заносится единица. Этот бит используется для извещения удаленного конца канала об ошибке.
Биты с 3 по 5. На данный момент идентифицируют тип полезной нагрузки. Полный перечень типов полезной нагрузки представлен в табл. 7.5.
Таблица 7.5. Типы полезной нагрузки в стандарте G.832
Двоичное значениеОписание
ОООНеподготовленная
001Подготовленная,неспецифическая
010ATM
011SDHTU-12
Внимание!
Двоичное значение, состоящее только из единиц, не используется.
Биты 6 и 7. Индикатор мультифрейма.
• Бит 8. Маркер синхронизации (устаревшая реализация). Указывает, использовал ли канал первичный генератор синхроимпульсов. На данный момент этот бит применяется совместно с битами 6 и 7 для синхронизации мультифреймов.
Шестой дополнительный байт называется байтом оператора сети (NO — Network Operator). Он используется для обслуживания и проверки сети.
Последний дополнительный байт называется общим каналом связи (GC — General Communication Channel). Он используется в качестве коммуникационного канала в целях проверки соединения.
Фреймирование стандарта G.804
Спецификация G.804 определяет прямое использование технологии ATM в каналах ЕЗ. В этом типе фреймирования ячейки ATM полностью чередуются с байтами полезной нагрузки. Размещение ячеек ATM согласовано со структурой байтов полезной нагрузки, однако в структуру фрейма G.832 не вносятся никакие изменения. Таким образом один фрейм G.804 может транспортировать 10 ячеек ATM (530 байтов полезной нагрузки).
Чтобы ячейки ATM эффективно внедрялись в структуру фрейма, они должны быть зашифрованы во избежание имитации процесса выравнивания фреймов в канале ЕЗ. Каждая ячейка ATM разделяется в процессе, известном под названием НЕС. Процесс разделения заключается в вычислении некоторого значения для первых четырех байтов заголовка ATM, которое затем помещается в байт НЕС.
Конфигурирование интерфейса ЕЗ
Представленный ниже пример основан на конфигурации многоканального адаптера РА-МС-ЕЗ маршрутизатора Cisco 7500. Этот адаптер содержит один многоканальный высокоскоростной последовательный интерфейс ЕЗ.
Согласно информации, опубликованной на Web-сайте корпорации Cisco Systems, адаптер РА-МС-ЕЗ содержит один многоканальный высокоскоростной последовательный интерфейс ЕЗ, обеспечивающий доступ к службам со скоростью канала Е1 (2,048 Мбит/с). В том же первоисточнике (см. www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/ product/software/ioslll/cclll/pamce3 .htm#xtocidO) сказано, что “адаптер РА- МС-ЕЗ подчиняется стандартам физического уровня CCITT/ITU G.703 и спецификациям CCITT/ITU G.751 для каналов ЕЗ, G.742 для каналов Е2, а также G.704 и G.706 для каналов Е1 в отношении сбоев, обнаружения предупреждений и ответных действий”.
Следует также просмотреть ссылки на уровни иерархии PDH и стандарты ITU (этот союз в прошлом назывался Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии, или МККТТ [CCITT — Consultative Committee for International Telephone and Telegraphy]).
Конфигурация интерфейса ЕЗ минимальна. Она включает в себя несколько параметров, а операционная система Cisco IOS обеспечивает установку стандартных значений синхронизации (line), национального зарезервированного бита (1) и шаблона режима ожидания (0x55). Для некоторых видов оборудования можно также настраивать длину линии. Минимальная необходимая конфигурация приведена в примере 7.4.
Пример 7.4. Конфигурация интерфейса ЕЗ
router# configure terminal
Enter configuration commands, router(config)# controller e3 router(config-controller)# el router(config-controller)# el router(config-controller)# el
one per line. End with CNTL/Z.
4/0/0
1 channel-group 0 timeslot 1-31 2 channel-group 0 timeslot 1-31
3 channel-group 1 timeslot 1-31
Далее можно сконфигурировать каждый подканал Е1, как это показано в примере 7.5.
Пример 7.5. Конфигурирование подканалов Е1
router(config)# interface serial 4/0/0/2:0
router(config-if)# ip address 10.10.10.2 255.255.255.0
router(config-if)# end
При помощи дополнительных конфигурационных команд можно определить источник синхроимпульсов (внутренний или внешний — line), а также шаблоны режима ожидания, как показано в примере 7.6.
Пример 7.6. Конфигурирование параметров синхронизации канала
router(config-controller)# clock source internal router(config-controller)# idle pattern OxAA
Следующая команда (пример 7.7) может разрешить проблемы, связанные с совместимостью, присвоив некоторое значение национальному биту, который в обычных условиях является зарезервированным.
; Пример 7.7. Конфигурирование значения национального бита
router(config-controller)# national bit 0
В целях диагностики линию можно установить в режим обратной петли, как это показано в примере 7.8.
Пример 7.8. Конфигурирование режима обратной петли
router(config)# controller еЗ 4/0/0
router(config-controller)# loopback local
За пределами X3
После подробного рассмотрения технологий, описанных в текущей главе, возникает вопрос: “Существует ли что-нибудь за пределами технологий ТЗ и ЕЗ?” Ответить на этот вопрос можно как утвердительно, так и отрицательно. В иерархиях NADH и ITU есть уровни цифровых сигналов, превышающие уровни полос пропускания каналов ТЗ и ЕЗ.
Иерархия NADH состоит из четырех уровней. После уровня DS3 в документации обычно описывается только уровень DS4 (Т4), который работает на скорости 274,176 Мбит/с. Он состоит из 4 032 каналов DS0 или шести каналов ТЗ и имеет почти наибольшую ширину полосы пропускания среди технологий, не относящихся к технологии SONET. Каналы этого типа могут быть реализованы при помощи соединения оптического волокна с коаксиальным кабелем (как в случае с каналами ТЗ) или (что более вероятно) — исключительно на оптоволоконных технологиях.
Каналы Т4 не используются для связи клиентов с локальными провайдерами служб. Такой тип полосы пропускания зарезервирован исключительно для соединений внутри сети провайдера службы.
В международной иерархии существуют несколько уровней, лежащих выше уровня ЕЗ. Следующим после цифрового сигнала ЕЗ идет цифровой сигнал Е4. Канал Е4 имеет номинальную скорость передачи 139,264 Мбит/с и состоит из четырех каналов ЕЗ. На последнем уровне международной иерархии находятся каналы Е5. Они работают на скорости 565,148 Мбит/с.
Подобно каналам Т4, каналы Е5 не используются для связи клиентов с локальными провайдерами службы. Вообще реализации таких каналов встречаются редко, потому что скорости SDH уже превышают возможности полосы пропускания каналов других типов.
Резюме
В процессе продвижения вверх по цифровой иерархии мы рассмотрели функции и организацию каналов ТЗ и ЕЗ. Оба указанные типа линий имеют широкую полосу пропускания и могут быть использованы для работы в многоканальном или одноканальном режиме.
Многоканальные магистрали позволяют значительно повысить эффективность использования полосы пропускания. В частности, при необходимости одна из групп может быть задействована для маршрутизации. Многоканальные линии DS3 позволяют перенаправлять сигналы DS1 с целью упрощения общей среды маршрутизации. Одноканальные линии DS3 также имеют собственное применение. Они используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить передачу на большое расстояние видеоинформации в режиме реального времени (например, при дистанционном обучении).
К примеру, одноканальная магистраль ТЗ может быть использована для передачи ячеек ATM. При этом применяются два метода: PLCP, который добавляет еще один уровень фреймирования для описания ячеек ATM за счет дополнительных потерь полезной нагрузки, и НЕС, который идентифицирует ячейки ATM по их заголовку.
В Северной Америке каналы ТЗ состоят из двадцати восьми линий Т1, однако использование всех двадцати восьми линий все равно не позволяет достичь фактической битовой скорости 44,736 Мбит/с. Это обусловлено наличием нескольких уровней заимствования битов, а также использованием дополнительных битов, включаемых в общую ширину полосы пропускания. В переделах структуры с заимствованием битов используются несколько различных типов мультиплексирования: Ml2, М23 и М13.
Цифровые обозначения указывают, какие уровни цифрового сигнала объединяются для того, чтобы сформировать сигнал более высокого уровня. Например, мультиплексирование М12 подразумевает объединение сигналов DS1 в один сигнал DS2. Причина, по которой в каналах DS1 не достигается скорость передачи 44,736 Мбит/с, заключается в использовании двухэтапного мультиплексирования. Четыре сигнала DS1 + заимствование битов + дополнительные биты = сигнал DS2. Семь сигналов DS2 + заимствование битов + дополнительные биты = сигнал DS3.
В каналах ТЗ используется форма кодирования под названием B3ZS, при которой в случае обнаружения строки из трех нулей в поток сигнала вставляется уникальное нарушение биполярности. Такой метод линейного кодирования позволяет придерживаться требований, предъявляемых к плотности следования единиц. В канале ТЗ ис-
пользуются два типа фреймирования: М23 и с заменой битов С. Главное отличие этих двух типов — в использовании битов С. При фреймировании с проверкой четности битов С всегда выполняется заимствование битов (на уровне М23), и потому отпадает необходимость в использовании битов С для идентификации наличия или отсутствия заимствования битов. При такой организации фреймирования биты С могут использоваться в канале для других целей.
Союз ITU также разработал спецификацию для каналов DS3. Подобно каналам ТЗ, каналы ЕЗ также являются комбинацией мультиплексированных линий. При этом мультиплексирование выполняется в два этапа: Е12 и Е23. Основное различие между каналами ТЗ и ЕЗ (кроме фреймирования на физическом уровне и линейного кодирования) заключается в скорости передачи данных. Ширина полосы пропускания у каналов ЕЗ значительно меньше, чем у каналов ТЗ. Это обусловлено тем, что каждый канал ЕЗ формируется на основании только шестнадцати каналов Е1, и потому общая полоса пропускания ЕЗ составляет 34,368 Мбит/с.
В каналах ЕЗ используется схема линейного кодирования HDB3. Она разработана для устранения проблем, связанных с плотностью следования единиц, характерных для такого метода линейного кодирования, как AMI. При обнаружении четырех последовательных нулей шифраторы HDB3 вставляют в определенный момент уникальное нарушение биполярности. Если на обоих концах канала используется метод HDB3, то строка из четырех нулей сможет быть распознана любым оборудованием.
В одноканальных линиях ЕЗ используются две основных формы фреймирования: G.832 и G.804. Стандарт G.804 основан на стандарте G.832 и использует такой же формат фрейма. Главное отличие между этими двумя стандартами заключается в том, что при фреймировании G.832 ячейки ATM не размещаются непосредственно в байтах полезной нагрузки. При фреймировании G.804 выполняется распределение ячеек ATM при помощи процесса НЕС. В процессе фреймирования производятся вычисления, которые позволяют идентифицировать при передаче фрейма отдельные ячейки ATM. 1
За пределами уровня DS3 в обеих иерархиях используются цифровые сигналы с различной шириной полосы пропускания. В иерархии NADH определены каналы Т4, которые имеют самую широкую полосу пропускания (274,176 Мбит/с) среди каналов, не связанных с технологией SONET. В иерархии ITU существуют уровни Е4 и Е5. Каналы Е4 имеют ширину полосы пропускания 139,264 Мбит/с, а каналы Е5 — 565,148 Мбит/с. Все эти каналы не используются в клиентских цепях, а только в сетях провайдеров служб. Фактически большинство современных высокоскоростных каналов основаны на технологиях SONET и SDH.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Сколько линий Т1 используется в одноканальной магистрали ТЗ?
Верно ли, что каналы ТЗ, подобно каналам Т1, в общем случае рассматриваются как синхронные?
Сколько нулей должно быть передано последовательно для того, чтобы при использовании метода HDB3 было передано нарушение биполярности?
а. 4.
б. 1.
в. 3.
г. 5.
Сколько каналов Е1 мультиплексируются в один канал Е2? А в канал ЕЗ?
Что послужило основой технологии SYNTRAN?
Какую функцию выполняет бит Р во фрейме DS3?
Какое ограничение накладывается на длину коаксиального кабеля в соединениях ТЗ?
Сколько битов содержится во фрейме ЕЗ?
В этой главе...
Введение в сеть ISDN. В этом разделе рассказывается о создании и развитии сети ISDN как цифровой сетевой структуры.
Сеть ISDN. В разделе рассматриваются физические шрибуты сети ISDN и типичные реализации каналов ISDN. Подробно разбираются интерфейсы BRI (Basic Rate Interface) и PRI (Primary Rate Interface), а также связанные с ними основные аспекты ISDN.
Спецификации ISDN. В этом разделе описываются различные спецификации ISDN и их использование в сети ISDN. Цель раздела —дать глубокое понимание организации технологии ISDN.
Служба BRI. В этом разделе подробно описывается организация каналов BRI, а также особенности их реализации в Северной Америке, Европе и Японии. Рассматривается как кодирование в линии, так и тонкости реализации технологии.
Служба PRI. В этом разделе описывается работа каналов PRI и их реализация в различных регионах мира.
Глава
8
Цифровая сеть с комплексным обслуживанием — ISDN
Введение в сеть ISDN
В былые л ни инфраструктура провайдеров служб представляла собой набор аналоговых служб. Аналоговые службы приемлемы на коротких расстояниях, однако они просто не в состоянии обеспечить необходимое качество обслуживания и достаточную ширину полосы пропускания при передаче информации на дальние расстояния. Следует помнить, что при слишком сильном затухании аналогового сигнала он может быть достаточно просто усилен, что приведет также и к усилению содержащихся в сигнале шумов.
Аналоговая инфраструктура никогда не предназначалась для совместной передачи потребителям голосовых потоков, видеоинформации и данных. На современном рынке эти требования становились все более и более превалирующими, и потому разработать необходимо было такую технологию, которая обеспечила бы обработку разнотипной информации.
Современные телекоммуникационные технологии основаны на цифровых принципах по причине большей гибкости, эффективности и многофункциональности методов цифровой передачи данных. На сегодняшний день существует множество цифровых служб, однако сеть ISDN предоставляет некоторые уникальные возможности, которые упрочили ее лидирующее положение на рынке телекоммуникаций на годы вперед.
Изначально сеть ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с комплексным обслуживанием) содержала две отдельные службы: N-ISDN (узкополосную) и В-ISDN (широкополосную). Эта глава посвящена именно сети N-ISDN, в состав которой входят службы BRI и PRI. Обе службы реализуются в каналах с узкой полосой пропускания: от 16 Кбит/с в линиях DS0 со скоростью передачи 64 Кбит/с до 2,048 Мбит/с. Служба В-ISDN напрямую связана с режимом асинхронной передачи ATM и рассматривается подробнее в главе 10, “Технологии ATM и B-ISDN”.
В технологии ISDN сделана первая реальная попытка предоставить услуги по передаче голосовой и видеоинформации непосредственно конечным пользователям. Если внимательно присмотреться к сути аббревиатуры ISDN, то станет понятен базис,
на котором основана эта технология: она предназначена для интеграции голосовых служб, видеографика и служб обработки данных в единой цифровой сети. Сеть ISDN является цифровой и поэтому предоставляет клиентам более широкую полосу пропускания, чем стандартные аналоговые службы. В сети ISDN используются следующие номинальные значения скорости: 128 Кбит/с для службы BRI (144 Кбит/с в том случае, если допускается использование канала D для передачи данных) и 1,544 Мбит/с для каналов Т1 PRI или 2,048 Мбит/с для каналов El PRI.
Сеть ISDN
Структура сети ISDN в разных странах реализована по-разному, однако основные принципы остаются неизменными. Для организации цифрового канала между провайдером службы и клиентом требуется несколько новых единиц оборудования.
“Строительными блоками” сети ISDN являются каналы носителя (каналы В) и дельта-каналы передачи сигнального трафика (каналы D). Каналы В используются для передачи пользовательской голосовой и видеоинформации, а также для передачи данных. Каналы D используются для передачи служебных сигналов управления вызовами. В некоторых случаях каналы D могут использоваться и для передачи данных. Более подробно оба типа каналов рассмотрены ниже.
Коммутация каналов
Технология ISDN основана на коммутации каналов. В главе 2, “Сеть SS7”, показано, что в системе SS7 маршрутизация вызовов выполняется поэтапно. Если не принимать во внимание сигнальный маршрут, а только фактический маршрут следования основного трафика, то вызов перемещается от коммутатора к коммутатору до тех пор, пока не достигнет конечного пункта назначения. После этого маршрут остается открытым для передачи вызова между начальным и конечным пунктами до тех пор, пока не будет закрыт одной из сторон.
Точно так же организована работа сети ISDN. Рассмотрим рис. 8.1. Когда Кейт хочет поговорить по телефону с Крисом, она должна набрать номер, соответствующий каналу ISDN Криса. Такие номера обычно называют телефонными, однако в среде ISDN они называются номерами формата Е.164, или адресами. Когда Кейт вызывает номер 555-1212, этот вызов коммутируется по сети до места расположения Криса, и в результате устанавливается соединение. Следует помнить, что вызов, проходящий через открытую коммутируемую телефонную сеть (PSTN — Public Switched Telephone Network), — это не обязательно вызов ISDN. Маршрут между двумя пунктами зарезервирован на время вызова и освобождается после того, как соединение прервано.
Одним из недостатков подобной сетевой структуры является то, что она может быть достаточно неэффективной в определенных случаях. Для соединения может не требоваться вся доступная ширина полосы пропускания, и таким образом какая-то часть канала не используется. Эта проблема характерна не только для сетей ISDN, но и для всех традиционных технологий, в которых используется мультиплексирование с временным разделением каналов (TDM). Для устранения этого недостатка необходимо применять методы, подобные статистическому мультиплексированию. При таком подходе даже отдельные линии DS0 могут использоваться для различных целей. Более подробно статистическое мультиплексирование рассматривается в главе 9, “Технология Frame Relay”.
Перед тем как перейти к следующему разделу, важно подчеркнуть, что ISDN является технологией, используемой для создания абонентских каналов. Это означает, что к сети ISDN относятся средства, обеспечивающие связь местной телефонной станции с резиденцией клиента. Однако по другую сторону коммутатора центрального офиса могут использоваться какие угодно технологии, например, ATM, синхронная оптическая сеть (SONET) или каналы синхронной цифровой иерархии (SDH). На рис. 8.2 показан абонентский канал ISDN, взаимодействующий с цифровой транспортной сетью провайдера служб.
Канал носителя ISDN
Рис. 8.1. Коммутация каналов
Средства ISDN на базе медного провода* .
Рис. 8.2. Общее представление локальной сети ISDN
Прохождение вызова по сети ISDN может выглядеть примерно так. Из сети ISDN вызов поступает через сетевую инфраструктуру в канал SONET, а затем возвращается обратно в сеть ISDN на физическом уровне. Подобным же образом служебные сигналы Q.931 могут поступать из сети ISDN через сетевую инфраструктуру в сеть SS7, а затем опять возвращаться на сигнальном уровне в систему ISDN Q.931. Более подробно процесс прохождения вызовов рассмотрен ниже в текущей главе.
Абонентский канал .
Сеть ISDN внедряется между центральным офисом провайдера службы и резиденцией клиента. Абонентский канал реализуется при помощи комбинации медного и, возможно, оптического кабеля. Канал должен удовлетворять обычным требованиям, предъявляемым к любой цифровой технологии. Иными словами, средства связи ISDN в равной степени подвержены тем же проблемам, как, например, перекрестные наводки и затухание, что и аналоговые каналы. Если говорить о помехах, то волоконнооптические магистрали вообще не подвержены влиянию электромагнитных помех (EMI). Кроме того, по оптическим каналам можно передавать информацию на гораздо большие расстояния без необходимости регенерации сигнала. Провайдеры служб предпочитают использовать высокоскоростные оптоволоконные магистрали в системах цифровых носителей с комплексным обслуживанием (IDLC — Integrated Digital Loop Carrier), а затем проводить от таких систем каналы на базе медного провода к резиденциям клиентов.
Максимальная допустимая длина абонентского канала, реализованного исключительно на медном проводе, составляет примерно пять с половиной километров для службы BRI, около полутора километров для каналов Е1 и примерно 1800 метров для каналов Т1 PRI. После прохождения пяти с половиной километров сигнал должен быть регенерирован при помощи устройства под названием “цифровой регенератор". В этой главе такие устройства мы называем промежуточными повторителями. Работа промежуточного повторителя отличается от работы систем аналогового усиления тем, что сигнал полностью регенерируется при получении его устройством. На рис. 8.3 показана длина кабеля для каналов ISDN BRI или PRI относительно промежуточных повторителей.
Сигнал проходит от центрального офиса (или АТС) через медные пары до тех пор, пока не достигнет промежуточного повторителя. Это устройство очищает и регенерирует цифровой сигнал, привязываясь к комбинации единиц, переданных из сети. Теперь канал ISDN может быть продлен еще на пять с половиной километров, так как промежуточный повторитель является аналогом исходного пункта отправления сигнала. Промежуточный повторитель функционирует одинаково в обоих направлениях, не ограничиваясь только передачей сигналов от сети пользователю.
Проблемы с реализацией промежуточных повторителей начинают возникать тогда, когда каналы попадают только под одну категорию требований. При этом многие спрашивают: “Когда следует добавлять в сеть ISDN промежуточный повторитель?” Если длина абонентского канала около пяти с половиной километров, то повторитель иногда добавляется, а иногда нет. Все зависит от решения того, кто занимался про-
кладкой канала ISDN. К сожалению, промежуточные повторители — устройства дорогие, поэтому без особой необходимости их лучше не использовать.
Каналы PRIКаналы PRIСегменты кабеля длиной 1500Сегменты кабеля длиной 1500или 1800 метровили 1800 метровРис. 8.3. Промежуточные повторителиРис. 8.3. Промежуточные повторители
Каналы PRI
Каналы PRI
Сегменты кабеля длиной 1500
Сегменты кабеля длиной 1500
или 1800 метров
или 1800 метров
Рис. 8.3. Промежуточные повторители
Рис. 8.3. Промежуточные повторители
Возможно, промежуточные повторители будут установлены даже в тех случаях, когда длина канала не превышает допустимых пределов. Это может быть обусловлено таким фактором, как потеря мощности сигнала, которая измеряется в децибелах (дБ). Обычно даже в каналах не длиннее пяти с половиной километров промежуточный повторитель устанавливается тогда, когда потери составляют от —38 дБ до —42 дБ и более. Большие значения потерь говорят о проблемах с физической средой передачи данных или каких- либо неконтролируемых экстремальных условиях окружающей среды.
Повторители обычно размещаются в защитных корпусах, предохраняющих их от влияния вредных факторов окружающей среды. Размеры корпусов примерно в пять раз превышают размеры самой платы промежуточного повторителя.
Повторители используются не только в абонентских каналах ISDN. Следует помнить, что системы IDLC требуют меньше медных проводов, проведенных к месторасположению клиента. Подключенные к центральному коммутатору АТС при помощи широкополосных магистралей, эти устройства располагаются ближе к резиденциям клиентов. Такой подход обеспечивает более эффективное использование доступных средств. Службы ISDN встроены в большинство типов оборудования IDLC в виде либо трех свободных каналов DS0 для службы BRI, либо одного полного канала DS-1 для службы PRI. Оба варианта реализации канала рассмотрены ниже в соответствующих разделах текущей главы, которые целиком посвящены службам BRI и PRI.
Эхоподавление
Эхоподавление используется в каналах BRI по той причине, что и для передачи, и для приема информации существует только одна пара проводов. В каналах PRI такой проблемы нет, так как они построены либо на коаксиальном кабеле, либо на двух витых парах медных проводов: одна пара — для передачи, вторая — для приема.
Эхоподавление предназначено для удаления из канала отраженного сигнала, чтобы оборудование могло правильно распознавать переданную информацию. Если не принять некоторых дополнительных мер по подавлению отраженного сигнала, то при пе-
редаче слишком большого эхо-сигнала могут возникнуть проблемы с сетевым оборудованием. Базовая процедура эхоподавления схематически представлена на рис. 8.4, а ниже дано ее описание. Пара эхоподавителей устраняет их собственный сигнал из канала, чтобы определить полезный сигнал.
_ -3v
I
RxТх
г
Эхоподавитель к
+1v
Рис. 8.4. Эхоподавление
Уровни напряжения, показанные на рис. 8.4, — это просто наугад выбранные для данного примера значения из множества возможных.
Эхоподавитель, расположенный справа, отправляет сигнал, эквивалентный напряжению —3 В, а эхоподавитель, расположенный слева, — сигнал, эквивалентный напряжению +1 В.
Чтобы определить, какой сигнал был послан к нему, эхоподавитель, расположенный справа, вычисляет общее напряжение в канале (+1 В + (—3 В) = —2 В).
Зная общее напряжение в линии, эхоподавитель использует напряжение переданного им сигнала, но с противоположной полярностью. Иными словами, — 3 В заменяется устройством на +3 В.
Последняя формула выглядит подобно следующей: —2 В + (+3 В) = +1 В. Теперь известно, что был передан для приема сигнал с напряжением +1 В.
Устройство сетевого интерфейса (NID)
NID (Network Interface Device) — это общий термин, описывающий интерфейс, при помощи которого канал ISDN BRI в Североамериканской реализации подключается к оборудованию клиента. Устройство NID отделяет часть канала ISDN, принадлежащую провайдеру службы, от ISDN-оборудования клиента и внутренней проводки (ISW — Inside Wiring). Это устройство появилось в результате реорганизации телефонных компаний после 1984 года.
Типичное устройство NID — это серый блок, разделенный на две части стоящий дома или в офисе клиента. Обычно пользовательская часть доступна клиенту, а часть провайдера службы закрыта специальным корпусом. Чтобы получить доступ к части провайдера службы, требуется специальный инструмент, которым можно раскрутить болты и потому технический обслуживающий персонал обычно носит его с собой. Если в резиденцию клиента когда-либо приходит технический специалист по сети ISDN, то первое, что он делает — пытается проверить связь устройства NID с центральным офисом (например, АТС). Если проверка проходит успешно, но доступа к сети нет, то скорее всего что-то произошло с клиентским оборудованием или внутренней проводкой.
Опорные точки ISDN
Для сети ISDN определен набор опорных точек, которые описывают различные сетевые функции, связанные с каналами ISDN BRI. Эти опорные точки и единицы оборудования обозначены на рис. 8.5 как U, S, Т, TEI, ТЕ2 и R.
Интерфейс U, или опорная точка U, которая также известна под названием “пользовательский интерфейс”, определяет точку доступа из сети провайдера службы к клиентскому сетевому окончанию первого типа (NT1 — Network Terminator Type 1). Этот интерфейс еще называют интерфейсом канала U. Ему обычно соответствует модульный разъем RJ-45 в окончании NT1. Он используется в США для клиентского доступа, однако в большинстве других стран мира для этого используется интерфейс S/T.
Далее расположены опорные точки S и Т. Эти опорные точки могут упоминаться по отдельности, как в данном случае, либо совместно как интерфейс S/Т. Если интерфейс S/Т является раздельным, то опорная точка Т располагается между устройствами NT1 и NT2, а опорная точка S — на дальнем конце устройства NT2. Устройства NT1 прерывают канал ISDN. Устройства NT2 — это интеллектуальные устройства технологии ISDN, которые принимают многоуровневые решения относительно сети ISDN. К таким устройствам относятся маршрутизаторы и телефонные системы частного пользования (РВХ — Private Branch Exchange, или мини-АТС). Обозначению NT12 соответствуют устройства, которые объединяют в себе функции окончаний NT1 и NT2.
Две пары проводов на другой стороне устройства NT1 называются шиной S/T. К такой шине могут подключаться до восьми устройств, однако работать одновременно могут только два из них. Максимальная допустимая длина шины S/Т составляет около 3000 футов, и на дальнем конце она прерывается для предотвращения эха в канале, линейного шума и искажения сигнала. В шине S/Т для передачи и приема данных используются контакты с номерами 3, 4, 5 и 6. Интерфейс S/Т при примене-
нии терминального оборудования первого типа (ТЕ1) или терминального адаптера (ТА) для передачи использует контакты 3 и 6, а для приема — 4 и 5. Если интерфейс S/Т используется устройством NT, то назначение контактов инвертируется: 3 и 6 — для приема, а 4 и 5 — для передачи.
Следующие два элемента — это скорее виды оборудования, а не фактические опорные точки в сети. ТЕ1 — это устройство, которое может быть подключено непосредственно к сети ISDN и будет корректно функционировать. Распространенными устройствами ТЕ1 являются телефоны ISDN и устройства ISDN для проведения видеоконференций. Терминальное оборудование второго типа (ТЕ2) — это устройства, которые напрямую не совместимы с сетью ISDN. Таким устройствам требуется адаптер ТА для преобразования их сигналов в корректный сигнал сети ISDN. Обычно устройствам, подобным персональному компьютеру, для нормального функционирования в сети ISDN требуется устройство ТА. Линия связи между устройствами ТЕ2 и ТА называется опорной точкой R.
В большинстве видов оборудования, которое продается в США, функциональность устройств NT1 и ТА объединена в одном блоке. По этой причине пользователи не используют шину S/Т, если только не приобретут какое-нибудь автономное устройство NT1. В таком случае автономное устройство подключается при помощи двух пар проводов шины S/Т к конечному устройству, например, к модулю ISDN для проведения видеоконференций. Большинство устройств также содержит интерфейс традиционной телефонной сети (Plain Old Telephone Service — POTS), предназначенный для аналоговой связи по каналу ISDN. Это свойство реализуется при помощи аналого- цифрового преобразователя.
Спецификации ISDN
Сеть ISDN была стандартизирована во множестве различных спецификаций такими группами, как международный союз телекоммуникаций (International Telecommunications Union — ITU), Telcordia (в прошлом — Bellcore) и институт ANSI. Все эти группы совместно с форумом ISDN занимались моделированием структуры ISDN. В группу I включен набор стандартов для узкополосных и широкополосных сетей ISDN. В группу Q включены стандарты, имеющие отношение к коммутации и передаче служебных сигналов. В эту группу также включены такие вопросы, как система SS7 и интеллектуальные сети (IN). С сетями ISDN связаны несколько стандартов. Самые распространенные из них перечислены ниже:
1.430 — описывает физический уровень интерфейса BRI;
1.431 — описывает физический уровень интерфейса PRI;
Q.921 — содержит спецификацию уровня канала данных ISDN;
Q.931 — содержит спецификацию управления вызовами и передачи служебных сигналов.
К спецификациям физического уровня ISDN относятся 1.430 и 1.431. Они определяют электрические, механические и функциональные характеристики каналов. Спецификация 1.430 описывает стандарт фреймов BRI размером 48 битов. Фрейм BRI циклически повторяется 4 000 раз в секунду, что дает общую ширину полосы пропускания в 192 000 бит/с (48 х 4 000). Несмотря на то что для канала BRI доступна скорость передачи 192 Кбит/с, абоненты обычно используют не более 128 Кбит/с от общей пропускной способности. Ес-
ли для передачи данных дополнительно задействован канал D, то скорость достигает 144 Кбит/с, однако возможность использования канала D зависит от провайдера.
Спецификация 1.431 описывает использование либо канала Т1, либо канала Е1 на электрических стандартах канала PRI. Есть спецификации PRI для Японии (INS- 1500), однако в спецификацию ITU они не включены.
Спецификация ITU Q.921
Стек протоколов ISDN состоит из трех уровней: физического, канального и сетевого. Назначение и формат канального уровня описаны в спецификации ITU Q.921. Эту спецификацию также называют процедурой доступа по каналу D (LAPD). Эта часть стека протоколов в основном базируется на высокоуровневом протоколе управления каналом данных (High-level Data Link Control — HDLC).
Цель спецификации Q.921 — обеспечение надежной передачи сигнальных сообщений на третий уровень (Q.931), организация идентификации фреймов и предоставление механизмов управления потоком при передаче и приеме данных. Мы рассмотрели уже все функции. Функции второго уровня, которые используются в сети ISDN, SS7, Frame Relay и других технологиях, в основном одни и те же. Такое единство достигается за счет описания роли функций служб второго уровня в функциональных моделях, как, например, в модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI).
Внимание!
Функции второго уровня не во всех технологиях реализованы одинаково.
Номер битаНомер битаУчитывая то, что спецификации Q.921 имеют отношение к функциям второго уровня, важно отметить, что между узлами сети ISDN передаются фреймы. Обмен данными в соответствии со спецификацией Q.921 происходит только между двумя непосредственно связанными точками и не является сквозным. Перед тем как продолжить описание технологии, рассмотрим структуру фреймов Q.921 и их использование. На рис. 8.6 представлена структура фреймов типов А и В из спецификации ISDN Q.921.
Номер бита
Номер бита
Передается первым
Фрейм типа А8 8888888
Флаг
FCS
FCS
Управление
Управление
Младший байт адреса
Старший байт адреса
Флаг
641
Номер бита Фрейм типа В
888 V 88888
флаг
FCS
FCS
Информация
Управление
Управление
Младший байт адреса
Старший байт адреса
Флаг
641
V = Поле переменной длины
Рис. 8.6. Структура фреймов Q.921
Со спецификацией Q.921 обычно связаны два формата фреймов: тип А и тип В. Основное различие между ними заключается в том, что в типе В используется информационное поле переменной длины. .
Поле флага (Flag) на каждом конце фрейма Q.921 идентифицирует начало и конец фрейма. В обоих полях флагов содержится последовательность 01111110, а закрывающий флаг одного фрейма можно рассматривать как открывающий флаг следующего фрейма. В противном случае в каждом фрейме используются замыкающие байты флагов после первого байта флага в сигнальном потоке.
Адрес указывается в двух байтах: старшем и младшем. Старший байт содержит следующую информацию: бит расширенного адреса (Extended Address — ЕА), бит команды/ответа (Command/Response — CR) и идентификатор точки доступа к службе (Service Access Point Identifier — SAPI). Второй байт содержит бит ЕА и семибитовое поле, содержащее идентификатор конечного терминального пункта (Terminal Endpoint Identifier — TEI). Размещение каждого из этих полей показано на рис. 8.7.
Рис. 8.7. Байты адреса во фрейме Q.921
Биты ЕА идентифицируют окончание байтов адреса. Тот из двух байтов, который идентифицирован единицей, рассматривается как последний байт адреса. В обычных условиях используются оба байта адреса, а биты ЕА, если рассматривать их справа налево, содержат нуль и единицу соответственно.
Бит C/R показывает, является ли фрейм командой или ответом. Значение этого бита определяется направлением и типом сообщения. Если пользовательская сторона соединения ISDN отправляет сообщение, то для команды в бит C/R заносится значение 0, а для ответа — 1. Если сообщение передается со стороны сети, то команде соответствует единица, а ответу — нуль.
Точки доступа к службе (Service Access Point — SAP) — это точки, которые в спецификации Q.921 используются для предоставления служб уровню Q.931. Точки доступа обозначаются при помощи идентификатора SAPI. Иными словами, SAPI — это значение, которое идентифицирует различные типы трафика. В табл. 8.1 перечислены различные значения идентификатора SAPI и соответствующие форматы представления данных.
Таблица 8.1. Значения идентификатора SAPI и соответствующие им типы данных
Значение идентификатора SAPI
Тип данных
0
Управление вызовом
от 1 до 15
Зарезервированы
16
Протокол Х.25
от 17 до 31
Зарезервированы
63
Управление вторым уровнем
Последнее поле в младшем байте адреса — это идентификатор TEI. Он идентифицирует терминальное оборудование для соединения по каналу данных. Его значения варьируются в диапазоне от 0 до 127 и разбиты на две отдельных подкатегории: статические и динамические.
Значение идентификатора TEI в диапазоне от 0 до 63 соответствует статическому назначению, а значение ТЕ1 0 чаще соответствует каналам ISDN PRI.
Значение идентификатора TEI в диапазоне от 64 до 126 соответствует динамическому назначению и обычно используются в каналах ISDN BRI.
Значение идентификатора TEI 127 зарезервировано для передачи широковещательных данных. Например, если некоторое устройство ISDN в канале BRI работает в диалоговом режиме и запрашивает идентификатор TEI из сети, то оно использует в качестве средства передачи запроса значение TEI 127.
Следующие несколько байтов во фрейме называются управляющими и могут в общей сложности состоять из 16 или 24 битов (в зависимости от наличия информационного байта). Управляющие байты совместно с битом C/R идентифицируют тип передаваемого фрейма. Существуют три типа фреймовых групп: нумерованные информационные (I), ненумерованные информационные (U) и управляющие (S). Основное различие между фреймами типа I и типа U заключается в том, что фреймы типа U не гарантируют доставку и не требуют подтверждений. В табл. 8.2 перечислены некоторые из наиболее распространенных типов фреймов и их функции.
Таблица 8.2. Типы фреймов Q.921 в соответствии с управляющими байтами
Тип фрейма
Описание
Информационный
Фреймы I идентифицируют последовательность фреймов с подтвер-
(I — Information)
ведениями. Более подробно этот тип фреймов рассматривается в следующем разделе. Такие фреймы, стандартные фреймы передачи и приема, которые переносят сообщения, подобные Q.931 Setup
Ненумерованный
Фреймы U используются в запросах 0.931 для упрощения процесса
(U — Unnumbered)
управления соединением, когда не требуется получение подтверждения. В частности, фреймы этого типа используются для таких операций, как запросы на инициализацию идентификатора TEI
Управляющие
Фреймы S содержат информацию об управляющем состоянии раз-
(S — Supervisory)
личных уровней (например, RR, RNR и REJ)
Тип фрейма
Описание
Сообщения установки расширенного асинхронного сбалансированного режима (SAMBE — Set Asynchronous Balanced Mode Extended)
Ненумерованное подтверждение (UA— Unnumbered Acknowledgment)
Готовность к приему (RR — Receive Ready)
SABME— это первое сообщение в последовательности, которая отправляется при установлении соединения на втором уровне. Основное назначение этого сообщения — очистка канала и его подготовка к новому соединению. Сообщения SABME должны подтверждаться сообщениями UA
Сообщения UA отправляются в ответ на сообщения SABME, чтобы подтвердить получение запроса на установление соединения. Кроме того, сообщения UA передаются в качестве подтверждения приема сообщения DISC
Сообщение RR указывает на то, что устройство ISDN готово к принятию фреймов. Это сообщение передается только после того, как будет проверена целостность канала. Сообщения RR также могут использоваться совместно с сообщениями N(S) и N(R) для подтверждения получения предыдущих фреймов
Устройство не готово к приему (RNR — Receive Not Ready)
Сообщение RNR указывает на то, что устройство ISDN не готово к приему фреймов, и передача невозможна. Причиной этого может быть сбой в канале, некорректные установки пользователя сети или перегрузка в линии
Отказ (REJ — Reject)
Фрейм REJ отправляется в качестве запроса на повторную передачу фрейма, который был разрушен или не принят
Разъединение (DISC — Disconnect) Разъединенный режим (DM — Disconnected
Mode)
Отказ в приеме фрейма (FRMR — Frame
Reject)
Идентификация обмена (XID — Exchange Identification)
После получения последовательности фреймов может быть отправлено сообщение DISC с целью разъединения канала
Фрейм DM передается тогда, когда невозможно передать последовательность фреймов
Сообщение FRMR указывает на наличие во фреймах ошибок, которые не могут быть исправлены при повторной передаче
Дополнительное сообщение XID позволяет устройству обмениваться информацией во время процесса синхронизации. Расположение этого сообщения внутри фрейма показано на рис. 8.6 (фрейм типа В, поле INFO)
Передается первым
Фрейм типа А 88888888
М = Функция модификации
N(R) = Прием порядкового номера N(S) = Передача порядкового номера 5 = Управляющий
P/F = Бит опроса (если является первым)
или завершающий бит (если является последним) х=Зарезервировано
Рис. 8.8. Управляющие байты Q.921
Внимание!
Обратите особое внимание на рис. 8.8 на состояние первых двух битов. Ниже описано применение этих битов в управляющих байтах Q.921.
Если первый бит содержит нуль, то это фрейм I.
Если первый бит содержит единицу, а второй — нуль, то это фрейм S.
Если первый и второй биты содержат единицы, то это фрейм U.
Процесс согласования канала передачи данных на уровне Q.921 предназначен для перевода канала в состояние передачи последовательности фреймов (Multiple Frame Established — MFE). В таком состоянии устройства готовы к передаче данных верхнего уровня. Процесс согласования состоит из нескольких этапов, которые необходимо рассмотреть для эффективной работы с операциями Q.921.
Синхронизация Q.921
Во время передачи первого сообщения в процессе синхронизации Q.921 пользовательским устройством в сеть отправляется фрейм UI с запросом TEI. При этом используется таймер Т202. Для активизации функции передачи в поле TEI должно быть занесено значение 127. На рис. 8.9 показан процесс инициализации поля TEI при передаче запроса от абонентского оборудования коммутатору ISDN. При приеме фрейма UI оборудование оператора связи отвечает фреймом, в котором указано значение TEI пользовательского устройства. Назначение фрейма UI аналогично назначению фрейма U, описанному в табл. 8.2. После инициализации поля TEI используется именно его значение в процессе дальнейшей коммуникации. До того как поле TEI было инициализировано, устройство находилось в неинициализированном состоянии, если только не использовался канал PRI.
U SARI = 63, TEI = 127
USAPI = 63,TEI= 127►
Ответ на запрос на идентификацию TEIсо значением ТЕ1=64
Отключение таймера Т202
Рис. 8.9. Запрос и подтверждение идентификатора TEI
Внимание!
Динамическая инициализация поля TEI используется только в многосвязной конфигурации (когда одно устройство подключено ко многим), которая встречается в каналах ISDN BRI. Таким образом в конфигурациях вида “точка-точка”, используемых для каналов Т1 и Е1 PRI, применяется статическое значение поля TEI, равное 0.
Более того, поля RN (Reference Number — контрольный номер) в запросах, отправленных одновременно от различных устройств, имеют разные значения, благодаря чему коммутатор ISDN может отслеживать пользовательские запросы. Запросы AI (Action Indicator — индикатор выполняемого действия), которые динамически инициализируют поле TEI, передаются от служб третьего уровня сети.
После инициализации для некоторого устройства поля TEI выполняется встроенная проверка корректности вызываемого значения TEI. Такая проверка позволяет удостовериться в том, что для некоторого устройства поле TEI инициализировано, или определить, не было ли значение TEI ошибочно продублировано для какого-либо устройства. Проверка выполняется при помощи таймера Т201.
После активизации таймера Т201 отправляется запрос на проверку. Если несколько ответов возвращаются с одинаковым значением поля TEI, то проверка выполняется еще раз. Если несколько ответов с одинаковым значением TEI возвращаются во второй раз, это говорит о дублировании значений поля TEI. В таком случае сетевое оборудование может отправить запрос на повторную инициализацию поля TEI. Для этого в запросе на удаленную станцию передается оператор очистки содержимого поля ТЕК Этот же таймер применяется в тех случаях, когда поле TEI больше не используется. Если был передан запрос на проверку, и после двух последовательных периодов не было получено никакого ответа, то значение поля TEI освобождается и переносится в пул доступных значений. Инициатором проверки поля TEI может стать как сетевое, так и пользовательское оборудование.
Сообщение SABME передается от пользователя в сеть. Такое сообщение очищает канал для установления нового соединения, и для него должен быть получен фрейм подтверждения типа UA. На рис. 8.10 показан процесс активизации канала Q.921. Комбинация полей SAPI и TEI аналогична той, которая в среде Frame Relay основана на идентификаторе DLCI. Они предназначены для второго уровня канала ISDN.
SABME SAPI=O, TEI=64
UASAPI=0,TEI=64 ►
Подтверждение UA
Рис. 8.10. Сообщение SABME и подтверждение UA
С этого момента канал данных считается синхронизированным. Теперь две стороны готовы к обмену сообщениями и могут начать передачу последовательности тактовых импульсов. Последовательность тактовых импульсов — это ряд сообщений RRp (Receiver Ready poll — опрос готовности получателя) и RRf (Receiver Ready final — подтверждение готовности получателя). Эти сообщения в основном используются для проверки целостности канала.
В процессе передачи данных поля N(S) и N(R) указывают на номер фрейма, который отправлен, и номер фрейма, который должен быть отправлен следующим (см. рис. 8.11). Иными словами, если в принятом фрейме поле N(S) содержит 5, а поле N(R) — 6, это говорит о том, что принимаемый фрейм имеет номер 5, а следующим должен быть получен фрейм с номером 6.
Увеличение номеров фреймов учитывается в полях V(S) и V(R). Значение V(S) хранится в устройстве передающей станции. При передаче каждого фрейма текущий номер заносится в поле N(S), а затем увеличивается на единицу. Принимающее устройство использует значение поля N(R) для идентификации номера фрейма, который будет принят следующим. Для проверки целостности значения номеров обрабатываются в виде пары N(S)/V(R). Принимающее устройство сравнивает значение V(R) со значением N(S), чтобы удостовериться в том, что был отправлен корректный фрейм. После этого выполняется проверка контрольной суммы CRC, чтобы убедиться, что фрейм корректен сам по себе. После того как обе проверки выполнены, значение V(R) увеличивается на единицу.
I SAPI=O, TEI=64, N(S)=O, N(R)=O
I SAPI=O, TEI=64, N(S)=O, N(R)=1
фреймы "Г, которые используются в качестве ответа
RRSAPI=0,TEI=64,N(R)=1
■<
Оправляется сообщение, которое указывает на то,что принимающая сторона готовак приему фрейма номер 1
Рис. 8.11. Последовательность фреймов Q.921
Таймеры Q.921
В текущем разделе нет исчерпывающего перечня таймеров ISDN. Тем не менее рассмотрены самые распространенные таймеры, необходимые для поиска неисправностей на втором уровне каналов ISDN. Перечень таких таймеров и их стандартные значения представлены в табл. 8.3.
Таблица 8.3. Таймеры Q.921 и их стандартные значения
Название таймераЗначение (с, попыток)
Т200 — таймер передачи1
Т201 — проверка значения TEI (со стороны сети)1
Т202 — инициализация поля TEI (со стороны пользователя) 2
Т203 — обмен фреймами10
N200 — попытка повторной передачи3
N201 — максимальное количество байтов260
N202— максимальное количество передач запросов на про- 3 верку значения поля TEI
Таймер Т200 — это отрезок времени до того момента, когда может быть передан фрейм. Значение этого таймера должно превышать время, необходимое для отправки фрейма и приема подтверждения.
Таймер Т201 используется во время проверки последовательности значений поля TEI. Описание работы этого таймера представлено выше в текущей главе в разделе “Синхронизация Q.921”.
Таймер Т202 работает совместно с таймером Т201, однако не на стороне сети, а на стороне пользователя.
Таймер Т203 задает максимальное время, в течение которого оборудование может находиться в состоянии ожидания при обмене фреймами Q.921. Несмотря на то что стандартно для этого таймера используется значение 10 с, в большинстве устройств, включая оборудование Cisco, при необходимости оно может быть изменено. При передаче на большие расстояния и задержках, для нормальной работы канала значение этого таймера должно быть изменено.
Таймеру N200 соответствует максимальное количество попыток передачи фреймов. Любой фрейм может быть передан повторно столько раз, сколько указано в таймере N200. Если после последней попытки для фрейма не будет получено подтверждение, то такой фрейм отбрасывается.
Таймер N201 задает количество байтов в информационном поле. Стандартное его значение равно 260 байтов. Этот параметр — статический критерий, и если фрейм его не удовлетворяет, то генерируется сообщение об ошибке.
Таймер N202 указывает, сколько раз передается запрос на проверку значения поля TEI. После превышения указанного значения поле TEI устанавливается в неинициализированное состояние.
Внимание!
В ранних версиях технологии ISDN в оборудовании Cisco использовался еще один дополнительный таймер: ISDN Guard (таймер защиты). Он не определен в спецификации Q.921, однако позволяет некоторое количество раз идентифицировать входящие обращения к сети ISDN. Если этот таймер не используется, вызов ISDN может обрабатываться с задержкой.
Операционная система Cisco 1OS позволяет находить неисправности на уровне Q.921 при помощи команды debug isdn q921. Самое главное, что нужно проверять, просматривая исходящие отчеты, — это отправку и прием трафика. Если трафик передается, но не принимается, это явно указывает на присутствие проблем. В таком случае необходимо в первую очередь проверить исправность оборудования на физическом уровне. Если оборудование Cisco работает во встречно-параллельной конфигурации, то необходимо удостовериться, что одна из сторон работает в сетевом режиме.
В примере 8.1 дан образец исходящего отчета, полученного в результате выполнения команды debug isdn q921 для устройства Cisco AS53OO в канале ISDN PRE
Пример 8.1. Результат выполнения команды debug isdn q921
AS5300#debug
isdn q921
4d22h:
ISDN
SeO:23: RX <- RRp sapi = 0 tei = 0 nr = 0
4d22h: ISDN
AS5300#
SeO:23: TX -> RRf sapi = 0 tei = 0 nr = 0
4d22h:
ISDN
SeO:23: RX <- RRp sapi = 0 tei = 0 nr = 0
4d22h: ISDN
AS5300#
SeO:23: TX -> RRf sapi = 0 tei = 0 nr = 0
4d22h:
ISDN
SeO:23: RX <- RRp sapi = 0 tei = 0 nr = 0
4d22h:
ISDN
SeO:23: TX -> RRf sapi = 0 tei = 0 nr = 0
При отладке трафика Q.921 важно знать о том, что он может быть проверен также в системе IOS при помощи команды show isdn status. Эта команда позволяет контролировать физические уровени Q.921 и Q.931.
Спецификация ITU Q.931
Спецификация Q.931, которой соответствует третий уровень технологии ISDN, отвечает за управление вызовами и каналом. К ее функциям относятся установление и прерывание вызова, а также запросы к службам второго уровня. В этом разделе не рассматриваются все возможные элементарные состояния, но зато дано хорошее описание организации управления вызовами в сети ISDN согласно спецификации Q.931.
Согласно этой спецификации, для управления функциями ввода и вывода каналов ISDN используется система сообщений. Для передачи таких сообщений служит канал D, а для передачи служебных сигналов в спецификации Q.931 определена служба сигнализации по общему каналу (CCS). Выше говорилось, что по методу CCS служебные сигналы передаются от начального пункта конечному вне основной полосы пропускания канала, т.е. они не привязаны к основному трафику. Существует также канал- зависимая сигнализация (CAS), которая обычно используется в каналах Т1. При использовании метода CAS, в отличие от метода CCS, служебные сигналы совмещаются с основным трафиком.
Существует мнение, что в сети ISDN не используется метод CCS, так как сигнальный и основной трафики проходят по одному маршруту. Однако не следует забывать, что несмотря на совпадение маршрута, сигнальный и основной трафики используют различные логические каналы. По этой причине в сети ISDN сигнальный трафик физически передается внутри основной полосы пропускания, а логически — вне ее.
Для передачи нескольких сообщений, определенных в спецификации Q.931, необходимо использовать стандартизированный формат. Преимущество спецификации Q.931 заключается в том, что оборудованию не требуется обрабатывать ничего из того, что представлено в стандартизированном формате сообщений. Любая информация, которая оборудованию непонятна, просто игнорируется. Сообщения включают в себя четыре подраздела:
признак протокола;
индикатор длины номера вызова;
тип сообщения;
информационный элемент.
Базовый формат сообщений Q.931 представлен на рис. 8.12 (байты следуют сверху вниз).
Рис. 8.12. Формат сообщений Q.931
Первое поле в сообщении Q.931 — это признак протокола, который выделяет типы пользовательских/сетевых сообщений управления вызовами среди остальных типов сообщений, используемых в сети. Поле признака протокола для пользовательских/сетевых сообщений управления вызовами кодируется как 00010000, где последний значащий бит считывается первым (т.е. последовательность читается справа налево).
Следующий байт содержит индикатор длины номера вызова. Он задает количество байтов, которые могут быть отведены для хранения номера вызова, и содержит часть самого номера вызова. Номера вызовов используются на локальном конце соединения ISDN для ведения учета всех обрабатываемых запросов на установление вызова. Для поддержки доступа к каналу BRI длина номеров вызовов должна равняться как минимум двум байтам, а для доступа к каналу PRI — как минимум трем. На рис. 8.13 показаны байты, которые задействованы в отслеживании вызовов ISDN.
0 0 0 0
Длина вызываемого номера
0/1 Флаг
Значение вызывчемого номера
Значение вызываемого номера Второй байт
Битв 1
Рис. 8.13. Байты номера вызова Q.931
В поле номера вызова есть флажок, при помощи которого сторона, ставшая инициатором соединения, отделяется от принимающей стороны. Если такой бит содержит нуль, это указывает на то, что сообщение отправлено из пункта отправителя, а если бит содержит единицу, это значит, что сообщение отправлено из конечного пункта (т.е. точки назначения) соединения.
В следующей части сообщения указывается фактический тип сообщения. Типы сообщений и их коды перечислены в табл. 8.4. В данном поле биты с 1 по 5 идентифицируют само сообщение, а последние три бита — класс сообщения. Например, если класс сброса вызова кодируется как 010, а сообщения типа Release (освобождение линии) — как 01101, то в это поле будет занесено значение 01001101 (первый бит расположен справа).
Таблица 8.4. Типы сообщений Q.931 и соответствующие им двоичные значения (первый бит расположен справа)
Название класса сообщений
Название сообщения
Двоичное значение
Установление вызова (Call Establishment) Обозначение класса ООО
Предупреждение (Alerting)
00001
Продолжение вызова (Call Proceeding)
00010
Подключение (Connect)
00111
Подтверждение подключения (Connect Acknowledge)
01111
Развитие вызова (Progress)
00011
Название класса сообщений
Название сообщения
Двоичное значение
Установление вызова (Setup)
00101
Подтверждение об установлении вызова (Setup Acknowledge)
01101
Информация о вызове (Call Information)
Обозначение класса 001
Продолжить вызов (Resume)
00110
Подтверждение о продолжении (Resume Acknowledgement)
01110
Отказ в продолжении вызова (Resume Reject)
00010
Приостановка (Suspend)
00101
Подтверждение о приостановке (Suspend Acknowledgement)
01101
Отказать в приостановке вызова (Suspend Reject)
00001
Пользовательская информация (User Information)
00О00
Сброс вызова (Call Clearing) Обознвчение класса 010
Разъединение (Disconnect)
00101
Освобождение канала (Release)
01101
Освобождение канала завершено (Release Complete)
11010
Перезапуск (Restart)
00110
Подтверждение о перезапуске (Restart Acknowledgement)
01110
Прочее (Miscellaneous) Обозначение класса 011
Сегмент (Segment)
00000
Контроль перегрузки (Congestion Control)
11001
Информация (Information)
11011
Уведомление (Notify)
01110
Состояние (Status)
11101
Запрос состояния (Status Enquiry)
10101
Прохождение вызова ISDN
При прохождении вызова вызывающая сторона является отправителем вызова, а вызываемая сторона — получателем. Вызывающая сторона отправляет по сети ISDN вызываемой стороне сообщение Setup (установление соединения). Затем вызывающая сторона получает от локального коммутатора ISDN сообщения Setup Acknowledge (подтверждение об установлении вызова) и Call Proceeding (сообщение о продолжении вызова). Сообщение Setup Acknowledge используется только при поэтапной передаче служебных сигналов, а при совмещенной передаче служебных сигналов сообщение Call Proceeding отправляется без сообщения Setup Acknowledge. Удаленный коммутатор ISDN отправляет удаленному
терминалу ISDN сообщение Setup и принимает в ответ сообщения Call Proceeding и Alerting (предупреждение). Сообщение Alerting передается по сети к коммутатору ISDN отправителя, а тот в свою очередь передает это сообщение вызывающей стороне. Таким же образом в обратном направлении от вызываемой к вызывающей стороне передается оператор Connect (подключение). Он указывает на то, что соединение установлено, и маршрут передачи голоса и данных между отправителем и получателем существует. Эта базовая процедура установления вызова проиллюстрирована на рис. 8.14.
Установление вызоваУстановление вызова
Подтверждение установления вызова
Подтверждение соединения
'Сообщение о подтверждении соединения обычно отправляется из сети обратно к вызываемой стороне, однако может использоваться и такая реализация, при которой это сообщение отправляется в сеть вызывающей стороной
Рис. 8.14. Процедура установления вызова Q.931
На рис. 8.15 схематически представлена процедура разрыва соединения. Она достаточно проста. Предположим, например, что вызывающая сторона прервала соединение первой. В этом случае она отправляет на локальный коммутатор ISDN сообщение Disconnect (разрыв соединения), а коммутатор переходит в состояние Disconnect Request (запрос на разъединение) и начинает освобождать каналы В от передачи вызова. В результате эти каналы возвращаются в пул свободных каналов В.
Локальный коммутатор ISDN передает вызываемой стороне запрос на разрыв соединения, а вызывающей — сообщение Release (освобождение канала). Сообщение Release имеет локальное значение. Это не означает, что вызываемая сторона отсоединена. После получения сообщения Release вызывающая сторона освобождает каналы В и отправляет на локальный коммутатор ISDN сообщение Release Complete (освобождение канала завершено). Теперь коммутатор может назначать указанные каналы В для передачи других вызовов.
Удаленный коммутатор ISDN отправляет оборудованию клиента вызываемой стороны сообщение Disconnect. На удаленном конце выполняется сброс вызова одновременно со сбросом локального вызова, но независимо от него. Клиентское оборудование отсоединяется и отправляет сообщение Release обратно локальному коммутатору ISDN, который в свою очередь отвечает сообщением Release Complete. Теперь вызов сброшен на обеих сторонах, и ресурсы освобождены для использования другими вызовами.
Вызываемая сторона
Вызывающая сторонаВызывающая сторонаРазъединениеРазъединениеОсвобождение каналаОсвобождение каналаОсвобождение каналаОсвобождение каналаСброс вызова выполняется одновременно на обеих сторонах сети. При этом каждая сторона делает это независимо от другой за исключением передачи сообщения об разъединении.Сброс вызова выполняется одновременно на обеих сторонах сети. При этом каждая сторона делает это независимо от другой за исключением передачи сообщения об разъединении.Рис. 8.15. Процедура разрыва соединения Q.931Рис. 8.15. Процедура разрыва соединения Q.931Разъединение
Вызывающая сторона
Вызывающая сторона
Разъединение
Разъединение
Освобождение канала
Освобождение канала
Освобождение канала
Освобождение канала
Сброс вызова выполняется одновременно на обеих сторонах сети. При этом каждая сторона делает это независимо от другой за исключением передачи сообщения об разъединении.
Сброс вызова выполняется одновременно на обеих сторонах сети. При этом каждая сторона делает это независимо от другой за исключением передачи сообщения об разъединении.
Рис. 8.15. Процедура разрыва соединения Q.931
Рис. 8.15. Процедура разрыва соединения Q.931
Информационные элементы
Последнее поле, входящее в формат сообщений Q.931, — информационный элемент (Information Element — IE). Это поле может состоять из множества различных информационных блоков, которые описывают свойства и возможности текущего вызова. Например, одно сообщение Setup содержит более пятнадцати различных информационных элементов, включая номер вызываемой стороны, номер вызывающей стороны, возможности несущей, выбор транзитной сети, дату и время. Информационные элементы бывают однобайтовые и многобайтовые. На рис. 8.16 показан формат полей информационных элементов в сообщениях Q.931.
Однобайтовые информационные элементы используются для таких функций, как запрос дополнительных данных, идентификация завершения приема вызова и определение уровня перегрузки. Все важные информационные элементы, которые необходимо знать для поиска неисправностей, относятся к категории многобайтовых.
Многобайтовые информационные элементы используются во многих полезных функциях для обмена информацией о возможностях несущей канала, передачи номеров вызывающей и вызываемой сторон, передачи дополнительных адресов вызывающей и вызываемой сторон, передачи идентификаторов запрашиваемых каналов и передачи любых кодов ошибок при неудачной попытке соединения. Многобайтовых информационных элементов существует очень много, поэтому в разделах ниже рассмотрены только самые важные с точки зрения поиска неисправностей из них.
Характеристики носителя
Информационный элемент, который содержит характеристики носителя, определяет, какие возможности вызов запрашивает из сети. Такой информационный элемент обязательно должен присутствовать в сообщении Setup, в противном случае вызов будет прерван. Это, возможно, один из самых больших информационных элементов. Его размер колеблется в диапазоне от 4 до 12 байтов. Он содержит информацию о типе службы, о множителе скорости (если необходимо), о пользовательском информационном протоколе первого уровня, а также, если это необходимо, информацию, существенную для протоколов асинхронного управления вызовом (стартовый и по-
следний биты, четность). На рис. 8.17 показаны поля, из которых состоит информационный элемент, содержащий характеристики носителя.
1 указывает на однобайтный информационный лемент1 указывает на однобайтный информационный лемент1Идентификатор информационного элементаДанные информационного элемента1Идентификатор информационного элементаДанные информационного элементаТуре 1Туре 1||ИИдентификатор информационного элемента||ИИдентификатор информационного элементаТип 2Тип 2Бит 8 ее 1Бит 8 ее 1
1 указывает на однобайтный информационный лемент
1 указывает на однобайтный информационный лемент
1
Идентификатор информационного элемента
Данные информационного элемента
1
Идентификатор информационного элемента
Данные информационного элемента
Туре 1
Туре 1
||И
Идентификатор информационного элемента
||И
Идентификатор информационного элемента
Тип 2
Тип 2
Бит 8 ее 1
Бит 8 ее 1
0 указывает многобайтный информационный
элемент
Мяв
; , Длина информационного элемента
Данные информационного элемента
Рис. 8.16. Форматы информационных элементов
0
Идентификатор информационного элемента характеристик несущей 0000100
Длина содержимого характеристик несущей
Ext.
1
Стандарт кодирования
Скорость передачи информации
Ext. 1
Режим передачи
Скорость передачи информации
Ext.
1
Множитель скорости
Ext. 0/1
Идентификатор 1 уровня 01
Пользовательский информационный протокол 1 уровня
Ext. 0/1
Синхронный/ Асинхронный
Согласование
Пользовательская скорость
Ext. 0/1
Промежуточная скорость
Канал Тх
Канал Rx
Управление потоком данных в канале Тх
Управление потоком данных в канале Rx
Дополнительный 0
Ext. 0/1
С заголовком/ без заголовка
Мультифрейм
Режим
Согласование Ш
Отправитель/ копия
Внутриполосное согласование
Дополнительный 0
Ext. 0/1
Количество стоп-битов
Количество битов данных
Четность
Ext.
1
Дуплексный режим
Тип модема
Ext.
1
Идентификатор 2 уровня
10
Пользовательский информационный протокол 3 уровня
Ext. 0
Идентификатор 3 уровня 11
Пользовательский информационный протокол 3 уровня
Ext. 0
Дополнительный 000
Дополнительная информация о протоколе 3 уровня Старшие значащие биты
Ext.
1
Дополнительный ООО
Дополнительная информация о протоколе 3 уровня Старшие значащие биты
87
65
432
Рис. 8.17. Формат информационного элемента характеристик несущей
Этот информационный элемент является весьма важным, поскольку отвечает за транспортирование характеристик текущего вызова к вызываемому устройству и согласование этого устройства с вызывающим устройством. Внутри сообщения информационного элемента наиболее важным является третий байт, так как он определяет характеристики передачи информации. В нем указывается тип трафика для текущего вызова. В табл. 8.5 перечислены характеристики механизма передачи информации и соответствующие им двоичные коды (указаны первые пять битов, которые считаются справа налево).
Таблица 8.5. Двоичные обозначения характеристик передачи информации ;
Возможность передачи информации
Двоичное обозначение
Голоси речь
00000
Неограниченная цифровая информация
00010
Ограниченная цифровая информация
10010
Аудиоданные с частотой 3,1 кГц
00001
Неограниченная цифровая информация с тоновыми сигналами
10001
Видеоданные
00011
В операционной системе Cisco IOS характеристики несущей отображаются в шестнадцатеричном виде (см. пример 8.2).
( Пример 8.2. Значения характеристик несущей Q.931, отображаемые при ] i установлении вызова.,
ТХ -> SETUP pd = 8 callref = 0x04
Bearer Capability i = 0x8890
Channel ID i = 0x83
Called Party Number i = 0x80, '9195551212'
RX <- CALL_PROC pd = 8 callref = 0x84
Channel ID i = 0x89
RX <- CONNECT pd = 8 callref = 0x84
TX -> CONNECT ACK pd = 8 callref = 0x04....
В приведенном примере видно, что характеристике носителя соответствует значение 0x8890, что эквивалентно передаче данных со скоростью 64 Кбит/с (неограниченный поток цифровой информации). Характеристики несущей и их описание представлены в табл. 8.6.
. Таблица 8.6. Коды характеристик передачи информации, используемые . в системе IOS
Характеристика Характеристика передачи
Пользовательский информационный
несущей
информации
протокол первого уровня
0х8090А2
Речь и голос
Протокол G.711, ц-метод
0х8090АЗ
Речь и голос
Протокол G.711, А-метод
0х9090А2
Аудиоданные с частотой 3,1 кГц
Протокол G.711, ц-метод
Характеристика Характеристика передачи
Пользовательский информационный протокол первого уровня
несущей
информации
0х9090АЗ
Аудиоданные с частотой 3,1 кГц
Протокол G.711, А-метод
0х8890А2
Неограниченная цифровая информация
Протокол G.711, ц-метод
0х8890АЗ
Неограниченная цифровая информация
Протокол G.711, А-метод
0x8890
Неограниченная цифровая информация
Передача данных со скоростью 64 Кбит/с
Скорость передачи данных, указанная в следующем байте, определяет количество каналов В, используемых при вызове. Это значение существенно при использовании множителя скорости. Однако, если для передачи вызова выделяется только один канал В, умножитель скорости не используется. Поле протокола первого уровня в пятом байте определяет алгоритм уплотнения голоса. Это поле полезно при поиске неисправностей, особенно в тех случаях, когда различные устройства предположительно используют различные методы уплотнения (А или ц).
Идентификатор канала
Следующий информационный элемент, который отображен в сведениях, предоставляемых в отладочном режиме операционной системой Cisco IOS, — это идентификатор канала. Этот идентификатор также отображается в шестнадцатеричном формате, как и все элементы, выводимые в режиме отладки Q.931 (см. пример 8.3).
; Пример 8.3. Значения идентификатора канала Q.931, отображаемые при ■ установлении вызова
ТХ -> SETUP pd = 8 callref = 0x04
Bearer Capability i = 0x8890
Channel ID i = 0x83
Called Party Number i = 0x80, '9195551212'
RX <- CALL_PROC pd = 8 callref = 0x84
Channel ID i = 0x89
RX <- CONNECT pd = 8 callref = 0x84
TX -> CONNECT_ACK pd = 8 callref = 0x04....
Внимание!
Стандартно в системе Cisco IOS установлен нисходящий порядок выбора каналов В.
На рис. 8.18 представлен формат информационного элемента идентификатора канала.
Этот информационный элемент предназначен для идентификации канала, который обслуживает канал-носитель, управляемый служебными сигналами. Если в месте назначения вызова какой-либо канал недоступен, при установлении вызова можно указывать несколько каналов.
Двоичное представление информационного элемента идентификатора канала
Рис. 8.18. Формат информационного элемента идентификатора канала
Формат сообщения состоит из нескольких частей, подробно описанных ниже, которые позволяют осуществить выбор канала.
Байт 1 содержит двоичное представление информационного элемента идентификатора канала (00011000). Младший значащий бит читается первым.
Байт 2 указывает фактическую длину идентификатора канала.
Байт 3. Последние четыре байта обычно рассматривают относительно третьего байта.
При выборе информационного канала указывается, какой канал В предположительно должен использоваться в линии ISDN BRI:
00 — канал не выбран;
10 — канал В номер 1;
01 — канал В номер 2;
11 — любой канал.
Идентификатор канала D определяет, действительно ли является запрашиваемый канал каналом D. Если это так, то в данное поле заносится единица.
Поле Р/Е указывает, является ли канал предпочтительным (preferred) или привилегированным (exclusive). Если статус канала привилегированный, то другие каналы использоваться не могут.
Запасное поле не используется и всегда содержит нуль.
Тип интерфейса определяет, какой канал используется: BRI или PRI. Каналу BRI соответствует нуль, а каналу PRI — единица.
Идентификатор интерфейса связан с линиями ISDN, в которых применяется передача служебных сигналов без привязки к оборудованию (NFAS — NonFacility Associated Signaling).
Тип канала определяет, относится ли канал к типу В или к типу Н (используется в сетях B-ISDN).
Бит “номер/привязка” определяет, что содержит следующий байт: номер канала (BRI) или привязку канала (PRI).
Последний байт определяет канал В, связанный с линией PRI. Указанное значение идентично временному интервалу канала.
Информационные элементы вызываемой и вызывающей сторон
Информационные элементы вызываемой и вызывающей сторон определяют номера отправителя и получателя вызова. Такие номера могут быть указаны в виде различных кодовых структур, однако обычно они представлены в виде номеров формата ITU Е.164, которые еще называют телефонными. Формат информационных элементов вызываемой и вызывающей сторон представлен на рис. 8.19.
Номер вызываемой стороны
0
1110000
Длина номера вызываемой стороны
ниИВ
iii|ll|lillM
Идентификатоо схемы присвоения номеров
■И
Номер вызываемой стороны
0
1101100
Длина номера вызываемой стороны
■Мм
мМ1!И111|1вм1|1^^
0.1
Инд^аторДопэ-ни-гьны'Индикатор
представленийДО/лыоацги
|||||||||||||||||||||||||^^ |||||||i|ii|i|||||jll^^
Рис. 8.19. Формат информационных элементов вызываемой и вызывающей сторон
Информационный элемент вызываемой стороны содержит несколько важных полей. Поле типа номера определяет, какой вид номера используется вызываемой стороной (первый — младший значащий бит), и может принимать следующие значения:
неизвестный — ООО;
международный — 100;
национальный — 010;
номер специфический для некоторой сети — 110;
номер абонента — 001;
сокращенный номер — ОН;
зарезервирован — 111.
Совместно с полем схемы присвоения номеров могут использоваться только неизвестные, международные, национальные и абонентские номера. Это поле определяет, какая схема используется для получения номера ISDN (самым первым является младший значащий бит), и может принимать следующие значения:
неизвестная схема — 0000;
схема ISDN Е.164 — 1000;
схема для данных Х.121 — 1100;
схема для телексов F.69 — 0010;
национальная схема присвоения номеров — 0001;
частная схема присвоения номеров — 1001;
зарезервированное значение — 1111.
Чаще всего используется схема присвоения номеров Е.164. Фактический набранный номер указан в поле набранных цифр.
В информационном элементе вызывающей стороны многие поля выглядят точно так же, как и для вызываемой стороны, но в нем добавлены индикатор фильтрации и индикатор представления. Фильтрация позволяет устройствам ISDN определять, разрешено ли пользователю устанавливать соединение или нет. Другими словами, если вызываемая сторона использует приложение фильтрации, она может отбрасывать вызовы от специфических номеров ISDN.
При неудачном установлении вызова в сети ISDN формируется код причины. Такой код определяет, почему вызов не был завершен. В операционной системе Cisco IOS коды причин отображаются в шестнадцатеричном виде вместе с коротким описанием.
Сети SS7 и ISDN
ISDN — это технология абонентского канала, поэтому для передачи вызовов по всей сети провайдера служб ей необходим интерфейс с другими методами передачи служебных сигналов. Вызов передается через сеть в формате ISDN, затем преобразуется в формат SS7, передается по сети провайдера службы, а затем опять преобразуется в формат ISDN. Таким образом внутри сети используется протокол преобразования на входных и выходных коммутаторах ISDN. На рис. 8.20 схематически показана обобщенная схема прохождения вызова с точки зрения сети провайдера службы. Информационные элементы, связанные с сетью ISDN, не соответствуют полностью информационным элементам, связанным с сетью SS7, поэтому определенно существует возможность организации межсетевого обмена (особенно если учесть разнообразие вариантов реализации сети SS7).
Вызываемая сторонаВызываемая сторонаВызывающая сторонаВызывающая сторонаРазвитие вызоваРазвитие вызоваIAMIAMУстановление вызоваУстановление вызоваПодтверждение соединенияПодтверждение соединенияРазвитие вызоваРазвитие вызоваРазвитие вызоваРазвитие вызоваСоединениеСоединениеANMANMСоединениеСоединение
Вызываемая сторона
Вызываемая сторона
Вызывающая сторона
Вызывающая сторона
Развитие вызова
Развитие вызова
IAM
IAM
Установление вызова
Установление вызова
Подтверждение соединения
Подтверждение соединения
Развитие вызова
Развитие вызова
Развитие вызова
Развитие вызова
Соединение
Соединение
ANM
ANM
Соединение
Соединение
Подтверждение соединения
Сообщение подтверждения установления соединения обычно отправляется из сети обратно к вызываемой стороне, однако может использоваться и такая реализация, при которой это сообщение отправляется в сеть вызывающей стороной
Рис. 8.20. Схема прохождения вызова из сети ISDN в сеть SS7
Служба BRI
Что хорошо в установке каналов ISDN BRI, так это то, что в отношении их никто не собирался “изобретать велосипед” (по крайней мере в том, что касается кабелей). Аналоговые каналы, известные также как линии POTS (т.е. традиционной телефонии), реализуются на медном проводе с сечением 24—26. Служба ISDN BRI может быть установлена на том же медном проводе.
Аппаратное обеспечение
При установке в помещении пользователя каналов BRI обычно используют контакты 4 и 5 разъема RJ-45. Полярность этих двух центральных контактов значения не имеет — достаточно, чтобы они просто были нормально установлены в разъеме. Для установки службы BRI даже не требуются интерфейсы RJ-45, однако большинство провайдеров служб предпочитают использовать именно эти разъемы, чтобы отделить их от стандартной аналоговой службы.
Если подключить терминальный адаптер ISDN к аналоговой линии, то вполне вероятно, что при приеме аналогового вызова с —48 В постоянного напряжения оборудование будет замкнуто накоротко. Поэтому, если при установке канала используется другой разъем, вероятность замыкания увеличивается. Большинство терминальных
адаптеров ISDN должны использовать внешний источник питания, потому что в каналах BRI нет никакого линейного напряжения (или по крайней мере его недостаточно для работы оборудования).
Необходимость использовать внешний блок питания означает, что при потере электропитания в помещении пользователя сеть ISDN также будет недоступна до тех пор, пока не будет задействован достаточно мощный резервный источник электропитания. Поэтому большинство провайдеров служб рекомендуют не использовать только канал ISDN. Этому есть два объяснения, которые приведены ниже.
Если полностью заменить аналоговый канал каналом ISDN, то при отсутствии электропитания будет потерян доступ ко всем телефонным службам (в том числе и возможность вызова аварийных служб).
В большинстве регионов каналы ISDN не обслуживаются по тем же тарифам, что и аналоговые каналы. В случае аналоговой службы провайдер должен устранить неисправность за короткий промежуток времени, а на устранение неисправностей в ISDN как в распределенной сети может понадобиться неделя. В результате на всем протяжении ремонта пользователь остается без телефонной службы.
Время восстановления службы является проблемой только в Соединенных Штатах, так как большинство европейских стран опередили США в вопросе развертывания сети ISDN. В них аналоговые каналы и каналы ISDN обычно рассматриваются совместно.
Принцип работы канала BRI
Каналы ISDN BRI всегда активны и используют для поддержки состояния канала один из видов тактовых импульсов. В стандартной реализации BRI при подключении аналогового телефона в разъем ISDN можно услышать прерывистый щелчок. Такой щелчок является признаком того, что сигнал ISDN присутствует в линии. Если слышен щелчок, это говорит о том, что служба активна. Однако это не означает, что со службой не может быть каких-либо проблем, а только указывает на то, что она есть.
К основным преимуществам службы BRI относятся: более широкая полоса пропускания по сравнению с аналоговой службой (128 Кбит/с по сравнению с 56 Кбит/с), возможность одновременного использования нескольких устройств, а также значительное сокращение времени набора номера. Увеличение ширины полосы пропускания происходит за счет полосы пропускания каналов В. Даже в том случае, если канал BRI использует только одну линию DS0 со скоростью передачи 64 Кбит/с, ширина этой полосы пропускания все равно будет превышать ширину полосы пропускания аналоговой службы (54 Кбит/с).
Тем не менее в некоторых регионах доступны только каналы DS0 со скоростью передачи 56 Кбит/с, что связано с ограниченными возможностями оборудования провайдера службы. Такие каналы используются все реже и реже, потому что инфраструктуры большинства провайдеров служб сейчас переходят на использование полосы пропускания 64 Кбит/с на всей протяженности канала. Кроме того, многие провайдеры служб не могут предоставить услуги по согласованию канала для повышения скорости при аналоговых соединениях, так как такие соединения никогда не предназначались для передачи данных. К услугам службы согласования относятся удаление мостовых соединений и распределение нагрузки в линии (где это возможно) для ускорения работы аналоговой службы.
Типичной скоростью передачи данных для канала BRI являются 160 Кбит/с (с учетом непроизводительных затрат скорость может быть повышена до 192 Кбит/с). Ее составляющими являются два канала В со скоростью передачи 64 Кбит/с, канал D со скоростью передачи 16 Кбит/с и непроизводительные затраты величиной около 16 Кбит/с (см. рис. 8.21). Для увеличения ширины полосы пропускания канал BRI объединяет в себе два канала В при помощи процесса, известного под названием “связывания каналов”. Вызов передается по первому каналу В, следующий — по второму каналу В. При соединении двух каналов В они формируют полную полосу пропускания канала BRI.
Непроизводительные затраты 16 Кбит/с
Канал D с шириной полосы пропускания 16 Кбит/с
Канал В с шириной полосы пропускания 64 Кбит/с
у-"'. Канал В с шириной полосы пропускания 64 Кбит/с. ; у /
Рис. 8.21. Составляющие канала BRI
Характеристики и особенности каналов BRI
Каналы ISDN BRI могут поддерживать до восьми устройств, подключенных к шине S/Т, однако при этом накладывается ограничение на количество используемых каналов В. Большинство провайдеров служб об этом не говорят, однако если для службы ISDN отведены два канала В, в каждый отдельный момент времени можно использовать только два устройства. После того как будут задействованы оба канала В, нельзя добавлять никакие дополнительные службы без отключения одного какого- либо устройства. Поэтому, если терминальный адаптер ISDN использует для передачи данных оба канала В, и пользователь хочет передать или принять голосовой вызов, один из каналов В придется отключить.
В большинстве современных терминальных адаптеров ISDN реализована функция под названием “протокол управления распределением полосы пропускания” (ВАСР — Bandwidth Allocation Control Protocol). Этот протокол позволяет устройствам динамически отключать один из каналов В для приема входящих голосовых вызовов или факсов, а затем опять выделять такой канал для передачи данных. Сама функция реализована при помощи протокола распределения полосы пропускания (ВАР), который работает совместно с протоколом ВАСР. Подобная организация работы называется выделением полосы пропускания по требованию (BOD — Bandwidth On Demand). Можно предположить, что при ограничении разрешенного количества подключений к сети ISDN в течение месяца такие подключения будут выполняться только при крайней необходимости.
Чтобы сэкономить деньги, необходимо использовать канал ISDN разумно. Методика BOD позволяет настроить оборудование для набора номера только в одном канале В, а второй канал В подключается лишь при необходимости. Эта функция обычно реализуется при помощи набора пороговых величин, например, передача не более 50 Кбит/с в течение 10 с. При использовании метода BOD необходимо убедиться, что
значения прибавляемой и отнимаемой пороговой величины не слишком близки друг к другу. В противном случае вторичный канал будет постоянно подключаться и отключаться, что сделает использование метода BOD бессмысленным.
Повышение скорости набора номера обусловлено несколькими причинами. В каналах BRI не используется тоновый сигнал, генерируемый АТС центрального офиса. В аналоговых линиях тоновый сигнал уведомляет о возможности передачи вызова. Канал BRI всегда активен, и потому потребность в тоновом сигнале отпадает. Если терминальный адаптер ISDN имеет на задней панели порты POTS для подключения аналоговых телефонов, то при поднятии телефонной трубки можно услышать тоновый сигнал. Он генерируется оборудованием.
При передаче вызова ISDN в телефонной трубке не раздаются сигналы взаимодействия (неприятные скрипучие шумы, характерные для аналогового набора номеров), так как ISDN — это синхронная цифровая сеть. Благодаря этому соединение устанавливается гораздо быстрее (обычно в течение трех-пяти секунд).
В международном использовании служба BRI реализована при помощи интерфейса S/Т. Интерфейс U расположен на стороне провайдера служб, и клиенту не нужно приобретать для подключения к каналу устройства NT1. По этой причине в большинстве европейских стран разрешается подключение оборудования ТЕ1 непосредственно в разъем ISDN. В таком случае выполняется подключение непосредственно к шине S/T.
В Японии компания Nippon Telephone and Telegraph (NTT) предоставляет два основных типа службы BRI: INS Net 64 и INS Net 64 Lite. Различие между ними в том, что для работы со службой INS Net 64 требуется ежемесячная абонентская плата. Поэтому большинство пользователей предпочитают службу INS Net 64 Lite. В таких каналах устанавливается модуль обработки данных DSU/TA, который выполняет те же функции, что и описанные выше устройства NT1/TA. Нельзя ожидать, что терминальный адаптер ISDN, приобретенный в США, будет работать в какой-либо другой стране. Например, если терминальный адаптер не утвержден японским институтом JATE (Japanese Approvals Institute for Telecommunications Equipment — Японский институт стандартизации телекоммуникационного оборудования), то скорее всего в Японии он работать не будет. Подобным же образом оборудование, предназначенное для работы в США, должно иметь соответствующую сертификацию лаборатории Underwriters Laboratory (лаборатория по технике безопасности — UL) и Федеральной комиссии связи (Federal Communication Commission — FCC), раздел 65/68. Сертификация этих организаций не обязательно означает, что оборудование будет работать в других регионах, однако лучше все-таки удостовериться в том, что аппаратное обеспечение утверждено для использования в данном месте. На практике более вероятно, что проблемы возникнут с устройствами, которые не поддерживают протоколов коммутации ISDN, а не с сертификацией аппаратного обеспечения.
Кодирование сигнала в каналах ISDN BRI
Служба ISDN BRI является цифровой и подобно любому другому цифровому средству требует использования определенной схемы кодирования сигнала в линии. В каналах BRI применяют не поступательное линейное кодирование, как, например, AMI или B8ZS, а блочное. Это обусловлено тем, что в схемах кодирования сигнала для поиска значений, соответствующих двоичным битовым комбинациям, используются наборы таблиц соответствия. В Северной Америке, применяют особый тип кодирования сигнала в линии, основанный на методе 2B1Q (2 Binary 1 Quaternary — 2 бинарных значения, 1 четверичный код).
Метод кодирования сигнала 2B1Q
В методе 2B1Q используются четыре отдельные значения напряжения, а в процессе передачи каждого импульса передаются две двоичных цифры. Такая схема отличает этот метод от большинства других стандартов кодирования, например, B8ZS и HDB3, в которых при передаче одного импульса передается только одна двоичная цифра. Как показано в табл. 8.7, каждому значению напряжения соответствует некоторое фиксированное значение.
1ев|яе||е|еяяе
Таблица 8.7. Двоичные значения, соответствующие уровням напряжения ! при использовании метода кодирования 2B1Q
Двоичное представлениеНапряжение(В)
То:+3
1 1+1
01-1
0 0-3
Кодирование двоичных цифр по методу 2B1Q немного отличается от кодирования, которое применяется в других изученных ранее схемах. В схеме 2B1Q не используется нулевое напряжение, а также нет привязки к каким-либо спецификациям нарушений биполярности (BPV).
8-битовое слово: 10110101
+3v
+1v
ОО-1v-1v812345678
О
О
-1v
-1v
-3v
Рис. 8.22. Кодирование сигнала 2B1Q
Метод кодирования сигнала 4ВЗТ
В международных линиях BRI, которые обычно называют ISDN-2, или ISDN Basic Access (IBA — служба ISDN базового доступа), используется другой тип кодирования сигнала в линии — 4ВЗТ (4 Binary 3 Ternary — 4 бинарных значения, 1 третичный код). Эта схема кодирования несколько сложнее большинства других схем. Она также
известна под названием MMS43 (Modified Monitoring State Block Code 43 — модифицированный блочный метод кодирования 43). Базовым исходным условием этого метода является использование четырех двоичных цифр, которые при помощи таблиц соответствия преобразуются в определенное состояние напряжения, состоящее из набора трех значений: отрицательного, нулевого и положительного. Такой метод снижает скорость передачи данных в канале BRI приблизительно на 25%. Перечень двоичных преобразований представлен в табл. 8.8.
Таблица 8.8. Подстановки, которые используются в методе кодирования , сигнала 4ВЗТ
Двоичные цифры
Бит Напряжение
(В)
Бит
Напряжение
(В)
Бит
Напряжение Бит Напряжение
(В)(В)
0001
1
0-+
2
0—ь
3
0—ь
4
0-+
0111
1
-0+
2
—0+
3
-0+
4
-0+
0100
1
-+0
2
—+0
3
—+0
4
—+0
0010
1
+-0
2
+-0
3
+-0
4
+-0
1001
1
+0-
2
+0-
3
+0-
4
+0-
1110
1
0+-
2
0+-
3
0+-
4
0+-
1011
2
+-+
3
+-+
4
+-+
1
—
0011
2
00+
3
00+
4
00+
2
—0
1101
2
0+0
3
0+0
4
0+0
2
-0-
1000
2
+00
3
+00
4
+00
2
0—
0110
2
“++
3
—++
2
—н
3
—+
1010
2
++-
3
++—
2
н
3
н
1111
3
++0
1
00-
2
00-
3
00-
0000
3
+0+.
1
0-0
2
0-0
3
0-0
0101
4
0++
1
-00
2
-00
3
-00
1100
4
+++
1
2
-4—
3
Двоичное представление метода кодирования 4ВЗТ показано на рис. 8.23.
Анализ службы BRI
При настройке устройства ISDN для работы со службой BRI необходимо иметь определенную информацию для организации связи с сетью провайдера службы. Во- первых, нужно знать, к какому типу коммутатора выполняется подключение. Знать это необходимо, поскольку не все производители реализуют подключение к сети ISDN одинаково. Поэтому, если оборудование настроено для соединения с устройством Lucent 5ESS, а на самом деле соединяется с устройством Nortel DMS-100, то доступ к сети ISDN будет невозможен. Все поддерживаемые типы коммутаторов указаны в документации устройств корпорации Cisco.
В начале 90-х годов прошлого века производители коммутаторов в США начали отклоняться от требований совместимости, поэтому для решения данной проблемы был разработан набор стандартов. В отличие от общепринятого мнения, NI-1 — это
не фактический коммутатор, а набор программ, позволяющих устройствам различных производителей обмениваться данными друг с другом по сети ISDN. Национальные стандарты ISDN были разработаны в виде трехэтапного процесса: NI-1, NI-2 и NI-З,— который должен быть пройден приблизительно за 10 лет. Перечисленные стандарты позволяют клиентскому оборудованию ISDN взаимодействовать с большим количеством устройств различных производителей. Так, устройства корпорации Lucent не умеют напрямую взаимодействовать с коммутаторами Nortel ни по одному из аспектов технологии ISDN. Поэтому коммутаторы Lucent должны быть просто запрограммированы в соответствии с национальными стандартами ISDN. Следует отметить, что при применении частной конфигурации ISDN можно использовать любой коммутатор.
8-битовое слово: 01110100
Рис. 8.23. Линейное кодирование 4ВЗТ
В каналах Е1 лучше всего использовать первичные коммутаторы NI, если они согласованы на обеих сторонах соединения. При конфигурации устройств в лабораторных условиях также нужно определить одну из двух сторон как сетевую. Устройства Cisco ISDN стандартно являются пользовательскими, а два пользовательских устройства в одном и том же канале работать.
Идентификатор профиля службы (SPID) и телефонные номера
Вероятно, самой важной информацией для абонента BRI в США является идентификатор профиля службы (SPID — Service Profile Identifier). Этот идентификатор определяет канал BRI для коммутатора вместе с идентификатором канала, а также службы, связанные с каналом. Для каждого канала В существует связанный с ним идентификатор SPID, а для каждого идентификатора SPID существует связанный с ним телефонный номер. Формат
идентификатора SPID очень похож на формат обычного телефонного номера с добавлением расширения. Чаще всего используется формат из 14 цифр:
идентификатор SPID 91955512120101;
телефонный номер 9195551212.
Последним четырем цифрам идентификатора SPID (0101) соответствует идентификатор распределенного терминала и терминальный идентификатор согласно Национальному Совету по сетям ISDN. Когда к другому устройству сети ISDN запрашивающее оборудование передает вызов, он передается не напрямую по идентификатору SPID, а по телефонному номеру, связанному с каналом. Идентификаторы SPID имеют значение только при локальной коммутации.
Если пользователь работает со службой BRI недавно, он может даже не подозревать о существовании идентификаторов SPID. К тому времени, как в США будет полностью реализован стандарт NI-3, идентификаторы SPID должны извлекаться и настраиваться устройствами автоматически. Во многих видах оборудования эта функция уже встроена, и то, будет ли она использоваться или нет, зависит от функциональности коммутатора, к которому выполняется подключение.
Если используется подходящий тип коммутатора ISDN и корректные идентификаторы SPID, терминальный адаптер сети ISDN должен перейти по отношению к коммутатору в состояние, которое иногда называют синхронизированным. Если устройство ISDN синхронизировано с коммутатором, то можно передавать и принимать вызовы ISDN.
Инициализация канала BRI
Каждый канал BRI инициализируется в среде коммутатора. Такая инициализация выполняется при помощи набора возможностей службы. Такие наборы также называют управляющими кодами ISDN (ЮС — ISDN Ordering Codes). Они представляют собой различные комбинации ширины полосы пропускания и службы. С их помощью можно изменить не только физические характеристики канала (1B+D, 2B+D или просто D), но и типы служб. Это означает, что канал может быть инициализирован либо только для передачи голоса, либо для передачи данных, либо для передачи и голоса, и данных. Наборы характеристик службы изменяются настолько часто, что к тому времени, когда вы будете читать эту книгу, любое их обсуждение будет уже неактуальным.
Несмотря на то что теоретически каналы BRI поддерживают скорость передачи 128 Кбит/с, удостоверьтесь, что набор характеристик поддерживает использование двух каналов В. Службы, которые предлагают конфигурации только с одним каналом D, обычно используются в таких сферах, как проверка кредитных карточек или автоматизация газовых насосов. В таких случаях канал D отвечает за управление передачей данных.
Все службы, которые в общем случае связаны с аналоговыми каналами (голосовая почта, переадресация вызовов, определение расширенных параметров номера вызывающего абонента и групповые вызовы), могут быть запрограммированы для использования в сети ISDN. К сожалению, именно здесь кроется основной источник проблем, связанных с технологией ISDN. И дело не просто в оборудовании различных производителей или программных особенностях, а в комбинации этих двух аспектов.
Оборудование различных производителей взаимодействует со службами, предоставляемыми провайдерами, множеством способов. Более того, не все провайдеры служб используют одни и те же службы одинаково. Все это является причи-
ной головной боли как у клиентов, так и у тех, кто занимается программированием коммутаторов. Если кто-то говорит о том, что сеть ISDN сложна и что “она все еще не работает”, то это, скорее всего, связано с проблемами использования дополнительных служб. Из-за того что со службой ISDN BRI возникали сложности при подключении к сети Internet, она была постепенно заменена такими более скоростными и удобными в использовании технологиями, как цифровые абонентские линии (DSL — Digital Subscriber Line) и кабельные модемы. Судя по количеству вопросов, возникающих при программировании различных служб на устройстве, инициализация коммутаторов ISDN является классической проблемой. Не все службы поддерживаются всеми видами оборудования, и устройства различных производителей при одной и той же инициализации канала могут реагировать по-разному. Проблемы также возникали в тех случаях, когда коммутаторы различных провайдеров служб обменивались данными с терминальными адаптерами разных производителей.
Сторонние коммутаторы (FX)
Для проведения каналов BRI к месту расположения клиентов коммутаторы провайдеров служб должны уметь выполнять согласование с оборудованием ISDN. Такая необходимость обычно подразумевает использование довольно крупных (магистральных) коммутаторов наподобие Lucent 5ESS или Nortel DMS-100, с достаточной плотностью портов, а также наличие ряда линейных плат как в центральном офисе, так и в устройствах IDLC. При установке на стороне IDLC служба BRI обычно использует три полных линии DS0, поэтому доступная полоса пропускания также является немаловажным фактором. В тех регионах, где подобные требования не могут быть выполнены, при установке канала может понадобиться сторонний коммутатор (EX — Foreign Exchange). На самом базовом уровне канал с таким коммутатором изменяет маршрут прохождения вызова абонентского канала через коммутатор, расположенный в центральном офисе, который не предоставляет локальную службу ISDN. На рис. 8.24 показана базовая структура канала ISDN, для которого в удаленном офисе установлен сторонний коммутатор.
На рис. 8.24 служба ISDN FX реализована при помощи коммутатора, который не обязательно обеспечивает локальную коммутацию. В некоторых регионах требуемые средства отсутствуют, и потому вместо обновления всего коммутатора ради двух клиентов ISDN провайдер службы может перенаправить канал на другой коммутатор или в сеть IDLC, где требуемая служба уже предоставляется.
Каналы FX обычно обслуживаются группой специальных независимых служб. Это означает, что для того чтобы проверить или восстановить канал FX, скорее всего потребуется проверить непосредственно работу этих служб.
Когда сторонние коммутаторы использовать невозможно из-за особенностей размещения клиента или большого расстояния до центральной станции АТС, получить доступ к сети ISDN скорее всего не удастся.
Постоянная активная сеть ISDN (AO-DI)
Служба AO-DI (Always On Dynamic — постоянная активная служба) является относительно новым дополнением к среде ISDN. Она позволяет поддерживать постоянное подключение к сети Internet при помощи канала D. Вспомним, что в службе BRI ка-
нал D работает со скоростью 16 Кбит/с и используется для управления вызовами и передачи служебных сигналов управления каналами. Служба АО-DI использует примерно 9,6 Кбит/с из 16 Кбит/с для обратного подключения к коммутатору ISDN провайдера службы. Такой канал можно применять для получения электронной почты и в других потоковых настольных приложениях.
Сторонний коммутатор, предоставляющий службу ISDN
Одним из основных преимуществ службы АО-DI является тот факт, что отпадает необходимость в подключении к провайдеру службы и использовании драгоценных минут оплачиваемого времени работы с каналом В. Теперь пользователь не только не должен беспокоиться о том, что линия занята, но и вообще не должен ожидать подключения (подключение ISDN занимает всего пару секунд). Теперь использовать активное состояние канала В можно только прикрайней необходимости.
Настройка службы ISDN BRI
Первое, с чем сталкивается пользователь при настройке технологии ISDN, — это настройка службы ISDN BRI. Перед настройкой терминального адаптера ISDN убедитесь, что выбран правильный тип коммутатора ISDN, а также в корректности идентификаторов SPID и телефонных номеров, имеющих отношение к каналу. Настройка базовой службы BRI будет выполнена при помощи маршрутизатора Cisco. Схема сети, которая будет конфигурироваться в рассматриваемом ниже примере, показана на рис. 8.25.
Первое, что нужно сделать, — это указать для маршрутизатора, расположенного в городе Роли, тип используемого коммутатора ISDN. Соответствующая команда должна использоваться в режиме глобальной конфигурации, однако для маршрутизатора можно определить более одного типа коммутатора. Для этого необходимо изменить тип коммутатора для текущего интерфейса. Поддерживаемые типы коммутаторов сгруппированы как первичные и базовые. Их названия указывают на то, будет ли использоваться служба BRI или служба PRI (см. пример 8.4).
АтлантаАтлантаТип коммутатора ISDN: NI1 SPID #1:91955512120101
Атланта
Атланта
SPID #2:91955512130101
Телефонный номер #1:5551212
Маршрутизатор ISDNМаршрутизатор ISDNМаршрутизатор ISDNМаршрутизатор ISDNТелефонный номер #2:5551213
Маршрутизатор ISDN
Маршрутизатор ISDN
Маршрутизатор ISDN
Маршрутизатор ISDN
Тип коммутатора ISDN: NI1
SPID #1:40455512120101
SPID #2:40455512130101
Телефонный номер #1:5551212
Телефонный номер #2:5551213
Рис. 8.25. Пример настройки службы BRI
' Пример 8.4. Указание типа коммутатора ISDN в режиме глобальной конфигурации
Raleigh#conf t
Raleigh(config)#isdn switch-type basic-ni
Если необходимо изменить тип коммутатор для интерфейса BRI, можно использовать такую же команду для другого типа коммутаторов (см. пример 8.5).
Пример 8.5. Указание типа коммутатора ISDN в режиме конфигурации интерфейса
Raleigh#int bri О
Raleigh(config-if)#isdn switch-type basic-5ess
Теперь необходимо сконфигурировать все идентификаторы SPID, имеющие отношение к каналу ISDN. После идентификатора SPID указывается соответствующий телефонный номер. Важно знать, сколько цифр требуется для набора номера. Например, если пользователь находится в регионе с десятью цифрами в телефонном номере, то должны быть указаны именно десять цифр (см. пример 8.6).
Итак, все базовые настройки, необходимые для организации обратного подключения к коммутатору ISDN, завершены. Если нужно, чтобы офис в Атланте мог передать вызов в Роли и чтобы при этом поддерживался обратный вызов, можно настроить функцию обратного вызова ISDN. Такая возможность в определенной степени
обеспечит проверку подлинности вызывающей стороны для входящих вызовов ISDN (см. пример 8.7).
Пример 8.6. Конфигурирование идентификаторов SPID и телефонных номеров сети ISDN
Raleigh(config-if)#isdn spidl 91955512120101 5551212
Raleigh(config-if)#isdn spid2 91955512130101 5551213
Пример 8.7. Конфигурирование службы обратного вызова в сети ISDN
Raleigh(config-if)#dialer caller 4045551212 callback
Raleigh(config-if)ttdialer caller 4045551213 callback
Приведенные выше команды активизируют обратный вызов для указанных телефонных номеров, если они обнаружены во входящем вызове ISDN. Для того чтобы такая функция работала нормально, требуется получить идентификатор вызывающей стороны от коммутатора провайдера службы.
Для обеспечения базовых возможностей установления соединения при использовании службы BRI можно настроить маршрутизатор с именем Raleigh таким образом, чтобы при обнаружении специфического IP-адреса он подключался к маршрутизатору Atlanta. Такое подключение может быть активизировано после получения специфического запроса от пользователя сети или в результате стандартной настройки параметров маршрутизатора Raleigh (см. пример 8.8).
Пример 8.8. Конфигурирование привязки к IP-адресу службы обратного вызова в сети ISDN
Raleigh(config-if)ttdialer map ip 10.15.1.1 name Atlanta 4045551212
Чтобы подключение выполнялось нормально, необходимо удостовериться, что для идентификации используются корректные имя пользователя и пароль и что доступны протоколы PPP (Point-to-Point Protocol — протокол двухточечного соединения) и CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol — протокол аутентификации с предварительным согласованием вызова).
После настройки службы В RI можно проверить канал при помощи команды show isdn status (см. пример 8.9). При этом особое внимание следует обратить на сообщения состояния различных уровней. Для второго уровня должно выводиться сообщение MULTIPLE_FRAME_ESTABLISHED.
Пример 8.9. Использование команды show isdn status
Raleigh#show isdn status
Global ISDN Switchtype = basic-ni
ISDN BRIO interface
dsl 0, interface ISDN Switchtype = basic-ni
Layer 1 Status:
ACTIVE
Layer 2 Status:
TEI = 64, Ces = 1, SAPI = 0, State = MULTIPLE_FRAME_ESTABLISHED Layer 3 Status:
0 Active Layer 3 Calls(s)
Activated dsl 0 CCBs = 0
Решение проблем, связанных co службой ISDN BRI
Также, как и в любой другой технологии, в каналах ISDN многое может происходить не так, как нужно — особенно при использовании каналов BRI, перегруженных различными службами. Этот раздел содержит ряд советов по поиску и устранению неисправностей не просто в оборудовании Cisco, а конкретно в каналах BRI.
Во-первых, убедитесь в корректности идентификаторов SPID и типа коммутатора. В некоторых случаях даже то оборудование, которое использует автоматическое получение идентификаторов SPID, может работать некорректно, что приведет к несоответствию номеров SPID. Также необходимо убедиться, что идентификаторы SPID, предоставленные провайдером службы, действительно были внесены программистами в коммутатор канала. Программисты тоже люди и могут время от времени инициализировать неверные идентификаторы SPID.
В Соединенных Штатах в 99% случаев используется коммутатор типа basic -ni, который обычно безопасен для выбора. Европейские страны, а также некоторые страны Океании часто используют в качестве аналогичного обобщенного типа коммутаторов тип basic-net3. Если известно, что используется коммутатор Nortel DMS-100 и что он сконфигурирован верно, но устройство все еще не работает, то можно попытаться применить тип basic-ni. Иногда такой тип коммутаторов подходит лучше всего даже в том случае, если точно известен фактический тип. Просто может проявляться какое-то несоответствие между оборудованием конкретного поставщика и коммутатором.
Еще одна проблема, с которой, возможно, придется столкнуться, — это переброска кабеля. Переброска кабеля происходит тогда, когда техникам, обслуживающим линию, необходима пара проводов. Они проверяют набор проводов клиента и перебрасывают маршрут на более длинную пару. Например, некоторый техник ищет пару проводов для подключения аналоговой службы. Чтобы найти свободную пару, он использует тестовый набор, при помощи которого определяет, в каком кабеле есть тоновый сигнал. Когда техник находит пару без тонового сигнала, он предполагает, что эта пара в данный момент не используется и использует, ее для аналоговой службы.
Напоминаем, что в сети ISDN не используется тоновый сигнал, поэтому описанная выше ситуация встречается достаточно часто. Когда пара проводов подключается неправильно, канал подвергается риску превысить ограничения по длине кабеля или по уровню потери сигнала. Если пара перебрасывается на другой маршрут, длина которого превышает или близка к предельной длине абонентской линии технологии, доступ к сети ISDN может быть либо неустойчивым, либо отсутствовать вовсе. Источник такой проблемы отследить непросто, однако есть несколько методов, которые помогают выяснить, в чем причина сбоя.
Просто удивительно, сколько проблем возникает из-за неверной длины кабеля! Иногда они проявляются только в дневное время, и это не является чем-то новым. Наступает лето, и канал отказывается работать в дневное время, хотя ночью работает нормально.
Если происходит подобное, следует попытаться проверить длину цепи канала. Во многих случаях канал не работает в дневное время из-за того, что его длина близка к
предельной допустимой длине петли. Когда восходящее солнце нагревает кабель, провода расширяются, в результате увеличивается рабочая длина канала. Когда солнце заходит, кабель охлаждается, сжимается, и канал может работать нормально.
Как уже отмечалось ранее, может также проявляться потеря уровня сигнала, когда он, проходя по каналу, затухает. Если такое затухание будет слишком большим, терминальное оборудование не сможет синхронизировать цифровой сигнал. В том месте канала, где потеря достигает уровня в пределах от —38 дБ до —42 дБ, провайдер службы должен добавить повторитель. Если наблюдается неустойчивость сигнала, и тестирование не показывает никаких проблем с аппаратным обеспечением, попросите провайдера службы проверить уровень затухания в канале. Даже если он не выполнит проверку сразу же, он может выслать технического специалиста, чтобы сделать это непосредственно на месте.
Если был установлен канал ISDN BRI, но нет уверенности в том, что он уже находится в рабочем состоянии, можно подключить в разъем службы ISDN аналоговый телефон (только при подключении к интерфейсу U). Если при этом внимательно прислушаться, то в телефонной трубке будут слышны слабые щелчки. Такие щелчки — это тактовые импульсы службы ISDN, которые означают, что сигнал поступает. Тем не менее, в канале все еще могут быть проблемы с аппаратным обеспечением, которые можно разрешить в дальнейшем, попросив местного провайдера службы проверить цепь абонентского канала. Чем ближе клиент расположен к станции АТС, тем чаще будут слышны щелчки в телефонной трубке.
Если щелчки не слышны, можно попытаться прослушать их через устройство сетевого интерфейса вне помещения. Если щелчки все равно не прослушиваются, то, невидимому, что-то случилось со внутренней проводкой. Старайтесь не использовать беспроводных телефонов, так как они в некоторых случаях не работают даже при наличии сигнала в линии.
При собственноручной прокладке кабеля в помещении убедитесь в том, что соединения с разъемами ISDN соответствуют так называемым базовым сегментам. Базовый сегмент — это длина кабеля, проведенного от устройства сетевого интерфейса непосредственно к разъему без каких-либо промежуточных соединений. Стандартные аналоговые линии в домах обычно имеют несколько соединений, однако каждое такое соединение может привести к сбоям и снижению пропускной способности канала ISDN. По этой же причине в каналах ISDN следует избегать использования мостовых соединений на стороне оператора сети. Аналоговая проводка, состоящая из множества соединенных сегментов, при подключении к сети ISDN может стать причиной постоянной головной боли.
Также, если для прокладки кабеля были наняты посторонние специалисты, узнайте у них об особенностях сделанной ими проводки. Многие технические специалисты по проводке аналоговых кабелей перед подключением канала просто свертывают остаток кабеля в кольцо. Такие кольца могут привести к возникновению магнитных петель в канале ISDN. Магнитные петли приведут к снижению производительности даже для базовых аналоговых каналов. Любые витки перед подключением кабеля должны быть удалены.
Если в резиденции клиента есть несколько пунктов подключения к сети ISDN, нельзя использовать для каждого из них терминальный адаптер ISDN. Проблема в том, что канал BRI можно завершить только один раз, и поэтому ни одно из дополнительных устройств NT1 работать не будет. Единственное, что можно сделать в таком случае, — это приобрести базовое устройство NT1, завершить линию ISDN, а затем подключить оборудование (устройства ТЕ 1) к шине S/T.
Об этом уже упоминалось, однако скажем еще раз об ограничении количества каналов В. Восемь устройств не могут работать одновременно в одном канале ISDN, а
только одно устройство передачи данных и одно устройство передачи голоса, или два устройства передачи данных, или два устройства передачи голоса и т.д.
Миллионы людей ежедневно получают счета за пользование службой ISDN, и некоторые оказываются неприятно удивлены, обнаружив, что указанная в счету сумма раз в десять превышает ту, которую они ожидали увидеть. Большинство счетов приходит в конверте, но для некоторых нужен целый ящик. Это говорит о следующем:
абонент использует пакет подключения, зависящий от времени (например, почасовая оплата);
поставщик услуг сети Internet (ISP — Internet Service Provider) такого абонента, возможно, не поддерживает два подключения по каналам В.
Возможно, кому-то не совсем понятно, почему то, что мы перечислили, приводит к проблемам. Дело в том, что указанные факторы вызывают эффект, который “с нежностью” называют пробуксовкой. Если устройство подключается к поставщику услуг сети Internet по первому каналу, однако второй канал не может быть использован, то вторичный канал отключается сразу же после подключения. В большинстве случаев устройство при такой ситуации попытается выполнить повторное подключение и, если оно не было сконфигурировано правильно, попытки восстановить канал будут продолжаться бесконечно.
Если клиент использует пакет подключения с оплатой первых минут или просто с повременной оплатой, то это грозит для него неприятностями, так как отведенный месячный лимит времени будет исчерпан очень быстро. Учитывая, что большинство провайдеров службы начинают тарификацию всего после 1/10 доли секунды от начала вызова, вполне вероятно, что плата за пользование службой ISDN может быстро возрасти.
Во избежание этой проблемы необходимо удостовериться, что поставщик услуг сети Internet разрешает использовать оба канала В и что клиентское оборудование сконфигурировано верно. Большинство современных устройств может быть настроено на подключение только по одному каналу В или по крайней мере на прекращение подключения по второму каналу после двух неудачных попыток.
При использовании последовательных устройств теряется некоторая часть полосы пропускания канала BRI. Типичный универсальный асинхронный приемопередатчик UART 16550 (Universal Asynchronous receiver Transmitter), подключенный в последовательный порт персонального компьютера, вместо максимальной полосы пропускания 128 000 бит/с поддерживает только 115 200 бит/с. Эту проблему можно обойти при помощи подключения посредством сети Ethernet к маршрутизатору ISDN, так как в таком случае скорость передачи составляет по меньшей мере 10 Мбит/с.
И последний в списке, но не последний по важности аспект. Если канал полностью недоступен, можно попросить провайдера службы проверить, обслуживается ли данный канал оборудованием центрального офиса. К этому оборудованию относится аппаратное обеспечение, которое требуется для работы службы ISDN в центральном офисе (или АТС). Время от времени оно нечаянно может быть переключено на выполнение других задач, что приведет к прекращению обслуживания некоторых клиентов.
Служба PRI
Служба PRI — это расширенная разновидность службы N-ISDN, в которой предоставляется более широкая полоса пропускания и которая является более гибкой те-
лекоммуникационной технологией. При необходимости использования телефонных систем частного пользования или недоступности системы SS7 служба PRI позволяет передавать голос и данные по одному каналу. В Северной Америке и Японии служба PRI построена на базе технологии Т1 и использует 23 канала В и полный канал D с полосой пропускания 64 Кбит/с. В большинстве других стран служба PRI построена на базе технологии Е1 и использует 30 каналов В и полный канал D. Международный вариант PRI также называют ISDN-30.
Службу PRI проще всего описать просто как службу ISDN, построенную на базе технологий Т или Е. С точки зрения абонента это означает, что сначала нужно сконфигурировать контроллер Т1 или Е1, а затем добавить функциональность ISDN. В каналах PRI для подключения к коммутатору не используются элементы, подобные идентификаторам SPID, а поле TEI всегда содержит нуль (т.е. используется соединение вида “точка-точка”).
Служба PRI часто используется в промышленных голосовых приложениях, так как не требует для предоставления голосовой службы никаких познаний системы SS7. Во многих регионах службу PRI предпочитают системе SS7, даже несмотря на то что система SS7 является менее дорогостоящей. Обычно клиенты масштаба предприятия проводят каналы PRI от своей корпоративной штаб-квартиры к удаленным офисам или при помощи “простой” медной пары непосредственно в самом помещении главного офиса для упрощения подключения всех подразделений к телефонной системе частного пользования. “Простая” медная пара — это часть канала, которая не проходит через сеть провайдера служб, но полностью заключена внутри частной сети клиента.
С недавнего времени каналы PRI наши еще одно применение. С их помощью организуется доступ к службе ISDN в качестве абонентского канала, а затем в качестве транспортной системы для междугородней связи между узлами используется частная сеть VoIP (Voice over Internet Protocol — передача голоса в среде протокола IP). В пункте назначения вызов, выходя из сети IP, опять попадает в канал PRI. Такая организация позволяет клиенту сэкономить на оплате междугородних вызовов, передаваемых при помощи средств ISDN PRI.
Базовая реализация канала PRI аналогична реализации канала Е1 или Т1 с добавлением плат ISDN в устройство АТС и поддержки ISDN на стороне пользователя. По этой причине необходимо использовать модуль обслуживания канала CSU/DSU для завершения канала Е1 или Т1, а затем иметь возможность добавить на его основе поддержку технологии ISDN. Кодирование и фреймирование сигнала для каналов PRI подробно рассматриваться не будут, так как их формат ничем не отличается от стандартов, используемых в линиях Т1 и Е1. Более подробно необходимые стандарты кодирования рассматриваются в главе 5, “Технология Т1”, и главе 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии”.
Сильно отличается от других реализация службы PRI в Японии. Японскую службу PRI, которую также называют INS-Net 1500, предоставляет компания Nippon Telegraph and Telephone (NTT). Для проведения канала к резиденции клиента она обычно использует оптоволоконный кабель. На рис. 8.26 показаны различные методы реализации технологии, поддерживаемые в Японии для каналов PRI. Компания NTT в Японии предоставляет две основные службы: 23 B+D и 24 B+D. В службе 24 B+D для канала D отводится отдельная магистраль к резиденции клиента. Таким образом потребитель имеет доступ ко всем 24 каналам В.
Резиденция клиентаРезиденция клиента23B+D23B+DТокиоТокио24В24ВРис. 8.26. Реализация службы PR1 в ЯпонииРис. 8.26. Реализация службы PR1 в Японии
Резиденция клиента
Резиденция клиента
23B+D
23B+D
Токио
Токио
24В
24В
Рис. 8.26. Реализация службы PR1 в Японии
Рис. 8.26. Реализация службы PR1 в Японии
NFAS
NFAS — это функция сети ISDN, которая обычно поддерживается только в США. Она позволяет оборудованию клиента использовать канал более эффективно в случае, если задействовано больше одного канала PRI. Функция NFAS — это возможность использовать отдельный канал D, сконфигурированный для управления несколькими каналами PRI (до 479 каналов В). Функция NFAS ограничена 479 каналами В, так как полоса пропускания канала D составляет только 64 Кбит/с. Если пять каналов PRI подключены к одному и тому же маршрутизатору, можно использовать технологию NFAS, чтобы выделить один из каналов В со скоростью передачи 64 Кбит/с в качестве сигнального для четырех оставшихся каналов PRI. На рис. 8.27 представлена схема использования одного канала D для управления несколькими каналами PRI с целью выделения линий DS0 для передачи основного трафика.
В примере 8.10 показана конфигурация с тремя контроллерами Т1, использующими канал PRI, которые управляются одним и тем же каналом D. Для обеспечения избыточности можно установить еще один контроллер в качестве резервного канала D. Он может использоваться при потере сигнала (LOS) в первичном канале.
Как и для любой другой конфигурации ISDN, вначале необходимо указать тип коммутатора ISDN в глобальном режиме настройки.
Канал D NFAS ^^-^^
Остальные каналы PRI
Рис. 8.27. Конфигурация NFAS с несколькими каналами PRI
Пример 8.10. Конфигурация NFAS для группы каналов Т1 PRI
isdn switch-type primary-ni I ! несущественная часть конфигурации опущена
controller Т1 О framing esf clock source line primary linecode b8zs pri-group timeslots 1-24 nfas_d primary nfas_int 0 nfas_group 0
!
controller T1 1 framing esf clock source line secondary 1 linecode b8zs pri-group timeslots 1-24 nfas_d backup nfas_int 1 nfas_group 0
controller T1 2 framing esf clock source line secondary 2 linecode b8zs pri-group timeslots 1-24 nfas_d none nfas_int 2 nfas_group 0
Конфигурация соединения T1 PRI и E1 PRI
Конфигурация каналов Т1 PRI и El PRI очень проста. Первое, что необходимо сделать, — это указать тип коммутатора ISDN в режиме глобальной настройки, а затем сконфигурировать контроллер Т1 или Е1. В примере 8.11 показана конфигурация контроллера Т1.
Пример 8.11. Конфигурация линии Т1
Raleigh#conf t
Raleigh(config)#isdn switch-type primary-ni
Raleigh(config)#controller tl 7/0
Raleigh(config-controller)#framing esf
Raleigh(config-controller)#linecode b8zs
Raleigh(config-controller)#clock source line primary
Raleigh(config-controller)#cablelength short 133
Raleigh(config-controller)#pri-group timeslots 1-24
Внимание!
В конфигурации Т1 используется команда, задающая длину кабеля. Напоминаем, что она применяется в DSX-1 или при использовании каналов Т1 на коротких расстояниях.
В примере 8.12 показана конфигурация линии Е1.
Пример 8.12. Конфигурация линии Е1
Raleigh#conf t
Raleigh(config)#isdn switch-type primary-nets
Raleigh(config)#controller el 7/0
Raleigh(config-controller)#framing no-crc4
Raleigh(config-controller)#linecode hdb3
Raleigh(config-controller)#clock source line primary
Raleigh(config-controller)#pri-group timeslots 1-31
Внимание!
Кодирование сигнала по методу HDB3 используется стандартно, и потому указывать его в конфигурации не обязательно. Несмотря на то что можно указывать и кодирование AMI, оно в каналах Е1 почти никогда не используется. Для настройки каналов PRI в Японии можно указать тип коммутатора primary-ntt.
После настройки контроллера при помощи команды pri-group можно сконфигурировать канал D. Любые команды, основанные на использовании групп, в операционной системе Cisco IOS создают виртуальный последовательный интерфейс. В данном случае таким интерфейсом будет канал D. Обычно его называют каналом D-контроллером. Например, каналу Т1 PRI могут соответствовать линии 7/0:23, а каналу Е1 — 7/0:15. Отсчет создаваемых виртуальных последовательных интерфейсов ведется с нуля.
Типичная конфигурация канала D может выглядеть подобно представленной в примере 8.13.
| Пример 8.13. Конфигурация D-канала службы PRI сети ISDN>
interface serial 7/0:23
no ip address
isdn switch-type primary-ni
isdn incoming-voice modem
isdn protocol-emulate network
isdn bchan-number-order ascending
Такая конфигурация характерна для встречно-параллельных каналов Т1 PRI с использованием устройства AS5400. Встречно-параллельный режим задается командой
isdn protocol-emulate network. Эта команда настраивает маршрутизатор так, чтобы в соединении ISDN он выполнял роль сетевой стороны.
Команда isdn incoming-voice modem определяет, что входящие вызовы должны рассматриваться как вызовы аналогового модема и подключаться к соответствующим средствам внутри устройства. Та же команда при использовании устройства AS53OO может перенаправить голосовой вызов соответствующим голосовым средствам сети VoIP.
Команда isdn bchan-number-order ascending определяет направление, в котором выполняется выбор канала В. Возможными вариантами направления являются ascending и descending (стандартное значение).
Решение проблем, связанных со службой ISDN PRI
Многие методики поиска неисправностей, имеющих отношение к каналам PRI, являются стандартами для каналов Т1 и Е1. Во-первых, необходимо удостовериться в том, что контроллер активен и не обнаружено никаких предупреждений. Напоминаем, что “красному” предупреждению соответствует получение сообщения LOF (потеря фрейма) или LOS (потеря сигнала). Такие сообщения означают, что нормальный прием информации из сети провайдера службы невозможен. Далее следует проверить наличие “желтых” или “синих” предупреждений, которые еще называют сигналами тревожной индикации (AIS — Alarm Indication Signal). При получении “красного” предупреждения оборудование клиента попытается отправить удаленной стороне “желтое” предупреждение, чтобы уведомить о какой-то проблеме. “Синие” предупреждения передаются провайдером службы в оба конца канала с целью уведомления о проблеме внутри сети провайдера служб.
Если не обнаружено никаких предупреждений, следует проверить контроллер на предмет нарушений кодов маршрута и пропускания тактовых импульсов. Большие пропуски тактовых импульсов могут привести к выходу канала из строя даже в том случае, если аппаратное обеспечение работает нормально.
Следующее, что нужно проверить, — это состояние сети ISDN (с помощью команды show isdn status). Для уровня Q.921 должно быть отображено сообщение multx₽le_frame_established. Оно указывает на возможность передачи вызовов ISDN. Если сеть находится В СОСТОЯНИИ TEI_UNASSIGNED или awaiting_establishment, это говорит о необходимости проверки конфигурации. Напоминаем, что при встречнопараллельной конфигурации необходимо определить одну из сторон в качестве сетевой. Если этого не сделать, будет невозможно перейти на второй уровень.
После передачи вызова наилучшим помощником в поиске неисправностей ISDN является команда debug isdn q931. Первое, за чем необходимо проследить, — это направление разрыва соединения (при приеме или передаче). Также необходимо удостовериться в корректности характеристик канала-носителя.
Иными словами, если передается голосовой вызов, а принимаются данные, это указывает на несомненное наличие проблемы! Наличие кода причины разрыва соединения вида “характеристики канала-носителя не реализованы” обычно указывает на то, что в конфигурации канала D была пропущена команда isdn incoming-voice modem.
Теперь можно проверить идентификатор канала и посмотреть состояние разъединенного канала при помощи команды show isdn status. Если вызов пытались передать по каналу В, то по какой-то причине этот канал оказался в нерабочем состоянии. Можно попытаться вручную вернуть в исходное состояние нерабочий канал В
или весь диапазон каналов (хотя восстановление диапазона для производственного оборудования не рекомендуется).
Последнее, что следует проверить, — код причины сбоя. Его можно узнать при помощи команды q931 debug, хотя она не всегда позволяет определить источник проблемы, так как коды причин сбоя обычно зашифрованы.
Технология Q.Sig
Технология Q.Sig разработана для применения в коммутаторах частных сетей с комплексным обслуживанием (PINX — Private Integrated Services Network Exchange). Основанная на спецификации Q.931, развертываемая технология Q.Sig позволяет обмениваться информацией с традиционными телефонными системами частного пользования (мини-АТС) и клавишными системами переключения вызовов. При использовании совместно с маршрутизаторами Cisco технология Q.Sig позволяет подключать телефонную систему частного пользования к частной сети IP или к другой службе сети провайдера службы. Использование технологии Q.Sig совместно с частной сетью протокола IP позволяет передавать голосовой трафик на большие расстояния без взаимодействия с владельцами устройств и каналов междугородней связи (IXC — Inter-Exchange Carrier). Благодаря такой возможности клиент может сэкономить средства на оплате междугородних вызовов.
Резюме
ISDN — это технология доступа к сети, которая позволяет объединить передачу голосового трафика, видеотрафика и трафика данных в одном канале. В отличие от методов передачи аналоговых служебных сигналов, в сети ISDN для установления вызова и управления каналом используется сигнализация CCS. Несмотря на то что в сети ISDN используется один физический канал, служебные сигналы передаются по отдельному логическому каналу (каналу D), и именно поэтому считается, что для ISDN используется метод CCS.
Службой N-ISDN используются два основных типа каналов: каналы В и D. Каналы В предназначены для передачи основного трафика, включая голос, видеоинформацию и данные. Каналы D используются как средства передачи сигнального трафика. Канал BRI состоит из двух каналов В со скоростью передачи 64 Кбит/с и одного канала D со скоростью передачи 16 Кбит/с. Служба BRI обычно реализована как домашняя пользовательская служба, а служба PRI — как служба уровня предприятия.
Технология ISDN основана на использовании абонентских каналов. Это означает, что сеть ISDN присутствует только между абонентом и локальным коммутатором ISDN. По другую сторону коммутатора, подключенную к сети PSTN, может использоваться множество различных коммуникационных технологий. Протоколы могут быть преобразованы обратно в формат ISDN на любом конце соединения.
Канал ISDN рассматривается на трех уровнях:
первый уровень — спецификации 1.430 и 1.431 (службы BRI и PRI соответственно);
второй уровень — спецификация Q.921;
третий уровень — спецификация Q.931.
Спецификации 1.430 и 1.431 определяют атрибуты физического уровня канала ISDN, включая электрические и механические методы связи. Спецификация Q.921 описывает второй уровень функциональности канала ISDN. Она предназначена для организации надежного канала для передачи сообщений Q.931, а также для обеспечения целостности канала. В спецификации Q.921 определена адресация в виде полей TEI. Поля TEI идентифицируют конечное устройство для коммутатора сети ISDN. В каналах BRI используется большой набор значений TEI, так как они обычно реализуются в многосвязной конфигурации. Для каналов PRI поле TEI всегда содержит нуль, так как эти каналы построены с использованием средств носителей Т и Е в конфигурации “точка-точка”. Идентификаторы SAPI определяют пункты, в которых уровень Q.921 может получать доступ к уровню Q.931 и обмениваться с ним сообщениями.
Спецификация Q.931 определяет методы управления вызовами и управление каналом в сети ISDN. Q.931 — это сигнальный формат, построенный на базе сообщений, который позволяет пользовательской или сетевой стороне вызывать для каждого вызова большое количество функций. Адресация в сети ISDN организована при помощи набора телефонных номеров (адреса Е.164) и субадресов. Субадреса используются для идентификации двух терминалов, соответствующих одному и тому же телефонному номеру. Если для двух терминалов выделены различные телефонные номера, то субадреса не используются.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Какому уровню стека ISDN соответствует спецификация Q.931?
Какой тип устройств обычно расположен между интерфейсами S и Т?
Каким образом в службе ISDN BRI организованы передача и прием по одной паре проводов?
Какая команда применительно к маршрутизатору Cisco выдаст следующий результат: 0х8090А2? Что это означает?
Что можно сделать, если местная АТС не имеет необходимых средств для предоставления службы ISDN?
Если пользователь не уверен в подключении службы BRI, как можно быстро проверить наличие подключения?
Какое из перечисленных ниже сообщений не используется на этапе установления вызова ISDN?
a. Connect.
б. Ringing.
в. Setup.
г. Call Proceeding.
Если вызов должен пройти через сеть SS7, то в какой тип сообщения будет, скорее всего, преобразовано сообщение Connect?
a. IAM.
б. АСМ.
в. RLC.
г. ANM.
д. REL.
Сколько пар проводов используются в канале ISDN PRI?
Какое из перечисленных ниже сообщений отправляется первым при согласовании на уровне Q.921 между устройствами ISDN?
UA.
SAPI.
в. RRp.
г. Setup.
д. SABME.
В этой главе...Я
История развития службы Frame Relay. В этом разделе описаны преимущества^^ службы Frame Relay перед традиционными методами мультиплексирования с ’ разделением времени. Приведены сведения об организациях, принимавших участие в создании стандартов протокола Frame Relay на этапе его разработки, а также способствующих его развитию в наше время. В разделе также описан индивидуальный вклад всех организаций в эту технологию.
Спецификации Frame Relay. В разделе представлены спецификации, лежащие в основе технологии Frame Relay. Все спецификации разбиты на четыре основные категории.
Функции службы Frame Relay. В разделе раскрыты сложные аспекты работы i® службы Frame Relay, а также приведены технические подробности, касающиеся^ формата реальных фреймов и сигналов, передающихся по сеш.
Конфигурация протокола Frame Relay на устройствах Cisco. Приведен пример! конфигурации маршрутизатора Cisco с использованием синтаксиса аутентифи-;| кации. Кроме того, в разделе дается объяснение сценария, по которому работа-м ст рассматриваемая конфигурация.Ш
ГлаваГлава99
Глава
Глава
9
9
Технология Frame Relay
■Is
¥. Frame Relay — это широко применяющаяся в наше время служба коммутации пакетов,, распространенная во всем мире. В разработке спецификаций службы принимали участие многие организации; многочисленные поставщики поддерживают каждую из существующих' реализаций, производя соответствующее аппаратное и программное ^обеспечение. В этом разделе описывается история развития протокола Frame Relay, а также, объясняются сложные моменты, связанные с его устройством и использованием.
В отличие от каналов Т1, службы цифровых дейтафонов (Digital Dataphone Service — DDS) и.обычной телефонной сети (Plain Old Telephone Service — POTS), Frame Relay — kслужба коммутации пакетов, не связанная с какой-то определенной физической средой Передачи данных, — ее можно применять в различных физических сетях (которые также Называют линиями доступа). Вид физической сети, скорость работы входного порта и ^'пропускная способность».виртуального канала (Virtual Circuit — VC) — три основных фактора, влияющие на стоимость использования службы Frame Relay. Обычно скорость доступа на физическом уровне выражена величинами, кратными 56 или 64 Кбит/с (kbps). За использование более дорогостоящего метода кодирования сигнала в линии (например, распространенного в США кодирования B8ZS) начисляется дополнительная плата. Кодирование с чередованием полярности элементов (Alternative Mark Inversion — AMI), стандартно не входит в комплект поставки, однако этот способ позволяет исполь- „,зовать в каждом канале всего 56 Кбит/с пропускной способности. Дополнительная плата ° взимается также за явное превышение заявленных параметров. Таким образом для передачи сигналов по протоколу Frame Relay подходит любой физический канал, способный вмещать несколько цифровых каналов нулевого уровня DS0. К таким сетям относятся DDS 56/64, Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ и многие другие.
^История развития службы Frame Relay
'< В этом разделе излагается хронология ослепительно быстрого восхождения звезды Frame Relay — первой сетевой технологии коммутации пакетов, появившейся в эпоху „ бурного развития телекоммуникаций. Кроме того, в этом разделе вы ознакомитесь с ^основными организациями, способствовавшими развитию и распространению службы и Frame Relay.
Развитие службы Frame Relay
Служба Frame Relay была разработана как полноценная сеть общего пользования и постепенно заменила другую технологию коммутации пакетов — Х.25. При создании Frame Relay удалось избежать всех таящихся в глубинах аналоговой технологии недостатков, понижающих эффективность работы, поэтому она стала вытеснять с рынка сеть Х.25, связанную с аналоговыми передающими средами. Поскольку аналоговый принцип передачи сигналов сильно подвержен потерям обрабатываемой информации, а соответствующие конечные устройства в “эпоху сети Х.25” не имели возможности выявлять и исправлять ошибки, такие функции были встроены во все составляющие элементы инфраструктуры Х.25.
Как было показано в главах 5, “Технология Т1”, и 6, “Каналы Е1, сигнализация R2 и технологии связи в Японии", в обеих технологиях — Х.25 и особенно во Frame Relay — прилагаются усилия к тому, чтобы избавиться от недостатков, снижающих эффективность передачи данных по сетям, в которых используется метод TDM. Этот метод обладает оптимальными характеристиками по отношению к приложениям, чувствительным ко временным задержкам (например, осуществляющим передачу голоса). Такой вывод следует из того, что физическая сеть предоставляется пользователю (подписчику) даже тогда, когда у него отсутствуют данные для передачи по сети. Благодаря тому что данные имеют пульсирующий характер, предоставление нескольким пользователям одной и той же физической сети значительно повышает эффективность работы. Коммутация пакетов позволяет применять в процессе такого совместного использования метод статистического мультиплексирования с разделением времени (statistical TDM — STDM). Мультиплексирование потоков данных виртуальных сетей, которое описано более подробно в последующих разделах текущей главы, является преимуществом технологии Frame Relay, позволяющим поставщику услуг оптимизировать работу физических сетей. Иными словами, если у потребителя есть TDM-сеть, то в технологиях STDM поставщик услуг может позаимствовать любую полосу пропускания, обычно не использующуюся абонентом, которому предоставлена услуга, и передать эту полосу другому абоненту. Такой процесс происходит без нарушения соглашения об уровне обслуживания. Технологию STDM также можно применять в режиме асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM) (см. главу 10, “Технологии ATM и В-ISDN”).
Гибкость технологии STDM позволяет поставщикам услуг применять общепринятую практику, при которой подписка предоставляется количеству абонентов, превышающему максимально допустимое количество для одновременного доступа к данной сети Frame Relay. Неиспользуемая разность в пропускной способности возникает благодаря тому, что абоненты используют свои полосы пропускания не одновременно. Чтобы лучше понять описываемую ситуацию, приведем такую аналогию: в банковской практике не принято держать все активы вкладчиков в одном и том же здании. Однако это вовсе не значит, что вы не получите свои деньги, обратившись в банк (если только не повторится финансовый кризис 1929 года). На самом деле при обычных условиях банк с помощью статистических данных оценивает минимальную сумму активов, которые должны быть под рукой, чтобы удовлетворить ожидаемые запросы вкладчиков. То же самое справедливо и по отношению к отраслям индустрии, предоставляющим услуги связи. Каждый поставщик услуг сети Frame Relay должен понимать, в какой мере он может превысить возможности сети (обычно при этом следует оставить определенный “запас прочности”), чтобы соблюдать условия кон-
тракта. Время от времени возникают нарушения таких условий, поэтому в контракте предусматриваются соответствующие меры, направленные на исправление ситуации.
Служба Frame Relay, которая работает с более надежным цифровым оборудованием и более интеллектуальными конечными устройствами (такими, как персональные компьютеры), меньше нуждается в коррекции ошибок и надежности служб, обеспечивающих передачу данных внутри сети. Фактически задачи коррекции ошибок и обеспечения надежности возлагаются на конечные станции, использующие сеть Frame Relay. Такие задачи решаются с помощью уведомляющих сообщений, которые иногда передаются по протоколу TCP. Тем не менее выявление ошибок производится в рамках сети Frame Relay. Если происходит ошибка, испорченный фрейм удаляется из сети, чтобы очистить ресурсы от заведомо неправильной информации. Технически конечные станции не являются частью сети Frame Relay, по крайней мере в том смысле, что их отсутствие никак не влияет на саму сеть.
В 1984 году Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (Consultative Committee for International Telegraph and Telephone — CCITT) издал документ, который теперь считается набором предварительных стандартов для протокола Frame Relay. С 1992 года комитет CCITT был переименован в Сектор стандартизации международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union Telecommunication Standartization Sector — ITU-T). Сам Международный телекоммуникационный союз, созданный вскоре после образования ООН, существовал с 1947 года, и по сей день остается специализированным агентством ООН.
Основой предварительных стандартов, о которых мы упоминали, стал интерфейс цифрового мультиплексирования (Digital Multiplex Interface — DMI), разработанный компанией AT&T. DMI — первый интерфейс, в котором функции службы коммутации пакетов определены для уровня канала передачи данных (Layer 2). Например, в протоколе Х.25 основная часть работы этой службы выполняется на сетевом уровне (Layer 3). Спецификации протокола Frame Relay, заданные на уровне канала передачи данных, можно напрямую связать со стандартами ISDN (об этом речь идет в следующем разделе). Фактически первоначальное намерение, ставшее причиной разработки протокола Frame Relay, состояло в том, чтобы получить возможность использовать этот протокол в сетях ISDN. Однако в наше время служба Frame Relay нашла применение в сетях многих видов.
Организации-учредители стандартов и форум Frame Relay (FRF) ■
В предыдущем разделе мы упоминали Сектор стандартизации международного телекоммуникационного союза (ITU-T). Хотя не следует преуменьшать вклад этой организации в развитие протокола Frame Relay, все же следует отметить, что на его становление повлияли три основных организации:
ITU-T;
Национальный институт стандартизации США (ANSI);
форум Frame Relay (Frame Relay Forum — FRF).
ITU-T и ANSI — международная и американская организации-учредители стандартов соответственно. Как сказано на Web-странице форума FRF (www.frforum.com): “Форум Frame Relay — это ассоциация поставщиков, профессионалов, пользователей и консуль-
тантов, активно способствующая обучению специалистов, а также развитию и внедрению службы Frame Relay в соответствии с международными стандартами”. Во время своего основания в 1990 году форум FRF являлся консорциумом таких четырех компаний (поэтому его часто называли “содружеством четырех”):
Cisco Systems;
Digital Equipment Corporation (DEC);
Northern Telecom (сейчас Nortel Networks);
StrataCom.
Сегодня в состав FRF входят сотни организаций.
Форум Frame Relay издал сборник документации с соглашениями по реализации (Implementation Agreements — IA), составленный в соответствии со стандартами ITU- Т. ANSI и другими. Каждый раздел документации IA содержит ссылки на официальные стандарты, которые относятся к обсуждаемой области. Хотя сами по себе документы IA не являются стандартами, они полностью основаны на стандартах. Ценность документации IA в том, что она способна пролить свет на ключевые аспекты, которые содержатся в многочисленных разрозненных стандартах, изданных разными организациями.
Приведенная выше информация не означает, что у форума Frame Relay нет своих собственных рекомендаций, которые могли бы рассматриваться как фактические стандарты (т.е. такие, которые приобрели популярность на рынке и среди производителей). В самом деле, форум FRF стал инициатором многих инноваций, впоследствии ставшими стандартами де-юре (т.е. такими, которые были приняты в качестве стандартов официальным комитетом) благодаря активному лоббированию со стороны организаций-учредителей стандартов, способствующему включению этих инноваций в официальные рекомендации. Кроме того, организации форум FRF и форум ATM (ATM Forum) способствовали развитию и принятию стандартов, касающихся области их деятельности. Если бы метрологические организации не обратили внимание на предложения форума FRF, они тем самым проигнорировали бы мнение масс, так как FRF как организация играет значительную роль на рынке телекоммуникаций. В переходный период поставщики, входящие в состав FRF, а также те, кто хотел поддерживать совместимость и конкурентоспособность своей продукции, реализовали многие рекомендации форума FRF. Применяющиеся в наше время соглашения IA, изданные FRF, перечислены в разделе “Спецификации технологии Frame Relay”.
Необходимость стандартизации технологии Frame Relay, причиной которой стали потребности рынка, привела к удивительно быстрому одобрению предложений форума FRF как в союзе ITU-T, так и в советах ANSI. В значительной мере это произошло благодаря усилиям участников форума FRF и тем целям, для которых была создана эта организация. В 1988 году произошло знаменательное событие в истории становления технологии Frame Relay, когда союз ITU-T (в то время еще CCITT) одобрил рекомендацию 1.122, “Framework for additional packet mode bearer services” (“Структура дополнительных служб оператора, управляющих режимами пакетов”), в которой рассматриваются вопросы, связанные со стандартами для сетей ISDN. На рис. 9.1 проиллюстрирована аналогия адресных частей, фигурирующих в заголовках технологий
Frame Relay и ISDN. В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.921 формат обоих заголовков совместим со стандартом процедуры доступа к каналу D (Link Access Proce-Frame Relay и ISDN. В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.921 формат обоих заголовков совместим со стандартом процедуры доступа к каналу D (Link Access Proce-Байт 1Байт 1DLCI (старший разряд)DLCI (старший разряд)C/RC/RЕА=0ЕА=0Байт 2Байт 2DLCI (младший разряд)DLCI (младший разряд)FECN BECN DE ЕА=1FECN BECN DE ЕА=1
Frame Relay и ISDN. В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.921 формат обоих заголовков совместим со стандартом процедуры доступа к каналу D (Link Access Proce-
Frame Relay и ISDN. В соответствии с рекомендацией ITU-T Q.921 формат обоих заголовков совместим со стандартом процедуры доступа к каналу D (Link Access Proce-
Байт 1
Байт 1
DLCI (старший разряд)
DLCI (старший разряд)
C/R
C/R
ЕА=0
ЕА=0
Байт 2
Байт 2
DLCI (младший разряд)
DLCI (младший разряд)
FECN BECN DE ЕА=1
FECN BECN DE ЕА=1
I I I
Формат заголовка Frame Relay
SAPI - идентификатор точки доступа к службе (Service Access Point identifier) TEI • идентификатор конечного терминала (Terminal Endpoint Identifier) DLCI - идентификатор подключения канального уровня (Data Link Connection Identifier) FECN/BECN - прямое/обратное явное уведомление о заторе (Forward/Beckward Explicit Congestion Notification)
C/R - хоманда/отклик (Command/Response) EA • расширение адреса (Extended Address) DE • разрешение нв уничтожение (Discard Eligibility)
Рис 9.1. Сходство заголовков в форматах ISDN и Frame Relay
Спецификация 1.122 определяет форматирование кадров LAPD, предназначенных для использования в приложениях, отличных от ISDN-приложений, для которых данный формат был изначально разработан. Одним из таких приложений, в котором воплощена возможность мультиплексирования в виртуальном канале на уровне канала передачи данных, присущая процедуре LAPB, была служба Frame Relay. Вскоре мы убедимся, что поля заголовка Frame Relay, основанные на формате LAPB, позволяют осуществлять мультиплексирование в форме нескольких виртуальных каналов, каждый из которых обозначается локально значимым идентификатором подключения канального уровня (Data Link Connection Identifier — DLCI) и является уникальным для данного интерфейса взаимодействия пользователя с сетью, на основе единого физического интерфейса.
В главе 8, “Цифровая сеть с комплексным обслуживанием — ISDN”, вопросы, связанные с технологией ISDN и адресной частью ISDN-заголовка, рассмотрены более подробно. Поля заголовка Frame Relay подробнее обсуждаются в следующих разделах этой главы. Заметим, что изображенные на рис. 9.1 структуры данных имеют одинаковую длину, а также одинаковые поля “команда/отклик” (C/R — Сот- mand/Responce) и “расширенный адрес” (Enhanced Address — ЕА) (как по расположению, так и по функциям).
В табл. 9.1 приводится соответствие стандартов Frame Relay различных метрологических организаций, основанное на функциональных возможностях технологии. Чтобы представлять себе, насколько быстро были приняты стандарты по Frame Relay,
следует помнить, что весь набор стандартов ANSI для рассматриваемой технологии был утвержден в течение 1990 и 1991 годов. Это обстоятельство произведет впечатление на тех, кто знает, сколько обычно проходит времени с момента составления чернового варианта стандарта до его принятия. Хотя институт ANSI не является непосредственным филиалом ITU-T (ANSI официально представляет США в Международной организации по стандартизации (International Organization for Standartization — ISO) и некоторых других организациях), две его группы составляют свои рекомендации, поддерживая соответствие между ними, обеспечивая тем самым единый стандарт для сохранения возможности глобального взаимодействия сетей.
Таблица 9.1. Стандарты Frame Relay
Описание
Стандарт ANSI
Стандарт ITU
Описание службы
Т1.606
1.233
Основные аспекты
Т1.618 (ранее Т1.6са)
0.922 Приложение А
Сигналы доступа
Т1.617 (ранее T1.6fr)
0.933
Еще одним подтверждением того, что технология Frame Relay основана на стандартах для сетей ISDN, служит такой факт: в утвержденном институтом ANSI стандарте Т1.606 под названием Frame Relaying Bearer Service Architectural Framework and Service Description (Основы устройства и описание служб носителей ретрансляции пакетов), на котором основаны требования для интерфейса пользователь-сеть (UserNetwork Interface — UNI) протокола Frame Relay и общие требования по обеспечению межсетевого обмена, говорится: "... ретрансляция кадров является службой коммутации пакетов в каналах сетей ISDN с логическим разделением информации”. Это означает, что управляющая и пользовательская информация передается по разным каналам (т.е. используется внеканальная сигнализация — out-of-band signalling). Приведенное выше утверждение поясняет в простых выражениях природу сетей ISDN, в которых канал передачи данных (В-канал) отделен от канала управления (D-канала, или дельта-канала), а также является стандартом, на основе которого работает протокол Frame Relay. Несмотря на то что ISDN — это технология коммутации каналов, а Frame Relay — это разновидность коммутации пакетов, разделение пользовательской и управляющей информации — общая особенность обеих технологий. К этому моменту мы еще вернемся при обсуждении интерфейса локального управления (Local Management Interface — LMI) и зарезервированного для него виртуального канала. А сейчас рассмотрим подробнее технические спецификации, которые описывают службы Frame Relay.
Спецификации технологии Frame Relay
В этом разделе подробно описаны спецификации, на которых основан протокол Frame Relay. В частности, вы больше узнаете о стандартах, соглашениях по реализации (IA) и заголовочных файлах, описание которых было немного затронуто в предыдущих разделах этой главы. Спецификации Frame Relay можно разбить на четыре большие категории:
структура службы;
описание служб;
базовые аспекты;
сигналы доступа к службе.
Возможно, вы помните, что все перечисленные категории, кроме структуры службы, уже приводились в этой главе в табл. 9.1. Кроме перечисленных, существуют общие вопросы, связанные с управлением и перегруженностью каналов. Они изложены в стандартах организаций ANSI и ITU-T с обозначениями Т1.606а и 1.370 соответственно.
Спецификации структуры службы
К этой категории фактически относится только один стандарт службы Frame Relay — упомянутая выше рекомендация ITU-T 1.122. Тем не менее институт ANSI также касается этой темы в своей рекомендации Т1.606 (она уже упоминалась ранее). Напомним, что рекомендация 1.122 разработана с целью обеспечения возможности переноса фрейма формата LAPD, первоначально созданного для сетей ISDN, на другие технологии, такие, как Frame Relay. Чтобы убедиться в сходстве структуры 16битовых заголовков ISDN и Frame Relay, обратитесь к иллюстрации на рис. 9.1.
Спецификации описания служб
К этой категории спецификаций Frame Relay относятся рекомендации ANSI Т1.606 и ITU-T 1.233. В обзоре рекомендации Т1.606 устанавливается система понятий инфраструктуры, в рамках которой описывается служба ретрансляции фреймов. Эту рекомендацию следует рассматривать как руководство, в соответствии с которым разрабатываются более подробные стандарты ретрансляции фреймов. Что касается обмена сигналами, то здесь авторы стандарта Т1.606 придерживаются общих принципов обмена сигналами, принятыми для управления каналом данных во всех сетях ISDN. В плоскости пользовательских данных эта спецификация предусматривает наличие службы основного однонаправленного канала, представляющую собой упорядоченную передачу единиц данных без подтверждения от одного интерфейса UNI (сетевого устройства) к другому. Это означает, что служба коммутации фреймов несет ответственность за правильный порядок поступления информации, однако в ней не предусмотрено извещение передающего устройства об успехе или неудаче передачи информации по назначению. Формат фрейма основан на определении, содержащемся в рекомендации ITU-T Q.921, а также на добавлениях к этой рекомендации, приведенных в документе ANSI Т1.602 (для процедуры LAPD). Первоначально оба стандарта были предназначены для обеспечения транспортных возможностей обмена данными, скорость которых не превышала 1,544 Мбит/с (скорость передачи данных в каналах Т1), но теперь они обеспечивают работу служб Frame Relay при высокоскоростной передаче данных по каналам с пропускной способностью ТЗ.
Рекомендация 1.233 состоит из двух отдельных частей, известных как приложения. В части 1.233.1 описывается служба оператора ретрансляции фреймов без проверки ошибок, в части 1.233.1 — служба оператора ретрансляции фреймов с коррекцией ошибок и подтверждением правильности получения фреймов. Тема
сохранения порядка фреймов раскрывается в обеих частях. Кроме того, в рекомендации 1.233 (особенно в приложении D к части 1.233.1) изложена структура подуровней уровня канала передачи данных (Layer 2) (она аналогична связке управления логическим соединением с протоколом управления доступом к среде (Logical Link Control/Media Access Control — LLC/MAC), используемой в средах локальных сетей). Верхний подуровень называется подуровнем управления передачей данных, а нижний — основным подуровнем (далее в этой книге и других документах с описанием стандартов он обозначается как DL-CORE). В Приложении D части 1.233.1 сказано: “Основной подуровень обеспечивает работу только тех функций, которые нужны, чтобы воспользоваться преимуществами статистических свойств, присущих обмену информацией. Подуровень управления каналом улучшает работу основного подуровня, обеспечивая работу службы передачи данных при взаимодействии открытых систем (OSI).”
Рекомендация 1.233 пестрит ссылками на документацию по сетям ISDN, а также принятой в этой документации терминологией. Тем не менее она является признанной спецификацией сектора стандартизации Международного телекоммуникационного союза, в которой описываются службы Frame Relay. В ней можно найти минимальный и максимальный пределы размера фрейма в зависимости от приложения. Например, в средах локальных сетей рекомендуется использовать фреймы размером не менее 1 600 октетов, чтобы избежать ненужной фрагментации, а при обеспечении межсетевого обмена с коммутацией фреймов и использованием канала данных размер фрейма не может превышать 260 октетов. Как видно из многих рекомендаций 1TU-T, в приложении А части 1.233.1 содержатся определения терминов, полезные при обсуждении технологии Frame Relay. В приложении В, “Поддержка службы OSI сетевого уровня” (Support of the OSI network layer service), обсуждается использование составленного в ITU-T протокола Q.933 или любого другого подходящего, который может быть сопряжен с Q.922 для пересылки сигнала доступа в сеть с коммутацией фреймов. Как сказано в документе Х.213, изданном ITU-T, это приложение было составлено для того, чтобы показать, как служба носителя Frame Relay поддерживает сетевой уровень (Layer 3) OSI. Приложения С и D содержат обзор основных аспектов процедуры доступа к каналу связи Frame Relay (Link Access Procedure, Frame Relay — LAPF). Тематика приложений А и В к части 1.233.2 аналогична тематике соответствующих приложений к части 1.233.1.
Спецификации, касающиеся базовых аспектов технологии
К основным аспектам технологии Frame Relay имеют отношение спецификации Q.922 ITU-T и Т1.618 ANSI. Следует проявлять осторожность, чтобы не дать втянуть себя в беспредметные споры по поводу спецификаций института ANSI. На первый взгляд можно предположить, что спецификациям более высоких уровней соответствуют большие номера в их названиях, однако со спецификациями Т.618 и Т.617 института ANSI дело обстоит хитрее. Несмотря на то что соответствующие спецификации союза ITU-T пронумерованы в логическом порядке (Q.933 соответствует более высокому уровню, чем Q.922), институт ANSI поменял порядок, в результате чего Т.618 является спецификацией более низкого уровня.
Основные аспекты протокола Frame Relay — это описание формата его фреймов, а также всех операций этого протокола. Тесная взаимосвязь между документами Q.922 и Q.921, которые представляют собой уже упоминавшийся стандарт — определяющий формат фрейма LAPD в сетях ISDN, приводит к тому, что в стандарте Q.922 содержатся многочисленные ссылки на Q.921. Фактически не имеет смысла приступать к изучению документа Q.922, не имея под рукой текста стандарта Q.921.
Что касается заголовков Frame Relay, то в Q.922 указывается, что стандартно их длина составляет два октета; кроме того, приведены примеры трехоктетных и четы- рехоктетных заголовков. Все форматы заголовков иллюстрируются и объясняются в ходе обсуждения идентификатора подключения канального уровня (Data-link connection identifier — DLCI) в следующем разделе этой главы, посвященном описанию функциональных возможностей. На первый взгляд, приложение А к спецификации Q.922 выглядит похожим на основной текст этой рекомендации, (что заметно также по стилю, которым написано приложение), однако после более тщательного рассмотрения становится ясно, что в нем указаны различия между содержанием основной части и теми функциональными возможностями, которые требуются для полноценной поддержки службы коммутации пакетов. Приложение А предоставляет средства для реализации на практике описаний, содержащихся в документах 1.122 и 1.233. Однако, как сказано в спецификации 1.233, реализация процедуры LAPF не обязательно должна соответствовать приложению А к спецификации Q.922.
Спецификации сигналов доступа к службе
В спецификациях ITU-T Q.933 и ANSI Т1.617 идет речь о сигналах доступа в технологии Frame Relay. В определенном смысле эти спецификации представляют третий уровень инфраструктуры Frame Relay в такой же степени, как Q.931, на которую интенсивно ссылаются авторы документа Q.933, представляет третий уровень сетей ISDN. Тем не менее, как уже было сказано, функциональные возможности службы сети Frame Relay ограничены только первыми двумя уровнями. Также, как и спецификация Q.931 для сетей ISDN, документ Q.933 задает форматы процедур установления, поддержки и разрыва соединений службы Frame Relay для интерфейса UNI, которые могут служить указанием того, как реализовать коммутируемые виртуальные каналы (Switched VC — SVC). Возможно, наибольшим вниманием сообщества Frame Relay пользуются приложение А к документу Q.933 и приложение D к документу Т1.617. Это объясняется тем, что в обоих приложениях определяются механизмы управления состоянием виртуальных каналов. Перечисленные документы широко известны как интерфейсы локального управления (Local Management Interface — LMI) и обсуждаются ниже в текущей главе. В частности, в упомянутых приложениях описываются такие процедуры:
уведомление о добавлении постоянного виртуального канала (Permanent Virtual Channel - PVC);
обнаружение удаления канала PVC;
уведомление о доступности (активности) или недоступности (неактивности) сконфигурированного канала PVC (если канал PVC неактивен, это означает, что он сконфигурирован, но недоступен для использования, если же канал PVC активен — он доступен);
проверка целостности соединения.
Соглашения по реализации, созданные форумом FRF
В этом разделе для полноты картины перечислены соглашения по реализации, сформированные специалистами форума FRF. Полный текст всех документов можно бесплатно загрузить со многих узлов Internet, включая собственный узел форума FRF, который находится по адресу www.frforum.com. Соглашения по реализации, в заголовках которых фигурируют несколько номеров, являются версиями, доработанными на основе первоначальных черновых вариантов.
FRF.1.2. UNI Implementation Agreement (Соглашение по реализации интерфейса пользователь-сеть), апрель 2000 года.
FRF.2.1. Frame Relay Network-to-Network Interface (NNI) Implementation Agreement (Соглашение по реализации межсетевого интерфейса Frame Relay), июль 1995 года.
FRF.3.2. Multiprotocol Encapsulation Implementation Agreement (MEI) (Соглашение по реализации многопротокольной инкапсуляции), апрель 2000 года.
FRF.4.1. SVC UNI Implementation Agreement (Соглашение по реализации интерфейса пользователь-сеть для коммутируемого виртуального канала), январь 2000 года.
FRF.5. Frame Relay/Asynchronous Transfer Mode (ATM) Network Interworking Implementation (Соглашение по обеспечению межсетевого обмена в технологии Frame Relay в режиме асинхронной передачи данных), декабрь 1994 года.
FRF.6. Frame Relay Service Customer Network Management Implementation Agreement (MIB) (Соглашение по обеспечению управления клиентскими сетями Frame Relay), март 1994 года.
FRF.7. Frame Relay PVC Multicast Service and Protocol Description (Многоадресатная служба постоянного виртуального канала и описание протокола Frame Relay), октябрь 1994 года.
FRF.8.1. Frame Relay/ATM PVC Service Interworking Implementation Agreement (Соглашение по обеспечению межсетевого обмена службы постоянного виртуального канала в технологии Frame Relay в режиме асинхронной передачи данных), февраль 2000 года.
FRF.9. Data Compression Over Frame Relay Implementation Agreement (Соглашение по реализации сжатия данных в технологии Frame Relay), январь 1996 года.
FRF.10.1. Frame Relay Network-to-Network SVC Implementation Agreement (Соглашение по реализации межсетевого коммутируемого виртуального канала в технологии Frame Relay), сентябрь 1996 года.
FRF.11.1. Voice Over Frame Relay Implementation Agreement (Соглашение по передаче голосовых данных в технологии Frame Relay), май 1997 года. Приложение J добавлено в марте 1999 года.
FRF.12. Frame Relay Fragmentation Implementation Agreement (Соглашение no фрагментации данных в технологии Frame Relay), декабрь 1997 года.
FRF. 13. Service Level Definitions Implementation Agreement (Соглашение по определениям уровня обслуживания), август 1998 года.
FRF. 14. Physical Layer Interface Implementation Agreement (Соглашение по реализации интерфейса физического уровня), декабрь 1998 года.
FRF. 15. End-to-End Multilink Frame Relay Implementation Agreement (Соглашение по реализации сквозного многоканального соединения в технологии Frame Relay), август 1999 года.
FRF.16. Multilink Frame Relay UNI/NNI Implementation Agreement (Соглашение по реализации многоканальных интерфейсов пользователь-сеть и межсетевого интерфейса в технологии Frame Relay), август 1999 года.
FRF.17. Frame Relay Privacy Implementation Agreement (Соглашение по сохранению секретности в технологии Frame Relay), январь 2000 года.
FRF.18. Network-to-Network FR/ATM SVC Service Interworking Implementation Agreement (Соглашение по обеспечению межсетевого обмена для службы межсетевой ретрансляции кадров в режиме асинхронной передачи по коммутируемому виртуальному каналу), апрель 2000 года.
FRF.19. Frame Relay Operations, Administration and Maintenance Implementation Agreement (Соглашение по реализации работы, администрирования и поддержки службы Frame Relay), март 2001 года.
FRF.20. Frame Relay IP Header Compression Implementation Agreement (Соглашение по сжатию IP-заголовков Frame Relay), июнь 2001 года.
Функции, выполняемые службой Frame Relay
В этом разделе описываются практические аспекты службы Frame Relay. В нем подробно обсуждаются структуры данных и спецификации протоколов, благодаря которым служба работает именно так, а не иначе. Коротко упомянутые выше темы будут представлены с более практичной точки зрения как в отношении постоянного виртуального канала, так и в отношении коммутируемого виртуального канала. Ниже подробно рассмотрены следующие темы:
виртуальные каналы (как постоянные, так и коммутируемые);
идентификаторы подключения канального уровня:
связанный с ними протокол обратного преобразования адресов (Inverse Address Resolution Protocol — Inverse ARP);
биты расширенного адреса, команды отклика и разрешения на уничтожение пакетов;
конвенционные величины (т.е. договорные параметры канала);
процедура уничтожения и восстановления фреймов;
передача сигналов.
Виртуальные каналы
Технология Frame Relay, также, как Х.25 и ATM, построена на концепции виртуальных каналов. Виртуальный канал — это полный набор программных отображений портов, содержащихся на двух взаимосвязанных устройствах Frame Relay. В роли таких устройств могут выступать как коммутаторы, так и конечные устройства, независимо от того, сколь-
ко между ними содержится коммутаторов. Каждому отображению, связанному с этим виртуальным каналом, соответствует идентификатор подключения канального уровня, который обсуждается в следующем подразделе текущего раздела. Каждый виртуальный канал обеспечивает двустороннюю передачу данных между конечными устройствами. Иными словами, виртуальный канал состоит из одного или нескольких (обычно из нескольких) соединений между устройствами Frame Relay, а каждое из этих соединений нумеруется идентификатором подключения канального уровня. В свою очередь набор всех соединений между двумя конечными устройствами образует виртуальный канал.
Виртуальные каналы бывают трех типов: постоянные виртуальные каналы (Permanent Virtual Circuit — PVC), нежесткие каналы PVC (soft PVC — SPVC) и коммутируемые виртуальные каналы (Switched Virtual Circuit — SVC). Первоначально для технологии Frame Relay были предложены постоянные виртуальные каналы, которые до сих пор остаются самыми распространенными, однако в промышленности все большее распространение находят коммутируемые виртуальные каналы. Чтобы было легче различать постоянные и коммутируемые виртуальные каналы, канал PVC необходимо готовить или настраивать вручную во время заключения договора о предоставлении услуг. После того как канал PVC установлен, он работает постепенно (что следует из названия), до тех пор, пока абонент или поставщик услуг не прекратят контракт, который касается данного виртуального канала. Работа канала SVC также определяется контрактом между абонентом и поставщиком услуг, однако при этом такие каналы устанавливаются или разрываются (в них осуществляется переключение или установка связи) автоматически по требованию абонента. Как вы уже, наверное, догадались, если каналы используются не постоянно, то использование подключения SVC может оказаться дешевле, чем PVC. По мере увеличения загрузки виртуальных каналов экономическая эффективность коммутируемых виртуальных каналов снижается. Эта ситуация аналогична постоянному использованию продукта, обладающего возможностью коммутации, без применения этой возможности. В таком случае лучшим выбором может оказаться выделенный канал. Установление, поддержка и разрыв канала SVC осуществляется в соответствии с рекомендацией ITU-T Q.933 с помощью обмена сигналами на границе сети по интерфейсу UNI, а внутри сети — по интерфейсу NNI.
Несмотря на то что для постоянных виртуальных каналов фактический маршрут передачи сигнала может меняться со временем (за исключением доступа к сети), как в случае с каналами SPVC, в которых при разрыве соединения или при возникновении значительной перегрузки происходит автоматическое изменение маршрута, при этом начальная и конечная точки такого виртуального канала остаются неизменными. Благодаря прочной связности конечных компонентов такие каналы называются постоянными. Виртуальные каналы получили свое название из-за выполнения в них статистического мультиплексирования с разделением времени (STDM), а также в силу того, что они фактически не предоставляются пользователю на постоянное время (в качестве примера можно привести такие TDM- каналы, как Т1). Устройство коммутируемых виртуальных каналов позволяет по желанию изменять один из концов канала, что расширяет возможности абонента. Хотя работа коммутируемого виртуального канала более понятна конечному пользователю, устанавливать его в сети несколько сложнее, чем постоянный канал. Поэтому коммутируемые каналы приобрели популярность лишь в последнее время благодаря появлению приложений, управляющих их работой. Каждый поставщик услуг помимо настройки протокола обмена служебными сигналами (например, Q.933) должен установить соглашения относительно
методов передачи сигналов для установления, поддержки и разрыва сквозного соединения в коммутируемом канале связи. Еще одно тонкое отличие коммутируемых виртуальных каналов от постоянных состоит в том, что для первых необходимо отслеживать интенсивность их использования и предъявлять абонентам счета в соответствии с этими показаниями. Для постоянных виртуальных каналов все необходимые моменты оговорены в исходном контракте, который остается неизменным в течение оговоренного срока его действия; напротив, контракт, заключенный по поводу условий предоставления коммутируемых виртуальных каналов, можно изменять. В следующем разделе мы рассмотрим подробно работу приложений для каналов SVC.
Нежесткие каналы PVC, как и обычные, характеризуются фиксированными соединениями в конечных точках, однако конфигурация внутрисетевых соединений для таких каналов может меняться (при каком-либо повреждении). В отличие от коммутируемых виртуальных каналов, нежесткие каналы PVC нельзя разрывать по требованию, поступившему от той или другой конечной точки соединения. Считается, что ни соединения PVC, ни SVC не являются такими устойчивыми при сбоях работы сети, как каналы SPVC. По сути, каналы SPVC во всех отношениях сходны с каналами PVC, за исключением того, что для обеспечения межсетевого взаимодействия в канале SPVC нужно определить технические характеристики закрытого интерфейса между двумя коммутаторами Frame Relay (Private NNI — PNNI), а канал PVC можно обеспечить вручную, без применения протокола обмена служебными сигналами. Обеспечение совместимости оборудования, выпущенного различными производителями, было одним из препятствий на пути к реализации соединений SPVC.
Идентификатор подключения канального уровня
Идентификатор подключения канального уровня (DLCI) — это 10-битовое численное значение (всего может быть 1 024 таких значений; стандарты позволяют применять большие DLCI, однако обычно они не используются), которое содержится в каждом заголовке Frame Relay. Идентификатором подключения канального уровня назначается виртуальный канал, которому принадлежит данный фрейм; такой идентификатор позволяет определить физический путь, по которому следует направить фрейм, чтобы он оставался в своем виртуальном канале. Кроме того, устройство-отправитель использует номер DLCI, чтобы проинформировать входной коммутатор о том, по какому виртуальному каналу клиент намерен (или требует) передать фрейм. Чтобы узнать, какое место в заголовке Frame Relay занимает идентификатор DLCI, обратимся к рис. 9.2.
DLCI — это не что иное, как локально значимое число, которое представляет весь виртуальный канал с точки зрения заданного устройства. Каждое коммутирующее устройство использует номер DLCI для выбора физического выходного порта; такой выбор осуществляется на основе того, через какой физический выходной порт прибыл фрейм на данный коммутатор. На рис. 9.3 проиллюстрировано, как на основе идентификаторов DLCI осуществляется переключение портов при прохождении фрейма через коммутатор Frame Relay. При выборе выходного порта коммутатор считывает номер входного порта и DLCI полученного фрейма, присваивает ему новый соответствующий DLCI и направляет в выбранный выходной порт, что позволяет фрейму продолжать свой путь по тому же виртуальному каналу, по которому он передавался с самого начала. Термин локально значимый означает, что номер DLCI фрейма не обязан оставаться одним и тем же при прохождении виртуального канала. Каждое численное значение должно быть уникальным только между двумя устройствами Frame Relay, соединенными между собой одной и той же
парой портов. Иными словами, если два устройства соединены между собой через несколько портов, одно и то же численное значение идентификатора DLCI не соответствует одному виртуальному каналу из-за различия номеров портов. Таким образом пара номеров порта и номер DLCI играют роль, аналогичную IP-адресу в том смысле, что один и тот же идентификатор IP-узла может указывать на разные узлы, если идентификаторы сети между двумя узлами различаются.
11111
DLCI (старший разряд)
C/R
ЕА=О
OLCI (младший разряд).FECNBECN
DE
ЕА=1
Байт 1
Байт 2
Формат заголовка Frame Relay
DLCI ■ идентификатор подключения канального уровня (Data Link
Connection Identifier)
FECN/BECN • прямое/обратное явное уведомление о заторе
(Forward/Backward Explicit Congestion Notification)
C/R • команда/отклик (Command/Response)
EA • расширенный адрес (Extended Address)
DE - разрешение на уничтожение (Discard Eligibility)
Рис. 9.2. Заголовок Frame Relay
Рис. 9.3. Роль идентификатора DLCI и номера входного порта в процессе коммутации
С помощью одного и того же маркера одинаковые идентификаторы сети могут указывать на два разных узла, если соответствующие идентификаторы узлов являются уникальными.
Рассматривая номер порта и идентификатор DLCI как единый блок, состоящий из двух чисел, можно считать, что в рамках данного коммутатора для определенного направления информационного потока каждая такая пара величин должна быть уникальной в своем единстве. Однако такие пары могут повторяться, если они относятся к разным коммутаторам и являются частью различных виртуальных каналов. В этом и заключается суть локальной значимости идентификатора канала.
Рассмотрим подробнее процесс, проиллюстрированный на рис. 9.3. Маршрутизатор абонентского узла А отправляет фрейм, который нужно передать на узел клиента Б. Номер DLCI в заголовке Frame Relay, соответствующий этому виртуальному каналу, равен 300. Фрейм приходит на первый порт коммутатора А. Просмотрев свою таблицу коммутации, коммутатор обнаруживает, что полученный на порт 1 фрейм с идентификатором DLCI, равным 300 он должен отправить через порт 3 с идентификатором DLCI, который равен 100. В результате фрейм продолжает свой путь по надлежащему физическому каналу в рамках логического канала. Далее фрейм попадает на порт 1 коммутатора Б, который определяет, что полученный через порт 1 фрейм с номером DLCI, равным 100 следует отправить на порт 2, присвоив этому фрейму идентификатор DLCI 200. Входящие и исходящие номера DLCI на каждом этапе передачи могут быть идентичны, если номера портов различаются. Таким образом наличие DLCI с одним и тем же номером (DLCI=100) в двух разных местах на рис. 9.3 абсолютно законно благодаря концепции локальной значимости идентификатора. Подобный процесс продолжается на каждом коммутаторе до тех пор, пока фрейм не попадет в точку назначения. Коммутаторы В и Г приведены на рисунке лишь в качестве примера устройств, которые не входят в рассматриваемый виртуальный канал. Несмотря на то что на приведенной диаграмме в роли конечных устройств выступают маршрутизаторы, которые широко распространены, на их месте могут быть также мосты, коммуникационные процессоры (front-end processor — FEP), устройства доступа Frame Relay (Frame Relay access device — FRAD) или любые другие устройства с интерфейсом Frame Relay. Кроме того, коммутаторами могут быть сетевые маршрутизаторы или мультиплексоры Т1/Е1.
Инверсный протокол преобразования адресов
Несмотря на то что основной темой этой книги не являются ни Internet-протоколы, ни какие-либо отдельно взятые протоколы сетевого уровня, если они не относятся к группе протоколов, рассматриваемых в этой главе, все же было бы упущением не обсудить интересный метод, применяемый в технологии Frame Relay для состыковки с адресами сетевого уровня (которые в литературе часто называются протокольными адресами). В среде Ethernet, например, таблица кэша ARP служит для преобразования известных адресов сетевого уровня в МАС-адреса локальных устройств (т.е. устройств, которые находятся в той же IP-подсети), а в технологии Frame Relay все должно происходить наоборот. В протоколе Frame Relay сведения о том, какой новый идентификатор DLCI следует присвоить фрейму, можно получить с помощью интерфейса локального управления, но в нем отсутствует встроенный механизм предоставления адреса сетевого уровня, соответствующего устройству, находящемуся на противоположном конце канала. Однако такой механизм необходим, если окажется, что соединение Frame Relay представляет собой пригодный для употребления маршрут из глобальной сети в локальную.
Если статистическое отображение использовать нежелательно, приемлемым решением является инверсный протокол преобразования адресов (Inverse ARP), который также известен как Frame Relay ARP (см. RFC 2390, InARP). Поскольку номер DLCI можно
рассматривать как фигурирующий в протоколе Frame Relay эквивалент аппаратного адреса, нужна таблица, отображающая такой адрес в адрес протокола. Нужно понимать, что хотя номер DLCI — это локальный идентификатор (понятный только конечному устройству и соответствующему входному коммутатору), он выступает в роли локального идентификатора для всего виртуального канала и как результат — для другого конечного устройства (фактически для всех устройств данного виртуального канала). Осознание этого тонкого вопроса позволяет с пользой применять в технологии Frame Relay структуру данных, аналогичную кэш-таблице ARP локальной сети.
Различие состоит в следующем: если речь идет о протоколе ARP локальной сети, то устройству для создания фрейма нужно узнать аппаратный адрес по известному адресу протокола, а в протоколе Frame Relay конечное устройство передает аппаратный адрес (DLCI), который является проводником через виртуальный канал к другому конечному устройству. Хотя конфигурация номера DLCI чаще нуждается в ручной настройке на оборудовании клиентов, чем может показаться на первый взгляд, по сконфигурированным идентификаторам DLCI можно предсказать маршрут фрейма в отдельно взятой линии доступа, поскольку интерфейс локального управления (Local Management Interface — LMI) обновляет информацию о номерах DLCI по входному коммутатору. Не хватает только адреса протокола. Такая ситуация приемлема в силу того, что мы рассматриваем среду распределенных сетей. Отсутствующий адрес протокола не является, например, IP-адресом, который в один прекрасный момент может быть возвращен в ответ на запрос службы доменных имен (Domain Name System — DNS) на Web-сервере. Он является адресом ближайшего устройства Frame Relay, расположенного на противоположном конце канала, например, адресом маршрутизатора.
Последующее обсуждение технологии станет более понятным, если не забывать о том, что технология Frame Relay известна как нешироковещательная среда с множественным доступом (NonBroadcast MultiAccess — NBMA), хотя корпорация Cisco приняла меры по улучшению, чтобы сгладить эту характеристику. Изданный корпорацией Cisco учебный курс под названием Создание масштабируемых объединенных сетей Cisco (Building Scaleable Cisco Internetworks — BSCF) является прекрасным пособием, в котором можно почерпнуть более подробную информацию по этому вопросу. Учитывая стандартно предоставляемые функциональные возможности, можно сказать, что технология Frame Relay аналогична множеству распределенных сетей Ethernet, в которых отсутствует широковещательность. Второе отличие состоит в том, что в технологии Frame Relay устройство обычно не обязательно сообщается со всеми, с кем оно совместно использует сеть. К тому же у клиента уже есть аппаратные адреса тех устройств, с которыми необходимо реализовать возможность обмена информацией. Как мы уже говорили, устройство, адрес протокола которого необходимо знать на отдельном этапе передачи фрейма, является адресом не конечного устройства, а ближайшего устройства Frame Relay на другом конце непосредственно подключенного канала. Еще раз стоит отметить, что таким устройством зачастую является маршрутизатор.
Часто инверсный протокол ARP (Inverse ARP) путают с другим протоколом, который известен как обратный протокол определения адреса по местоположению узла (Reverse Address Resolution Protocol — RARP). Сходство между протоколами Inverse ARP и RARP заключается в том, что в каждом из них известен аппаратный адрес, а для передачи данных через транзитный узел нужен протокольный адрес. Различие состоит в том, что в RARP определяются аппаратный и протокольный адреса локального устройства, а в протоколе Inverse ARP нужно узнать соответствующую адресную пару устройства, которому передается фрейм. Исходя из названий протоколов, можно подумать, что они взаимозаменяемые, однако предназначение их различное.
Протокол Inverse ARP работает следующим образом. Когда оконечное устройство получает от интерфейса локального управления (т.е. LMI) извещение об активизации канала с определенным номером DLCI, оно отправляет запрос о новом DLCI, который обрабатывается в соответствии с протоколом Inverse ARP точно так же, как и любой другой поток сообщений, проходящий по каналу с заданным идентификатором DLCI. В результате устройство на противоположной стороне канала получает такой запрос и формирует ответ, помещая туда свой протокольный адрес. Получив ответ с информацией о протокольном адресе, отправившее запрос устройство отображает протокольный адрес в уже известный ему номер DLCI. Этот процесс сводит к минимуму возможность ошибки, которая может произойти при вмешательстве человека в процесс отображения протокольных адресов в идентификаторы DLCI.
Биты ЕА, C/R и D/C
Теперь, когда мы получили более полное представление о назначении поля DLCI в заголовке Frame Relay, обратим внимание на хитроумные, но необходимые поля заголовка, в которых задается его длина, а также рассмотрим функции дополнительных полей DLCI. На рис. 9.4 изображены форматы заголовка фрейма в соответствии с тем, как они определены в рекомендации ITU-T Q.922, а также расшифровки полей и битов. Кроме того, в приложении А этой рекомендации отмечено, что бит команды- отклика (C/R) не задан, поэтому он передается протоколом DL-CORE без каких-либо изменений. Это утверждение можно трактовать так, что конечные системы могут свободно распоряжаться этим битом, зная, что никакие сетевые параметры при этом не будут изменены. Таким образом потенциально значимый бит гарантированно и беспрепятственно передается от одного конечного устройства другому, не подвергаясь воздействию со стороны инфраструктуры сети Frame Relay. Бит расширения адреса (Extended Address — ЕА) выполняет одну простую функцию — обозначает окончание заголовка. Если значение такого бита равно нулю, между ним и окончанием заголовка содержится как минимум, еще один октет. Если же в конце октета находится бит ЕА, значение которого равно единице, то этот октет — последний в заголовке. В таком случае с последующего бита начинается информационное поле, в котором содержатся такие структуры данных как высокоуровневые заголовки и пользовательские данные.
На рис. 9.4,а показан стандартный формат заголовка, в котором содержится обычный 10-битовый номер DLCI (см. рис. 9.5, на котором приведены списки категорий DLCI для каждого формата заголовка фрейма). На рис. 9.4,6 и 9.4,в изображены дополнительные форматы заголовков, состоящих из трех и четырех октетов, в которых можно задавать идентификаторы DLCI длиной 10, 16, 17 или 23 бита. Рассмотрим подробнее эти идентификаторы DLCI. Если контрольный бит индикатора (D/C), управляющий переключением режима DLCI/DL-CORE, установлен (т.е. равен единице), то шесть старших битов последнего октета заголовка (это относится к трех- или четырехбайтовым заголовкам) содержат управляющую информацию DL-CORE. Наличие управляющей информации DL-CORE означает, что идентификатор DLCI закончился в предыдущем октете. При этом длина номера DLCI в заголовках, состоящих из трех и четырех октетов, составляет соответственно 16 и 23 бита. Следует помнить, что в силу локальной значимости идентификаторов DLCI трех- и четырех- октетовые заголовки не являются широко распространенными (часто они не поддерживаются) или необходимыми. К этому следует добавить тот факт, что управляющая функция DL-CORE пока не реализована (в техническом плане она могла бы представлять собой единственное приложение, обеспечивающее продвижение более круп-
ных форматов независимо от стремительного роста пропускной способности установленных на сетевых устройствах портов или интерфейсов приложений, используемых конечными пользователями), однако для нее используются поля с учетом перспективы развития.
C/R
ЕА=О
DLCI (старший разряд)
FECN
BECN
DE
ЕА=1
DLCI (младший разряд)
Формат двухоктетового поля адреса (по стандартная)
в.
IIIII
Байт 1
DLCI (старший разряд)
C/R
ЕА=О
Байт 2
DLCIFECNBECN
DE
ЕА=О
БайтЗ
DLCI
ЕА=О
Байт 4
DLCI (младший разряд) или управляющая информация DL-CORE
D/C
ЕА=1
IIIII
Дополнительный формат четырехоктетового поля адреса
DLCI • идентификатор подключения канального уровня (Data Link Connection Identifier)
FECN/BECN • прямое/обратное явное уведомление о авторе (Forward/Backward Explicit Congestion Notification)
C/R • команда/отклик (Command/Response)
EA • расширенный адрес (Extended Address)
DE • разрешение на уничтожение (Discard Eligibility)
D/C • управляющий индикатор DLCI или DL-CORE
Рис. 9.4. Форматы заголовков (стандартные и дополнительные)
На рис. 9.5,а перечислены категории 10-битовых идентификаторов DLCI. Если значение бита D/С в трехоктетовом формате равно единице, то такой номер DLCI не отличается от DLCI в двухоктетовом формате, а в старших разрядах третьего октета содержится управляющая информация DL-CORE, а не дополнительные биты DLCI. Пользовательским фреймам присваиваются идентификаторы DLCI в диапазоне от 16 до 991, в зависимости от виртуального канала, по которому они передаются. На рис. 9.5,6 представлена ситуация, когда трехоктетовый заголовок содержит бит D/C, значение которого равно нулю. В таком случае DLCI имеет 16-битовую длину и может принимать 65 536 различных значений, a DLCI фреймы с пользовательскими данными принадлежат диапазону от 1 024 до 63 487.
Наконец, на рис. 9.5,в и 9.5,г перечислены категории идентификаторов DLCI, которые применяются в тех случаях, когда используется заголовок длиной четыре октета. Если значение бита D/С равно единице, номер DLCI содержится только в трех первых октетах, а его длина составляет 17 битов, позволяя создавать 131 072 различных комбинаций. Поток пользовательской информации передается по виртуальным каналам с помощью номеров DLCI, значения которых находятся в диапазоне от 2 048 до 126 975. Если же значение данного бита равно нулю, то DLCI имеет максимальную длину 23 бит, что дает в результате 8 388 608 возможных комбинаций. В таком случае идентификаторы DLCI пользовательских фреймов принимают значения в диапазоне от 131 072 до 8 126 463.
Контрактные параметры технологии Frame Relay
При заключении контракта и соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement — SLA) следует согласовать такие основные величины:
согласованную скорость передачи (committed information rate — CIR);
максимальную скорость всплеска (maximum burst rate — MBR);
согласованный размер всплеска (committed burst size — Be);
размер избыточных всплесков (excess burst size — Be);
согласованный интервал между измерениями скорости (committed rate measurement interval — Tc).
Значения перечисленных и еще некоторых величин (за исключением MBR) определены в приложении А к рекомендации ITU-T 1.233. Основное значение, по поводу которого принимается договоренность при заключении контракта относительно предоставления услуг абонентам Frame Relay, это параметр CIR. CIR — это средняя скорость передачи в постоянном виртуальном канале. Многие компании-потребители услуг следят за данной величиной, чтобы убедиться, что они получают то, за что платят. Конечно же, есть другая величина, MBR, позволяющая этим компаниям получить услуги в объеме, превышающем оплаченный; независимо от этого поставщик услуг несет ответственность за каждый фрейм, скорость передачи которого ниже CIR.
Опишем взаимосвязь между этими числами. CIR вычисляется как отношение двух величин, Вс и Тс (CIR = Вс/Тс). Например, скорость CIR, равная 64 Кбит/с, получается, если значение Вс равно 64 000 битов, а Тс — 1с, или если Вс равно 384 000 битов, а Тс — 6 с. Величина MBR представляет собой комбинацию скорости CIR с каким-либо превышенным размером пакета (т.е. соотношением Be/Тс). Таким образом, MBR = (Вс/Тс) + (Be/Тс) или (Вс + Ве)/Тс. Если предположить, что значе-
ние MBR меньше скорости линии доступа, представляющей собой скорость основного или логического канала, по которому проходит постоянный виртуальный канал, существует третья зона, в которой нельзя передавать фреймы по этому каналу, если поставщик услуг не применяет практику, известную как постепенное аннулирование пакетов. На рис. 9.6 проиллюстрированы три зоны, которые можно создать на основании обсуждаемых в этом разделе величин. В следующих разделах эти три зоны используются при обсуждении процесса уничтожения фреймов.
а.
10-битовый DLCI
Диапазон значений DLCI
Функция
0
Внутриканальная сигнализация (по запросу)
1-15
Зарезервировано
16-511
Параметр сети: канал, отличный от D, можно использовать для передачи пользовательской информации
512-991
Идентификатор логического канала для поддержки пользовательской информации
992-1007
Управление на 2 уровне режима передачи фрейма основной службы
1008-1022
Зарезервировано
1023
Внутриканальная сигнализация уровня 2 (по запросу)
б.
16-битовый DLCI
Диапазон значений DLCI
Функция
0
Внутриканальная сигнализация (по запросу)
1-1023
Зарезервировано
1024-32767
Параметр сети: канал, отличный от D, можно использовать для передачи пользовательской информации
32768-63487
Идентификатор логического канала для поддержки пользовательской информации
63488-64511
Управление на 2 уровне режима передачи фрейма основной службы
64512-65534
Зарезервировано
65535
Внутриканальная сигнализация уровня 2 (по запросу)
в.
17-битовый DLCI
Диапазон значений DLCI
Функция
0
Внутриканальная сигнализация (по запросу)
1-2047
Зарезервировано
2048-65535
Параметр сети: канал, отличный от D, можно использовать для передачи пользовательской информации
65536-126975
Идентификатор логического канала для поддержки пользовательской информации
126976-129023
Управление на 2 уровне режима передачи фрейма основной службы
129024-131070
Зарезервировано
131071
Внутриканальная сигнализация уровня 2 (по запросу)
г.
23-битовый DLCI
Диапазон значений DLCI
Функция
0
Внутриканальная сигнализация (по запросу)
1-131071
Зарезервировано
131072-4194303
Параметр сети: канал, отличный от D, можно использовать для передачи пользовательской информации
4194304-8126463
Идентификатор логического канала для поддержки пользовательской информации
8126464-8257535
Управление на 2 уровне режима передачи фрайма основной службы
8257536-8338606
Зарезервировано
8388607
Внутриканальная сигнализация уровня 2 (по запросу)
Рис. 9.5. Категории идентификаторов DLCI
Скорость доступа линии равна 64 Кбит/с
CIR - 24 Кбит/с - Вс/Тс
MBR - 48 Кбит/с - (Вс+ Ве)/Тс
Рис. 9.6. Графическая схема, иллюстрирующая скорости CIR и MBR
Удаление и восстановление фреймов
В технологии Frame Relay применяется одно простое правило, которое придает ей такую элегантность: если при передаче данных возникает проблема, данные следует удалить. Приведем две основные проблемы, приводящие к их удалению:
выявление ошибок в данных;
перегрузка сети.
На рис. 9.7 показан заголовок Frame Relay в контексте всего фрейма. Поля флагов в начале и конце фрейма содержат флаг высокоуровневого протокола управления каналом (High-Level Data Link Control — HDLC). Значение этого флага равно 0х7Е в шестнадцатеричной системе исчисления или 01111110— в двоичной. Как и во всех других протоколах, в которых начало и окончание фрейма обозначаются на основе HDLC-флага, конечные устройства Frame Relay помещают нулевой бит после каждой последовательности символов, состоящей из пяти единиц. Устройство, для которого предназначен фрейм, убирает из него все нули, стоящие после пяти идущих подряд единиц, в результате чего там остается исходная информация, которая передается на принимающее аппаратное и программное обеспечение. Такой метод гарантирует, что открывающий-закрывающий флаг 0х7Е никогда не будет встречаться внутри фрейма. В рекомендации Q.922 предлагается, чтобы все приложения поддерживали отдельные открывающие и закрывающие флаги, однако реализация комбинированных флагов, которые одновременно выступают в роли закрывающих для предшествующего фрейма и открывающих для текущего, не является нарушением протокола. В упомянутой выше рекомендации также предлагается, чтобы такой флаг заполнял пространство между фреймами в каналах, отличных от D-каналов.
Номербита 8765432187654321
Рис. 9.7. Структура фрейма в технологии Frame Relay
Обнаружение ошибок
Поле, содержащее контрольную последовательность фрейма (Frame-Check Sequence — FCS), является частью механизма обнаружения ошибок, который определяет, не произошло ли искажение данных рассматриваемого фрейма в процессе его передачи по последнему участку цепи (например, от одного коммутатора к другому). Значение FCS вычисляется по определенным правилам и помещается в указанную на рис. 9.7 позицию фрейма. Устройство, получившее фрейм, вычисляет значение по тому же алгоритму и сравнивает его с величиной, хранящейся в поле FCS. Если такие два значения различны, это означает, что на последнем этапе передачи фрейм был поврежден. Такой фрейм не подлежит дальнейшей обработке и удаляется из среды сети, так как определить, какими были исходные (неповрежденные) данные, невозможно. Удаление фрейма происходит даже в том случае, если ошибка произошла в самом бите FCS, так как способ, с помощью которого можно было бы точно определить, из- за какого бита (или битов) возникло различие, отсутствует. Понятно, что с помощью такого метода ошибки можно только выявлять, а их исправление должно происходить « на конечных устройствах с помощью высокоуровневых протоколов, к которым нет доступа ни у коммутаторов, ни у сетевых устройств.
Еще одна проблема возникает, если в заголовке полученного фрейма фигурирует неправильный идентификатор DLCI. Такая проблема решается точно так же, как и предыдущая, когда возникает различие между вычисленной и полученной контрольными последовательностями. Фрейм удаляется из сети, так как невозможно восстановить номер канала DLCI, который должен быть помещен в заголовок. Как видно, в технологии Frame Relay не признаются никакие случайности и не делаются никакие предположения. Такая позиция способствует сохранению полосы пропускания и производительности за счет распределения заданий, которые способны выполнять конечные устройства, между соответствующими устройствами. Единственная причина возникающих при этом проблем — меньшая, чем хотелось бы, эффективность восстановления ошибочных данных, которой обладают протоколы, управляющие работой конечных устройств. Даже если таким протоколам присуща определенная эффективность, она может быть сведена к нулю из-за настроек механизма управления потоком
данных, которые приходится вносить из-за ухудшения работы сети или из-за ручных настроек, которые приводят к постоянному ухудшению эффективности. Таким образом важно, чтобы в технологии Frame Relay применялись механизмы, помогающие избежать потери целостности данных, в частности, основной причины такой потери — заторов в сети.
Заторы в сети
Интенсивно эксплуатирующиеся сети часто бывают перегруженными. Единственный способ избежать перегрузки сети — значительно усложнить сетевую инфраструктуру. Это улучшит эксплуатационные условия и повысит сложности управления инфраструктурах. В различных вариантах сетей могут также применяться другие методы, помогающие справиться с перегрузками. Например, в сетях Ethernet перегрузка приводит к “столкновениям” фреймов, при котором разрушается информация, передающаяся всеми участвующими сторонами. Такой способ обработки сообщений в условиях перегрузки — образец механизма, явно реагирующего на ухудшение ситуации. Этот метод применяется тогда, когда сеть Frame Relay и режим асинхронной передачи могут активно реагировать на загруженность, но при этом делается уклон в сторону профилактических мер в тех пределах, в которых все поставщики услуг и абоненты используют соответствующие механизмы.
Перегрузки в сети возникают по двум основным причинам. Во-первых, устройство может получить входящие данные, объем которых превышает емкость буфера данного устройства. Такая ситуация называется перегрузкой приемника. Во-вторых, устройство может пытаться передать по каналу больше данных, чем он в состоянии пропустить через себя. Поскольку работа протокола Frame Relay зависит от интеллектуальных конечных устройств, которые по-разному осуществляют восстановление ошибок и не подлежат контролю со стороны сетей Frame Relay, в самой технологии Frame Relay должен содержаться метод предотвращения отказов сети, так как в ней нет эффективных методов исправления ошибок. Таким образом важно, чтобы соответствующие механизмы технологии Frame Relay сводили к минимуму возможность перегрузок, а при их возникновении минимизировали вред, причиненный удалением фреймов из потока. Эту функцию выполняют обсуждаемые ниже сигнальные биты возникновения заторов.
Служебная сигнализация
Если следовать стандартам, то нет никакой необходимости реализовывать какие бы то ни было механизмы обмена сигналами, однако применение таких механизмов улучшает пропускную способность и производительность сети. Механизмы обмена сигналами можно разбить на три большие категории:
биты, сигнализирующие о возникновении заторов;
биты, указывающие на состояние соединения;
биты управления вызовом (относятся к коммутируемым виртуальным каналам).
Сигнальные биты, свидетельствующие о возникновении заторов, встречаются непосредственно во фреймах, с помощью которых передается обычный пользовательский поток сообщений. Для двух других сигнальных механизмов предусмотрены свои собственные виды фреймов, которые формируются на основании спецификаций, составленных для этой отдельной реализации. Ниже обсуждаются наиболее распространенные из спецификаций.
Биты, сигнализирующие о возникновении заторов
Иногда перегруженность сети может стать причиной потери контроля до такой степени, что единственное “спасение” будет в том, чтобы конечные устройства снизили скорость передачи своих фреймов в сеть. Часто менее приятное решение проблемы заключается в том, чтобы сетевые устройства время от времени удаляли фреймы, пытаясь восстановить порядок. К сожалению, конечные устройства только пытаются повторить попытку передачи, что приводит к ухудшению ситуации. Еще раз посмотрим на рис. 9.7 и обратим внимание на однобитовые поля, обозначенные как FECN (Forward Explicit Congestion Notification — прямое явное уведомление о заторе), BECN (Backward Explicit Congestion Notification — обратное явное уведомление о заторе) и DE (Discard Eligible — разрешение на уничтожение). Поля FECN и BECN — два примера явных уведомлений о перегрузке, как можно понять из их названий. Их описание приводится в “приложении I” к рекомендации ITU-T Q.922 под названием Ответные меры при возникновении перегрузки в сети {Responses to Network Congestion).
Напротив, в протоколе TCP применяется разновидность неявного уведомления о перегрузке. Иными словами, в этом протоколе о заторе в сети становится известно не из явного уведомления, а из того, что отправленные уведомления возвращаются в течение более длительного времени, чем следовало бы, или пакеты теряются в процессе передачи. При наличии полей FECN и BECN какое-либо устройство может явно уведомить о перегрузке другие устройства, расположенные в прямом и обратном направлениях относительно направления потока сообщений. Концепция явного уведомления о заторе проиллюстрирована на рис. 9.8.
Абонентский узел Б
В приведенном на рисунке примере коммутатор Б воспринимает внутренний процесс как последствия затора, произошедшего в нем или на ближайшем участке канала (виртуального или физического). С этого момента коммутатор Б может начать устанавливать бит FECN (т.е. присваивать ему значение 1) во всех фреймах, направление движения которых совпадает с направлением потока сообщений, ставших причиной перегруженности. С помощью такого метода адресаты, расположенные в этом направлении, извещаются о возникновении ситуации, которая может привести к проблеме. Бит FECN может использоваться конечными устройствами для оповещения конечных передающих устройств, что передача ими данных является возможной причиной перегрузки. Рассматриваемое оповещение влияет на состояние осведомленности, не являющееся прямым результатом работы сети Frame Relay. Такое состояние осведомленности можно впоследствии использовать для воздействия на передающие устройства, чтобы уменьшить количество передаваемых ими сообщений и избежать потерь данных. На такое опосредованное уведомление можно также влиять, используя в принимающих устройствах содержащуюся в протоколе ICMP (Internet Control Message Protocol — протокол управляющих сообщений в сети Internet) функцию подавления активности отправителя, чтобы управлять интенсивностью потока сообщений. Непрерывный поток таких сигнальных сообщений уведомляет передающее устройство о том, что следует сделать паузу, пока сообщения не перестанут поступать.
Иногда более ценной оказывается способность сети Frame Relay непосредственно оповещать устройства, расположенные вверх по потоку, что они являются причиной перегруженности или способствуют ее возникновению. Для этого сетевое устройство, возле которого возник затор, устанавливает во фрейме бит BECN, а затем отправляет такой фрейм устройствам, которые стали причиной перегруженности. Если устройства способны реагировать на бит BECN, они могут уменьшить интенсивность передачи, снизив тем самым поток фреймов, поступающих в место возникновения затора, и понижая тем самым уровень перегрузки в определенном месте. Использование уведомлений BECN способствует дополнительному уменьшению потока сообщений, поскольку конечные устройства не должны оповещать друг друга о заторе в сети, как это происходит при применении бита FECN.
Поскольку в заголовке каждого фрейма содержатся не только биты FECN и BECN, но также и биты идентификаторов DLCI, уведомление о заторе в сети может относиться не только к одному номеру DLCI, но и может быть распространено на все идентификаторы DLCI отдельной физической магистрали (соответствующей определенному порту сетевого устройства) или воздействовать на номера DLCI всех фреймов, передающихся через все порты этого устройства в обоих направлениях. Решение, какую стратегию применить, полностью зависит от способности сетевого устройства локализовать источник возрастающей нагрузки.
Рассмотрим ситуацию, когда применение битов FECN и BECN не приводит к заметному уменьшению нагрузки. Как уже отмечалось, в таком случае можно сделать так, чтобы сетевые устройства просто удаляли фреймы, выбирая их случайным образом. Хотя такое решение может показаться разумным, при этом получается, что по вине нескольких конечных устройств страдают все остальные участники информационного обмена. Чтобы избежать такой ситуации, для сетевых устройств, на которых требуется снизить нагрузку, предусмотрен бит DE (Discard Eligibility — разрешение на уничтожение). Большинство администраторов предпочитают, чтобы данные, которые чувствительны к потере целостности сообщений, например, голосовые данные, не удалялись из сети при ее перегруженности, если нагрузку можно снизить за счет удаления других данных, передачу которых впо-
следствии можно будет повторить без потери смысла сообщения. По этой причине конечные устройства (т.е. абонентские устройства, наиболее предрасположенные отмечать фреймы таким образом) могут маркировать свои менее важные в указанном смысле фреймы как возможные кандидаты на удаление (устанавливая в них бит DE), чтобы этим можно было воспользоваться при возникновении перегрузки. Такой подход позволяет подвергшемуся перегрузке сетевому устройству выбирать для удаления в первую очередь те фреймы, в которых установлен бит DE. Если это не помогает, удалению подлежат все остальные фреймы независимо от значения бита DE, пока не исчезнет затор.
Если конечные устройства из-за ограниченности своих возможностей или настроек не способны самостоятельно устанавливать бит DE, установку этого бита может осуществлять входной сетевой коммутатор (коммутатор, соединяющий абонента с сетью), исходя при этом из величины скорости CIR. Обсудим взаимосвязь между согласованной скоростью передачи в виртуальном канале и установкой бита DE (см. рис. 9.6). Первую из изображенных на рис. 9.6 областей образует поток сообщений, скорость которого не превышает значения CIR. В эту область попадают те фреймы, которые обязательно должны быть доставлены поставщиком услуг. Несоблюдение этого условия будет означать нарушение условий контракта. Рассматриваемая область вмещает в себя трафик со скоростями передачи меньшими или равными CIR.
В следующей области, изображенной на рис. 9.6, показано, что бит DE установлен в тех фреймах, поток которых превышает значение CIR, но находится в пределах скорости MBR. Если из-за возникновения перегрузки сетевому устройству понадобится удалять фреймы, фреймы из второй зоны будут первыми на очереди. Последняя область — это полоса пропускания, которая находится между MBR и значением физической скорости доступа к линии (в приложении А к рекомендации 1.233.1 она называется скоростью доступа). Если осуществляется постепенное аннулирование пактов, фреймам в данной области предоставляется возможность быть переданными, хотя в них установлен бит DE и они являются первыми кандидатами на удаление при возникновении перегрузок. Если поставщик услуг не применяет постепенное аннулирование пакетов, эти фреймы автоматически удаляются первым же коммутатором поставщика (т.е. входным коммутатором абонента).
В отдельном случае при согласии поставщика услуг возможна ситуация, в которой абонент оформляет подписку на использование сети Frame Relay с равной нулю скоростью CIR и отличной от нуля скоростью MBR (или даже равной нулю скоростью MBR в случае применения постепенного аннулирования пакетов). В таком случае абонент может интенсивно использовать полосу пропускания, не превышающую MBR (или даже достигающую физической скорости доступа к линии в случае применения постепенного аннулирования пакетов). При этом абонент должен понимать, что все его фреймы являются потенциальными кандидатами на уничтожение, поскольку входной коммутатор установил в них бит DE.
Из этих рассуждений становится ясно, что в интересы каждого абонента входит использование такого оборудования, которое способно реагировать на уведомления о возникновении заторов в сети, а также заботиться о надлежащей настройке параметров такого оборудования, способствующей оптимальному отклику на получение уведомлений. Если каждый абонент будет придерживаться этих рекомендаций, работа сети оптимизируется так, что все неудобства сведутся к минимуму.
Состояние соединения
Одним из четырех расширений стандартов Frame Relay является сигнализация состояния соединения, известная как спецификация интерфейса локального управления
(Local Management Interface — LMI). Ниже перечислены все четыре расширения, а также приведено краткое описание каждого из них. Наиболее подробную информацию можно найти на Web-сайте корпорации Cisco в разделе Поиск и устранение неисправностей в соединениях Frame Relay {Troubleshooting Frame Relay Connections): www.cisco.com/ univercd/cc/td/doc/cisintwk/itg_vl/trl918 .htm. Остальная часть текущего раздела посвящена в основном сообщениям о состоянии соединения. Под обычной функцией мы подразумеваем такую, которой обладает стандартная реализация Frame Relay, а под дополнительной — такую, которая поставляется по выбору поставщика.
Сообщения о состоянии виртуального канала (обычная функция) обеспечивают обмен информацией и синхронизацию между сетью и устройством пользователя. Такие сообщения периодически предоставляют данные об образовании новых и удалении уже существующих постоянных виртуальных каналов, а также обычно информируют об их целостности. Сообщения о состоянии виртуального канала предотвращают пересылку данных “в никуда”, т.е. по исчезнувшим постоянным виртуальным каналам.
Многоадресатная передача (дополнительная функция) позволяет отправителю передать один фрейм нескольким адресатам в сети. Многоадресатная передача поддерживает эффективную транспортировку сообщений протокола маршрутизации и работу процедур разрешения адресов, в процессе которой обычно необходимо одновременно рассылать сообщения во многие места назначения.
Глобальная адресация (дополнительная функция) придает идентификаторам соединений глобальную значимость, что позволяет им идентифицировать конкретный интерфейс сети Frame Relay. Глобальная адресация придает сети Frame Relay сходство с адресацией в локальной сети (т.е. LAN). В результате протоколы разрешения адресов работают в сети Frame Relay точно так же, как и в сети LAN.
Простое управление потоками (дополнительная функция) обеспечивает работу механизма контроля потока сообщений XON/XOFF, который взаимодействует со всем интерфейсом Frame Relay. Этот механизм предназначен для устройств, высшие уровни которых не могут использовать биты уведомления о возникновении перегрузки, и поэтому им нужен определенный уровень управления потоком.
В приложении А к рекомендации Q.933 говорится, что сообщения о состоянии соединения и запросы состояния могут передаваться в соответствии с руководством о фиктивных обращениях, изложенном в рекомендации Q.931, чтобы обеспечить обмен сообщениями о состоянии постоянного виртуального канала. В этом документе также определяются различные таймеры, используемые каждым устройством для периодического опроса. Такие сообщения могут рассылаться как дежурные или в ответ на явный запрос о состоянии соединения какого-либо одного или всех постоянных виртуальных каналов. Это соглашение предотвращает попытки пересылки сообщений по постоянным виртуальным каналам, которые больше не существуют.
Механизм, с помощью которого осуществляется проверка состояния взаимодействия пользователя и сети, разработан форумом FRF и получил название LMI (интерфейс локального управления). После появления соответствующего наброска
стандарта концепция дополнительного сигнального механизма, оповещающего о состоянии линии связи и постоянного виртуального канала, одобрена в ITU-T и ANSI. В наше время LMI — это общий термин, которым обозначается каждая из трех спецификаций указанных организаций. В каждой их трех реализаций для передачи сигнальных фреймов применяется специально выделенный постоянный виртуальный канал с зарезервированным идентификатором DLCI. Как уже упоминалось, такое логическое разделение сигнальных и пользовательских сообщений сходно с технологией ISDN, в которой, если вы помните, используется мультиплексированный D-канал (при использовании интерфейсов основного уровня (Primary Rate Interface — PRI), и иногда он находится в совсем другой физической сети) для передачи сигнальной информации независимо от пользовательского потока сообщений, передающегося по В-каналу. В табл. 9.2 перечислены номера DLCI, которые используются упомянутыми выше организациями для обмена сигналами о состоянии соединения посредством интерфейса UNI.
। Таблица 9.2. Зарезервированные идентификаторы DLCI для интерфейса LMI j
ПротоколDLCIСпецификация
LMI (известный также как cisco) 1023FRF.1.1
Приложение D0ANSI Т1.617, Приложение D
Приложение А0ITU-T Q.933, Приложение А
Для конкретного производителя реализация интерфейса LMI выполняется в соответствии с приложением D в то время, как приложение А не требует слишком интенсивного участия производителя оборудования. Тем не менее для косвенной адресации (Indirect Addressing — LA) требуется выполнять обязательные процедуры, описанные в приложении А к рекомендации Q.933. Изложенные в документе Q.922 вопросы имеют непосредственное отношение к такой косвенной адресации. Пока непонятно, как рынок отреагирует на это нововведение. Как в приложении D, изданном ANSI, так и в приложении А к рекомендации Q.933, изданной ITU-T, подробно описывается двусторонняя симметрия, что позволяет применять оба документа при разработке межсетевых интерфейсов (т.е. интерфейсов между коммутаторами, которые принадлежат разным поставщикам услуг). При этом каждая пара устройств выступает друг для друга и в роли терминального оборудования канала передачи данных (Data Circuit-Terminating Equipment — DCE), и в качестве терминального оборудования (Data Terminal Equipment — DTE). Более ранние спецификации годились только для реализации интерфейса пользователь-сеть, поскольку в них рассматривались лишь те ситуации, когда запрос о состоянии соединения исходит от оборудования абонента, а ответные сообщения отправляются с помощью оборудования поставщика услуг. Независимо от того, какая спецификация будет выбрана, устройства на обоих концах соединения должны быть настроены на использование одной и той же спецификации; в противном случае обмен сообщениями будет невозможен.
Многие реализации устройства DTE по желанию заказчика оснащаются средствами автоматического определения типа LMI. Такое определение не является проблемой при подсоединении DTE к коммутатору поставщика услуг, однако следует быть осторожным при ручной настройке типа LMI во время установки частной сети Frame Relay, особенно если коммутатор и DTE являются оборудованием одного и того же типа. Автоматическое определение типа LMI может привести к непредсказуемым последствиям. На рис. 9.9 показан обмен сообщениями, который обычно происходит при определении состояния соединения в соответствии с интерфейсом пользователь-сеть.
Абонентский узел Б
Абонентский узел А
Рис. 9.9. Формирование отчета о состоянии соединения посредством интерфейса пользователь-сеть
Фрейм в интерфейсе пользователь-сеть отличается от стандартного фрейма Frame Relay с данными. Формат фрейма в интерфейсе пользователь-сеть приведен на рис. 9.10.
Длина поля в байтах:
121111 Переменная 21
Флаг
LMI DLCI
Индикатор ненумерованной информациия
Дискриминатор протокола
Вызывающая сторона
Тип сообщения
Информационные элементы
Контрольная последовательность фрейма
Флаг
Рис. 9.10. Формат фрейма в интерфейсе пользователь-сеть
В зависимости от вида интерфейса пользователь-сеть, номер DLCI интерфейса равен нулю или 1 023. Значение индикатора ненумерованной информации (Unnumbered Information — U1) выбирается в соответствии с форматом Х.25, принятым для индикатора U1 в сбалансированной процедуре доступа к каналу. Здесь биту опроса и конечному биту присваивается значение 0. Дискриминатор протокола всегда указывает на интерфейс пользователь-сеть. В байте со ссылкой на источник вызова значения всех битов всегда равны нулю. В поле типа сообщения указывается, является ли данный фрейм LMI запросом о состоянии соединения или сообщением о состоянии соединения. В стандарте определены только два этих типа. Каждый информационный элемент состоит из однооктетного идентификатора, поля длины и одного-двух байтов, в которых содержатся сами данные. Во фрейме LM1 могут находиться несколько информационных элементов.
Управление вызовом
Если виртуальный канал является коммутируемым, он устанавливается только при соответствующем требовании. Как только отпадает нужда в таком виртуальном канале, он удаляется. По самой природе коммутируемых виртуальных каналов предполагается, что абонент обладает возможностью произвести запрос временного виртуального канала, указав при этом требуемое время его работы. Соответствующие спецификации, описывающие механизмы установления коммутируемых виртуальных каналов, содержатся в документах ITU-T Q.933 и ANSI Т1.617. Если сюда еще добавить спецификацию FR.4 IA, изданную организацией FRF, получим завершенный набор спецификаций, позволяющих конечному устройству взаимодействовать с другим конечным устройством через расположенные между ними сетевые устройства. В течение запрошенного времени существования виртуального канала эти конечные устройства могут изменять назначение сетевых ресурсов, обеспечение работы которых осуществляется автоматически и “на ходу” без вмешательства оператора в работу сети.
Важно понимать различия между высокоуровневым обменом сигналами рассматриваемого типа и обменом сигналами, описанном в предыдущем разделе. Сигналы о состоянии соединения включают в себя только информацию о благополучии сети, в то время как сигналы управления вызовами содержат такую информацию о самом вызове, как объем передаваемых данных, факт получения сообщения запрашиваемой стороной, адреса и параметры полосы пропускания.
Настройка службы Frame Relay на оборудовании Cisco
Теперь, когда мы ознакомились с основами устройства Frame Relay, пришло время ознакомиться с настройкой устройств корпорации Cisco для работы в сети Frame Relay. Прежде всего важно знать, какой тип сети будет применяться для соединения Frame Relay. Многие устройства Cisco, в которых имеются модули обслуживания канала (Channel Service Unit — CSU) и обработки данных (Data Service Unit — DSU), уже обладают возможностями Frame Relay, встроенными в операционную систему Cisco IOS. Убедитесь, что ваша версия системы IOS поддерживает все особенности технологии Frame Relay, которые требуются.
Кроме того, важно знать, предназначены ли согласованная скорость передачи и интерфейс локального управления для соответствующего соединения (соединений) Frame Relay. При создании нескольких узлов такую информацию необходимо собрать для каждого из них. Также для каждого узла понадобится свой идентификатор DLCI, чтобы между ними можно было установить надлежащие постоянные виртуальные каналы. Собрав всю необходимую информацию, мы приступаем к настройке.
Ниже описана довольно простая конфигурация Frame Relay, однако она поможет получить представление о том, что нужно настраивать и что не следует упускать из виду. На рис. 9.11 приведен пример конфигурируемой сети Frame Relay. Представленная конфигурация является открытой.
В топологии сети Frame Relay, изображенной на рис. 9.11, можно выделить три различные области. Во всех трех областях нужно произвести настройку таким образом, чтобы устройства, принадлежащие разным областям, могли обмениваться информацией с коммутирующим оборудованием сети Frame Relay. При этом предпола-
гается, что дополнительная настройка для обмена потоками данных с другими устройствами не требуется. Поскольку рассматриваемая конфигурация является открытой, задача по определению путей между всеми узлами возлагается на коммутаторы, принадлежащие поставщикам услуг Frame Relay.
DLCI210LMI. приложение А 192.168 2.26/24DLCI210LMI. приложение А 192.168 2.26/24CSU/DSUCSU/DSUУстройство доступа к сети Frame Relay в ВанкувереУстройство доступа к сети Frame Relay в ВанкувереПоследовательный интерфейс ОПоследовательный интерфейс ОПоследовательный ^-CSU/DSU интерфейс ОПоследовательный ^-CSU/DSU интерфейс ОКоммутируемая сеть Frame RelayКоммутируемая сеть Frame RelayJ ПоследовательныйCSU/DSU I интерфейс ОJ ПоследовательныйCSU/DSU I интерфейс ОУстройство доступа к сети Frame Relay в Сан-ДиегоУстройство доступа к сети Frame Relay в Сан-ДиегоDLCI200 LMI Авто 192.168.2.25/24DLCI200 LMI Авто 192.168.2.25/24Устройство доступа к сети Frame Relay в ДенвереУстройство доступа к сети Frame Relay в ДенвереDLCI200LMI Cisco 192.168 3 27/24DLCI200LMI Cisco 192.168 3 27/24
DLCI210
LMI. приложение А 192.168 2.26/24
DLCI210
LMI. приложение А 192.168 2.26/24
CSU/DSU
CSU/DSU
Устройство доступа к сети Frame Relay в Ванкувере
Устройство доступа к сети Frame Relay в Ванкувере
Последовательный интерфейс О
Последовательный интерфейс О
Последовательный ^-CSU/DSU интерфейс О
Последовательный ^-CSU/DSU интерфейс О
Коммутируемая сеть Frame Relay
Коммутируемая сеть Frame Relay
J Последовательный
CSU/DSU I интерфейс О
J Последовательный
CSU/DSU I интерфейс О
Устройство доступа к сети Frame Relay в Сан-Диего
Устройство доступа к сети Frame Relay в Сан-Диего
DLCI200 LMI Авто 192.168.2.25/24
DLCI200 LMI Авто 192.168.2.25/24
Устройство доступа к сети Frame Relay в Денвере
Устройство доступа к сети Frame Relay в Денвере
DLCI200
LMI Cisco 192.168 3 27/24
DLCI200
LMI Cisco 192.168 3 27/24
Последовательное соединение к CSU/DSU
Рис. 9.11. Пример сети Frame Relay
В примере 9.1 показана конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay (Frame Relay Access Device — FRAD) в Ванкувере.
г Пример 9.1. Конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay ; в Ванкувере
Vancouver>enable
Vancouver#configure terminal
Vancouver(config)#interface serial 0
Vancouver(config-if)#ip address 192.168.2.26 255.255.255.0
Vancouver(config-if)#encapsulation frame-relay ietf
Vancouver(config-if)#frame-relay interface-dlci 210
Vancouver(config-if)#frame-relay Imi-type q933a
Vancouver(config-if) #no shutdown
Устройству доступа к сети Frame Relay, расположенному в Ванкувере, присвоен IP- адрес 192.168.2.26 с 24-битовой маской. Для него установлен метод инкапсуляции ietf. Если вы уверены, что обмен информацией будет осуществляться только с устройствами корпорации Cisco, то можно оставить стандартный метод инкапсуляции (cisco). Если же вы в этом не уверены или точно известно, что обмен информацией происходит с участием оборудования других производителей, нужно установить метод ietf. Идентификатору DLCI присвоено значение 210; кроме того, в соответствии с приложением А установлен тип LMI q933a. Типом фрейма ietf задается формат заголовка каждого фрейма Frame Relay; этот тип не имеет отношения к обмену сигналами между оборудованием клиента (Customer Premises Equipment — CPE) и входным коммутатором. Необходимое назначение параметра выполняет команда Imi-type q933a.
В примере 9.2 показана конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay в Сан-Диего.
Пример 9.2. Конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay । в Сан-Диего
SD>enable
SD#configure terminal
SO(config)#interface serial 0
SD(config-if)#ip address 192.168.1.25 255.255.255.0
SD(config-if)#encapsulation frame-relay ietf
SD(config-if)#frame-relay interface-dlci 210
SD(config-if)#no shutdown
Устройству доступа к сети Frame Relay, расположенному в Сан-Диего, присвоен IP-адрес 192.168.1.25 с 24-битовой маской. Для него, как и для предыдущего устройства, установлен метод инкапсуляции ietf. Идентификатору канала DLCI присвоено значение 200. Тип LMI не задается, потому что в конфигурации указано автоматическое распознавание типа LMI. Автоматическое распознавание типа установлено стандартно и при этом происходит определение типа LMI, если он не установлен явно.
В примере 9.3 показана конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay в Денвере.
. Пример 9.3. Конфигурация устройства доступа к сети Frame Relay
в Денвере
Denver>enable
Denver#configure terminal
Denver(config)#interface serial 0
Denver(config-if)#ip address 192.168.3.27 255.255.255.0
Denver(config-if)#encapsulation frame-relay ietf
Denver(config-if)#fraine-relay interface-dlci 200
Denver(config-if)#fraine-relay Imi-type cisco
Denver(config-if) #no shutdown
Устройству доступа к сети Frame Relay, расположенному в Денвере, присвоен IP- адрес 192.168.3.27 с 24-битовой маской. На нем установлен метод инкапсуляции ietf, а каналу присвоен идентификатор DLCI со значением 200. Напомним, что идентификатор DLCI обладает локальной значимостью и в разных областях может принимать одно и то же значение. После того как поток сообщений покидает устройство доступа и попадает на коммутатор Frame Relay, значение DLCI при каждой ретрансляции может меняться. Кроме того, следует помнить о том, что после коммутатора Frame Relay технология работы сети может полностью поменяться, например, быть заменена на технологию с использованием режима асинхронной передачи. Для устройства доступа к сети Frame Relay установлен тип LMI cisco. При этом будет использоваться LMI того типа, который был первоначально разработан “содружеством четырех”.
В приведенных примерах конфигурации все три конечные области не взаимосвязаны друг с другом. Такой вывод можно сделать на том основании, что все последовательные интерфейсы принадлежат разным IP-подсетям. Несмотря на то что в связанных напрямую интерфейсах идентификаторы DLCI являются локально значимыми и не обязательно должны быть численно равными, те из них, которые встречаются друг с другом “лицом к лицу” в сквозных соединениях, должны быть из одной и той же подсети.
Более того, один из рассматриваемых узлов можно сделать концентратором, а затем посредством IP-маршрутизации логически подключить к нему два других узла (тогда они будут называться “лучами”, или “спицами”, которые расходятся из концентратора). В таком случае на концентраторе можно будет настроить различные по- дынтерфейсы для одного и того же физического серийного интерфейса. Каждый такой подынтерфейс будет характеризоваться несколькими потоками данных. Все потоки в рассматриваемой схеме предназначены для разных конечных точек, и каждый из них мультиплексируется в единый поток, исходящий из одного и того же физического интерфейса.
При подобном описанному выше размещению с использованием концентратора и краевыми устройствами (т.е. звездоподобная топология) подынтерфейсы одного и того же физического интерфейса должны быть размещены в разных IP-подсетях, каждая из которых соответствует подсети удаленного интерфейса Frame Relay, к которой она виртуально подсоединена. IP-адрес первичного последовательного интерфейса необходимо в таком случае удалить, поскольку все IP-операции выполняются в по- дынтерфейсах. Виртуальные каналы расположенных на концах радиальных “спиц” концентратора удаленных устройств, которые соответствуют виртуальным каналам по- дынтерфейсов на центральном устройстве, можно установить на первичные последовательные интерфейсы маршрутизаторов. Иными словами, подынтерфейс может (но не обязан) соответствовать подынтерфейсу на другом конце канала.
Приведенный пример не является обязательным образцом, которому должен неукоснительно следовать каждый поставщик услуг при настройке сети. Кроме того, нет никакой гарантии, что работа всех топологических элементов сети будет обеспечиваться одним и тем же поставщиком услуг. Тем не менее надеемся, что приведенный пример поможет понять, из каких основных этапов состоит настройка конфигурации сети Frame Relay. "
Резюме
В начале этой главы кратко изложена история технологии Frame Relay, в том числе этапы ее развития, а также приведены некоторые сведения об организациях, сыгравших наиболее значительную роль в развитии технологии. Описаны спецификации, в соответствии с которыми производится реализация технологии Frame Relay и которые в значительной мере обеспечивают возможность взаимодействия сетей. Все спецификации представлены в виде структуры, состоящей из четырех категорий протоколов:
структуры службы;
описания служб;
базовых аспекты;
сигналов доступа к службе.
Раздел, посвященный описанию спецификаций, заканчивается перечислением способов косвенной адресации стандарта FRF. В следующем разделе представлено подробное описание всех функциональных возможностей технологии Frame Relay как службы коммутации пакетов. С той или иной степенью подробности изложены такие темы:
виртуальные каналы (постоянные и коммутируемые);
идентификаторы подключения канального уровня;
инверсный протокол преобразования адресов;
биты расширенного адреса, команды отклика и разрешения на уничтожение;
величины, фигурирующие в контракте;
удаление и восстановление фреймов;
обмен сигналами.
Перечисленные вопросы раскрыты с такой степенью подробности, которая позволяет обсудить формат заголовка Frame Relay и применение отдельных полей этого заголовка, а также то, как некоторые из рассмотренных полей связаны с той или иной дополнительной возможностью контроля за заторами в сети.
В завершение рассмотрения технологии Frame Relay раскрываются такие вопросы:
биты, сигнализирующие о возникновении заторов;
биты, указывающие на состояние соединения;
биты управления вызовом (относятся к коммутируемым виртуальным каналам).
В конце главы приведен пример простой конфигурации для реализации открытой сети Frame Relay.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
На какой технологии в основном базируется работа сетей Frame Relay?
Какая из перечисленных ниже компаний не входит в состав “содружества четырех”?
Cisco Systems.
Digital Equipment Corporation.
в. IBM.
г. StrataCom.
Что такое согласованная скорость передачи в сетях Frame Relay?
К какому типу сетей относятся сети Frame Relay?
Перечислите основные различия между постоянными и коммутируемыми виртуальными каналами.
Какие три бита, входящие в заголовок Frame Relay, помогают осуществлять контроль над перегрузками в сети?
С какой целью используется интерфейс локального управления и какие три стандарта применяются для него в наше время?
Как называется численное значение, идентифицирующее виртуальный канал между двумя устройствами? Какой термин служит для обозначения этого числа, подчеркивая, что оно имеет смысл только на промежутке между данными устройствами?
Для чего предназначен инверсный протокол преобразования адресов?
Как называются документы, подготовленные форумом Frame Relay и выполняющие роль стандартов?
В этой главе...
Развитие технологии ATM и широкополосной цифровой coin с комплексным обслуживанием. В этом разделе описаны отличия между двумя технологиями и соотношение между режимом ATM и конкурирующими стандартами. Показаны также перспективы развития технологии ATM как будущего альтернативного варианта коммутации пакетов. В разделе представлена совокупность стандартов, которые играют различные роли при разработке и использовании средств ATM.
Функциональные возможности технологии ATM. В разделе кратко изложены возможности технологии ATM и перечислены контрольные точки, в которых ATM-оборудование обычно используется в сети.
Компоненты заголовка ATM. В этом разделе представлено подробное описание полей заголовка ATM с объяснением их назначения и функциональных возможностей.
Эталонная модель В-ISDN и ATM. В разделе представлена стандартная модель для сопряжения с ATM-протоколом. Особое внимание уделяется назначению каждого уровня и их взаимосвязи с соседними уровнями.
Качество обслуживания. В этом разделе проведено детальное изучение согласовываемых и несогласовываемых параметров как для предполагаемых АТМ- абонентов, так и для провайдера службы.
Параметры трафика. В этом разделе приведено описание дескриптора, используемого в ATM для различения потоков трафика, поступающих в сеть, и представлен набор терминов, которые используются при описании предоставляемых классов обслуживания.
Классы обслуживания ATM. В разделе проведено углубленное изучение классов обслуживания, обеспечиваемых ATM-сетями, что необходимо для последующего обсуждения механизмов настройки переменных классов трафика отправителя с целью его адаптации к стандартам сети ATM.
Управление трафиком. В этом разделе рассматриваются методы ограничения и упорядочивания трафика, а также алгоритмы, используемые ATM-узлами для определения соответствия трафика договорным соглашениям.
Типы уровня адаптации AAL. В этом разделе приведен обзор стандартных процедур, используемых для преобразования разных форм трафика в единый тип структуры данных ATM — ячейки.
неделю, хотя это и необходимо для получения высшего уровня мастерства, однако такое описание выходит за рамки этой книги. Текущая глава начинается с обзора истории технологии ATM и спецификаций, способствующих ее функционированию. В главе описаны также главные функциональные возможности технологии ATM, включая общедоступные и инструментальные сетевые аспекты проектных решений для сетей на основе ATM.
Развитие технологии ATM и широкополосной цифровой сети с комплексным обслуживанием
Технология ATM является результатом международных, кажущихся неправдоподобными усилий, а также доброй воли, сотрудничества и политических компромиссов многих организаций. Например, многие задаются вопросом: почему полезная нагрузка в сети ATM занимает именно 48 октетов? Северная Америка и Япония были склонны применить 64-октетную полезную нагрузку, тогда как весь остальной мир предлагал 32-октетную версию. В качестве компромиссного решения было взято среднее этих двух значений — 48 октетов. После согласования размер ячейки был выбран равным 48 октетам и представлен как стандартное техническое требование для всех реализаций технологии. По крайней мере, все участники разработок были согласны с выбором фиксированной длины ячейки. Логическое обоснование такого выбора довольно простое, а именно — если можно подсчитать размер каждого единичного элемента передаваемых данных и частоту обращений всех абонентов (или по крайней мере определить максимальное количество транзакций), то значит, возможно с предельной точностью прогнозировать задержки и время, требующееся для передачи и подтверждения приема сообщения. Этот факт имеет решающее значение в том случае, если производитель приступает к разработке технологии, которая должна давать соответствующие гарантии и обещать соблюдение качества обслуживания (QoS), даже при передаче высокоскоростных и восприимчивых к задержкам потоков данных, например, для несжатого видеографика.
Уже сам по себе факт возможности приоритезации трафика поставил метод ATM впереди других конкурирующих технологий пакетной коммутации. Действительно, технология ATM заняла подобающее место как находящийся в текущем обращении протокол сетей LAN/WAN с поддержкой разнообразных служб, способный выполнять необходимые задачи лучше, чем существующие комплекты протоколов. Конечно, здесь сыграло роль не только качество. Попытайтесь заменить какую-либо технологию, например, TCP/IP, на другую, лучшую. Поставщики, программисты, покупатели во всем мире (практически каждый) не найдут ничего лучшего, как просто посмеяться над перспективой переоснащения оборудования во всем мире и ввода в работу нового программного обеспечения, включая приложения, т.е. посмеяться над перспективой замены всего того, что уже существует. Конечно, технология ATM не лишена недостатков. Даже самый эффективный механизм продуцирования ячеек (см. раздел “Уровень AAL5” текущей главы) гарантирует изъятие пяти октетов из каждых пятидесяти трех на непроизводительные издержки (т.е. на заголовок). В некотором смысле такой подход очень даже неплох — необходимо выделять только 10 процентов на не-
ГлаваГлава1010
Глава
Глава
10
10
■ Технологии ATM и В-ISDN
Режим асинхронной передачи данных (Asynchronous Transfer Mode —ATM) — это технология коммутации ячеек (фактически — аналог технологий коммутации пакетов данных, таких, как Х.25 и Frame Relay), позволяющая с высокой скоростью коммутировать фреймы фиксированной длины в сетевой инфраструктуре при настройке последней с параметрами QoS (Quality of Service — качество обслуживания). Технология ATM позволяет передавать оцифрованный любым способом трафик с обеспечением приоритетов, что достигается использованием задержек при передаче ячеек и других •и специальных средств. Сеть ATM можно рассматривать как более усоверщенствован- ную версию службы Frame Relay. Технология Frame Relay позволяет работать с фреймами, имеющими практически любую длину вплоть до 1 600 октетов, a ATM — с ячейками, каждая из которых имеет одинаковую фиксированную длину размером у. 53 октета и включает в себя 5 октетов, которые содержат стандартный заголовок.
■ Корни ATM происходят из технологии, известной как В-ISDN (Broadband ISDN — широкополосная цифровая сеть с комплексным обслуживанием). Термин широкополосная в большой степени предполагает скорость передачи данных, превышающую таковую в цифровом канале передачи данных Т1, т.е. имеются ввиду все методы передачи данных, применяемые совместно с технологией ISDN, полоса пропускания которых превышает используемую для интерфейса основного уровня (Primary Rate Interface — PRI). Сектор стандартизации Международного телекоммуникационного союза (The Intema- ^ tional Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector — ITU-T) написал больше спецификаций, чем обычно используется для документирования какого- либо стандарта. Некоторые специфические аспекты технологии ATM защищены авторскими свидетельствами, и тем не менее специалисты имеют возможность изучать различные темы, указанные в этих рекомендациях. Аналогично, как для технологии Frame Relay создана ассоциация Frame Relay Forum (FRF — форум Frame Relay), имеется и ассоциация ATM Forum (AF — форум ATM), которая функционирует подобным образом. ™ Иными словами, несмотря на то, что форум AF и не выпускает спецификаций стандартов как таковых, он публикует соглашения по реализации (Implementation Agreements — 1А), которые существенно влияют на стандарты.
Следует отметить, что, учитывая обширность тематики, имеющей отношение к технологии ATM, в этой главе дано лишь поверхностное описание рассматриваемых вопросов, но при этом уделено большее внимание ключевым терминам. Полное описание заняло бы несколько томов и на его изучение пришлось бы потратить не одну
производительные издержки, и ведь это не самый худший случай! Другие типы адаптации еще хуже. К счастью, при использовании технологии ATM может быть задействована вся полоса пропускания, которая нужна для решения определенной задачи. Многие специалисты согласны с тем, что выгоды при использовании среды ATM намного превосходят недостатки. Технологии передачи пакетных данных, применяемые при работе с синхронной оптической сетью (Synchronous Optical Network — SONET), и другие подобные еще только развивающиеся стандарты в перспективе могут вытеснить технологию ATM в течение нескольких лет. Поскольку со временем технология передачи данных становится все более совершенной и можно проследить тенденцию реализации все большего количества процессов полностью за счет аппаратных средств, предположим, что в перспективе все механизмы коммутации ячеек в технологии ATM будут полностью внедрены на уровне аппаратных средств.
Одновременное использование и более совершенного стандарта, и нескольких менее совершенных, но более популярных, необходимо для обеспечения межсетевого обмена (interworking — межсетевой обмен; термин используется для обозначения процесса согласования разных несопоставимых WAN-технологий, подобно использованию трансляционных шлюзов для связи между разнородными сетями, предназначенных для простого преобразования протоколов в сетях), а также для использования методов формирования пакетов данных в такой форме, чтобы они стали общедоступными для всех технологий. Двумя такими технологиями являются обеспечение межсетевого обмена из технологии Frame Relay в ATM и мультипротокольная передача данных по сетям ATM (МРОА — Multiprotocol over ATM). Обе эти технологии выходят за рамки данной книги.
Хотя В-ISDN и ATM и кажутся разными технологиями, метод ATM всецело основан на концепции В-ISDN. Тем не менее известно, что потомки всегда затмевают предков, и в данном случае эта истина также справедлива. По-видимому (и это наиболее заметно по публикациям форума ATM) все разработчики склоняются к мысли, что технологию ATM следует рассматривать как самостоятельно развивающийся метод передачи данных. Далее мы приступим к изучению тех структур, которые и обеспечивают успех технологии.
Стандарты и форум ATM
Стандарты оказались решающим фактором при распространении технологии ATM по всему миру, поскольку они позволили обеспечить возможность взаимодействия сетей, оснащенных оборудованием различных производителей. Большинство стандартов разработано тремя организациями:
сектором стандартизации Международного союза телекоммуникаций — International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T): свыше 100 спецификаций стандартов;
комитетом T1S1 Национального института стандартизации США— American National Standards Institute (ANSI) T1S1 Committee: более 20 спецификаций;
проблемной группой проектирования Internet — Internet Engineering Task Force (IETF): более 40 спецификаций.
Даже форум Frame Relay (FRF) имеет около четырех комиссий, которые обрабатывают стандарты ATM, главным образом в части, относящейся к обеспечению межсетевого обмена со средой Frame Relay. Самый большой объем работы над стандартами был проведен форумом ATM и его почти 200 комиссиями, которые управляют част-
ным использованием технологии ATM. Многие из последних рекомендаций, касающихся открытой сети и вошедших в число международных спецификаций, обязаны своим существованием форуму ATM (ATM Forum — AF). Чтобы вы смогли оценить всю грандиозность как по широте размаха, так и по объему деятельности союза ITU- Т. которая связана с технологиями ATM и В-ISDN, ниже перечислены основные серии, содержащие спецификации рассматриваемых методов передачи данных.
Стандарты Е-серии описывают общее функционирование сети, телефонные службы, служебные операции и человеческий фактор.
Стандарты F-серии определяют нетелефонные телекоммуникационные услуги.
Стандарты G-серии описывают передающие системы и средства массовой информации, цифровые системы и сети.
Стандарты Н-серии описывают аудиовизуальные и мультимедийные системы.
Стандарты 1-серии содержат спецификации цифровой сети с комплексным обслуживанием.
Стандарты J-серии описывают трансляцию телевизионных, звуковых программ и других мультимедийных сигналов."
Стандарты М-серии описывают механизмы обслуживания и управления передающими системами, телефонными линиями связи, телеграфной и факсимильной связями и арендуемыми каналами.
Стандарты Q-серии описывают коммутацию и служебную сигнализацию.
Стандарты Y-серии содержат сведения о глобальной информационной инфраструктуре и аспектах Internet-протоколов.
Внимание!
Описания представленных здесь серий в точности совпадают с описаниями, представленными на Web-сайте, которые расположен по адресу www.itu.int/rec/ recommendation.asp.
Специфические рекомендации и соглашения о реализации представлены в тексте текущей главы в соответствующих разделах, имеющих отношение к тематике той или иной рекомендации.
Первоначально союз ITU-T разрабатывал метод передачи ATM в качестве ответа на потребность в технологии, которая бы управляла открытой высокоскоростной пересылкой речевой и видеоинформации, а также данных средствами сети В-ISDN. Что повлияло на такой выбор? Ведь существовали и другие пригодные для этой технологии направления, которые имели ту же цель, но, кроме этого, могли использоваться для LAN-приложений и приватных реализаций. Ответ таков — в 1991 году существовали четыре очень активных производителя программного обеспечения, которые образовали консорциум, известный сейчас как форум ATM (ATM Forum — AF). Этими четырьмя корпорациями были Cisco Systems, Sprint Corporation, Northern Telecom (Nortel Networks) и NET/ADAPTIVE.
Сегодня, однако, подобно форуму FRF, в состав форума AF входят уже сотни корпораций. Даже конечные пользователи могут присоединиться к форуму ATM, как они могли присоединиться и к форуму Frame Relay. ATM является не технологией канала связи для доступа к среде как такового, а скорее выступает в качестве протокола, ко-
торый описывает ретрансляцию фреймов (блоков данных) фиксированного размера, называемых ячейками, через физические цифровые сети передачи данных. Кроме прочих рекомендаций, форум AF в своих документах, которые описывают интерфейс пользователь-сеть (User-Network Interface — UNI), стандартизирует физические цифровые сети передачи данных, для которых используется ATM. Некоторые из наиболее общих используемых каналов перечислены ниже.
Цифровые сигналы уровней 1 (Digital signal level 1 — DS-1) и 3 (DS-3).
Цифровые сети передачи данных Е1, ЕЗ, Е4.
Каналы сети SONET синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy — SDH), каналы синхронного транспорта сигналов первого уровня (Synchronous Transport Signal 1 — STS-1), каналы STS-3c и синхронный транспортный модуль (Synchronous Transport Module 1 — STM-1), каналы STS- 12c/STM-4 (наиболее общей).
Распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам (Fiber Distributed Data Interface — FDDI) 4B/5B.
Кабельный канал связи 8В/10В (Fiber channel 8B/10B) (частный интерфейс UNI, скорость передачи данных, как у синхронного транспорта сигнала третьего уровня STS-3).
Каналы плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous digital hierarchy — PDH) co скоростями передачи данных 6,312 и 97,728 Мбит/с (для Японии).
Функциональные возможности технологии ATM
В разделе рассматривается техническая база, используемая для среды ATM. В следующих разделах вы познакомитесь с форматами пятиоктетных заголовков, применяемых в методе передачи данных ATM. Далее технология ATM рассматривается как многоуровневая модель, точно так же, как любой другой многоуровневый подход, используемый для понимания протокола с привлечением понятий классифицирования и упорядочивания компонентов его ядра. И, наконец, обсуждаются темы, посвященные адаптации информации пользователя для формирования ячеек и классификации трафика для обработки с помощью средств QoS-интерпретации.
Метод ATM отличается от STM тем, что STM-технологии, такие, как канал Т1, имеют выделенные канальные интервалы (timeslots) для каждого отправителя информации. При использовании, например, третьего подканала линии Т1, он вводит во фрейм свой байт сразу после того, как то же самое сделает канал 2. Канал 1 всегда вводит свой байт после канала 24 и т.д.. Каждый отправитель, включаясь в передачу, синхронизируется с каждым другим отправителем. Таким образом в функционирование технологии STM заложена концепция множественности отправителей, снабжающих канал трафиком, что необходимо для создания фрейма. При использовании технологии ATM фрейм не создается. Более того, каждый отправитель не имеет синхронизированного канального интервала. Возможность пакетной передачи существует и для ATM, также, как и, например, во Frame Relay. При рассмотрении различий между технологиями STM и ATM все же обнаруживается некоторое совпадение — это муль-
типлексирование сигнала с разделением времени и статистическое мультиплексирование с разделением времени (Time-Division Multiplexing —TDM, statistical TDM — STDM). Напомним, что коммутационная аппаратура, работающая в режиме STDM, для укомплектования потоков пакетов данных может заимствовать для недогруженных каналов данные от других отправителей, но при этом канальные интервалы все же существуют. На этом совпадения методов заканчиваются. Никакие другие термины обеих технологий не являются взаимозаменяемыми. На рис. 10.1 показана стандартная ATM-сеть, которая знакомит с ключевыми ATM-терминами, встречающимися на протяжении всей главы.
сети ATM
Рис. 10.1. Пример АТМ-сети
ATM-сеть состоит из набора связанных непосредственно друг с другом АТМ- коммутаторов. ATM-коммутаторы поддерживают три основных типа интерфейсов: вышеупомянутый интерфейс пользователь-сеть (User-Network Interface — UNI), межсетевой интерфейс (Network-to-Network Interface — NNI) и широкополосный интерфейс для соединения устройств операторов связи (Broadband Inter-Carrier Interface — B-ICI). Интерфейс UNI служит для подключения конечных ATM-устройств, таких, как узлы, маршрутизаторы и коммутаторы локальных сетей (LAN-коммутаторы), к ATM-коммутатору. Интерфейс NNI служит для соединения двух АТМ-коммутаторов в пределах одного учреждения.
В зависимости от того, принадлежит ли коммутатор абоненту и расположен ли в его здании, или является ли общедоступным и управляется поставщиком услуг, интерфейсы UNI и NNI могут быть дополнительно классифицированы как частный или открытый соответственно. Частный интерфейс UNI служит опорной точкой между конечной ATM-точкой и частным ATM-коммутатором. Открытый же его аналог находится между конечным ATM-устройством или частным коммутатором и открытым коммутатором. Здесь следует избегать следующего заблуждения — интерфейс NNI может быть опорной точкой только между коммутаторами в пределах одного учреждения, а интерфейс B-ICI не используется в частных учреждениях, оставляя роль высокоскоростного адаптера интерфейсу UNI для описания взаимодействия между частным коммутатором и его открытым коммутатором входа/выхода. Частный интерфейс NNI (Private NNI — PNNI) описывает опорную точку между двумя ATM-коммутаторами в пределах одного частного учреждения. Открытый же интерфейс NNI описывает опорную точку между двумя
ATM-коммутаторами в пределах одного открытого учреждения. Интерфейс B-ICI размещен между двумя открытыми коммутаторами разных провайдеров услуг (открытые учреждения).
Стандарты передачи сигналов через все интерфейсы устанавливаются по тем же критериям, которые определяются опорными точками, хотя большого различия между основами интерфейсов UNI и NNI не существует. Действительно, спецификации NNI в значительной степени согласуются с соответствующими спецификациями UNI. Спецификацией для частного интерфейса UNI является спецификация форума AF UNI З.х/4.0. Спецификация форума AF PNNI (P-NNI) 1.0 перекрывает все стандарты интерфейса PNNI. Сектор стандартизации ITU-T создал спецификации для открытых версий. Спецификации Q.2931 (для двухточечных соединений (point-to-point), Q.2971 — для многоточечных соединений (point-to-multipoint)) и Q.2764 описывают открытые интерфейсы UNI и NNI передачи сигналов соответственно, а серии I.4XX задают характеристики физического уровня интерфейса UNI, включая формат заголовка и создание функции контроля за ошибками в заголовке (Header Error Control — НЕС). Документы форума AF, что не характерно для открытых спецификаций, содержат соглашение интерфейса B-ICI версии 2.0. Однако документ IA констатирует, что оно по существу является спецификацией интерфейса NNI сектора стандартизации ITU-T с добавлением дополнительных уровней сверх уровня ATM, таких, как AAL и других методов, используемых операторами связи, специфических для определенных типов услуг, уровней, которых не имеет стандартный интерфейс NNI (интерфейс NNI ограничивается уровнями технологии ATM и не более того).
Компоненты заголовка ATM
Для полного понимания того, как функционирует технология ATM, крайне важно знать принципы функционирования полей в заголовке ATM. На рис. 10.2 показаны форматы заголовков для интерфейсов UNI и NNI, описанных в разделе “Функциональные возможности технологии ATM”. Нет ничего необычного в том, что в виртуальном канале применяется спецификация UNI, при этом формат NNI никогда не используется между конечной точкой и коммутатором. Полный список полей в обоих заголовках представлен ниже.
Общее управление потоками (Generic Flow Control — GFC) содержит 4 бита в интерфейсе UNI, а в интерфейсе NNI отсутствует.
Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier — VPI) содержит 8 битов в интерфейсе UNI и 12 битов в NNI.
Идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier — VCI) содержит 16 битов.
Идентификатор типа полезной нагрузки (Payload Type Identifier — PTI) равен трем битам.
Приоритет отбрасывания ячеек (Cell Loss Priority — CLP) — 1 бит.
Алгоритм контроля за ошибками в заголовке (Header Error Control — НЕС) содержит 8 битов.
Следующие шесть разделов посвящены описанию назначения перечисленных полей.
VPIVCIPT CLPНЕСПолезная нагрузка (48 байтов)VPIVCIPT CLPНЕСПолезная нагрузка (48 байтов)
VPI
VCI
PT CLP
НЕС
Полезная нагрузка (48 байтов)
VPI
VCI
PT CLP
НЕС
Полезная нагрузка (48 байтов)
Ячейка ATM UNIЯчейка ATM UNI
Рис. 10.2. Форматы заголовков интерфейсов UNI и NNI технологии ATM
Поле общего управления потоками — GFC
Поле GFC имеется только в формате заголовка UNI. Следующее за ним поле, VPI, уменьшается при этом на четыре бита, передавая их полю GFC, если таковое имеется. Функция, выполняемая этим полем, не нашла широкого распространения и существенно зависит от механизма управления потоками, что и подразумевается в его названии. Поле общего управления потоками является механизмом различения многочисленных конечных точек в интерфейсе (напоминая таким образом идентификатор конечного терминала (Terminal Endpoint Identifier — TEI), который назначен вручную или коммутатором в ISDN) для указания приоритета трафика в заданном интерфейсе. Обычно поле GFC представляет собой набор из четырех двоичных нулей, но может быть использована альтернативная частная реализация: в таком случае оборудование на каждом конце канала передачи данных должно согласовываться друг с другом с целью возможности его использования (а, возможно, и быть одного и того же типа или производителя). Если отправлено ненулевое значение в рассматриваемом поле, оно отражается в соответствующем поле общего управления потоками участником диалога и помещается во все нулевые значения в возвращающиеся ячейки для остальных узлов.
Поле идентификатора виртуального пути — VPI
Поле VPI является одной из двух частей структуры данных, которая функционирует, во многом напоминая идентификатор подключения канального уровня (Data-Link Connection Identifier — DLCI) технологии Frame Relay, с которым мы познакомились в главе 9, “Технология Frame Relay”. Совместно с полем VCI поле VPI создает локально важную пару значений, которую можно рассматривать как единое целое в пределах отдельной ячейки. Как и в случае идентификатора DLCI, пара VPI/VCI является логическим представлением полного виртуального канала (Virtual Circuit — VC), чем-то вроде маршрута на карте для указания всего пути к удаленной конечной точке.
В формате заголовка интерфейса NNI поле VPI имеет больший размер из-за отсутствия поля GFC. Это поле (GFC) было изначально опущено, поскольку разработчики стандартов предполагали, что в сети может понадобиться большее количество виртуальных путей (Virtual Path — VP) в отличие от того числа, которое будет необходимо в локальном абонентском канале. Независимо от того, используется ли формат NNI в пределах сети, входной коммутатор всегда терминирует интерфейс UNI, и, как результат, устанавливает в поле GFC все нули. Такой подход делает поле GFC локально значимым инструментом при его использовании. Математически приведенное выше утверждение означает, что UNI-сегмент ATM-сети может обеспечить 28 = 256 уникальных виртуальных путей, а интерфейс NNI — 212 = 4096 уникальных путей. Такое увеличение количества, хотя и только в шестнадцатикратном размере, умножает количество возможных значений VCI, о чем речь идет дальше.
Поле идентификатора виртуального канала — VCI
Поле VCI является второй составной частью пары локально значимых идентификаторов, речь о которых шла в предыдущем разделе. На рис. 10.3 в графическом виде представлены соединения виртуальных маршрутов и соединения виртуальных каналов (Virtual Path Connection — VPC и Virtual Channel Connection — VCC). Значения VPC и VCC описывают один или несколько идентификаторов VPI и VCI соответственно вдоль всего маршрута следования трафика от одной конечной точки к другой.
VPC • соединение виртуального маршрута (идентифицируется идентификатором VPCI или несколькими идентификаторами VPI) VCC • соединение виртуального канала (идентифицируется идентификатором VCCI или несколькими идентификаторами VCI)
Рис. 10.3. Идентификаторы VPC и VCC
Теоретически каждый интерфейс между конечной точкой и коммутатором или между двумя коммутаторами может обеспечить 216 = 65536 возможных виртуальных соединений на один виртуальный маршрут (Virtual Path — VP). Когда происходит распределение по возможным виртуальным маршрутам, как это описано в разделе, посвященном идентификаторам VPI, теоретически в итоге может быть создано 16 777 216 виртуальных каналов (Virtual Channel — VC) UNI и 26 843 5456 виртуальных каналов NNI. Идентификаторы VCI с номерами от 0 до 31 включительно никогда не должны применяться для пользовательского трафика, особенно идентификатор VPI с номером 0. В табл. 10.1 перечислены зарезервированные значения VCI, основанные на рекомендациях стандарта 1.361 сектора стандартизации ITU-T. Термин метасигнализация (metasignaling) дословно означает “информация о передаче служебных сигналов”, т.е. информация о самой сигнализации. Этот термин используется редко, поскольку канал VCI 5 имеет более подходящий и соответствующий термин для передачи сигналов, и обычно для передачи служебной информации используется именно он, даже при применении больших сетей.
Таблица 10.1. Зарезервированные значения VCI
VCI Функция
0Незанятые (неназначенные) ячейки
Метасигнализация (позволяет установить сигнальные каналы)
Общая широковещательная передача сигналов (фактически не используется)
Служба поддержки работоспособности, администрирования и обслуживания сегмента виртуальных маршрутов VP (Operation, Administration and Maintenance — OAM)
Служба OAM сквозных маршрутов VP
Передача сигналов от граничного устройства к его коммутатору доступа (UNI)
Управление ресурсами маршрута VP (Resource Management — RM)
Простой протокол для передачи сигналов по ATM-сети FORE (FORE'S Simple Protocol for ATM Network Signaling — SPANS)
Промежуточный интерфейс локального управления (Interim Local Management Interface — ILMI) для обмена параметрами соединений
Эмуляция локальной сети (LAN-эмуляция — LANE)
Сигналы интерфейса между частными сетями (Private Network-Network Interface — PNNI) для ATM-маршрутизации в частных сетях
ATM-коммутаторы способны коммутировать ячейки из одного физического порта в другой в соответствии с тем, как виртуальные каналы сконфигурированы, но независимо от того, какую природу имеет виртуальный канал —- постоянную или коммутируемую. Если коммутатор завершает виртуальные маршруты и обращает внимание на значения обоих идентификаторов: как VPI, так и VCI, — в каждой ячейке, такой коммутатор считается выполняющим коммутацию виртуальных каналов. В этом случае входящие идентификаторы VPI и VCI в выходной ячейке должны быть изменены, чтобы соответствовать ожидаемым следующим коммутатором значениям или настройкам конечной точки. Если же коммутатор обращает внимание только на идентификатор VPI, он считается выполняющим коммутацию виртуальных маршрутов. На рис. 10.4 проиллюстрирован процесс коммутации виртуального маршрута и виртуального канала. При коммутации виртуального маршрута полный набор виртуальных каналов, присутствующих во входящем виртуальном маршруте, должен быть скоммутирован полностью, без каких-либо изменений идентификаторов VCI, в исходящий виртуальный маршрут, не добавляя и не пропуская идентификаторы VCI в процессе коммутации.
Рассмотрим, что происходит в коммутаторе В (рис. 10.4). В качестве коммутационной информации он использует только номер физического порта и виртуальный маршрут, по которому приходит ячейка. Таблица трансляции этого коммутатора даже не содержит полей для идентификаторов VCI. Несмотря на то что на рисунке показан только идентификатор VCI 100, каждая ячейка в виртуальном канале с идентификатором VPI 50, поступающая на физический порт 8, сохраняет значение VCI в своем заголовке, даже если номер маршрута VPI подлежит изменению, как в рассматриваемом примере. Другая тонкость состоит в том, что идентификатор VP1 не изменяется при прохождении от входного порта коммутатора Б до выходного. И такой подход является правильным, поскольку номер физического порта позволяет различать два на первый взгляд идентичных идентификатора VPI. Иными словами, идентификатор VPI 50 порта 6 — это объект, не являющийся объектом с номером VPI 50 порта 3 того же коммутатора. При этом идентификатор VCI должен
оставаться неизменным (VCI 300) на выходе коммутатора Б. В реальности такая ситуация означает, что тройная комбинация порт/VPI/VCI должна быть уникальной (однозначно определяемой), однако при этом два или три значения могут быть теми же для входного и выходного портов, но тройная комбинация может иметь отношение к совершенно иному виртуальному каналу передачи данных.
Не считая некоторых мелких различий, эффективность увеличивается при VP- коммутации по сравнению с коммутацией виртуальных каналов, поскольку коммутатор не анализирует, не изменяет идентификаторы VCI, предпочитая сохранять эту часть заголовка ячейки в неизменном виде, и оставляет таким образом ячейку в том же виртуальном канале, даже если идентификация маршрута VP претерпит изменения. Другим преимуществом является то, что коммутатор будет нуждаться в хранении в своей таблице трансляции только VPI-информации, экономя таким образом память и, значит, ускорит процесс поиска нужной записи. VP-коммутацию можно рассматривать как полную перекрестную связь между виртуальными маршрутами. Напомним, что конечные АТМ-коммугаторы могут управлять виртуальными каналами, хотя те же каналы свободно проходят через АТМ- магистраль при использовании VP-коммутации.
VCI = 300VCI = 300Коммутация виртуальных каналовКоммутация виртуальных каналовПорт/VPI/VCIПорт/VPI/VCIПорт/VPI/VCIПорт/VPI/VCIББ3/30/3003/30/3003/50/1003/50/100VPl = 50VCI = 100’VPl = 50VCI = 100’VPI = 50Можеткоммутироватьсятолько VPIVPI = 50Можеткоммутироватьсятолько VPIВнутренняя коммутация (и, возможно, изменятся) VPI и VCI в VC- коммутацииВнутренняя коммутация (и, возможно, изменятся) VPI и VCI в VC- коммутацииКоммутация виртуальных каналовКоммутация виртуальных каналовVPI = 20VCI = 100’VPI = 20VCI = 100’Порт 8Порт 8Порт 7Порт 7(и, возможно, изменяться) в VP- коммутации(и, возможно, изменяться) в VP- коммутацииВВКоммутация виртуальных маршрутов •Коммутация виртуальных маршрутов •визПорт/VPI/VCIПорт/VPI,Л/С1визПорт/VPI/VCIПорт/VPI,Л/С15/20/1002/50/2005/20/1002/50/200* VCI остается тем же самым* VCI остается тем же самымПорт/VP!Порт/VP!Порт/VPIПорт/VPI8/508/507/207/20
VCI = 300
VCI = 300
Коммутация виртуальных каналов
Коммутация виртуальных каналов
Порт/VPI/VCI
Порт/VPI/VCI
Порт/VPI/VCI
Порт/VPI/VCI
Б
Б
3/30/300
3/30/300
3/50/100
3/50/100
VPl = 50
VCI = 100’
VPl = 50
VCI = 100’
VPI = 50
Можеткоммутироватьсятолько VPI
VPI = 50
Можеткоммутироватьсятолько VPI
Внутренняя коммутация (и, возможно, изменятся) VPI и VCI в VC- коммутации
Внутренняя коммутация (и, возможно, изменятся) VPI и VCI в VC- коммутации
Коммутация виртуальных каналов
Коммутация виртуальных каналов
VPI = 20
VCI = 100’
VPI = 20
VCI = 100’
Порт 8
Порт 8
Порт 7
Порт 7
(и, возможно, изменяться) в VP- коммутации
(и, возможно, изменяться) в VP- коммутации
В
В
Коммутация виртуальных маршрутов •
Коммутация виртуальных маршрутов •
виз
Порт/VPI/VCIПорт/VPI,Л/С1
виз
Порт/VPI/VCIПорт/VPI,Л/С1
5/20/1002/50/200
5/20/1002/50/200
* VCI остается тем же самым
* VCI остается тем же самым
Порт/VP!
Порт/VP!
Порт/VPI
Порт/VPI
8/50
8/50
7/20
7/20
Рис. 10.4. Коммутация виртуальных маршрутов и виртуальных каналов
Поле типа полезной нагрузки (РТ) и ячейки ОАМ
Поле PT (Payload Туре — тип полезной нагрузки) имеет размер 3 бита, которые действуют как индивидуальные сигналы. Это поле может также обозначаться как идентификатор типа полезной нагрузки (PT Identifier — PTI). В табл. 10.2 перечислены основные значения восьми возможных трехбитовых величин по группам.
Таблица 10.2. Значения поля РТ
РТ Значение
ООО Ячейка пользователя. Отсутствует заблаговременная индикация перегрузки (Explicit Forward Congestion Indication — EFCI), индикация уровня адаптации ATM (AAL-indicate) содержит значение false (ложь)
001 Ячейка пользователя. EFCI отсутствует, поле AAL-indicate содержит значение true (истина)
010 Ячейка пользователя. EFCI присутствует, поле AAL-indicate содержит значение false (ложь) 011 Ячейка пользователя. EFCI присутствует, поле AAL-indicate содержит значение true 100 Ячейка ОАМ: сегмент маршрута (Segment)
101 Ячейка ОАМ: сквозной маршрут (End-to-end)
Ячейка управления ресурсами (Resource Management Cell— RM-cell): контроль перегрузки для доступной скорости передачи (Available Bit Rate — ABR)
Зарезервировано для будущего использования
Выражаясь более понятным языком, в табл. 10.2 сказано, что если самый старший разряд (Most Significant Bit — MSB), т.е. крайний слева бит в двоичном числе, равен нулю, то полезной нагрузкой ячейки являются данные пользователя (обычно так и бывает, но в табл. 10.3 обсуждаются иные варианты). Если же бит MSB равен единице, то ячейка содержит информацию либо о сигнале ОАМ, либо о RM. Средний бит определяет, перегружена ли сеть вдоль того маршрута, по которому приходит сообщение (т.е. EFCI), но это свойство присуще только ячейке с данными пользователя, но не сообщению ОАМ (т.е. бит MSB должен быть равен нулю). В противном случае ячейка превращается в RM-ячейку (поскольку наименее значимый бит (Least Significant Bit — LSB), т.е. крайний справа, равен нулю, т.к. все единицы уже зарезервированы), которая содействует регулировке динамической скорости, предназначенной для избежания перегрузки виртуальных каналов, сконфигурированных согласно классам обслуживания (Class Of Service — CoS), например, ABR. Заключительная подстановка для бита MSB предназначена для индикации полезной нагрузки пользователя, при этом бит LSB становится индикатором конца фрейма для уровня адаптации AAL5. Необходимо себе представлять, что для уровня AAL5 трафик пользователя просто делится на ячейки и отсылается по своему маршруту. Если во фрейме имеется только одна ячейка или она является последним сегментом фрейма, то бит LSB, который в таком случае играет роль AAL-индикатора, будет равен единице. Если же бит LSB равен нулю, то это означает (для случая AAL5), что в соответствующем фрейме имеются и другие ячейки, которые будут получены позже. Другие типы AAL или АТМ- приложения сами по себе могут использовать этот бит иным образом.
Для получения дополнительной информации о структуре и назначении сигналов ОАМ следует обратиться к рекомендации 1.610 сектора стандартизации союза ITU-T.
Управление ресурсами (RM) более подробно обсуждается в разделе “Класс ABR” текущей главы. На рис. 10.5 показан формат ячейки ОАМ и представлены значения конкретных полей, которые размещены в полезной нагрузке этого типа ячейки.
Заголовок ячейки
Тип ОАМ
Тип функции
Поле зависящее от функции
Зарезервировано ДЛЯ будущих приложений
Код
ДЛЯ обнаружения ошибок (CRC-10)
5 Байтов 4 Бита 4 Бита 45 Байтов6 Битов 10 Битов
Тип ОАМ-ячейки
Величина
Тип функции
Значение
Величина
Управление ошибками
0001
AIS
Индикация дефектов в прямом направлении
0000
RDI
Индикация дефектов в обратном направлении
0001
Контроль непрерывности
Непрерывный контроль соединений
0100
Закольцовывание ячейки
Контрольное соединение/ Тестовые соединения для непрерывной локализации ошибок перед запуском в работу
1000
Управление функционированием
0010
Контроль в прямом направлении
Оценка качества диалога
0000
Контроль в обратном направлении
Оценка выполнения индикации в обратном направлении
0001
Контроль и оповещение
0010
Активация/
Деактивация
1000
Контроль производительности
Контроль выполнения активации и деактивации и непрерывный контроль
0000
Контроль непрерывности
0001
Рис. 10.5. Формат ячейки ОАМ и его использование
На рис. 10.5 представлены поле типа ОАМ-ячейки и поле типа функции. Совместно оба поля точно определяют функцию ОАМ-ячейки и обуславливают функцию полезной нагрузки ячейки, называемой полем спецификации функции. Поле кода для обнаружения ошибок, как видно из диаграммы, использует десятибитовый алгоритм контроля с помощью циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check — CRC-10) именно для полезной нагрузки (заголовок имеет свою собственную функцию контроля за ошибками, которая содержится в поле НЕС). ОАМ-ячейки представляют собой основное конфигурационное средство для управления и определения качества соединений. ОАМ-ячейки используют те же магистрали, что и ячейки пользовательских данных. Именно по полю РТ в заголовке те или иные ячейки распознаются как ОАМ-ячейки. Как видно из табл. 10.3, при некоторых значениях идентификатора VCI значение поля РТ слегка изменяется.
Таблица 10.3. Результаты воздействия идентификаторов VPI и VCI на
|№ЖмЯИиМ»
Значение
VPI
VCI
PTI
Ячейка сегмента типа ОАМ F4 для потока данных
Любое значение идентификатора VPI
Десятичное 3
0X0
Ячейка сквозного соединения типа ОАМ F4 для потока данных
Любое значение VPI
Десятичное 4
0X0
Ячейка управления ресурсами виртуального маршрута (VP RM-cell)
Любое значение идентификатора VPI
Десятичное 6
110
Ячейка сегмента типа ОАМ F5 для потока данных
Любое значение идентификатора VPI
Любое значение идентификатора VCI, кроме десятичных 0, 3, 4, 6 и 7
100
Ячейка сквозного соединения типа ОАМ F5 для потока данных
Любое значение идентификатора VPI
Любое значение идентификатора VCI, кроме десятичных 0, 3, 4, 6 и 7
101
Ячейка управления ресурсами виртуального канала
Любое значение идентификатора VPI
Любое значение идентификатора VCI, кроме десятичных 0, 3, 4, 6 и 7
110
Зарезервирована для будущих функций виртуального канала
Любое значение идентификатора VPI
Любое значение идентификатора VCI, кроме десятичных 0, 3, 4, 6 и 7
111
Некоторые из приведенных выше значений должны быть подобны представленным в табл. 10.2, а именно тем значениям, у которых самый старший разряд полезной нагрузки (бит MSB поля РТ) равен единице. По определению — это ячейки управления (но не обязательно ОАМ-ячейки). Набор новых функций может предоставить концепция применения ячеек управления с битом MSB полезной нагрузки, равным нулю, как в пользовательских данных. Тонкость заключается в том, что такие ячейки передаются по зарезервированным каналам со значениями идентификаторов VCI 3 и 4 независимо от того, какое значение имеет параметр VPI. Пользовательские данные должны иметь идентификаторы VCI со значениями, не меньшими 32 (см. рекомендации 1.610 сектора стандартизации ITU-T). После того как принимающая станция воспримет значение параметра VCI, равное трем или четырем, она идентифицирует поле РТ ячейки как не имеющее смысла.
Что касается типов F4 и F5, отметим следующее: существуют пять уровней управления сетью — от F1 до F5 включительно. Как определено рекомендацией 1.610, уровни от F1 до F3 имеют отношение к потокам ячеек ОАМ, пересылаемым по сети с использованием выделенного (специализированного) канала, который поддерживается специфическими октетами передающих систем (например, информационными октетами служебных сигналов участка телекоммуникационного тракта (Section Overhead — SOH) и служебных сигналов для всего маршрутного пути (Path Overhead — РОН) в синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy — SDH), о чем речь идет в главе 14 “Технологии SONET и SDH”), для физического уровня (т.е. посредством использования ATM-ячеек). В частности, уровень F1 имеет отношение к потокам на уровне регенерации сигнала на участке маршрута, уровень F2 — к потокам на уровне цифровой передачи на участке и уровень F3 — к потокам на уровне маршрута
передачи, проходящего между системами, которые компонуют и декомпонуют полезную нагрузку физической передающей системы. Физические системы — это системы, которые распознают границы ячеек и выполняют НЕС-контроль (например, сетевые коммутационные устройства).
Уровни F4 и F5 присутствуют в структуре ATM и передаются специфическими ATM-ячейками, называемыми ОАМ-ячейками. Уровень F4 имеет отношение к соединениям VPC, а уровень F5 — к связям VCC. Разница между сегментными и сквозными ОАМ-потоками состоит в том, что сквозные потоки заканчиваются крайними конечными точками VPC или VCC, содержащими оборудование клиента (Customer Premises Equipment — CPE), сегментными же потоками обозначаются потоки только от одного промежуточного узла соединения со следующим в линии для рассматриваемых соединений VPC или VCC. Тонкость состоит в том, что конечные точки могут быть вовлечены как в тот, так и в другой поток, причем они не обязательно должны участвовать в диалоге только с соседним оборудованием. Учитывая тот факт, что в сети ATM скорее всего будут присутствовать более двух узлов, функции конечных точек значительно усложняются.
Следовательно, если идентификатор VCI имеет значение 3 или 4, можно предположить, что ячейка является ОАМ-ячейкой для какого угодно значения VP, которое содержится в идентификаторе VPI. Как для соединения уровня VPC, так и для соединения VCC присутствует механизм управления ресурсами (RM). Имеет смысл напомнить, что информация, приведенная в табл. 10.2, касалась только соединений VCC. Как видно из табл. 10.3, идентификатор VCI, имеющий значение 6, указывает на наличие механизма RM на уровне соединения VPC. В таком случае тип полезной нагрузки (РТ) является тем же, что и для механизма RM соединения уровня VCC. Более подробно о методах RM будет рассказано в разделе “Класс ABR”.
Поле приоритета отбрасывания ячеек — CLP
Поле CLP выполняет ту же функцию, что и бит, имеющий функцию разрешения на уничтожение фрейма (Discard Eligibility — DE), используемый в технологии Frame Relay. Если сетевое устройство определит, что отбрасывание ячейки необходимо для предотвращения катастрофического события, результатом которого будет перегрузка, ячейка со значением в поле CLP, равным единице, подлежит отбрасыванию раньше, чем ячейки с битом CLP, имеющим значение нуль. Термин маркировка (tagging) означает присвоение CLP-биту значения 1 для указания ячеек, которые в большей степени подвержены отбрасыванию, чем ячейки с битом CLP, равным нулю. Уровень адаптации ATM (AAL) в передающей конечной точке способен осуществлять функцию маркировки (известную как предварительная маркировка — pre-tagging). Этот способ предпочтителен, поскольку конечная точка сети должна лучше “знать”, какие ячейки более важны. Также функцию маркировки можно “оставить на совести” какого-либо коммутатора (или всех коммутаторов) в сети, при этом маркировка будет осуществляться, исходя из договорных значений, речь о которых пойдет ниже. Следует помнить, как происходит манипулирование с DE-битом в технологии Frame Relay, исходя из согласованной скорости передачи (Committed Information Rate — CIR). В общих чертах можно представить, что маркировка данных в технологии ATM выполняется входным открытым коммутатором, исходя из договорного значения избыточных всплесков трафика (excessive burst traffic). Такой вариант является наименее желательным, однако он не настолько плох, как в технологии Frame Relay. И хотя коммутато-
ры просматривают только заголовки ATM, и данные QoS (в форме AAL-типов) вносятся в полезную нагрузку ячеек, постоянные виртуальные каналы ATM (permanent virtual circuit — PVC) и коммутируемые виртуальные каналы (Switched Virtual Circuit — SVC) создаются co связанными с ними классами услуг, а это означает, что какая-либо QoS-информация, которую несет полезная нагрузка ячейки, может быть отображена в канале VC, так что ATM-коммутаторы в сети могут обрабатывать больше восприимчивых к задержкам ячеек.
Поле алгоритма контроля ошибок в заголовке — НЕС
Поле НЕС является многоцелевой структурой данных. Оно предназначено для обнаружения и, если это возможно, исправления битовых ошибок заголовка, и, кроме того, для использования в качестве ориентира для обнаружения границы ячейки и ее синхронизации в тех средах, которые не имеют своих собственных методов синхронизации. Объяснения, приведенные ниже, касаются ячеек, разграничение и синхронизация которых основаны на использовании алгоритма НЕС. Примерами сред, в которых для цели контроля не используется НЕС, могут служить распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам (Fiber Distributed Data Interface — FDDI) и цифровой сигнал уровня 3 (Digital signal level 3 — DS3), использующие метод формирования фрейма (фреймовую синхронизацию) с применением процедуры сходимости физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure — PLCP). Поле НЕС представляет собой механизм контроля с помощью циклического избыточного кода (CRC), который вычисляется подобно контрольной последовательности фрейма (Frame Check Sequence — FCS) в технологии Frame Relay и аналогичен любой другой контрольной сумме, используемой в телекоммуникациях и сетях передачи данных. Поле НЕС вычисляется только на основании данных четырех октетов заголовка ячейки, но не какого-либо участка 48-октетной полезной нагрузки. Такой полный охват данных заголовка делает поле НЕС достаточным для устранения в заголовке единичных битовых ошибок. Поле НЕС вычисляется таким способом, чтобы заголовок ячейки, содержащий все нули (пустая ячейка), не позволил получить в результате все нули в поле НЕС. Не вдаваясь в подробности, отметим, что этот метод способствует процессу синхронизации.
Кроме того, подобно другим реализациям контрольных сумм и CRC, поле НЕС пересчитывается на каждом ATM-устройстве, после чего сравнивается с имеющимся значением. Каждое ATM-устройство знает алгоритм, используемый для создания значения НЕС (хороший источник, в котором можно почерпнуть особенности упоминаемого алгоритма — рекомендация форума ATM B-ICI 2.0 IA (стр. 32) — af-bici-0013.003). Несоответствия могут быть исправлены (если будут подтверждены, и ошибочным окажется только один бит), в противном случае ячейка будет отброшена. Другая причина пересчета поля НЕС каждым устройством обусловлена тем, что коммутаторы изменяют комбинацию идентификаторов VPI/VCI, что является стандартной процедурой. А поскольку оба поля являются составными частями заголовка, код НЕС должен изменяться каждый раз при изменении идентификатора VPI или VCI. Каждое ATM-устройство, которое руководствуется стандартом, поддерживает два метода контроля ошибок:
исправление;
обнаружение.
Большинство устройств способно использовать поле НЕС для обнаружения нескольких ошибок, но, вообще говоря, может быть исправлена только одна ошибка. При нормальном режиме работы принимающее устройство устанавливается в состояние исправления ошибок. В этом состоянии оно остается неограниченное время — до тех пор, пока ошибка не будет найдена. Если заголовок содержит только одну ошибку, она исправляется. Если же ошибок больше, соответствующая ячейка отбрасывается. В любом случае наличие нескольких ошибок переводит устройство в состояние обнаружения. Если принимающее устройство находится в этом состоянии, первый же заголовок, не содержащий ошибок, переводит устройство в состояние исправления. В течение всего времени, пока устройство находится в таком состоянии, заголовки с ошибками будут немедленно отбрасывать каждую поврежденную ячейку, даже если она содержит только одну ошибку. Пока устройство находится в состоянии обнаружения, ошибки не исправляются. Почему так происходит — понятно, если принять во внимание, что ячейки с ошибками случаются достаточно редко. Если приходит одна поврежденная ячейка, это означает, что, скорее всего, вслед за ней опять будут получены поврежденные ячейки, а одна или две фиксируемые ячейки не стоят прилагаемых усилий, если учесть, что каждая ячейка требует проверки на достаточно загруженном трафиком устройстве. К тому же в том случае, когда имеет место последовательность битовых ошибок, вполне возможна ситуация, когда неисправимая серия ошибок будет неправильно принята за единичную ошибку, допускающую исправление. Оборудование может попытаться исправить такую “единичную” ошибку и тем самым повредить целостность битов, которые будут ошибочно приняты за правильные. Таким образом, если устройство остается в состоянии обнаружения, это гарантирует, что первый же “неиспорченный” заголовок, который вполне надежно извещает об окончании последовательности ошибок, приведет к возврату к нормальному функционированию устройств.
На рис. 10.6 показан процесс синхронизации при использовании поля НЕС. Ниже перечислены три состояния, которые принимает получатель данных:
состояние поиска;
состояние предварительной синхронизации;
состояние синхронизации.
Принимающее устройство (любое ATM-устройство, в том числе конечные точки и коммутаторы) пытается обнаружить поле НЕС в заголовке ячейки, проверяя поток данных, по одному биту в один момент времени. Состояние поиска характеризуется перемещением битового потока поразрядно до тех пор, пока группа из восьми битов не совпадет с вычисленным значением поля CRC для предшествующих четырех октетов. После обнаружения единичного совпадения принимающее устройство вводит состояние предварительной синхронизации. Причиной ввода состояния предварительной синхронизации является то, что существует возможность, хотя в некоторой степени и случайная, получить совпадение где- либо в ином месте, а не на границе заголовка ATM-ячейки. Для доказательства того, что заголовок найден, поток данных тут же сверяется по “стоимости" битов одной ячейки единовременно, чтобы убедиться, что дельта-последовательные поля НЕС правильны. Стандарт предлагает для дельты значение, равное 6. Если в состоянии предварительной синхронизации будет вычислено одно неправильное поле НЕС, произойдет возвращение в состояние поиска.
Переходы состояний
(а) Первое обнаружение границы ячейки
(Ь) Одно неправильное поле НЕС
(с) Дельта (последовательные) правильные поля НЕС
(d) Альфа (последовательные) неправильные поля НЕС
Рис. 10.6. Поле НЕС и синхронизация
Состояние синхронизации вводится после того, как величина дельты для последовательно правильных полей НЕС будет отмечена в состоянии предварительной синхронизации. Если в какой-либо момент после ввода состояния синхронизации принимающее устройство обнаружит альфа-последовательные неправильные значения НЕС, будет снова введено состояние поиска, и процесс продлится, как было описано выше. Стандарт рекомендует устанавливать значение альфа равное 7. Величина дельты влияет на чувствительность, с которой принимающее устройство реагирует на неправильную синхронизацию, а величина альфы задает чувствительность принимающего устройства, которая определяет ошибочный ввод состояния поиска из-за простых битовых ошибок, вызывающих несовпадения полей НЕС.
Эталонная модель В-ISDN и ATM
На рис. 10.7 представлена эталонная модель технологий ATM и В-ISDN. Фактически эта модель отображает функции ATM, включенные в модель В-ISDN, как представлено в рекомендации 1.121 сектора стандартизации ITU-T. Эта модель по существу является трехмерной, в отличие от двумерной модели, к которой вы, возможно, привыкли, изучая эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI). При чтении текущего раздела можно периодически возвращаться к рис. 10.7, чтобы лучше понимать смысл написанного.
Рис. 10.7. Эталонная модель ATM и B-1SDN
Модель включает в себя три плоскости:
плоскость пользователя (U-plane);
плоскость контроля (C-plane);
плоскость управления (M-plane).
Плоскость пользователя обеспечивает передачу пользовательских данных и содержит все стандартные уровни ATM.
Физический уровень, состоящий из двух частей:
подуровня, зависящего от физической среды передачи (Physical Medium Dependent — PMD);
подуровня сходимости передачи данных (Transmission Convergence — ТС).
Уровень ATM.
Уровни адаптации AAL, состоящие из двух частей:
подуровня сегментации и сборки (Segmentation And Reassembly — SAR);
подуровня сходимости (Convergence Sublayer — CS).
Совместно уровни ATM и AAL по своему примерно эквивалентны функционированию второму (канальному) уровню эталонной модели OSI. Плоскость контроля предоставляет коммутационным устройствам функции управления, такие, как соединение и разъединение вызовов. Плоскость контроля совместно с плоскостью пользо-
вателя используют физический и уровень ATM, потому что передаваемые ячейки должны соответствовать жестким стандартам ATM, т.к. это касается их длины и соотношения размеров заголовка и полезной нагрузки. Однако в плоскость контроля входят функции AAL, которые имеют отношение к передаче служебных сигналов (signaling AAL — SAAL).
Коротко уровень AAL можно описать следующим образом. Этот уровень адаптирует какой-либо вид трафика высшего уровня, в том числе передачу служебных сигналов, для его использования в сети ATM, добавляя при этом некоторые дополнительные возможности, которые могут понадобиться для связи с другой конечной точкой. Процесс коммутации, выполняемый в сети ATM-коммутаторами, не содержит этот уровень, поскольку повторная компоновка ATM-ячеек производится только конечными точками или межсетевыми граничными устройствами. Отсутствие необходимости выполнять функцию компоновки потока данных позволяет коммутаторам сосредоточиться именно на коммутации, которая обычно реализована на специализированных интегральных микросхемах (Application-Specific Integrated Circuit — ASIC), позволяющих осуществлять аппаратную коммутацию, гораздо более быструю, чем коммутация программными методами.
Плоскость управления предоставляет функции управления и обеспечивает возможность передачи информации между плоскостями контроля и пользователя. Плоскость управления состоит из двух секций: секции управления уровнями и секции управления плоскостями. Секция управления уровнем выполняет функции управления, предназначенные для отдельных уровней и связей между уровнями, такие, как обнаружение сбоев и проблем в протоколах, а также согласование QoS-параметров и зависящих от уровня потоков ОАМ-информации. Секция управления плоскостями отслеживает функционирование всех плоскостей, т.е. всей системы в целом. В следующих разделах детально рассмотрены функции уровней, перечисленных в последнем из представленных в текущем разделе маркированном списке. Высшие уровни ссылаются на те протоколы, чьи протокольные блоки данных (Protocol Data Unit — PDU) выполняют функцию входящих данных для процесса ATM-адаптации, который выполняется уровнем AAL. Обычно применяются либо протоколы третьего уровня (Layer 3 protocols), использующие ATM как средство транспорта данных на втором уровне непосредственно, либо чистые проколы второго уровня, которые обеспечивают межсетевой обмен с сетью ATM как добавление новых особенностей к их собственным функциональным возможностям.
Физический уровень
Физический уровень представляет собой аналог первого уровня эталонной модели OSI. Этот уровень стандартизирует типы разъемов, расположение выводов, электрические или оптические свойства, характеристики кабелей, способы кодировки, ограничения при синхронизации и т.д. В частности, эталонная модель ATM/B-ISDN выдвигает на первый план две основные функции этого уровня. Подуровень PMD определяется средой, на основе которой развернута линия доступа к службе, а также обеспечивает совместимость битового потока с физическим каналом связи, по которому устройства ATM передают данные (например, комбинации технологий SONET/SDH, ТЗ/ЕЗ означают комбинацию физической среды и схемы кодирования сигнала, которая используется в каждом конкретном случае). Подуровень ТС ответственен за четыре основные функции, которые перечислены ниже.
Генерация и контроль последовательностей полей НЕС. Функция аналогична механизму FCS протокола Frame Relay, которая проверяет данные и синхронизирует границы ячеек (для какой-либо конкретной среды). -
Разграничение ячеек. Эта функция дает возможность устройствам идентифицировать ячейки внутри битового потока (базируется на использовании, например, механизма НЕС или PLCP).
Распределение скоростей ячеек. Функция поддерживает синхронизацию и вводит или уничтожает (соответственно при передаче или получении сообщения) незанятые (неназначенные) ATM-ячейки для адаптации скорости потока ячеек с целью увеличения производительности передающей системы по передаче полезной нагрузки.
Адаптация передачи фреймов. Эта функция используется для упаковки АТМ- ячейки во фреймы, приемлемые для конкретной реализации технологии передачи данных физического уровня (например, комбинации SONET/SDH, ТЗ/ЕЗ, также называемые распределением ячеек).
Возвращаясь к разделу “Функциональные возможности технологии ATM”, вспомним, что ATM является асинхронной технологией. Синхронизация как таковая сама по себе не может быть применена для идентификации границ ячеек, не может выстроить биты, использующиеся в нескольких ячейках, во фрейм, как при синхронизации суперфреймов и мультифреймов. Поскольку значение поля НЕС вычисляется по относительно небольшому набору битов, есть возможность во время исходного выявления границ ячеек быстро определить, где именно в ячейке поле НЕС соответствует множеству ячеек. Поскольку это поле расположено в одном и том же месте каждой ячейки независимо от ее типа, граница ячейки всегда определяется однозначно. Такой уровень достоверности выявления границ ячеек устраняет необходимость использования механизмов выстраивания STM-типа (Synchronous Transport Module — синхронный транспортный модуль) и связанных с ними дополнительных затрат. Тем не менее можно применять синхронный физический уровень, который использует в своей работе синхронизацию и указатели для установления границ ячеек. Например, PLCP- формирование фреймов в каналах связи типа DS3 способно “выравнивать” необходимым образом биты, содержащиеся в полезной нагрузке нескольких ячеек. Использование поля НЕС для синхронизации более детально рассмотрено в разделе “Поле алгоритма контроля ошибок в заголовке — НЕС”.
Пятая функция подуровня ТС, представленная в соглашении о реализации UNI 3.1 форума AF, ссылается на рекомендацию 1.432 сектора стандартизации ITU-T и полиномиальное кодирование для устройства синхронизации для каналов связи SONET/SDH и DS3. Если используются форматы ячеек, которые изначально были трудно синхронизируемыми, и их необходимо воспроизвести, может возникнуть значительная задержка при синхронизации. Посредством обратного кодирования битов внутри ячеек размещение псевдослучайных битов гарантирует, что повторяющиеся аномалии в потоке данных будут устранены вместе со всем содержимым. Таким способом предотвращается еще и прохождение длинных последовательностей комбинаций битов, которые могут влиять на передачу данных по физическому каналу связи (например, 01010101... или 00000000...).
Распределение скоростей ячеек выполняется в каждом интерфейсе, куда поступают ячейки от разных отправителей и где они должны быть соответствующим образом об.- работаны для полного заполнения данными линии связи. Незанятые ячейки
(называемые также в стандартах неназначенными ячейками, в них и идентификатор VPI, и идентификатор VCI равны нулю) не передаются по сети, а создаются всякий раз, когда оказывается, что исходящих с данными ячеек недостаточно для заполнения линии. Фактически неназначенные ячейки обрабатываются тем же способом, что и неправильные ячейки. Ранее, когда речь шла о поле НЕС, подробно объяснялось, каким образом обрабатываются неправильные ячейки. Конечные ATM-точки, являющиеся отправителями, также добавляют такие “пустые” ячейки для приведения потока данных в тот вид, который будет отвечать условиям, выдвигаемым физическими линиями передачи данных. Наконец, адаптация передаваемых фреймов увеличивает гарантию того, что трафик в достаточной степени соответствует используемым линиям, поскольку фреймы действительно формируются из ячеек на основании требований, предъявляемых линиями доступа к сети.
Уровень ATM
От узла, подключенного к сети, уровень ATM принимает от соответствующего уровня AAL уже сегментированные 48-октетные элементы исходящих данных и присоединяет к ним пятиоктетные заголовки. Для входящих ячеек выполняется обратный процесс. Таким образом, наличие информации, содержащейся в идентификаторах VPI и VCI, является следствием функционирования уровня ATM. И действительно, как только ячейка приходит в коммутирующее устройство, ATM-коммутатор выполняет преобразование номеров VPI/VCI, используя для такого процесса функции рассматриваемого уровня. Именно этот уровень обеспечивает коммутацию (или ретрансляцию) ячеек в пределах сети и выполняет заключительную проверку, в результате чего конечная точка получает правильные ячейки (т.е. рассматриваемый нами уровень следит, чтобы ячейки были правильно внедрены в поток передаваемой информации). Мультиплексирование ячеек или одновременное их совместное использование несколькими виртуальными каналами физической полосы пропускания — это задача уровня ATM.
Уровень AAL
Уровень AAL предназначен для разделения протоколов верхних уровней и специфических средств сети ATM. Этот уровень принимает конкретный пользовательский трафик от высших уровней и начинает процесс преобразования (адаптацию) полученной информации в 48-октетные сегменты. Именно уровень AAL отвечает за отправку 48-октетных сегментов уровню ATM, где затем происходит присоединение заголовка и дальнейшая обработка сегментов. В зависимости от типа адаптации AAL рассматриваемый уровень может присоединять к каждому пакету дополнительную информацию, иногда увеличивая таким образом непроизводительную информацию до размера всей ячейки. Конкретные типы AAL представлены ниже в разделе “Типы уровня адаптации AAL" текущей главы.
Уровень AAL дополнительно делится на два подуровня, один из которых также может делиться на два уровня меньшего порядка. В соответствии с делением на низкие и высокие уровни, принятым в эталонной модели ATM/B-ISDN и показанным на рис. 10.7, подуровни и подразделы выглядят следующим образом:
подуровень SAR;
подуровень сходимости (CS):
общий подуровень сходимости (Common Part Convergence Sublayer — CPCS);
подуровень сходимости, зависимый от служб (Service Specific Convergence Sublayer — SSCS).
Подуровень CS предназначен для непосредственного согласования с верхними уровнями. В связи с этим главной функцией подуровня CS является перемещение элементов данных из пользовательского ATM-интерфейса в подуровень SAR и обратно. Специальные функции уровня CS содержатся в его подуровнях SSCS и CPCS. Некоторые приложения не используют подуровень SSCS, в таком случае SSCS считается несуществующим, а весь подуровень CS состоит только из подуровней CPCS. Несмотря на то что подуровень CPCS является, судя по его названию, общим для всех объектов верхнего уровня (что делает его “истинной опорой” подуровня CS, причем подуровень SAR всегда взаимодействует с ним снизу), уровень SSCS может приобретать множество названий, основанных на объектах высшего уровня, с которыми он должен взаимодействовать.
Например, подуровень SSCS технологии Frame Relay (FR-SSCS) используется в терминальном оборудовании сети В-ISDN для эмуляции в ней службы носителя Frame Relay (Frame Relaying Bearer Service — FRBS). Он также применяется для обеспечения межсетевого обмена между сетями ATM и Frame Relay. Уровень FR-SSCS стандартизирован в рамках рекомендации 1.365.1 сектора стандартизации ITU-T. Для описания одного и того же пункта в эталонной модели (подраздел SSCS подуровня CS верхнего уровня) при его использовании в передаче сигналов (как, например, при создании коммутируемых виртуальных каналов (Switched Virtual Circuit — SVC) посредством применения специального протокола для предоставления конечной точке возможности осуществить запрос на соединение с другой конечной точкой с использованием ее входного коммутатора), уровень SAAL (стандарт Q.2100, форма AAL5) фактически содержит два стандарта, которые описывают функциональное назначение SSCS. Этот уровень содержит спецификацию функции согласования, зависящую от служб (Service Specific Coordination Function — SSCF) (рекомендации Q.2130 и Q.2140 сектора стандартизации ITU-T для интерфейсов UNI и NNI соответственно) и выполняющую функцию, которая соответствует функции основного подуровня SSCS, и ориентированный на соединение протокол, зависимый от службы (Service Specific Connection Oriented Protocol — SSCOP, стандарт Q.2110), обеспечивающий специальные гарантии передачи ячеек, которые технология ATM не может обеспечить самостоятельно. Суть такого разграничения и всех дополнительных стандартов такова, что подуровень CPCS не будет разрабатываться совместно с протоколами верхних уровней и приложениями и, следовательно, не будет от них зависеть. А подуровень SSCS является его полной противоположностью и зависит от верхних уровней технологии.
В заключение следует отметить, что в основе уровня AAL лежит подуровень SAR. По сравнению с подуровнем CS функции SAR более просты. Подуровень SAR принимает от подуровня CS все элементы данных и делит их на 48-октетные блоки данных, которые затем передаются ниже в уровень ATM, где к ним присоединяются заголовки ATM. В мире телекоммуникационных технологий ничто не может быть настолько простым, как описано в предыдущем предложении. В зависимости от используемого типа адаптации AAL сложность реализации процедуры взаимодействия между подуровнями колеблется в пределах от не намного худших (т.е. простых), чем только что описанные, до настолько плохих (т.е. сложных), что остается только удивляться, как люди могут разработать такое. Будьте уверены, что каждый тип адаптации
AAL занимает свое место в инфраструктуре, и, как показано ниже, их нельзя совмещать (или взаимозаменять). Тем не менее о подуровне SAR можно сказать следующее — он отправляет в уровень ATM 48-октетные протокольные блоки данных (PDU), являющиеся исходящими модулями соседнего уровня (в том числе заголовок и полезную нагрузку), и он также принимает такие 48-октетные блоки PDU из уровня ATM, причем без каких бы то ни было проблем. Являясь вспомогательным для пользовательского потока данных, подуровень SAR должен извещать уровень ATM о такой ситуации, когда для одного и того же ААЬ5-фрейма поступит большее количество блоков SAR PDU (с тем, чтобы уровень ATM мог правильно установить поле PTI), если уровень ATM должен установить CLP-бит для определенной ячейки.
Качество обслуживания
Прежде чем перейти к рассмотрению действующих типов адаптации уровня AAL, следует ознакомиться с некоторыми основными характеристиками сетевого трафика и методами управления трафиком, с помощью которых приводятся в соответствие друг ДРУГУ разные типы адаптации AAL. В этом разделе представлены параметры механизмов обеспечения качества обслуживания (Quality of Service — QoS), являющиеся основными при определении контрактных величин трафика, и, кроме того, служат основой для некоторых других производных параметров трафика, речь о которых пойдет в разделе “Параметры трафика”. В разделе “Классы обслуживания ATM” служба QoS и параметры трафика определяют классы ATM-услуг, в которых такие параметры сгруппированы в категории, удобные для изучения. Кроме того, наряду с объяснением, что определяет согласованность ячеек и что обеспечивает гарантированность соединения, рассмотрены вопросы контрактных параметров трафика с целью выработки соглашения между абонентом и поставщиком услуг, которое определяет (поскольку трафик уже оплачен и выделен) обязательства абонента перед поставщиком услуг, необходимые для гарантирования последним надлежащего качества обслуживания (QoS).
Трудно обсуждать технологию QoS, не будучи осведомленным о процессе управления доступом к соединению (Connection Admission Control — САС). Метод САС представляет собой набор механизмов для резервирования полосы пропускания, предназначенный для контроля за перегрузкой. Механизм САС определяет, принять или отклонить запрос на ATM-соединение, при этом решение основывается на соответствии затребованных параметров качества обслуживания ресурсам сети. Если будет установлено, что сеть не может обеспечить договорное обязательство и нет альтернативного варианта реализовать запрос вызывающего абонента в других, но тем не менее удовлетворяющих абонента пределах механизма качества обслуживания, такой запрос сетью будет отклонен. И чем больше запросов на соединение будут затребованы одновременно, тем жестче будет выполняться алгоритм САС. Термин сверхзаказ (overbooking) применяется к максимально жесткому решению САС, которое означает невозможность вызова полного набора сетевых ресурсов всеми конечными точками одновременно, а термин полный заказ (full booking) означает менее жесткий подход, при котором после того как сетевые ресурсы полностью распределены независимо от того, используются ли они в настоящее время или нет, дальнейший доступ к сети ограничивается. По сути дела алгоритм САС можно представить себе как механизм статического мультиплексирования. Сводка ключевых вопросов, которые необходимо решать при заключении контракта на обслуживание трафика, вводимого между абонентом и поставщиком услуг, состоит из следующих пунктов.
Технические требования к обслуживанию QoS:
параметры трафика и дескрипторы (идентификаторы);
класс обслуживания;
согласование ячеек;
указание соответствия соединения.
Более подробную информацию о параметрах QoS, а также по темам, перечисленным в списке и рассмотренных в последующих разделах “Параметры трафика” и “Классы обслуживания ATM”, можно получить из спецификации форума ATM Спецификация управления трафиком 4.1 (TMS 4.1 — af-tm-0121.000, Traffic Management Specification 4.1) или в рекомендации 1.356 сектора стандартизации ITU-T (только для механизма QoS). Исходные параметры обслуживания QoS, обсуждаемые при заключении ATM-контракта трафика, следующие:
параметры надежности:
коэффициент потери ячеек (Cell Loss Ratio — CLR);
параметры задержки:
максимальная задержка передачи ячеек (Maximum Cell Transfer Delay — maxCTD);
разброс вариации задержки ячеек (Peak-to-peak Cell Delay Variation — CDV).
Ниже перечислены параметры задержки, которые не согласовываются как контрактные величины для трафика, но тем не менее являются измеряемыми и, кроме того, способствуют пониманию сути качества функционирования сети и связанных между собой коммутаторов.
Коэффициент ошибок в ячейках (Cell Error Ratio — С ER).
Коэффициент блоков ячеек с большим количеством ошибок (Severely Errored Cell Block Ratio — SECBR).
Коэффициент неправильной вставки ячеек (Cell Misinsertion Rate — CMR).
Стандарт коммутации с временным разделением каналов (Time-Multiplexed Switching) TMS 4.1 уточняет, что параметры QoS не обеспечивают немедленное выполнение обязательств по предоставлению сетевых ресурсов, а имеют скорее вероятностный характер функционирования в течение неограниченного времени соединения. К тому же сеть вполне может обеспечить договорные параметры QoS или даже предоставить большее количество ресурсов, чем требуется, поскольку контракт на передачу трафика устанавливается для конечной точки сети, т.е. абонента. Иными словами, поставщик услуг освобожден от какого-либо договорного обязательства по качеству функционирования сети. Качество зависит от потоков трафика, которые получают ресурсы сверх или в пределах того, что соответствует договорным обязательствам провайдера перед абонентом. Практический пример качества обслуживания приведен в разделе “Пиковая скорость передачи ячеек — PCR”.
Кроме того, уровень точности, с которой могут быть запрограммированы параметры QoS (они могут быть установлены совершенно точно), не следует путать с обязательством, которое будет выполнять сеть на заданном уровне точности. Спецификации интерфейсов UNI и PNNI (Private Network-Network Interface — интерфейс между частными сетями) и соглашения по реализации технологии (IA) обеспечивают меха-
низмы, с помощью которых параметры QoS могут стать договорными между конечными системами и сетевыми устройствами с использованием количественных числовых параметров. Соотношения между различными параметрами, представленными в следующих шести разделах, показаны на рис. 10.8.
СТО = ТМр2 - ТМР) (Время, прошедшее между измерениями в точке 1 и в точке 2)
maxCTD: (1 -а) Квантиль СТО
Размах CDV = maxCTD - СТО fixed
_ Потерянные ячейки
Общее количество переданных ячеек
Коэффициент
потери фреймовПотерянные фреймы + Испорченные фреймы
(Frame Loss Ratio)= Общее количество переданных фреймов
CER _Ошибочные ячейки
Успешно переданные ячейки + Ошибочные ячейки
Коэффициент блоков ячеек
с большим количеством ошибок Блоки ячеек с большим количеством ошибок
(Severely errored cell block ratio) =
Общее количество переданных блоков ячеек
Коэффициент неправильно
вставленных ячеекНеправильно вставленные ячейки
(Cell misinsertion rate) =
Временной интервал
Рис. 10.8. Параметры и уравнения QoS
Коэффициент отбрасывания ячеек (CLR)
CLR (Cell Loss Ratio) — это отношение отброшенных ячеек к общему количеству переданных ячеек. При вычислении величины CLR подсчет количества отброшенных и переданных ячеек не должен учитывать те ячейки, которые были подсчитаны как входившие в состав блоков ячеек с большим количеством ошибок. Параметр CLR — это значение, которое предлагается в сети в качестве реального значения качества передачи ячеек на период всего времени существования соединения, а не в качестве краткосрочного измерения. Такой подход позволяет сетевым устройствам решать, принимать или отвергать соединение, основанное на значении CLR, затребованном для нового соединения и назначенном исходя из сравнения с возможностями сетевого устройства. Этот процесс называется передачей служебной информации CLR (CLR signaling) и является частью спецификации передачи сигналов интерфейса UNI.
Для классов услуг, таких, как гарантированная скорость передачи фреймов (Guaranteed Frame Rate — GFR), где гарантии основаны на группах ячеек (т.е. фреймах), значение CLR не является эффективным критерием выполнения качества обслуживания. В данном случае параметр CLR заменяется параметром коэффициент потери фреймов (Frame Loss Ratio — FLR), который является отношением суммы потерянных и испорченных фреймов к общему количеству переданных фреймов. Потерянные фреймы — это те фреймы, которые были удалены полностью, а испорченные фреймы — это фреймы, из которых были удалены некоторые ячейки. Пара-
метр FLR в отличие от CLR не является договорным параметром служб QoS. Действительно, значение CLR не является договорным для класса услуг GFR так же, как не является договорным для класса услуг ABR, хотя класс ABR и не основан на фреймах. Эти классы услуг рассматриваются в разделе “Классы обслуживания ATM”.
Ниже приведена цитата из документа TMS 4.1 форума AF, где регламентируется методика измерения параметра CLR в процессе эксплуатации. .
Передатчик помещает ОАМ-ячейки в передаваемый поток ячеек, содержащих информацию пользователя, в подходящие для этого промежутки времени. Каждая ОАМ- ячейка содержит счетчик количества ячеек с информацией пользователя, переданных после последней ОАМ-ячейки. Приемник содержит текущий счетчик количества ячеек с информацией пользователя: переданных (Nt) и полученных (Nr). Коэффициент отбрасывания ячеек можно затем подсчитать по формуле (Nt — Nr)/Nt, если выражение Nt — Nr является положительным. Этот метод может быть использован для подсчета количества отброшенных ячеек, если неправильная вставка данных происходит в течение наблюдаемого периода времени и выдает значение счетчика, которое меньше реального количества потерянных данных. Метод показывает большее число потерянных ячеек, если события SECB не запрещены.
Максимальная задержка передачи ячеек (maxCTD)
Прежде чем вести речь о максимальной задержке передачи ячеек (maxCTD), необходимо дать определение термину задержка передачи ячеек (Cell Transfer Delay — CTD). Задержка CTD — это полное время, затраченное ячейкой на прохождение по сети, начиная от момента ее выхода из одной опорной точки сети до момента прибытия в другую опорную точку. В такое время запаздывания включается совокупная задержка передачи между ATM-узлами и суммарная задержка, связанная с обработкой данных при прохождении расстояния между двумя опорными точками. Выбор опорных точек не является фиксированным, они могут быть выбраны в любом месте виртуального канала, но обычно такие точки находятся в двух интерфейсах UNI, между которыми устанавливается сквозное соединение.
Кроме того, важно понять, что означают понятия входное и выходное события, как они определены в рекомендации 1.356 сектора стандартизации ITU-T. Входное событие — это поступление последнего бита ячейки в конечную точку или сетевое устройство из смежной точки или устройства через точку, для которой проводится измерение. Выходное событие — это передача (т.е. выход) первого бита ячейки из конечной точки или сетевого устройства в другое через точку, для которой проводится измерение. На рис. 10.9 проиллюстрированы входное и выходное события по отношению к параметру CTD. На рисунке символами МР обозначены точки, в которых проводятся измерения (measurement point).
Выходное событиеВходное событие
для точки МР1Для точки МРг
Задержка передачи ячеек (CTD) равняется времени, прошедшему между выходным событием для передаваемой ячейки в точке измерения МР1 и выходным событием для принимаемой ячейки в точке измерения МР2 для конкретного соединения
Рис. 10.9. Входное и выходное события и задержка CTD
Таким образом значение CTD определяется как общее время, прошедшее с момента выхода первого бита ячейки из точки измерения МР] до момента, когда этот бит пересечет точку измерения МР2 на его пути к связанному коммутатору. В этом случае оба события могут показаться выходными. На рис. 10.9 проиллюстрированы не два выходных события, а одно выходное и одно входное. Выходное событие не требует реализации условия выхода из устройства, а определяется реализацией условия выхода первого бита из интерфейса, даже если такое событие на самом деле является событием, описывающим информацию, входящую в устройство.
На рис. 10.10 в графической форме представлено определение максимальной задержки передачи ячеек (maxCTD). Это определение и соответствующая ему диаграмма применимы только к классам услуг в реальном масштабе времени. Такое предостережение так же, как и сам рис. 10.10, применимы и к определению понятия полного разброса вариации задержки ячеек (peak-to-peak CDV).
Рис. 10.10. Модель плотности вероятности задержки CTD
Величина параметра maxCTD имеет комплексное определение, в соответствии с которым само значение maxCTD определяется косвенно как договорная точка на кривой вероятности CTD (эта точка является верхним пределом кривой 1-а, где величина а основана на договорном значении CLR, принятом в процессе запроса на соединение, при этом величина 1-а на деле значительно больше, чем а). Плотность вероятности а представляет собой статистическую вероятность, с которой сеть будет либо терять ячейки, либо доставлять их с опозданием. В таком случае будет рассчитана точка, которая отделяет плотности вероятностей, являющиеся договорными для контракта, и обозначается она как maxCTD. Термин квантиль (quantile) означает вероятность, ограниченную такой расчетной точкой. Когда значение достигает ста квантилей, оно обозначается термином процентили (percentiles). В данном случае значение maxCTD, являющееся договорным для соединения, считается равным 1 -а квантилей для кривой вероятности CTD. Это означает, что вероятность того, что значение CTD будет выше, чем значение maxCTD, не превышает а (где величина а опять-таки основана на договорном значении параметра CLR).
Разброс вариации задержки ячеек — Peak-to-Peak CDV
Разброс вариации задержки ячеек (peak-to-peak CDV) определяется как разница между наилучшим и наихудшим значениями задержки передачи ячеек — значениями CTD (т.е. между постоянным значением CTD и максимальным (maxCTD) соответственно). На рис. 10.10 постоянной задержкой является CTD, которую может иметь любая ячейка, поступающая в течение всего время удержания соединения (holding time). Такое постоянное значение CTD можно рассматривать как косвенно договорное, поскольку оно определяется непосредственно из договорного значения maxCTD и используется для вычисления договорного значения разброса значения CDV. Т.к. сети имеют ограниченные возможности по управлению разбросом параметра CDV, абоненты при заключении договорного соглашения не должны рассчитывать на то, что указание малых значений этого параметра обеспечит контроль вариации задержки.
Внимание!
В документе TMS 4.1 (приложение VII, раздел VII.1.4) обсуждаются методики измерения значения параметра СТО и разброса параметра CDV.
Коэффициент ошибок в ячейках (CER)
Коэффициент ошибок в ячейках (CER) совместно со следующими двумя параметрами (хотя они и не являются договорными изначально) обеспечивают индикацию собственной (внутренней) характеристики сети. В частности, параметр CER отображает соотношение между количеством ячеек, доставленных по крайней мере с одной ошибкой, и общим количеством доставленных ячеек (доставленных как успешно, так и с ошибками). При этом не подсчитываются те компоненты ячеек, которые были составной частью блоков с большим количеством ошибок независимо от размещения самих ячеек (не подсчитываются компоненты как хорошие, так и плохие). Такие ячейки совместно включены в недоговорной параметр, рассматриваемый ниже.
Внимание!
Для измерения параметра CER следует воспользоваться приложением С (Annex С) рекомендации 1.356 сектора стандартизации ITU-T, где описывается метод индикации неработоспособного состояния (Out-of-Service — OOS), который включает в себя передачу потока заведомо известных данных в сеть (известных в точке измерения, а именно в отправителе) и сравнение потока принятых данных с потоком известных данных в точке измерения, являющейся пунктом назначения. Приложение С (Annex С) рекомендации 1.356 предлагает и более удобный метод, а именно— индикатор четности с чередованием по битам 16 (bit interleaved parity 16— BIP-16), применяемый для оценки параметра CER для блока данных, состоящего из N ячеек.
Количество блоков ячеек с большим числом ошибок
Количество блоков ячеек с большим числом ошибок (SECBR) определяется как отношение числа блоков ячеек с большим количеством ошибок к общему количеству
переданных блоков ячеек. Рекомендация 1.610 сектора стандартизации ITU-T устанавливает, что размер блока ячеек (N) может равняться 2х ячейкам, где 8 < х < 15, причем х — целое число. В рекомендации 1.610 разъясняется, что 45-октетное поле, зависимое от выполняемой функции в ОАМ-ячейке (если ячейка ОАМ является сообщением активации/деактивации, а используемый тип функции — контроль функционирования, как это показано на рис. 10.5), содержит два четырехбитовых поля, обозначающих размер блока — по одному полю для каждого направления. Рекомендация 1.610 предусматривает именно четырехбитовые значения, отображающие возможные размеры блоков, о чем говорилось выше.
Независимо от количества ячеек в блоке сообщения передаются последовательно для данного соединения. Блок ячеек с большим количеством ошибок — это блок, в котором количество потерянных, неправильно вставленных (misinserted) или ошибочных ячеек превышает наперед заданное конфигурируемое пороговое значение (М). Для удобства измерения блок ячеек часто согласовывается с количеством ячеек, содержащих пользовательские данные, которые передаются между ОАМ-ячейками. Таким образом делается попытка согласовать значения N и М с размером фрейма в соединениях, в которых возможно отбрасывание фреймов (за более подробной информацией по этому вопросу обратитесь к разделу “Класс GFR”).
Внимание!
Параметр SECBR можно вычислить непосредственно в процессе обработки потоков данных для набора S последовательных или непоследовательных блоков ячеек, подсчитав количество потерянных или неправильно вставленных ячеек в каждом блоке, выбирая для такого исследования блоки с количеством потерянных или неправильно вставленных ячеек, превышающим значение М, и помечая такие блоки ячеек как блоки с большим количеством ошибок. Общее количество полученных таким образом блоков ячеек с большим количеством ошибок делится затем на S. Поскольку в представленной методике потокового измерения необходимого параметра при подсчете величины М поступающие ошибочные ячейки не учитываются, возможна тенденция к некоторому уменьшению вычисленного количества блоков ячеек с большим количеством ошибок. Более точную оценку значения SECBR можно получить, сравнивая отправленные и полученные данные при OOS-измерении.
Коэффициент неправильной вставки ячеек (CMR)
Коэффициент неправильной вставки ячеек (CMR) — это просто количество ячеек, неправильно вставленных в поток данных в течение заданной единицы времени. Неправильное внедрение ячеек чаще всего является результатом незамеченной ошибки в заголовке ячейки, что позволяет ячейке, предназначенной для одного соединения, быть вставленной в поток данных другого соединения. По определению, неправильно вставленная ячейка — это принятая ячейка, для которой нет согласованной вставленной ячейки. В такое измерение не должны включаться те ячейки, которые входят в состав блоков ячеек с большим количеством ошибок. Измеряемая величина является коэффициентом, а не соотношением. Причиной такой ситуации является то, что количество неправильно вставленных ячеек в отдельном соединении обычно не имеет ничего общего с другими ячейками этого же соединения. Другие измерения являются соотношениями, поскольку все они имеют отношение исключительно к трафику в пределах отдельного соединения.
Внимание!
В приложении С (Annex С) рекомендации 1.356 сектора стандартизации ITU-T описана методика использования ОАМ-ячеек для потокового измерения величины CMR. Сначала за период измерения ТМ подсчитываются значения NR и NT (соответственно количество принятых и переданных ячеек, исключая ячейки в блоках ячеек с большим количеством ошибок). Затем величина CMR определяется делением разности (NR- NT), которая должна быть положительной величиной, на ТМ. Если происходят потери ячеек, величина (NR-NT) может быть отрицательной, и в таком случае значение CMR посчитать нельзя; кроме того, параметр CMR не может считаться точным значением все время, пока происходят потери ячеек. В приложении С (Annex С) описан и метод OOS-измерения. Поддерживая соединения VPC или VCC в течение определенного периода времени, но без передачи по ним ячеек, содержащих данных, можно все же получить для таких каналов некоторое количество ячеек, которые будут неправильно вставленными.
Параметры трафика
В разделе рассмотрены переменные параметры трафика, которые описывают характеристики, присущие трафику устройства-отправителя. Ниже представлены три иерархические категории параметров и признаков, речь о которых пойдет дальше.
Параметры трафика.
Дескрипторы отправителя трафика (Source-traffic)..
Дескрипторы трафика по соединению (Connection-traffic).
Не все параметры применимы к каждому виртуальному каналу (Virtual Circuit — VC). Технические требования для трафика в каждом конкретном канале VC влияют на то, какие именно параметры следует рассматривать как подходящие в данном случае. Параметры трафика, которые могут иметь отношение к характеристикам устройства-отправителя, следующие:
пиковая скорость передачи ячеек (Peak cell rate — PCR);
непрерывная скорость передачи ячеек;
максимальный размер всплеска/допустимое отклонение всплеска;
минимальная скорость передачи ячеек;
максимальный размер фрейма.
Эти параметры служат средством описания характеристик классов услуг в разделе “Классы обслуживания ATM”. Контракты трафика зависят не только от параметров QoS, но и от дескрипторов трафика по соединению, которые включают дескрипторы отправителя трафика, что необходимо для надежного определения того, что ожидается как от абонента, так и от сети. Дескрипторы отправителя трафика являются попросту набором параметров трафика, которые применяются к конкретному АТМ-отправителю как необходимые договорные условия отправителя, действующие в течение времени установления соединения. Дескрипторы трафика по конкретному каналу являются комбинацией вышеупомянутых дескрипторов отправителей трафика и параметра, известного как допустимая вариация задержки ячеек (Cell Delay Variation Tolerance — CDVT), который не следует путать с QoS-измерением CDV (последнее обсуждалось в разделе
“Разброс вариации задержки ячеек — Peak-to-Peak CDV”), кроме описания правила соответствия, предназначенного для устранения каких-либо неопределенностей относительно того, что представляет собой ячейка, пригодная для соединения (правило является общепринятым для сетевых устройств, участвующих в заданном соединении). Подводя итог, перечислим компоненты дескриптора трафика по соединению:
дескриптор отправителя трафика;
CDVT;
правило соответствия.
Значения параметров трафика запрашиваются вызывающей стороной через сообщение вызывающего устройства при установке коммутируемого виртуального канала (SVC) и могут быть в дальнейшем автоматически согласованы. Если обе стороны не могут договориться относительно взаимно приемлемых значений для каждого параметра, соединение отвергается. В следующих шести разделах, начиная с раздела “Пиковая скорость передачи ячеек — PCR”, предлагается краткое описание каждого из пяти параметров трафика, а также описание параметра CDVT. Разные параметры трафика могут быть согласованы в каждом направлении двунаправленного соединения. Это свойство может быть весьма кстати при асимметричном потоке информации, т.е. несимметричном в одном направлении по сравнению с другим.
Пиковая скорость передачи ячеек — PCR
Пиковую скорость передачи ячеек (PCR) можно определить как параметр, характеризующий предельную полосу пропускания соединения. Выражаясь более точно, PCR — это максимальная скорость передачи ячеек, которую отправитель может запросить и получить в качестве договорной, но в определенных пределах. Величина, обратная PCR (1/PCR), — это минимальное время поступления ячеек (Т), т.е. время между двумя последовательными основными событиями, известное также как пиковый интервал эмиссии (peak emission interval) ATM-соединения, меньше которого устройство-отправитель не может оставлять пропуски между ячейками. Параметр PCR применяется как к классу услуг CBR (Constant Bit Rate — постоянная скорость передачи битов), так и к классу услуг VBR (Variable Bit Rate — переменная битовая скорость), и является верхним пределом скорости передачи ячеек в соединении.
Вернемся к важному моменту, который обсуждается выше в текущей главе, в разделе “Качество обслуживания”, и рассмотрим соединение с пиковой скоростью передачи ячеек PCR, равной 10 Мбит/с. Как упоминалось выше, если измерение выполняется мгновенно, рекомендация TMS 4.1 устанавливает, что при попытке абонента осуществить передачу со скоростью 11 Мбит/с сеть вообще не обеспечивает передачу даже со скоростью PCR, равной 10 Мбит/с. В действительности, когда измерение выполняется мгновенно, абонент будет наблюдать скорость, существенно меньшую, чем оговоренное значение PCR. Повторим, что параметр PCR представляет собой вероятностную характеристику на период существования соединения.
Постоянная скорость передачи ячеек (SCR)
Постоянная скорость передачи ячеек (Sustained Cell Rate — SCR) — это верхний предел средней скорости передачи ячеек, измеренной в течение некоторого периода времени. Термин средняя скорость означает общее количество переданных ячеек, поделенное
на время передачи ячеек, а обычно просто на продолжительность соединения. Используемый вместе с параметром максимальный размер всплеска (о нем речь пойдет в следующем разделе), параметр SCR может применяться для упорядочения (каким именно образом достигается согласование ячеек, показано в разделе “Управление трафиком”). Нет ничего необычного в том, что при предоставлении услуг именно параметр SCR используется в качестве договорного параметра, при этом параметр PCR устанавливается большим по величине, чем SCR, который используется для конфигурирования оборудования с тем, чтобы сетевые ресурсы были в достаточной мере зарезервированы, что необходимо для гарантированного предоставления услуг.
Максимальный размер всплеска трафика (MBS) и допустимый размер всплесков (ВТ)
Максимальный размер всплеска (Maximum Burst Size — MBS) определяется либо как максимальный интервал времени, в течение которого ячейки могут передаваться отправителем с пиковой скоростью PCR, либо как максимальное количество последовательных ячеек, которые могут быть переданы отправителем с той же пиковой скоростью PCR. Параметр MBS пропорционально связан с параметром, известным как допустимый размер всплесков (Burst Tolerance — ВТ), который используется при проверке соответствия постоянной скорости передачи ячеек SCR заранее согласованным параметрам. Параметр ВТ вместе с параметром SCR и конфигурируемой политикой трафика (см. раздел “Управление трафиком”) определяют величину параметра MBS. Можно также сказать, что политика обработки трафика определяет взаимозависимость между параметрами ВТ и SCR. Такая взаимозависимость определений означает, что эти измерения полностью взаимосвязаны друг с другом. Более детальную информацию о взаимосвязи вышеуказанных переменных можно почерпнуть в документе TMS 4.1. Проведенная при установке запроса на соединение тестовая серия таких измерений, как SCR и ВТ, позволяет в большей степени спрогнозировать характеристики предстоящего соединения, чем при измерении только лишь параметра PCR. Такая информация позволяет коммутаторам и другим сетевым устройствам распределять ресурсы более адекватно.
Минимальная скорость передачи ячеек (MCR)
Если вы считаете, что именно пиковая скорость PCR является аналогом согласованной скорости передачи (Committed Information Rate — CIR), используемой в технологии Frame Relay, то это не так. Чтобы понять отличие между ними, нужно учесть соотношение между пиковой и минимальной скоростями PCR и MCR (Minimum Cell Rate). И если в сети возможна такая ситуация, когда пользователь может потерпеть неудачу при попытке использовать скорость PCR даже в случае доступности определенной полосы пропускания, то сетевые соединения, основанные на классах обслуживания, использующих MCR (см. разделы “Класс ABR” и “Класс GFR”), вполне осуществимы, поскольку даже если доступная полоса пропускания может изменяться, она никогда не опустится ниже скорости MCR. Это утверждение можно истолковать таким образом, что если абонент и не имеет возможности постоянно использовать для передачи пиковую скорость PCR, это не является нарушением контрактных величин со стороны оператора, предоставляющего сетевые услуги. Пиковая скорость PCR — это максимальная полоса пропускания, которую, как можно догадаться, пользователь
требует всегда, а минимальная скорость MCR — это минимальная полоса пропускания, которая еще считается пригодной для использования. Таким образом именно постоянная скорость передачи ячеек (SCR) по своему функционированию подобна скорости CIR, используемой в сетях Frame Relay. Следовательно, классы услуг, определяемые параметром SCR, также имеют сходство с классами, предоставляемыми в сетях Frame Relay.
Максимальный размер фрейма (MFS)
Параметр MFS (Maximum Frame Size) указывает количество ячеек, содержащихся в самом большом допустимом фрейме в классе GFR, о котором речь идет в разделе “Класс GFR”. Класс GFR — это всего лишь текущий класс обслуживания, который задает группы ячеек, называемые фреймами. Кроме того, MFS является обязательным параметром в любом дескрипторе отправителя трафика для соединения, устанавливаемого с использованием класса обслуживания GFR.
Допуск на вариацию задержки (CDVT)
В процессе обычной эксплуатации уровня ATM через сетевые коммутирующие устройства проходит множество ячеек от самых разных отправителей. При этом коммутаторы могут изменять характеристики трафика, которые были заданы при установлении исходного соединения. В частности, может быть введен параметр допустимой вариации задержки ячеек (Cell Delay Variation Tolerance — CDV), который влияет на пиковый интервал между эмиссиями ячеек (т.е. параметр 1/PCR) и постоянный интервал эмиссии ячеек (т.е. обратную скорость 1/SCR). В разделе “Управление трафиком” детально описаны соотношения между параметрами PCR и CDVT и между SCR и CDVT. Поскольку коммутатор выполняет функцию по обслуживанию множества ячеек, то ячейки, относящиеся к одному соединению, могут быть задержаны, тогда как ячейки, относящиеся к другому соединению, образуют очередь для выхода через какое-либо физическое соединение. Таким же образом “вклад” в задержку пользовательских ячеек могут вносить и издержки физического уровня, а также ОАМ-ячейки. При минимизации вариации задержки даже наиболее ограниченные во времени приложения могут претерпеть некоторую задержку. На других же приложениях вариация на задержке не отражается. Такое различие определяется изменением величины переменной CDVT.
Выражаясь более простым языком, параметр CDVT можно истолковать как допустимую величину дрожания (напомним, что термин дребезг (jitter) — это жаргонное выражение, обозначающее вариацию задержки), генерируемого входным коммутатором между своими собственными входным и выходным интерфейсами. Эта величина стремится к прямо пропорциональной зависимости от намеченной скачкообразности трафика конечной точки. В результате для согласованных соединений САС (управление допуском к соединению) устройство может отвергнуть соединение, если будет установлено, что величина CDVT, заданная запрашивающей конечной точкой, предполагает уровень всплесков потоков данных, который может быть опасен для обеспечения качества обслуживания (QoS) уже имеющихся соединений. И действительно, большинство сетей не допускает установления соединений с высоким значением параметра CDVT. Параметр CDVT не имеет постоянного значения на протяжении всего соединения. Для каждого интерфейса, используемого вдоль пути соединения (UNI, NNI или B-ICI), могут быть разные его значения. При этом величина CDVT не нарастает (не накапливается) в процессе пересечения трафиком границы между сетями.
Спецификация TMS 4.1 предписывает, что стандарт сигнализации UNI 4.0 (UNI Signaling 4.0) не поддерживает передачу сигналов с тем значением (хотя это и было бы желательно с точки зрения механизма управления трафиком), которое назначено еще до установления вызова, в частности, во время подключения, для каждого интерфейса в отдельности. Действительно, спецификация TMS 4.1 требует, -чтобы конечная система выбирала значение для CDVT в открытом интерфейсе UNI из набора значений, поддерживаемых сетью, но при этом позволяет выбирать по своему усмотрению, какой именно набор значений в будущем использовать — стандартизованный или устанавливаемый каждым поставщиком услуг. Форум AF рекомендует, чтобы все значения CDVT были ограничены сверху, поскольку потенциал избранных параметров существенно влияет на сетевые ресурсы.
Величину CDVT можно понимать как количество сгруппированных ячеек, которые могут быть переданы из конечной точки ATM. Например, изображение группируется в виде всплесков трафика, разделенных промежутками бездействия — такова сущность трафика данных. Некоторые конечные точки для более качественного соединения могут затребовать более высокое значение CDVT, что указывает на их намерение отправлять данные пакетным методом. Хотя такой пакетный метод, или, иными словами, более высокая степень группового метода, приемлем для трафика, который не ограничен по времени, для приложений, работающих в режиме реального времени, требуется намного меньшее значение (настолько близко к нулю, насколько это возможно). Вопросы ограничения трафика подробнее рассматриваются в разделе “Управление трафиком”. Ограничение трафика служит средством уменьшения размера групп ячеек, что позволяет значению CDVT оставаться более низким, чем при отсутствии механизмов управления трафиком. Если вам случится увидеть в документации запись CDVT(0+l), знайте, что это означает (также, как и для других параметров ATM), что будет учтен весь трафик независимо от того, помечен ли он для отбрасывания (CLP=0 и CLP=1). Под символом <+> следует понимать символ <&>. Такая запись используется и для других параметров трафика, таких, как PCR и SCR.
Пытаясь свести вместе терминологию предшествующих стандартов, в рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T приводится детальное определение параметров PCR, SCR, CDVT и ВТ, поскольку они имеют отношение к CBR- и VBR-соединениям.
Классы обслуживания ATM
Было бы идеально иметь всего лишь один уровень адаптации ATM (т.е. AAL), который был бы действенным со всеми приложениями, используемыми при передаче данных по сети с применением технологии ATM. Однако тогда такой конкретный выбранный уровень AAL должен быть “разбавлен” механизмами, удовлетворяющими требования всех приложений. В таком случае могли бы возникать столь существенные проблемы, что некоторые приложения в принципе нельзя было бы разработать, как бы разработчики ни старались приспособить их к данной версии. Как минимум, некоторые средства, оптимизирующие выполнение одного приложения, могут стать серьезной помехой для выполнения другого приложения. С другой стороны, отказавшись от специфических средств, исследователь добьется того, что все приложения будут работать, но по крайней мере одно из них будет работать не так хорошо, как хотелось бы. Таким образом различные классы ATM-услуг дают возможность использовать весь тот широкий, хотя все же и ограниченный, диапазон трафика, который может поддерживаться в сети ATM, при этом классы ATM-услуг отличаются друг от друга по потребностям и требованиям, предъявляемым к ним.
Два конца физического ATM-канала передачи данных могут быть сконфигурированы для использования с разными классами услуг, при этом стоит помнить, что речь идет об одном и том же виртуальном канале (VC). Проблема возникает из-за того, что сведения о классе обслуживания не содержатся в заголовке передаваемой АТМ- ячейки, так что для коммутирующих устройств, которые различают только заголовок ячейки, единственный способ узнать разновидность (т.е. класс) предоставляемого ячейкой трафика — это знать, что конфигурация коммутатора для виртуального канала, по которому перемещается ячейка, соответствует определенному классу обслуживания (т.е. определенному дескриптору типа соединения).
Например, постоянный виртуальный канал (PVC), обслуживающий речевой трафик, который весьма восприимчив к задержке и ее вариации, не будет обрабатывать трафик данных с той же эффективностью, что и канал PVC, сконфигурированный именно для передачи потоков данных. И наоборот, коммутатор не должен знать, что поток данных в канале PVC был на самом деле высокоприоритетным несжатым речевым трафиком, который нужно было отправить через коммутирующее устройство и перенаправить далее на следующий канал передачи данных как можно быстрее. Следовательно, даже концепция эффективной организации очередей для потоков трафика обусловлена конфигурацией классов обслуживания. Кроме того, для достижения максимальной эффективности параметры настройки для какого-либо конкретного виртуального канала должны быть идентичны на обоих концах физического канала (хотя это и не обязательно) и соответствовать типу трафика.
Существуют две большие категории классов обслуживания: класс трафика реального времени и класс обычных потоков данных. Ниже представлен список стандартных классов ATM-услуг, сгруппированных по двум указанным категориям.
Классы обслуживания режима реального времени:
класс постоянной битовой скорости (CBR);
класс переменной битовой скорости для режима реального времени (rt-VBR).
Классы обслуживания для обычных потоков трафика:
класс переменной битовой скорости для обычных потоков данных (nrt-VBR);
класс доступной скорости передачи (ABR);
класс неопределенной битовой скорости (Unspecified Bit Rate — UBR);
класс гарантированной скорости передачи фреймов (Guaranteed frame rate — GFR) только для связи через виртуальный канал — VCC.
На рис. 10.11 представлена таблица параметров как трафика, так и качества обслуживания (QoS), которые применяются к каждому обсуждаемому классу услуг. Описания, представленные для каждого класса услуг, в различной степени тем или иным образом относятся к нескольким параметрам. Слово “нет” (т.е. не применяется) в графах, касающихся параметров трафика, означает, что частный дескриптор трафика отправителя не применяется к данному классу услуг. Что касается параметров службы QoS, то выражение “не задан” (“unspecified”) указывает на то, что такой частный параметр не является согласовываемым для данного класса услуг. Выражение “не задан” не используется для параметров трафика, и причина этого в том, что некоторые параметры трафика могут быть согласованы, но не в рамках группы частных дескрипторов трафика отправителя. Если вдуматься в смысл определений, разница между параметрами довольно существенна.
Категория услуг ATM-уровня
Атрибут
CBR
rt-VBR
nrt-VBR
UBR
ABR
GFR
Сквозная коммутация
Обязательный
Необязательный
Битовая скорость
Постоянная
Переменная
Параметры трафика4:
PCRhCDVTj
Задан
Задан2
Заданз
Задан
SCR, MBS, CDVT6
п/а
Задан
п/а
MCR
п/а
Задан
п/а
MCR, MBS, MFS, CDVT6
п/а
Задан
Параметры качества обслуживания (OoS)4:
Амплитуда CDV
Задан
Не задан
maxCTD
Задан
Не задан
CLR
Задан
Не задан
См. примечание 1
См. примечание 6
Примечания:
Параметр CLR имеет невысокое значение для отправителей, которые регулируют поток ячеек в ответ на некоторую управляющую информацию, другими словами, количественное значение устанааливаемого параметра CLR зависит от конкретной сети."
Может не подчиняться процедурам упрааления допуском к соединению (САС) и управления параметрами использования (Usage Parameter Control - UPC).
Представляет максимальное значение доступной скорости передачи битов (ABR), с которой отправитель может отправлять сообщения. Фактическая скорость зависит от управляющей информации.
Эти параметры явно или неявно задаются для постоянных (PVC) или коммутируемых (SVC) виртуальных каналов.
Параметр CDVT означает "допуск на вариацию задержки ячеек" (Cell Delay Variation Tolerance). Параметр CDVT
не передается по линии связи в служебной информации. Вообще говоря, параметр CDVT не должен иметь для конкретного соединения какого-либо однозначного значения. Для каждого интерфейса вдоль пути соединения могут применяться разные значения CDVT.
Параметр CLR имеет невысокое значение для фреймов, которые приемлемы для гарантирования услуг, другими словами, количественное значение устанавливаемого параметра CLR зависит от конкретной сети.
Рис. 10.11. Классы обслуживания по параметрам
Класс CBR
Используя терминологию форума ATM (AF), класс обслуживания CBR можно определить согласно рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T как класс детерминированной скорости передачи битов (Deterministic Bit Rate — DBR). Соединения класса CBR нужны отправителям, которым требуется стационарная величина полосы пропускания, гарантированно доступная в течение всего времени существования соединения. Требуемая величина полосы пропускания сообщается (т.е. передается) посредством значения пиковой скорости (PCR) при отправке запроса на соединение. Сеть гарантирует договорное качество обслуживания (QoS) для каждой ячейки, которая удовлетворяет требованиям. Это обязательство применимо к отправителю в любой момент времени и для любой продолжительности соединения и означает гарантию передачи ячеек с пиковой скоростью PCR даже в том случае, если отправитель передает ячейки с такой скоростью (PCR) постоянно.
Хотя класс CBR и создан для обслуживания приложений, работающих в режиме реального времени, таких, как речевая информация, видео и эмуляция соединения, которым требуются жесткие ограничения по части вариации задержек, использование CBR все же не ограничивается лишь указанными приложениями. Тем не менее эффективность передачи может резко снизиться, если с использованием возможностей CBR-соединения будет отправлен какой-либо несоответствующий трафик, причем снижение эффективности будет наблюдаться не только для отправителя такого трафика, но и для других отправителей, совместно использующих те же сетевое оборудование и ресурсы. Например, CBR- распределение буферных устройств и полосы пропускания, вероятно, будет излишним для приложений с массивами данных. Кроме того, из-за намечающегося соединения от такого “сомнительного" отправителя другие новые соединения могут быть отвергнуты, хотя в иных случаях они были бы приняты к передаче. Следует обратить внимание еще на такой важный момент. Необязательно, чтобы отправитель эмитгировал (т.е. генерировал) ячейки всегда с пиковой скоростью PCR. Скорость может быть равной PCR или ниже нее даже в периоды полной паузы (т.е. при отсутствии передачи данных). И если такой процесс является обычным, с точки зрения целесообразности имеет смысл заменить класс услуг CBR на класс rt-VBR, речь о котором пойдет ниже.
Тем не менее значимый трафик реального времени, который поступает с задержками, превышающими заданное значение максимального разброса задержки CDV, намного меньше значит для приложения. Например, если принимающие буферные устройства вычисляют максимальный разброс параметра CDV, то очевидно, что превышающей такой максимум вариации задержки достаточно для того, чтобы отрицательно повлиять на качество работы приложения, поскольку буферные устройства опустели, а поток данных воспринимается как немедленно прекратившийся. Конечно, суть этого явления заключается в накапливании вариации задержки. Вариация задержки должна быть точно приспособлена для трафика, работающего в режиме реального времени. Только с помощью регламентации и строгого соблюдения правил касательно максимального значения CDV можно назначить подходящим образом автоматически подстраивающиеся буферные устройства, требуемые для правильной работы конечного устройства или программы. Хорошим “волевым” методом является жесткое указание принимающих накопительных CDV- буферов (или устройств, устраняющих дребезг — de-jitter) для работы с теоретически идеализированным соединением, пересекающим три сети, каждая из которых имеет по три коммутатора, работающих последовательно один за другим.
Внимание!
Определения соответствия содержатся в разделе 4.5 (Section 4.5) спецификации TMS 4.1. Согласование применяется к ячейкам, пересекающим интерфейс UNI и основанным на одном из множества алгоритмов. Выбранный алгоритм сначала применяться к первой же ячейке соединения и затем применяется к каждой последующей, которая при этом классифицируется как согласованная или несогласованная. Даже при самых благоприятных условиях несогласованные ячейки могут быть зарегистрированы. В результате требования QoS не могут быть применимы только к тем соединениям, у которых все ячейки проходят контроль на согласованность. Весьма важно понять разницу между согласованностью соединения и согласованностью ячеек. Можно получить согласованное соединение, в котором не все ячейки согласованы.
Согласование для соединения класса CBR характеризуется наличием пиковой скорости PCR и соответствующим значением CDVT для всего трафика (CLP=O+1). Дескриптор трафика отправителя для любого CBR-соединения должен содержать сведения
о параметрах трафика PCR и CDVT (см. рис. 10.11). Величина PCR должна быть установлена явно, а величина CDVT может быть установлена либо явно во время создания соединения, либо неявно посредством последующего вычисления. Для коммутируемых виртуальных каналов (SVC) пиковая скорость PCR должна быть задана в исходном сообщении при установке соединения. Контроль за перегрузкой выполняется с использованием технологии, известной как метод единой группы с потерями (Single Leaky Bucket Method). Идея состоит в том, что так называемая группа (bucket) передается с пиковой скоростью PCR. Если группа заполняется быстрее, чем согласованные потоки трафика могут опустошить ее, группа переполняется, и все ячейки, которые оказались за ее пределами (т.е. были отброшены), являются потерянными безвозвратно. А поскольку тип трафика соответствует классу CBR, при ретрансляции соответствующие ячейки считаются малоценными или вообще ненужными.
В приведенном перечне представлены возможные приложения, для которых наиболее пригодным является класс CBR:
интерактивное телевидение (например, видеоконференции);
интерактивная запись и воспроизведение звука (например, телефон);
телевещание (например, телепередачи, распространяемые в классных комнатах);
радиовещание (например, предоставление радиопередач, звуковых записей);
просмотр видео (например, видео по запросу);
прослушивание звуковых записей (например, звуковая библиотека);
службы эмуляции соединения (Circuit Emulation Services — CESs);
как альтернатива, любое приложение, используемое для передачи пакетов данных, которое достаточно однородно генерирует трафик или для которого требования, предъявляемые ко времени ответа конечной станции, обосновывают заполнение полностью зарезервированного CBR-канала.
Класс CBR проиллюстрирован на рис. 10.12.
Класс rt-VBR
Для трафика, работающего в режиме реального времени, существуют два класса обслуживания — упомянутый выше класс CBR и класс переменной битовой скорости для режима реального времени (rt-VBR). Как было сказано в разделе, посвященном классу CBR, для этого класса дескриптор трафика отправителя содержит параметр пиковой скорости передачи ячеек (PCR), а для класса rt-VBR дескриптор содержит параметры постоянной скорости передачи ячеек (SCR) и максимального размера всплеска трафика (MBS). Фактически различие, о котором следует упомянуть, заключается в том, что класс rt-VBR в отличие от класса CBR позволяет пульсирующим потокам трафика применять статистическое мультиплексирование, что определенным образом, позволяет более эффективно использовать ресурсы сети, создавая добавочное пространство для дополнительных соединений, которые в ином случае могли бы быть отвергнуты. Как и в случае CBR, для rt-VBR-соединений значимый трафик реального времени, прибывающий с задержками, которые превышают указанное значение максимальной задержки maxCTD, считается малоценным. В рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T класс VBR назван классом обслуживания статистической битовой скорости (Statistical Bit Rate — SBR).
Скорость передачи ячеекСкорость передачи ячеек Время Классы обслуживания CBR Время Классы обслуживания CBRПотери ячеек —►Потери ячеек —►Скорость передачи ячеекСкорость передачи ячеекМаксимальный размер “ всплеска трафикаМаксимальный размер “ всплеска трафикаВремяВремяКлассы обслуживания VBRКлассы обслуживания VBRСкорость передачи ячеекСкорость передачи ячеекДопустимаяскоростьпередачи ячеекДопустимаяскоростьпередачи ячеек■■и■■иВремяВремяПиковая скорость передачи ячеекПиковая скорость передачи ячеекПиковая скорость передачи ячеекПиковая скорость передачи ячеекПостоянная скорость передачи ячеекПостоянная скорость передачи ячеекПиковая скорость передачи ячеекПиковая скорость передачи ячеекМинимальная скорость передачи ячеекМинимальная скорость передачи ячеек
Скорость передачи ячеек
Скорость передачи ячеек
Время
Классы обслуживания CBR
Время
Классы обслуживания CBR
Потери ячеек —►
Потери ячеек —►
Скорость передачи ячеек
Скорость передачи ячеек
Максимальный размер “ всплеска трафика
Максимальный размер “ всплеска трафика
Время
Время
Классы обслуживания VBR
Классы обслуживания VBR
Скорость передачи ячеек
Скорость передачи ячеек
Допустимаяскоростьпередачи ячеек
Допустимаяскоростьпередачи ячеек
■■и
■■и
Время
Время
Пиковая скорость передачи ячеек
Пиковая скорость передачи ячеек
Пиковая скорость передачи ячеек
Пиковая скорость передачи ячеек
Постоянная скорость передачи ячеек
Постоянная скорость передачи ячеек
Пиковая скорость передачи ячеек
Пиковая скорость передачи ячеек
Минимальная скорость передачи ячеек
Минимальная скорость передачи ячеек
Классы обслуживания ABR
Рис. 10.12. Графическое представление классов CBR, VBR и ABR
По сравнению с простым алгоритмом единой группы с потерями, используемым в классе CBR, алгоритм, применяемый в классах услуг VBR для контроля за перегрузкой, известен как метод двойной группы и является более сложным. Этот алгоритм,
принимая решение об отбрасывании или передаче ячеек, использует для анализа большее число параметров. Тем не менее основной принцип, применяемый и в этом случае — не передавать ячейки, имеющие скорость, превышающую пиковую скорость PCR. Тем не менее в этом случае имеется одна характерная отличительная черта. В течение определенного длительного периода средняя скорость передачи ячеек должна быть равной скорости SCR или быть ниже нее. Этим самым предоставляется вторая возможность отбрасывания ячеек — когда при проверке скорость превысит величину SCR. Напомним, что в отличие от скорости PCR скорость SCR — средняя, а не мгновенная величина. Величина максимального размера всплеска трафика (MBS) определяет размер пакетов, но количество таких пакетов должно быть таким, чтобы не допустить возможность превышения величины SCR, иначе пакетная передача прекратится до тех Пор, пока в линии связи не восстановится требуемое значение скорости SCR. Подавление передачи данных необходимо для того, чтобы сеть могла обслуживать потоки данных классов ABR и UBR. Оба класса вкратце описаны ниже.
Соответствие для rt-VBR-соединения характеризуется параметром SCR и соответствующим параметром MBS для одного или нескольких потоков трафика, а также параметром PCR и соответствующим значением CDVT по крайней мере для суммарного потока трафика. Для класса rt-VBR значения PCR и CDVT являются обязательными параметрами трафика в любом дескрипторе трафика отправителя. Для коммутируемых виртуальных каналов (SVC) класса rt-VBR величина пиковой скорости PCR для обслуживания по типу CLP=O+1 должна задаваться явно для каждого направления в начальном сообщении об установке соединения, а величина CDVT может быть установлена во время установки соединения либо явно, либо нет. Подробнее об этом алгоритме рассказывается в разделе “Управление трафиком".
В приведенном списке представлены возможные приложения, для которых наиболее пригодным является класс rt-VBR.
Приложения, предназначенные для работы в режиме реального времени (в том числе приложения, перечисленные выше для случая класса CBR), для которых в конечной точке может быть выгодно применение статистического мультиплексирования при отправлении сообщения с переменной скоростью и может быть допустимо использование (или возможно восстановление в связи с использованием) невысокого, но и ненулевого значения CLR.
Приложения, предназначенные для работы в режиме реального времени, для которых передача с переменной скоростью позволяет более эффективно использовать сетевые ресурсы.
Речевые сигналы со сжатием и подавлением пауз.
Сжатое видео (за счет избыточных и неуместных деталей видеоизображения).
На рис. 10.12 проиллюстрирован класс VBR и соответствующие ему параметры трафика.
Класс nrt-VBR
Классы rt-VBR и nrt-VBR отличаются друг от друга параметрами качества обслуживания QoS (для класса nrt-VBR задан только параметр CLR) и величиной поддерживаемых максимальных размеров всплесков трафика (MBS). Поскольку трафик от nrt-VBR-отправителей разбивается на группы-кластеры, которые больше по размеру,
чем для трафика класса rt-VBS, для nrt-VBR-соединений типичны большие значения MBS. В результате nrt-VBR-отправители могут делить поток на группы для обеспечения пиковой скорости PCR на более продолжительные периоды времени и с большим количеством ячеек на одну группу. Для класса nrt-VBR допускается некоторая степень изоляции. Иными словами, соединения, которые превышают свой контракт трафика, не будут иметь договорное значение CLR, превышающее значение, которое будет обеспечено для соединений, не превышающих своего контракта трафика.
Соответствие классу nrt-VBR характеризуется теми же факторами, что и для rtVBR-соединения. В отличие от соединений классов CBR и rt-VBR, для nrt-VBR- соединений не существует зависимость появления задержки от параметра maxCTD, который наряду с параметром CDV не задан для класса nrt-VBR. Кроме того, допуск на вариацию задержки, определяемый величиной CDVT, для класса nrt-VBR выше, чем для его аналога в режиме реального времени. Для ячеек, соответствующих управляющему алгоритму, значение параметра CLR должно быть низким.
В приведенном списке представлены возможные приложения, для которых наиболее пригодным является класс nrt-VBR.
Обработка транзакций с критичными по времени требованиями к ответному сигналу и минимальной чувствительностью к вариации задержек (например, бронирование мест на авиарейсы, банковские транзакции, контроль за различными процессами).
Обеспечение межсетевого обмена с сетью Frame Relay.
Взаимосвязь с локальными сетями (LAN).
Класс ABR
Класс услуг ABR предназначен для приложений, не работающих в режиме реального времени, способных уменьшать и увеличивать скорость передачи своих ячеек исходя из условий в сети, и не имеющих определенных требований к задержкам. Класс ABR использует полосу пропускания, оставшуюся после того как соединения, для которых установлены классы обслуживания CBR и VBR, займут определенную полосу пропускания, необходимую им для обеспечения их потребностей. Однако класс ABR гарантирует предоставление минимальной полосы пропускания, поскольку в сети не может быть установлено соединение (с использованием процедуры управления допуском к соединению — САС) в том случае, когда не может быть гарантирована полоса пропускания, основанная на параметре минимальной скорости передачи ячеек (MCR). И хотя фактическая скорость передачи ячеек зависит от типа контроля перегрузок в сети, известного как контроль потоков с обратной связью (Closed-Loop Flow Control), параметры PCR и CDVT все же указываются, как и для классов обслуживания, описанных выше. Для параметров, связанных со скоростью передачи ячеек, существуют стандартные значения. Для пиковой скорости PCR стандартным значением является скорость доступа к линии (access-line rate), а для минимальной скорости MCR стандартно назначено значение 0 ячеек в секунду (cells per second — cps).
Дребезг и допустимый размер пакета (CDV и MBS/ВТ) не имеют значения и не указываются явным образом для ABR-соединений, поскольку ячейки эмиттируются (испускаются) в сеть по мере того, как отправитель обнаруживает ресурсы, доступные для успешной передачи данных к пункту назначения. Параметр CLR имеет значение для ABR-соединений, но поскольку такие соединения устанавливают свою скорость
передачи ячеек в зависимости от сообщений о перегрузке сети, что удовлетворяет условиям рекомендованного согласованного поведения, то параметр CLR должен иметь достаточно низкое значение и вообще быть несущественным. Кроме того, такие самосогласованные соединения являются причиной способности системы обеспечить одинаковое качество обслуживания абонентов в рамках класса обслуживания ABR, которые могли бы быть потеряны в том случае, если бы рекомендованное согласованное поведение устройств сети не удовлетворяло предъявляемым к ним требованиям.
Параметры класса обслуживания ABR могут быть использованы для контроля потоков при петлевом тесте, при этом может быть определен класс обслуживания, наиболее подходящий для пульсирующего трафика, передача которого не должна происходить в режиме реального времени. Когда всплески продолжаются неоправданно долго и некоторые или даже все их ячейки должны быть отброшены, класс ABR может использовать необходимый тип контроля за перегрузкой, предотвращая таким образом негативное воздействие потока данных на сеть. К ABR-соединениям применяются те же требования к изолированию виртуальных каналов, что и для класса nrt- VBR, о чем шла речь выше.
Ниже разъясняются аспекты механизма контроля потоков для замкнутого контура линии, применяемого в классе ABR. Термин замкнутый контур линии используется по той причине, что контроль потоков (который иногда называется контролем перегрузок в сети, поскольку он служит для уменьшения нагрузки на сеть) производится посредством передачи данных между конечными устройствами. В отличие от такого механизма контроля, другие виды контроля перегрузок, обсуждавшиеся выше, были изолированы от отправителя трафика (т.е. не связаны с ним) или оставляли выполнение контроля устройствам сети, без ведома и согласия обеих конечных точек (такой контроль также известен как контроль потоков при разорванном контуре).
Только класс обслуживания ABR при управлении ячейками позволяет надежно использовать функциональные возможности функции RM (функции управления ресурсами). Начальные сведения о RM-ячейке изложены в разделе “Поле типа полезной нагрузки (РТ) и ячейки ОАМ”. RM-ячейки эмиттируются после назначенного количества ячеек с пользовательскими данными. В основе этого механизма лежит тот факт, что каждый отправитель посылает ячейки с заранее заданной переменной скоростью. Текущая назначенная скорость известна как допустимая скорость передачи ячеек (Allowed Cell Rate — ACR) и передается в пункт назначения внутри RM-ячейки в поле текущей скорости передачи ячеек (Current Cell Rate — CCR). В табл. 10.4 представлен формат пятидесяти трех октетов RM-ячейки. Допустимая скорость ACR устанавливается не ниже минимальной скорости передачи ячеек MCR и не выше пиковой скорости PCR в ответ на перегрузку сети или ее отсутствие. Значение скорости ACR является вычисленной величиной, основанной на другом поле в RM-ячейке, а именно — поле текущей реальной скорости передачи ячеек (Explicit Cell Rate — ECR). Первоначальное поле RM-ячейки CCR считается начальной допустимой скоростью передачи ячеек (Initial Allowed Cell Rate — IACR) — это скорость, с которой отправитель с самого начала передает ячейки, ожидая, когда в возвращенной ячейке прибудет первое значение ECR, устанавливая таким образом значения ACR/CCR для последующих ячеек вплоть до следующей RM-ячейки. В зависимости от реализации технологии, скорость CCR не обязательно принимать во внимание, когда узел сети или пункт назначения принимают решение уменьшить скорость ECR, с тем чтобы можно было избежать скорости более низкой, чем та, которую отправитель использует в конкретный момент.
Таблица 10.4. Размещение полей RM-ячейки
Поле
Октет(ы)
Бит(ы)
Заголовок (стандартный АТМ-заголовок)
С 1 по 5
Все
Идентификатор протокола
6
Все
Тип сообщения: направление (Direction)
7
8
Тип сообщения: индикация обратного явного уведомления о перегрузке 7
7
(Backward Explicit Congestion Notification — BECN)
Тип сообщения: индикация перегрузки
7
6
Тип сообщения: не увеличивать скорость (No-increase)
7
5
Тип сообщения: зарезервировано
7
С 1 по 4
Скорость передачи ячеек ECR
С 8 по 9
Все
Скорость передачи ячеек CCR
С10по11
Все
Минимальная скорость передачи ячеек (MCR)
С 12 по 13
Все
Длина очереди
С 14 по 17
Все
Порядковый номер
С 18 по 21
Все
Зарезервировано
С 22 по 51
Все
Зарезервировано
52
С 3 по 8
Контроль CRC-10 (2 старших бита)
52
С 1 по 2
Контроль CRC-10 (8 младших битов)
53
Все
Значения скоростей ACR, CCR, IACR и ECR лежат между значениями пиковой и минимальной скоростей (PCR и MCR) или даже совпадают с ними. Для передачи ячеек отправитель устанавливает скорость ECR. Такую скорость отправитель хотел бы иметь в качестве разрешенной для использования допустимой скорости ACR. Подобно значению скорости ACR, значение скорости ECR также должно лежать между значениями PCR и MCR. Параметр ECR имеет значение с плавающей запятой. Компоненты этого параметра передаются в шестнадцатибитовом поле ECR, как четырнадцатибитовая пара значений, которая вводится в формулу, определенную в разделе 6.7.4.1 (Section 6.7.4.1) рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T, которая задает значение верхнего предела скорости ECR, равное 4 290 772 992 ячеек в секунду (cps).
Поскольку RM-ячейка, содержащая значение скорости ECR, которая представляет затребованную отправителем скорость передачи ячеек, движется к пункту назначения, сетевые устройства, расположенные вдоль такого пути, могут регулировать снижение значения ECR в зависимости от текущих возможностей сети. Если при этом скорость ECR становится ниже уровня минимальной скорости MCR, отправитель не обязан уменьшать затребованную им скорость передачи ячеек до значения MCR. Логичное закольцовывание для RM-ячеек в пункте назначения возвращает ячейку отправителю, где определяется наибольшая общая скорость передачи ячеек, которую соединение еще может обеспечить на маршруте к пункту назначения. Эта информация вносится в откорректированное значение допустимой скорости ACR, которое воспринимается отправителем, а затем становится значением текущей скорости CCR. Это значение отправитель включает в следующую RM- ячейку. Даже потеря RM-ячеек может быть полезной — поскольку вероятной причиной таких потерь является перегрузка сети, то потеря RM-ячеек служит сигналом того, что значения скоростей ACR/CCR должны быть уменьшены.
Описанное выше является только частью механизма, известного как усовершенствованный алгоритм контроля за пропорциональной скоростью (Enhanced Proportional Rate Control Algorithm — EPRCA). Метод EPRCA содержит различные механизмы контроля потоков, функциональные возможности которых складываются (они являются необязательными, но общепринятыми) и основаны на использовании бита заблаговременной индикации перегрузки (EFCI-бита), находящегося в поле РТ заголовков ячеек пользователя. В общих словах, более старые (или менее совершенные) сетевые коммутаторы, которые не способны манипулировать пересылкой RM-ячеек, могут установить EFCI-бит в заголовок ячейки с целью индикации перегрузки или возможности возникновения перегрузки в соединении, через которое проходит ячейка. Получатель затем модифицирует следующую RM-ячейку, получаемую от отправителя.
RM-ячейка, которую устройство принимает от получателя, называется обратной (backward) RM-ячейкой. Она характеризуется битом направления (direction), которому присваивается значение, равное единице (значение, равное нулю, указывает на то, что RM-ячейка передается в прямом направлении — forward). В зависимости от конкретной реализации метода, используемого отправителем, ячейка может либо уменьшать скорость ECR, либо указать в RM-ячейке бит индикации перегрузки (Congestion Indication — CI) (см. табл. 10.4). Значение CI, равное единице, означает наличие перегрузки в соединении. Если текущий получатель вынужден объявить о наличии перегрузки, он может уменьшить значение скорости ECR до той величины, которую способен поддерживать, и установить значение бита CI или бита “не увеличивать” (noincrease — NI) (его значение, равное единице, указывает на то, что отправитель не должен увеличивать свою допустимую скорость ACR), либо увеличить значение поля длины очереди (queue length field). Отправитель устанавливает такое значение равным нулю, а изменение другого значения, т.е. количества ячеек, помещаемых в очередь, могут производить только те элементы сети, которые способны изменять его на величину большую, чем текущее значение. Таким образом в конце концов отправитель уведомляется о наихудшей ситуации — перегрузке очереди в сети для данного соединения. Получатель поддерживает возможность генерирования обратной RM-ячейки без получения RM-ячейки в прямом направлении. Хорошо известный термин — обратное явное уведомление о перегрузке (Backward Explicit Congestion Notification — BECN) — взят для технологии ATM из терминологии сети Frame Relay. Под обратным явным уведомлением о перегрузке подразумеваются BECN-ячейки, которые характеризуются значением параметра CLP (приоритет отбрасывания ячеек), равным нулю, а BECN-бит в RM-ячейке устанавливается равным единице. Кроме того, бит направления для возвращаемой ячейки должен быть установлен на значение 1, а для бита CI или NI также должно быть установлено значение 1.
Следующий этап работы кумулятивной функции механизма EPRCA известен как разметка неявной скорости (Explicit Rate Marking — ERM). Функционируя в режиме ERM, коммутаторы, расположенные по маршруту следования потока данных, могут непосредственно манипулировать RM-ячейками, так что устройства, подключенные к соединению, могут модифицировать скорость ECR в ответ на перегрузку, извещение о которой получено в последний момент от оборудования, подключенного непосредственно к сети, до того как ячейка будет доставлена получателю, и даже до того, как она опять вернется назад отправителю. На рис. 10.13 показан принцип работы следующей фазы EPRCA, известной как метод сегментации для виртуальных отправите- лей/виртуальных получателей (virtual source/virtual destination — VS/VD).
Поток данных
ОтправительОтправительПолучательПолучательКонтрольный контур 3 )Контрольный контур 3 )
Отправитель
Отправитель
Получатель
Получатель
Контрольный контур 3 )
Контрольный контур 3 )
Контрольный контур 1Контрольный контур 2
.—J -)
ВО - виртуальный отправитель ВП • виртуальный получатель
Рис. 10.13. Метод VS/VD контроля потока
Большие сети имеет смысл конструировать так, чтобы элемент сети (т.е. промежуточный узел) функционировал как получатель и по этой причине более быстро превращал прямую RM-ячейку в обратную (или же создавал свою собственную обратную RM-ячейку) еще до того, как настоящий получатель потока данных сделает то же самое. Такой подход ускорит возвращение ячейки отправителю и последующее снижение скорости передачи данных. Этот метод производит эффект волнолома, при котором уменьшение скорости отправителем загодя позволяет сети оставаться менее перегруженной, и таким образом защищает остальную часть сети от потери ячеек. Специализированная форма метода сегментации VS/VD, при которой не каждый коммутатор, расположенный по маршруту следования соединения, способен исполнять функции VS или VD, называется методом VS/VD на уровне ретрансляционных участков, или последовательным механизмом VS/VD. В таком случае не каждый элемент сети, расположенный вдоль маршрута, способен выполнять функции VS/VD.
Определение соответствия требованиям для ABR-соединения дано в разделе 4.5.4 (Section 4.5.4) спецификации TMS 4.1. В приведенном ниже списке представлены приложения, для которых наиболее пригодным является класс ABR.
Услуги межсетевого обмена между локальными сетями (обычно работают на основе пакетов протоколов, таких, как TCP/IP).
Эмуляция сетей LAN (LAN emulation — LANE).
Подкачка и разбиения на страницы информации.
Любое UBR-приложение (обсуждаемое в разделе ниже), которое может использовать АВ R-протокол контроля потока данных для достижения низкого значения CLR.
Передача критических данных (например, информации оборонного характера).
Приложения для суперкомпьютеров.
Приложения для передачи данных, требующие лучшего режима задержки, такие, как обработка удаленного вызова и обслуживание распределенных файловых служб.
На рис. 10.12 в наглядном виде проиллюстрирован класс ABR и соответствующие ему параметры трафика.
Класс UBR
Класс обслуживания форума ATM (AF) UBR не имеет в рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T, эквивалентной спецификации для сетей ATM. Класс UBR предназначен для приложений, не работающих в режиме реального времени, которые, кроме всего прочего, не требуют строго ограниченных параметров задержек и вариации задержки. Максимальное значение вариации задержек (параметр CDV) не указывается в процессе соединения. Примерами таких приложений могут служить традиционные программы и протоколы, предназначенные для компьютерной связи, такие, как пересылка файлов и электронная почта. Класс UBR не определяет гарантий обслуживания, зависимых от трафика, и не гарантирует какие-либо определенные параметры CLR или CTD в сети. Поскольку сеть не предоставляет никаких гарантий относительно того, когда прибудут и прибудут ли вообще в пункт назначения передаваемые данные, позаботиться об этом должно при необходимости само пользовательское приложение.
Для класса UBR значение пиковой скорости PCR может быть указано явно (документ TMS 4.1 требует указания для класса UBR параметров PCR и CDVT в любом дескрипторе типа трафика отправителя), но при этом сеть может применять или не применять параметр PCR для выполнения функций САС и UPC. Это означает, что соединение все же может быть принято сетью, даже если ресурсов для предоставления передачи данных на скорости PCR недостаточно, и даже ячейки, которые находятся за границей скорости PCR, все же могут быть обработаны, если значение параметра CLP=0. Ниже будет показано, что такая возможность приемлема для сети, поскольку именно эти ячейки будут отброшены первыми в случае перегрузки, причем благодаря своей принадлежности к классу UBR. Если скорость PCR и не устанавливается принудительно, все же полезно автоматически согласовывать значение PCR. Такой подход позволяет отправителю обнаруживать малейшее ограничение полосы пропускания по маршруту соединения. Конечная точка указывает на выполнение правил класса обслуживания UBR, используя индикатор негарантированной в ATM-элементе, содержащем информацию о скорости пользовательских ячеек (подробнее этот вопрос рассматривается в документе UNI 4.0 и рекомендациях Q.2931 и Q.2961.1 сектора стандартизации ITU-T).
Поскольку для класса UBR не существует общего рекомендованного поведения (в отличие от класса ABR), то справедливое распределение ресурсов в сети между UBR-соединениями не может быть обеспечено. При необходимости правильного распределения можно достичь посредством использования собственной конфигурации элементов сети, имеющей отношение к локальной политике. Класс UBR не подчиняется специфическому контракту трафика, но может подчиняться локальной политике в отдельных коммутаторах и конечных точках. Поскольку категория услуг класса UBR по своей природе построена на незамкнутом соединении и между конечными точками в соединении не существует контроля потоков трафика (опять же в отличие от класса ABR), приложения сами заботятся о передаче данных при перегрузке в сети, за исключением тех случаев, когда верхние уровни конечных точек могут выполнять функции контроля потоков данных. После того как буфер коммутатора будет переполнен, сеть начинает “терять” ячейки. Можно сказать, что сетевые коммутаторы беспощадны по отношению к UBR-ячейкам, которые попадут в канал на начальном этапе возникновения затора в сети, что как раз и является признаком отсутствия жесткой гарантии доставки трафика для класса UBR.
Поскольку произвольное отбрасывание UBR-ячеек может случайно задеть большие структуры данных, такие, как IP-пакеты (например, классические IP-протоколы, работающие с ATM), часто совместно с UBR используется технология, известная как заблаговременное отбрасывание пакетов (Early Packet Discard — EPD). Если хоть одна ячейка IP-пакета будет отброшена, то весь пакет будет считаться испорченным, и его прием не будет подтвержден получателем. По истечении времени таймера отправителя полный пакет будет отправлен заново. Последующее отбрасывание ячеек, находящихся внутри повторно отправляемого пакета, вполне вероятно, является следствием самой природы UBR-соединений. Без использования механизмов типа EPD ячейки таких поврежденных пакетов будут накапливаться в буферах коммутаторов и конечных точек, отрицательно воздействуя на работоспособность сети. Механизм EPD может также увеличивать эффективность работы VBR и ABR-соединений.
Технология EPD создана для определения того, когда должна быть отброшена ячейка, входящая в состав пакета (часть потока ячеек с уровнем адаптации ATM AAL5), делая таким образом недействительными остальные ячейки, составляющие остаток пакета, дальнейшая передача которых была бы расточительством сетевых ресурсов. Вернемся к понятиям, разъяснявшимся в разделе “Поле типа полезной нагрузки (РТ) и ячейки ОАМ”, и вспомним, как функционирует третий бит поля РТ в ATM-заголовке. Значение 0 в данном бите указывает на то, что это не последняя ячейка в протокольном блоке данных (PDU) AAL5, а значение 1 в нем означает, что ячейка является последней. Технология EPD использует этот факт для просмотра приходящих ячеек, отбрасывая каждую ячейку в “обреченном” пакете до тех пор, пока не прибудет последняя ячейка пакета. Такой ячейке предоставляется возможность перемещаться дальше, поскольку получение ячейки с установкой бита-индикатора AAL (AAL-indicate bit) в поле РТ предупреждает оставшиеся в соединении устройства, в частности, получателя, о том, что следующая ячейка, которая, вероятно, будет иметь значение 0 в этом бите, является действительно первой ячейкой нового пакета. В противном случае без получения последней ячейки предыдущего пакета первая ячейка следующего пакета должна выглядеть как продолжение предыдущего пакета, который частично уже был отброшен сетью.
Есть еще одна методика, сходная с технологией EPD, — это механизм избирательного отбрасывания (Selective Discard — SD), который создан для осмысленного целевого выбора ячеек, предназначенных для отбрасывания, с тем чтобы предотвратить беспрепятственное нарастание нагрузки в сети. При использовании метода SD ячейки сортируются по группам приоритетности, а ячейки с одинаковым приоритетом размещаются в общий буферный интервал. Отбрасывание ячеек может происходить одним из различных способов. Все методы используют буферную политику и политику выталкивания (push-out). Буферная политика определяет буферный интервал, для которого предназначена конкретная ячейка. Политика выталкивания используется для принятия решения относительно того, какую именно низкоприоритетную ячейку следует отбросить, чтобы создать пространство для ячейки с более высоким приоритетом. Политика меняется для каждой из категорий трафика в зависимости от конкретной реализации.
В приведенном ниже списке представлены возможные приложения, для которых наиболее пригодным является класс UBR.
Интерактивная передача текста, данных и изображения (например, банковских транзакций или проверка кредитных карточек).
Передача текстовых сообщений и сообщений с данными и изображениями (например, электронная почта, телекс, факсимильная связь).
Распространение текста, данных и изображений (например, новости, изображения карт погоды, принятых с метеорологических спутников).
Поиск текста, данных и изображений (например, пересылка файлов, просмотр библиотечных каталогов).
Сгруппированная локальная сеть (например, взаимосвязь или эмуляция локальных сетей).
Удаленный терминал (например, телеработа, сеансы Telnet).
Класс GFR
Класс обслуживания GFR, последний из обсуждаемых в этой главе, предназначен для поддержки приложений, не работающих в режиме реального времени, которым могут требоваться минимальные гарантии относительно скорости и которые могут довольствоваться даже остатками полосы пропускания, доступными в сети. Такие приложения не требуют строгого соблюдения протокола контроля потока данных. Подобно функциям EPD для класса обслуживания UBR (класс GFR иногда называют классом UBR+), гарантии обслуживания для класса GFR основаны на протокольных блоках данных (PDU) уровня адаптации AAL5 (сами фреймы создаются на уровне ATM), и при перегрузке сеть пытается отбрасывать полные блоки данных PDU, вместо того чтобы отбрасывать ячейки, не обращая внимания на границы фреймов. Если абоненты не могут согласиться с характером обработки данных, который требует класс ABR, но им нужны гарантии услуг, которые не может обеспечить класс UBR, то, вероятно, их выбором будет класс GFR.
При установлении GFR-соединения конечная точка устанавливает параметры PCR, MCR, MBS и MFS. Значение CDVT также является обязательным параметром в G FC-дескрипторе соединения передачи трафика. Хотя конечная точка всегда может отправлять ячейки со скоростью вплоть до пиковой PCR, сеть фиксирует в полных фреймах только ячейки для пересылки их с минимальной скоростью MCR, которая, строго говоря, может быть равна даже нулю. Трафик со скоростями выше MCR предоставляется в пределах имеющихся в наличии ресурсов. Для класса GFR в контракте трафика задержка не указывается. Поскольку конечная точка отправляет согласующиеся фреймы, ячейки которых не становятся причиной превышения заранее заданной величины MBS, полоса для трафика должна быть представлена с возможностью минимальной потери ячеек. Класс GFR является одним из тех классов услуг, которые предполагают, что остаток трафика из каждой конечной точки должен получить справедливую долю доступа к имеющимся в наличии ресурсам. Право принятия решения не предоставляется на усмотрение политики локальных сетевых элементов, как при использовании класса UBR.
Пользователь может отправлять фреймы либо немаркированными, либо маркированными. В отличие от термина помеченный (tagged), который означает, что значение параметра СЕР ячейки, равное единице, устанавливают устройства сети (как помеченной для отбрасывания), термины немаркированный и маркированный (unmarked и marked) относятся соответственно к значениям СЕР 0 и 1, которые устанавливаются отправителем. Следовательно, немаркированный фрейм — это фрейм, в котором все ячейки имеют значения СЕР, равные нулю. Параметр СЕР должен быть одинаковым для всех ячеек во фрейме, чтобы они считались либо маркированными, либо немаркированными. Существуют три требования, которым одновременно должна удовлетворять ячейка, чтобы считаться согласованной:
соответствие должно проверяться с помощью алгоритма групп утерянных ячеек;
С LP-бит такой ячейки должен совпадать с соответствующим битом первой ячейки во фрейме;
ячейка должна быть либо последней в данном фрейме, либо не увеличивать своим присутствием количество ячеек во фрейме, которое до сих пор соответствовало значению параметра MFS (поскольку даже если следующая ячейка была последней, это уже будет слишком много).
Смысл маркированного фрейма идентичен смыслу маркированной ячейки. Конечная точка указывает сети, что такой фрейм менее важен, чем немаркированный. Предоставление скорости MCR гарантируется только для немаркированных фреймов. Сеть дает возможность помечать ячейки в немаркированных фреймах, если пользователь затребует опцию разметки данных, либо посредством служебных сигналов (для коммутируемого виртуального канала SVC) или при установлении соединения (для постоянного виртуального канала PVC). В противном случае сеть не помечает фреймы. При GFR-соединении конечная точка не извещается о перегрузке в сети. Поскольку для виртуальных маршрутов (VPC) разграничение фреймов, как правило, неочевидно, то категория услуг GFR применяется только в соединениях с использованием виртуального канала (VCC).
В приведенном списке представлены возможные приложения, для которых наиболее пригодным является класс GFR:
обеспечение межсетевого обмена с сетью Frame Relay;
любое UBR-приложение из числа перечисленных выше, данные которого сгруппированы во фреймы, которые могут быть скомпонованы на уровне ATM.
Управление трафиком
Управление трафиком включает в себя пять элементов, рассматриваемых в качестве составной части контракта на передачу трафика, а также их применение для обеспечения соответствия требованиям соединения. Существует два взаимосвязанных варианта, обычно указываемых в договорных соглашениях, — это ограничение трафика и поддержка параметров трафика. Общим между ними является то, что оба метода используются в интерфейсе UNI. Различие же состоит в том, что с точки зрения абонента ограничение трафика производится на стороне абонента, в то время как выполнение сопровождения (или поддержка параметров) осуществляется поставщиком услуг. Иными словами, ограничение трафика выполняется на выходном звене интерфейса UNI, а поддержка параметров — на входном звене UNI. Цель создания обоих методов одна и та же — удерживать трафик в пределах границ, указанных в контракте трафика. За счет таких механизмов обеспечивается гарантия того, что какое-либо соединение, обнаруживающее признаки деградации, не будет подвергать опасности качество передачи данных других соединений. Т.е. если ячейка прошла процедуру упорядочения входным коммутатором, то предполагается, что она достигнет пункта назначения. Однако поддержка параметров трафика не обеспечивает защиту ячейки со стороны сетевого оборудования в случае отбрасывания ячеек, вызванного перегрузкой в сети. Даже те ячейки, которые прошли процедуру упорядочения с параметром CLP, равным нулю, могут быть отброшены где-нибудь в пределах сети, если окажется не-
избежным радикальное увеличение нагрузки. Чтобы уменьшить издержки абонента на оборудование, поставщик услуг может предложить услуги входного коммутатора, который выполняет обе вышеуказанные функции.
Сопровождение и ограничение потоков данных совместно обеспечивают непрерывное и успешное функционирование приложений даже по мере того как трафик отправителя будет возрастать. Кроме этого, ограничение трафика служит и для создания более предсказуемого для поставщика услуг профиля трафика. Результатом ограничения потока трафика является более равномерный поток ячеек из конечной ATM-точки, поскольку при этом производится задержка передачи тех ячеек, которые имеют скорость, превышающую пиковую скорость PCR. Без такого подхода при разграничении трафика входным коммутатором сети имеется тенденция к отбрасыванию ячеек, входящих в состав пакетов отправителя, если их скорость превышает значение PCR. Поскольку сетевые устройства редко отправляют назад, т.е. в конечные точки, уведомление о том, что ячейки должны быть отброшены, продолжающаяся по-прежнему ретрансляция пакетов и составляющих их ячеек только способствует обострению ситуации, результатом чего будет дальнейшее нарушение функционирования приложений абонентов. Спецификация TMS 4.1 содержит дополнительные сведения по теме управления трафиком.
Разграничение потоков данных с помощью узлов сети известно также как управление параметрами использования (Usage Parameter Control — UPC). Для эффективного и успешного выполнения своих функций механизм UPC должен отвечать таким требованиям:
иметь возможность обнаруживать в трафике недопустимые ситуации;
обладать способностью быстро и адекватно реагировать на нарушения параметров;
обладать простотой выполнения.
Не существует установившегося метода UPC, спецификации которого требуют строгого соблюдения. В действительности сеть может использовать любой UPC-метод, который поддерживает требования QoS, предъявляемые к согласованному соединению. Механизм UPC включает в себя проверку таких характеристик, как размер всплеска и скорость трафика. Разграничение потоков данных предотвращает возникновение перегрузки, не допуская в сеть избыточный трафик в том случае, если все сетевые ресурсы уже задействованы. Метод, используемый для такого предотвращения, заключается в отбрасывании ячеек или в установке бита CLP у ячеек, чьи параметры выходят за пределы параметров трафика, и которые таким образом получают предпочтение для отбрасывания по сравнению с ячейками, которые соответствуют контракту трафика. Механизм UPC может быть использован как для уровня виртуального маршрута, так и для уровня виртуального канала. Общий алгоритм передачи ячеек (Generic Cell Rate Algorithm — GCRA), описанный в рекомендации 1.371 сектора стандартизации ITU-T, определяет соответствие контракту ячеек. Алгоритм GCRA определяет, соответствует ли ячейка контракту трафика для данного соединения. Для маркировки или для отбрасывания ячеек механизм разграничения потоков трафика может использовать значения скоростей PCR и SCR. Например, ячейки сверхпотока, имеющего скорость PCR(O+1), могут быть отброшены, а ячейки, которые не были отброшены, но будут в сверхпотоке, имеющем скорость SCR(O), могут быть помечены или отброшены. Обе операции совместно представляют собой алгоритм двойной “утерянной” ячейки.
Алгоритм GCRA можно понимать как
алгоритм виртуального планирования (scheduling)
или
алгоритм непрерывного отбрасывания ячеек.
Стандарт описывает эти алгоритмы одинаковым образом. Механизм GCRA определяет выполнение следующих действий:
взаимосвязи между параметрами PCR и CDVT;
взаимосвязи между параметрами SCR и ВТ.
Алгоритм GCRA стандартизирует соответствия заявленных значений CDVT и ВТ, а также заявленных значений параметров трафика PCR, SCR и MBS. Механизм GCRA работает с параметрами прироста (increment — I) и предела (limit — L) (оба являются мерой времени), при этом используется запись GCRA(I,L). Параметры I и L не ограничиваются только целочисленными значениями. Интерпретация этой записи такова — если ячейка прибывает после начального момента времени (starting time), параметр I увеличивается (отодвинув ячейку) и если она соответствует заранее указанному допуску и прибывает раньше такого момента времени, но не ранее, чем указано в интервале, эквивалентном предельному времени L, то она считается согласованной ячейкой.
Алгоритм виртуального планирования
Алгоритм виртуального планирования предполагает, что отправитель отправляет ячейки через равные промежутки времени, и на основании такого предположения корректирует теоретическое, или номинальное, время прибытия ячейки (TN). Если фактическое время прибытия ячейки (ТА) не будет меньше теоретически рассчитанного, которое регулируется параметром L (т.е. событие в момент времени ТА происходит после события TN — L), то такая ячейка считается согласованной, в противном случае ячейка считается несогласованной. Ниже показано, каким образом все переменные согласовываются друг с другом. Теоретическое время прибытия TN первоначально устанавливается равным фактическому времени прибытия первой ячейки, ТА(1). По мере поступления потока трафика на устройство, если проследить работу алгоритма в произвольно выбранный момент времени, то, когда время прибытия последующей ячейки (назовем ее х), ТА(х), будет больше текущего значения TN (т.е. предполагаемого или теоретически рассчитанного времени прибытия следующей ячейки), то такая ячейка считается согласованной. Теоретическое время прибытия следующей после нее ячейки (назовем ее х+1), TN(x+l) будет скорректировано и станет равно сумме времени прибытия ячейки х, ТА(х), и параметра прироста, I (т.е. TN(x + 1) = ТА(х) + I). Такая поправка необходима для того, чтобы гарантировать, что следующее предполагаемое время прибытия будет больше (событие в момент времени (TN(x) + I) могло уже произойти) для последующего цикла алгоритма, который будет применен к следующей ячейке, которая прибудет позже (ячейка х+1). Другой вариант развития событий: когда прибытие следующей ячейки, х, произойдет перед моментом TN (это самое раннее предполагаемое время прибытия следующей ячейки, более позднее прибытие не является проблемой), т.е. ячейка х прибывает в момент времени или после момента (TN — L), который является предполагаемым временем прибытия с периодом отсрочки, равным предельному значению GCRA, которое называется самым ранним заданным временем прибытия (TN — L). Поскольку раннее прибытие в течение такого промежутка времени еще является приемлемым, то ячейка все же считается соответствующей контракту трафика.
Внимание!
Предельная величина времени прибытия, L, зачастую представляет собой определенную форму параметра вариации задержки, которая означает, что, если задержка изменяется сверх предела L, то нарушаются допустимые параметры трафика.
Итак, предполагаемое время прибытия следующей ячейки (х+1), TN(x+l), увеличивается на величину параметра I сверх предполагаемого времени прибытия TN(x) предыдущей ячейки. Такой процесс позволяет значительно уменьшить количество ячеек, прибывших ранее рассчитанного интервала. Если ячейки прибывают вовремя или позже в достаточном количестве, накапливается своего рода “кредит времени” для поступающего потока трафика. Например, рассмотрим случай, в котором параметр I установлен равным 20 мс, а параметр L — 10 мс. Это означает, что предполагается прибытие ячеек каждые 20 мс, но им не возбраняется прибывать и за 10 мс раньше ожидаемого момента времени. Если параметр I был добавлен к фактическому времени прибытия, а не к исходному предполагаемому, ячейкам позволяется прибывать приблизительно через каждые 10 мс без применения “штрафных санкций”. Однако если добавить параметр I к текущему предполагаемому времени прибытия, средняя величина интервала между прибытиями будет равна значению I и каждая вторая ячейка, прибывающая через 10 мс, будет “наказана”. Действительно, каждая вторая ячейка, которая последовательно прибывает через вполне допустимые в первом случае 10 мс, тем не менее будет прибывать с интервалом в 20 мс. Так происходит потому, что следующее предполагаемое время прибытия определяется интервалом в 30 мс со сдвигом вперед. Величина в 30 мс рассчитывается из тех рассуждений, что значение I, будучи добавленным к интервалу в 10 мс, остается неизменным до предполагаемого времени прибытия следующей ячейки. Ячейки, прибывшие в момент времени, отстоящий от предыдущего на 20 мс, не “наказываются”: предполагаемое время меньше значения L, и это не случайно, поскольку оно является исходным параметром соединения. Только после того, как предыдущая ячейка прибудет вовремя или позже, следующая ячейка может прибыть не ровно через 10 мс после текущей. В следующий раз, когда поступит ячейка, прибывшая вовремя, такой “кредит времени” используется повторно.
Осталось рассмотреть последний вариант — когда последующая ячейка, х, прибывает раньше, чем позволяет самое “либеральное” теоретическое время прибытия, (TN(x) — L), т.е. когда событие в момент времени TN(x) случается после события ТА(х) + L. В таком случае ячейка является несогласованной, и интервал TN остается неизменным, что полезно для соблюдения соответствия времени прибытия следующей ячейки (т.е. ячейки х+1), поскольку интервал TN(x) будет исчерпан к тому времени, когда прибудет ячейка х+1 (т.е. к моменту времени, отстоящему от текущего на ТА(х+1), и прибытие ячейки должно произойти после события в момент времени TN(x), что будет означать согласованность ячейки по определению). Тем не менее, чем меньше пиковая скорость PCR, тем более вероятно в результате всплеск количества передаваемых ячеек будет в некоторой степени несогласованным.
Алгоритм непрерывного отбрасывания ячеек
Алгоритм непрерывного отбрасывания ячеек можно рассматривать как группу ограниченной вместимости, содержимое которой передается с непрерывной скоростью, равной одной единице содержимого за единицу времени. Кроме того, содержимое группы увеличивается на прирост I для каждой согласованной прибывающей ячейки.
Фактически такая ограниченная группа управляется с помощью ограниченного счетчика, способного хранить значения с плавающей запятой. Если содержимое группы при прибытии ячейки меньше или равно предельному значению L, ячейка считается согласованной для установленных предварительно параметров трафика; в противном случае ячейка считается несогласованной и отбрасывается. Вместимость группы (т.е. верхняя граница счетчика) фиксируется на уровне (L + I). Такая группа описывается временем, а не количеством ячейки или чем-либо другим. Следовательно, увеличение предела просто отодвигает в будущее ожидаемое время прибытия последующей ячейки так же, как это было и в случае алгоритма виртуального планирования. Таким образом группа не увеличивается в размере, поскольку при смещении верхнего предела группы происходит такое же по величине смещение его нижнего предела, который представляет собой текущее время.
Теоретически начало действия алгоритма можно связать с тем, что до времени прибытия первой ячейки ТА(1) содержимое группы, X, устанавливается равным нулю (для заданного момента времени), т.е. группа считается пустой, а время прибытия последней согласованной ячейки (Last Conformance Time — LCT), на основании которого вычисляется, сколько содержимого прошло или сколько времени истекло для группы, устанавливается равным ТА(1). Такое действие аналогично назначению величины TN в качестве текущего времени в алгоритме виртуального планирования. Группа пуста, и первая прибывающая ячейка не имеет возможности быть несогласованной. В момент прибытия ячейки п, ТА(п), первым шагом в алгоритме будет вычисление тестового значения X’. Вычисление производится следующим образом — берется текущее содержимое группы X (при этом предполагается, что группа все еще остается пустой) и затем вычитается (тем самым частично освобождая группу) количество данных, которое было передано из заданной группы с момента прибытия последней согласованной ячейки (т.е. количество времени, которое прошло между событиями LCT и ТА(п)). Причем такое тестовое значение, которое может стать следующим значением, представляющим содержимое группы X, должно быть неотрицательным. Иными словами, группа может быть пустой (т.е. X’ = 0), но в ней не должно быть дефицита ячеек (X’ < 0). Второй этап алгоритма — определить значение X’. Если оно меньше или равно предельному значению L (группа не была причиной переполнения), то ячейка является согласованной, и содержимое группы X устанавливается равным X’ плюс значение прироста I (указывая таким образом ожидаемое время для следующей ячейки), а значение LCT устанавливается равным текущему времени ТА(п). Однако если значение X’ является большим предельного значения L, ячейка считается несогласованной, и значения X и LCT остаются прежними.
Другие разновидности алгоритма GCRA
В одном и том же соединении для однородного потока данных (с аналогичными установками параметра CLP) или для разных потоков (CLP=0 и CLP=0+l) могут применяться одновременно несколько, но, как правило, не более двух реализаций алгоритма GCRA с независимыми параметрами I и L. Формально ячейка считается согласованной только в том случае, если она соответствует всем реализациям алгоритма GCRA, который применяется для ячеек с согласованным состоянием параметра CLP. Иными словами, если в результате проверки одна реализация метода GCRA обнаруживает поток с признаком CLP=0, а другая — поток с CLP=0+l, то ячейка со значением CLP=0 может считаться согласованной только в том случае, если она соответствует обеим реализациям
алгоритма GCRA. В такой же конфигурации ячейка с признаком CLP=1 считается согласованной только тогда, когда она соответствует той реализации алгоритма GCRA, которая проверяет поток с установленным параметром CLP=O+1. Реализация, проверяющая поток с признаком CLP=0, не применима к такой ячейке. Более того, только те ячейки, которые являются согласованными в рамках потока, проверяемого определенной реализацией алгоритма GCRA, обновляют состояние такой частной реализации механизма GCRA (подробнее эта тема описана в материале, посвященном алгоритмам GCRA). Например, согласованная маркированная ячейка (CLP=1) не будет обновлять состояние реализации алгоритма GCRA, который проверяет поток с признаком CLP=0, поскольку такая ячейка соответствует ячейке с меткой CLP=1 или потоку с признаком CLP=O+1. Несоответствие алгоритма может привести к ошибочной маркировке ячейки вместо предполагаемого ее отбрасывания.
Практическим осуществлением рассмотренной выше концепции является алгоритм двойной группы. Как правило, в первой группе прибывающие ячейки сортируются на основании алгоритма GCRA(1/PCR(O+1),CDVT(O+1)), который использует политику исходной единичной группы ячеек. Такие ячейки, признанные несогласованными (когда наблюдается превышение пиковой скорости PCR независимо от установки параметра CLP), отбрасываются. Все ячейки, успешно прошедшие через фильтр первой политики, сортируются далее с помощью одной из следующих политик:
GCRA(1/PCR(O)/CDVT(O)) с маркировкой;
GCRA(1/PCR(O)/CDVT(O)) без маркировки;
GCRA(1/SCR(O+1)/MBS(O+1));
GCRA(1/SCR(O)/MBS(O)) с маркировкой;
GCRA(1/SCR(O)/MBS(O)) без маркировки.
Политики 1 и 2 перемещают ячейки из первой группы во вторую только в том случае, если значения CLP у них установлены равными нулю. Такие ячейки, направленные в первую группу с уже установленным значением CLP, равным единице, передаются в сеть, но будут уничтожены первыми, если в сети возникнет перегрузка. К тому же отбрасывание ячеек, инициализированное перегрузкой, не зависит от алгоритма политики, используемого входным коммутатором. Политики 1 и 2 используют величину временного интервала между прибытиями ячеек, определяемого обратной величиной значения пиковой скорости PCR в качестве значения параметра I для алгоритма GCRA. Ячейки, которые прибывают раньше, чем позволяет величина вычисленного интервала (I — L) (где L — предел или допуск, заданный для соединения параметром CDVT), в сущности, подвергаются маркировке.
Политики 4 и 5 подобны политикам 1 и 2, за исключением того, что они используют величину временного интервала между прибытиями, определяемого обратной величиной значения скорости SCR в качестве значения параметра I для алгоритма GCRA Кроме того, ячейки с заранее заданным значением CLP, равным единице, передаются в сеть без перенаправления во вторую группу. В этом и состоит основное отличие последних двух методов от политики 3, которая использует то же значение I, но при этом проверяет все потоки независимо от значения поля CLP. Политика 3 не исполняет функцию маркировки, вместо этого производится немедленное отбрасывание всех несогласованных ячеек.
Политики 1 и 4 просто помечают несогласованные ячейки, изменяя значение CLP с 0 на 1. Ячейки тем не менее отправляются в сеть, но будут отброшены первыми, ес-
ли в этом возникнет необходимость. И наоборот, политики 2 и 5 немедленно отбрасывают несогласованные ячейки. Эти политики сочетают в себе две функции:
безусловное отбрасывание без маркировки ячеек, параметр CLP которых равен нулю (подобно политике 3);
уменьшение потока трафика посредством исключения с помощью алгоритма отбрасывания всех ячеек, параметр CLP которых равен единице (противоположность политики 3).
Исключенные ячейки находятся в числе тех, которые при перегрузке будут первыми отброшены сетевыми устройствами.
Выбор алгоритмов политик, используемых в сети, зачастую основан на тарифных расценках. Вполне возможно, что один или несколько алгоритмов не поддерживаются поставщиком услуг на входном коммутаторе. Напомним, что выше в текущем разделе говорилось о том, что проверка ячеек с CLP=1 с помощью политик 1, 2, 4 и 5 не только не осуществляется (и не производится помещение их в группу), но и не происходит обновление состояния алгоритма GCRA.
Следует помнить, что класс обслуживания GFR гарантирует обеспечение низкого значения CLR для некоторого количества ячеек (входящих в состав фреймов с параметром CLP=0), по меньшей мере, для всплеска, равного количеству ячеек обычного приемлемого фрейма. Фрейм считается приемлемым исключительно в том случае, если он одновременно отвечает следующим условиям.
Фрейм должен быть согласованным; т.е. для каждой ячейки во фрейме должны быть справедливы такие утверждения:
ячейка должна соответствовать алгоритму GCRA(1/PCR,CDVT), пиковая скорость PCR определена для потока ячеек с признаком CLP=O+1;
CLP-бит ячейки должен иметь то же значение, что и CLP-бит первой ячейки во фрейме;
ячейка должна быть последней ячейкой во фрейме или же количество ячеек во фрейме вплоть до нее включительно должно быть меньшим, чем максимальный размер фрейма (MFS).
е. Фрейм должен удовлетворять требованиям теста Frame-GCRA (F-GCRA)(1/MCR,BT + CDVT).
Алгоритм F-GCRA применяется главным образом для классов обслуживания, которые основаны на использовании фреймов, как, например, класс GFR.
Алгоритм PCR
Параметр трафика PCR задает верхний предел скорости, которая ограничивает трафик в соединении. Принудительное поддержание такого предела функцией управления параметрами использования (UPC) позволяет резервировать в сети достаточное количество ресурсов, необходимое для гарантированного обеспечения требуемых рабочих характеристик, которые задаются параметрами QoS. Используя алгоритм PCR, который является разновидностью алгоритма GCRA и имеет формат GCRA(1/PCR,CDVT), поток ячеек становится согласованным, если скорость передачи ячеек не превышает договорного значения пиковой скорости PCR, при этом используются мгновенные измерения с учетом значения параметра CDVT.
Алгоритм SCR
Параметр SCR представляет собой верхний предел средней скорости согласованных ячеек в ATM-соединении. При этом измерение проводится в течение некоторого периода времени, а не в определенной точке, как в случае параметра PCR. Принудительное сопровождение таких измерений функцией управления параметрами использования (UPC) позволяет резервировать в сети меньшее количество ресурсов, чем необходимо, исходя из требований PCR, но, несмотря на это, требуемые рабочие характеристики, которые соответствуют параметрам QoS, могут быть соблюдены. Параметр CDVT определяется в зависимости от величины скорости SCR в соответствии с форматом алгоритма GCRA(1/SCR,BT + CDVT). Если сравнивать с PCR-алгоритмом, то используемый в алгоритме SCR временной интервал, определяемый величиной 1/SCR, является большим, чем временной интервал, задаваемый величиной 1/PCR для алгоритма PCR. Как уже упоминалось, параметры трафика SCR и ВТ дают возможность конечной точке описывать ожидаемый поток ячеек ATM-соединения более детально, чем это можно сделать на основании одного только параметра PCR. Располагая более подробной информацией, устройства в сети могут эффективнее использовать свои ресурсы.
Типы уровня адаптации AAL
Уровень адаптации ATM (AAL) — это двусторонний интерфейс между ATM и остальным миром, сосредоточенным в конечных точках (но не в коммутаторах). Если вы знакомы с концепцией программного интерфейса приложений (Application Programming Interfaces — APIs), то, возможно, представленная ниже аналогия поможет вам в дальнейшем лучше понять смысл и необходимость уровня AAL. Если же не знакомы, то есть надежда услышать когда-нибудь об этой концепции в других терминах; такое знание также укрепит ваши представления об идеологии AAL. В операционной системе Windows корпорации Microsoft интерфейс API является своего рода программой-помощником. Интерфейсы API позволяют программистам, которые разрабатывают приложения, писать свои программы в более общей форме, без необходимости знать многое из того, как работает сама по себе операционная система, которая в настоящее время стала действительно комплексной и весьма сложной для понимания.
AAL работает как единый многоуровневый механизм. Верхние уровни, работающие с оборудованием, и в первую очередь на граничных устройствах ATM-сети, не нуждаются в том, чтобы знать что-либо об уровне AAL для использования технологии ATM — в этом и заключается аналогия с API. Однако программист все же должен быть знаком с требованиями, поддерживаемыми интерфейсом API. Поскольку выбирается соответствующий тип AAL (или подуровень SSCS), трафик может поступать в качестве входящих данных без какой-либо специальной подготовки. Таким образом AAL работает от имени верхних уровней, так что специальные протоколы и приложения, не относящиеся к технологии ATM, не требуют дополнительного средства взаимодействия с ATM-сетью. Этот факт позволяет значительно уменьшить сложность уровня ATM и его механизмов коммутации, тем самым способствуя совершенствованию технологии. Весь мир хочет иметь один стандарт ATM, но поскольку в мире существует более одного типа входных устройств для ATM-сети, наличие нескольких
типов уровня AAL является неизбежной реальностью. Ниже представлен перечень типов AAL с соответствующими им рекомендациями ITU-T.
Уровень AAL0.
Уровень AAL1 (1.363.1).
Уровень AAL2 (1.363.2).
Уровень AAL3/4 (1.363.3).
Уровень AAL5 (1.363.5).
Перечисленные типы AAL представлены на рис. 10.14 вместе с избранными характеристиками и классами обслуживания, о которых речь шла выше.
Уровни AAL
AAL1
AAL2
AAL3/4,AAL5
AAL5
Сквозная синхронизация
Обязательная
Необязательная
Битовая скорость
Постоянная
Переменная
Режим соединения
С установлением соединений
Без установления соединений
Соответствующие классы АТМ-услуг
CBR
rt-VBR
nrt-VBR
UBR
GFR
ABR
Рис. 10.14. Типы AAL, характеристики и классы обслуживания
Уровень AAL0
Уровень AAL0 не основывается на каких-либо стандартах или соглашениях по реализации. Он используется просто в качестве термина для обозначения процесса поступления в механизм AAL необработанных ячеек. Уровень AAL0 требует, чтобы оборудование пользователя обеспечивало собственные или основанные на стандартах AAL функциональные возможности по передаче из высших уровней полностью согласованных АТМ- ячеек. Основными потребителями услуг этого типа AAL являются оборудование и приложения, требующие такой тип AAL, который не совместим со стандартными спецификациями, и поэтому предлагает в качестве входных в ATM-процесс такие структуры данных, которые не нуждаются в адаптировании к АТМ-сети.
Уровень AAL1
Уровень AAL1 адаптирует потоки трафика с постоянной скоростью передачи битов (CBR-потоки), такие, как потоки данных несжатой речевой и видеоинформации, в
ATM-ячейки, и используется для приложений, восприимчивых к потере, задержке и вариации задержки ячеек. Иными словами, тип AAL1 должен быть выбран в том случае, когда требуется передавать трафик с постоянной битовой скоростью, задаваемой отправителем, и который должен быть доставлен с той же скоростью на протяжении всего времени существования соединения. Поскольку уровень AAL1 должен поддерживать временную синхронизацию между отправителем и получателем данных, это значит, что он должен быть реализован на основе службы, способной на физическом уровне обеспечить необходимую синхронизацию, например, технологии SONET; или же синхронизация должна быть обеспечена средствами, находящимися за пределами ATM-сети. Уровень AAL1 также эмулирует традиционные арендуемые линии. Уровню AAL1 требуется дополнительный октет информации в заголовке в подуровне сегментации и сборки (т.е. подуровне SAR), который необходим для подсчета результатов и индикации наличия функции подуровня сходимости (CS), при этом для полезной нагрузки блока PDU подуровня SAR остается 47 свободных октетов — именно из них можно позаимствовать дополнительный октет. Иными словами, подуровень SAR отправителя принимает 47-октетную полезную нагрузку SAR-PDU от подуровня CS, добавляет однооктетный заголовок SAR-PDU для создания блока PDU подуровня SAR и передает 48 октетов ATM-уровню для присоединения к ячейке заголовка. Подуровень SAR получателя принимает 48-октетный блок PDU подуровня SAR от своего АТМ- уровня, отсоединяет заголовок SAR-PDU и отправляет 47-октетную полезную нагрузку SAR-PDU на свой подуровень CS. На рис. 10.15 показан формат блока PDU подуровня SAR, сконструированный уровнем AAL1 из трафика верхних уровней.
Итак, блок PDU подуровня SAR состоит из 47 октетов, но не обязательно все они используются для переноса трафика пользователя. Некоторая часть 47-октетной полезной нагрузки может быть потрачена на информацию подуровня сходимости (CS). Технология передачи структурированных данных (Structured Data Transfer — SDT), которая применяется в эмуляции канала при соединениях с использованием уровня AAL1, использует один октет в последовательных четных ячейках, и таким образом уменьшает полезную нагрузку пользователя до 46 октетов. Приведем обоснованные примеры этого утверждения. “Заимствованный” октет блока PDU подуровня SAR содержит поле порядкового номера (Sequence Number — SN) и поле защиты порядкового номера (Sequence Number Protection — SNP). Поле SN включает в себя 1 бит индикации подуровня сходимости (Convergence Sublayer Indication — CSI) и 3 бита для поля счетчика порядкового номера. Использование значений порядкового номера и индикации подуровня CS зависит от специфики обслуживания трафика.
Значение CSI указывает приемному устройству на наличие или отсутствие функции подуровня CS и передается из передающего подуровня CS на принимающий подуровень CS. Кроме четырех переменных блоков PDU подуровня SAR, можно также использовать передачу четырехбитового значения метки остаточного времени (Residual Time Stamp — RTS) для передачи частоты синхронизации сигнала отправителю. Значение поля порядкового номера увеличивается от нуля до семи на циклической основе на основании счетчика подуровня CS и передается принимающему подуровню CS. Это значение используется для выявления потерянных или неправильно вставленных блоков PDU подуровня SAR в полезную нагрузку (т.е. ячеек). Выполнение этой функции подуровнем CS получателя, а также дальнейшая обработка значений порядковых номеров, возможно, поможет определить местонахождение потерянной ячейки в принимаемом потоке данных, позволит определить количество потерян-
ных ячеек или найти действительно неправильно вставленную в поток информации ячейку без дальнейшей обработки данных.
Заголовок SAR-PDU
ц SAR-PDU (48 октетов)
Рис. 10.15. Структура SAR-PDUуровня AAL1
Поле SNP делится затем на трехбитовое поле контроля с помощью циклического избыточного кода (CRC) и однобитовое поле положительной четности. Основная функция четырехбитового поля SNP состоит в защите от ошибок. Контрольная сумма CRC вычисляется из четырехбитового поля SN, а контрольный бит четности задает положительную четность относительно всего восьмибитового заголовка SAR-PDU. Положительная четность характеризуется четным числом битов, имеющих единичное значение. Оба значения проверяются подуровнем SAR получателя, и помимо действительного значения порядкового номера и подуровня индикации CS, результат (верный или неверный) далее передается подуровню CS получателя посредством поля проверки состояния порядкового номера (SN check status). Значение CRC может быть использовано для однобитовой коррекции и многобитового обнаружения ошибок. Подуровень SAR содержит механизмы коррекции и обнаружения, которые функционируют приблизительно так же, как и метод обработки полей НЕС-ячеек.
Поскольку ATM является пакетной технологией в большей степени, чем технологией с использованием каналов, она должна эмулировать канальные характеристики для обеспечения поддержки трафика с постоянной скоростью передачи битов (т.е. CBR-трафика), исходящего из конечных точек, таких, как мини-АТС (Private Branch Exchange — РВХ). Решающим свойством службы эмуляции канала (CES) является то, что ее эксплуатационные качества, реализуемые посредством сети ATM, должны быть сопоставимы с теми качествами, которые уже известны по опыту работы с конкури-
рующей технологией мультиплексирования с разделением времени (технологией TDM). По существу служба CES создана для того, чтобы предложить конечной точке тот же “внешний вид”, который предлагает и сделанный “кое-как" цифровой канал Т1 для передачи данных по распределенной сети. Реализации службы CES не сложны, но весьма дорогостоящи. Технология CES требует полносвязных (meshed) конфигураций, кроме того, полоса пропускания никогда не будет доступна для других приложений (даже тогда, когда не отправляется ни один поток данных). Служба CES стандартизирована в документе IA af-vtoa-0078.000 форума ATM, Circuit Emulation Service Interoperability Specification Version 2.0 (“Возможность взаимодействия сетей с помощью службы эмуляции канала, версия 2.0”). Форум ATM также разработал спецификацию создания магистралей для передачи голосового трафика (документ af-vtoa-0089.000, Voice and Telephony Over ATM — ATM Trunking using AAL1 for Narrowband Services Version 1.0, “Передача голоса и телефония в сетях ATM — ATM-транкинг с использованием уровня AAL для узкополосных служб, версия 1.0"), т.е. метод, позволяющий частично объединить каналы, и допускающий совместное использование ресурсов, которые в этот момент не используются конечными точками.
Уровень AAL2
Уровень AAL2 обеспечивает эффективное использование полосы пропускания при передаче низкоскоростных и коротких пакетов, а также пакетов с переменной длиной для приложений, восприимчивых к задержкам. В единичном ATM-соединении могут поддерживаться несколько ААЕ2-потоков пользовательской информации (т.е. использоваться мультиплексирование). С помощью уровня AAL2 короткие пакеты могут быть упакованы в одну или более ATM-ячеек. Этот уровень применяется для восприимчивых к временным параметрам потоков данных rt-VBR, таким, как сжатые голосовые и видеоданные, поскольку он позволяет передавать ATM-ячейки еще до того, как для полезной нагрузки полностью будут согласованы требования приложения к синхронизации. Уровень AAL2 не задает параметры подуровня SAR, а реализует функциональные возможности подуровня SSCS и подуровня общей части (Common Part Sublayer — CPS). На рис. 10.16 показаны структура CPS-пакета и протокольный блок данных (PDU) подуровня CPS.
Поле модуля данных службы (Service Data Unit — SDU) подуровня CPS (SDU — это точка доступа протокола смежного уровня, обычно являющегося полезной нагрузкой для рассматриваемого, к которой текущий уровень присоединяет свой заголовок и концевик, созданный на основе собственных блоков PDU) отображает в целом переменное количество октетов либо подуровня SSCS, либо объекта управления уровнем, и называется полезной нагрузкой CPS-пакета (CPS-packet Payload — CPS-PP). Стандартно предельный размер пакета CPS-PP равен сорока пяти октетам, но может быть сконфигурирован при обмене служебными сигналами или с помощью процедур управления для увеличения верхнего предела до шестидесяти четырех октетов. Такое восьмибитовое поле идентификатора канала (Channel Identifier — CID) позволяет нескольким отправителям совместно использовать одно ААЕ2-соединение. Создаваемый таким образом канал является двунаправленным, и в нем в обоих направлениях используется один и тот же идентификатор CID. Значение “нуль” в поле идентификатора CID указывает, что октет является частью октетов набивки (padding). Значения от одного до семи включительно для идентификатора CID зарезервированы (значения “один” и “два” соответственно — для управления уровнем и для передачи служебных
сигналов). Значения от 8 до 255 представляют собой индивидуальный пользовательский объект подуровня CPS уровня AAL2. Это значит, что одно ААТ2-соединение может быть использовано одновременно для 248 пользовательских процессов.
1..45/64 октетовN1..45/64 октетовNCPS-SDUCPS-SDU8 битов 6 битов 5 битов 5 битов
1..45/64 октетов
N
1..45/64 октетов
N
CPS-SDU
CPS-SDU
I I I 1 I I 1 L.I I I I I I I I I I I I I
CID LI UUI НЕС
CPS-заголовок пакета (CPS-PH) CPS-полезная нагрузка пакета (CPS-PP)
CPS-пакет
1 бит1 бит।« Начальное лоле^ । *Полезная нагрузка CPS-PDU।« Начальное лоле^ । *Полезная нагрузка CPS-PDU
1 бит
1 бит
।« Начальное лоле^ । *Полезная нагрузка CPS-PDU
।« Начальное лоле^ । *Полезная нагрузка CPS-PDU
CPS-PDUКИ
Рис. 10.16. CPS-пакет и PDU-структуры уровня AAL2
Поле индикатора длины (Length Indicator —- LI) содержит значение, меньшее количества октетов в пакете CPS-PP. Это значение связано с максимальным конфигурируемым значением размера полезной нагрузки, равным 64, поскольку самое большее значение, которое может быть представлено шестью битами, — это 63. Впрочем, когда максимальный размер полезной нагрузки подуровня CPS сконфигурирован равным сорока пяти октетам, значения с 45 по 63 включительно являются недоступными. Все CPS-пакеты, которые принадлежат одному и тому же каналу (т.е. имеют один и тот же идентификатор CID), должны иметь одно специфицированное значение параметра LI, однако другие каналы в том же ААТ2-соединении могут иметь другие значения параметра LI.
Объект SSCS и объект управления уровнями могут передавать объектноспецифический идентификатор в подуровень CPS пункта назначения для передачи соответствующему принимающему объекту. Заголовок CPS-пакета (CPS-packet header — CPS- PH) содержит поле указателя взаимодействия пользователей (user-to-user indication — UUI). Индикатор UUI служит для привязки друг к другу подуровней SSCS отправителя и получателя и для привязки объектов управления уровнями, но при этом важны возможные значения поля UUI. Только объекты SSCS имеют доступ к значениям UUI от 0 до 27 (часто применяемых для передачи флага используемого типа сжатия или дескриптора информации о паузах, необходимого для подавления пауз), а объекты управления уровнями используют только значения 30 и 31. Значения UUI 28 и 29 зарезервированы для использования в будущем. Таким образом простое значение в поле UUI определяет, что передается с использованием CPS-пакета —- подуровень SSCS или объект управления уровнями.
В поле НЕС записано значение CRC в первых девятнадцати битах заголовка CPS-PH. Такое поле используется также для обнаружения ошибок, но только в заголовках CPS-PH.
Кратные по отношению к базовому размеру CPS-пакеты упаковываются в протокольный блок данных (PDU) подуровня CPS, который показан на рис. 10.16 и содержит 48 октетов, используемых как модуль данных службы (SDU) ATM-уровня. Первые из сорока восьми октетов, представляющих собой заголовок CPS-PDU, называются начальным полем (Start Field — STF). В пределах STF имеется три отдельных поля. Первое из них — поле смещения (Offset Field — OSF). OSF обозначает количество октетов между концом поля STF и началом первого CPS-пакета. Если CPS-пакет не начинается в данном блоке CPS PDU, то поле OSF обозначает количество октетов заполнения (padding). Если же где-либо в блоке CPS PDU не используется ни CPS- пакет, ни заполнение, то поле OSF имеет значение 47 — максимальное значение, разрешенное для этого поля. Однобитовое поле порядкового номера (SN) используется для подсчета потока протокольных блоков данных (PDU) подуровня CPS. Получатель ожидает получить переменное значение SN для последовательных протокольных блоков данных (PDU) подуровня CPS. Это должно гарантировать, что исходный пользовательский трафик прибудет в той же последовательности, в какой был отправлен. Бит четности (Р) используется исходя из стандартного значения отрицательной четности в соответствии с полем STF.
Уровень AAL2 можно использовать для обслуживания узкополосных АТМ- магистралей (trunking) (см. документ af-vtoa-0113.000 форума ATM) при передаче голоса данных коммутируемых каналов, данных в виде фреймов и факсимильных сообщений. Голосовые сигналы могут быть сжатыми или несжатыми, а также могут заключать в себе функцию подавления пауз. Форум ATM выпускает соглашения IA для уровня AAL2, с тем, чтобы обеспечить механизм эмуляции канала для служб с узкой полосой пропускания (см. документ af-vmoa-0145.000 форума ATM), который предлагает эффективный механизм передачи для служб, упомянутых в списке магистральных методов передачи данных (за исключением передачи данных в режиме коммутации канала), а также возможность использовать каналы В-ISDN и D-каналы для передачи трафика соединений через широкополосные абонентские линии, такие, как xDSL, которые используются между входным пунктом клиента и узлом службы оператора связи.
Уровень AAL3/4
Уровень AAL3/4 оперирует пульсирующими потоками данных, которые работают по технологии с установлением соединения (AAL3), такими, как сигнальные сообщения об ошибках или трафик с переменной скоростью, а также с потоками, которые не используют процедуру установления соединения (AAL4), такими, как пересылка файлов между локальными сетями и трафик коммутируемой многомегабитовой службы передачи данных (Switched Multimegabit Data Service — SMDS). Этот уровень предназначен для трафика, который допускает задержку, но не потерю ячеек. Для обеспечения минимальной потери ячеек уровень AAL3/4 отвечает за обнаружение ошибок в каждой ячейке и использует усложненный механизм контроля ошибок, который совместно с двадцатью двумя дополнительными битами сигнальной информации заимствует 4 октета из каждой 48-октетной полезной нагрузки. Уровень AAL3/4 позволяет мультиплексировать ATM-ячейки и таким образом способствует согласованию трафика для двухточечных и многоточечных соединений. Как видно из рис. 10.17, структура
уровня AAL3/4 более сложна, чем структура двух предыдущих типов AAL. Уровень AAL3/4 имеет отдельный подуровень SAR, как и в случае уровня AAL1. Часть уровня, изображенного на рис. 10.17, как общая часть (Common Part — CPCS + SAR) примерно равнозначна подуровню общей части (CPS) уровня AAL2, однако функциональные свойства двух подуровней в этом типе AAL отличаются.
Внимание!
Служба передачи данных SMDS является стандартом открытой сети, не ориентированной на установление соединений и предназначенной только для передачи данных (но не речевых или видеосигналов), которая работает сходно с локальной сетью LAN в региональной сети (Metropolitan-Area Network — MAN) или в распределенной сети WAN. Несмотря на то что служба SMDS использует адресацию, подобную той, что характерна для сети ATM (стандарт Е.164), она нуждается только в одном адресе для каждой площадки пользователя, подсоединяемой к сети, а не в одном адресе для каждой конечной точки, как в случае технологии ATM. В силу такой упрощенной схемы адресации и своей природы, не ориентированной на установление соединений, службе SMDS не присуща сложность, которая ассоциируется с проектированием, описанием и конфигурированием параметров QoS. В результате служба SMDS не имеет успеха на рынке, поскольку не способна предложить гарантии или даже какую-либо предсказуемость приложениям, восприимчивым к временным ограничениям и ограничениям по части задержек, таким, как речевые и видеосигналы. Ограниченная зона действия службы SMDS также делает ее менее популярной для предприятий при использовании в качестве средства передачи данных по сети.
Общая часть уровня способна передавать пользовательский трафик в режиме сообщений или в потоковом режиме (streaming mode). Режим сообщений (message mode) характеризуется входящим потоком данных из подуровня SSCS или высших уровней (сам подуровень SSCS, строго говоря, может отсутствовать в процессе передачи) в подуровень CPCS (т.е. CPCS SDU), имеющий жесткое соответствие с выходным форматом данных (CPCS PDU) вплоть до подуровня SAR. Потоковый режим помещает единичный блок данных CPCS SDU в один блок CPCS PDU. В отличие от режима сообщений, потоковый режим может использовать внутреннюю конвейерную службу (pipelining), позволяющую начать наполнение блока PDU модулями данных SDU, а для объекта CPCS устройства-отправителя начать передачу блоков PDU объекту CPCS получателя до того, как весь модуль SDU будет передан подуровню CPCS. Служба, которая работает в потоковом режиме, может использовать функцию преждевременного разрыва соединения, предназначенную для раннего завершения передачи данных уровня CPCS SDU отправителя, сигнализируя таким образом об отмене передачи остальным подуровням CPCS SDU. Как подуровень SAR, так и подуровень CPCS могут вызывать функцию преждевременного прекращения в любой момент независимо от состояния модулей SDU.
Полезная нагрузка SAR-PDU уровня AAL3/4 состоит только из сорока четырех октетов. На рис. 10.18 показан формат SAR PDU и его поля заголовка и концевика. Поле типа сегмента (Segment Туре — ST) показывает, несет ли блок SAR PDU какую- либо разновидность частичного сообщения, или он несет полное сообщение. Его значение зависит от того, сколько блоков SAR PDU требуется для блока CPCS PDU (т.е. SAR SDU). Полезная нагрузка блока CPCS PDU (пользовательские данные) может быть от одного до 65535 октетов в длину, с возможностью дальнейшего увеличения длины, что является предметом самых современных исследований Союза ITU-T. На рис. 10.18 показаны также двоичные значения для двух битов, из которых состоит по-
ле типа сегмента. Таким образом вместе с приведенными на иллюстрации четырьмя комбинациями битов поля ST блок SAR PDU (т.е. ячейка) может быть обозначен как начало сообщения (Beginning Of a Message — BOM), продолжение сообщения (Continuation Of a Message — СОМ), конец сообщения (End Of a Message — EOM) или только как сегмент сообщения, например, односегментное сообщение (Single-Segment Message — SSM).
v Зависящее от службы значение CS(может быть нулевым)
Общая часть CS
Рис. 10.17. Структура подуровней AAL3/4
Поле SN размером 4 бита позволяет последовательно идентифицировать блоки SAR PDU, которые составляют единичный модуль SAR SDU. Отправитель может начать передачу с любым из шестнадцати возможных значений, поскольку получатель не сравнивает порядковый номер последнего блока PDU, принадлежащего модулю SAR SDU, с порядковым номером первого блока PDU следующего модуля SAR SDU. Проще говоря, это означает, что конечные точки будут принимать только сегмент сообщения, упорядоченного должным образом, не интересуясь упорядоченностью блоков информации каждого следующего сообщения, т.е. их интересует только порядковые номера сегментов одного сообщения, но ни коим образом не номера сегментов следующего сообщения.
Поле идентификации мультиплексирования (Multiplexing Identification — MID), состоящее из десяти битов, позволяет мультиплексировать несколько SAR-потоков в одном ATM-соединении. Значение MID равно нулю в том случае, если мультиплексирования не происходит. Мультиплексирование используется при передаче потоков данных из одной конечной точки в другую, чтобы не позволять трафику из нескольких отправителей объединяться в единый поток для одной и той же конечной точки. Более того, каждое ATM-соединение, которое содержит мультиплексированный трафик, ведет себя как единый объект, что необходимо для управления и администрирования. Независимо от того, использует ли приложение процедуру установления соединения или нет, все блоки SAR PDU одного и того же модуля SAR SDU имеют идентичные значения MID. Такое идентичное значение связывает каждый из блоков PDU с их общим модулем SAR SDU. Это поле предоставляет уровню AAL3/4 воз-
можность чередовать блоки PDU из разных модулей SAR SDU и идентифицировать их в пункте назначения с целью повторной сборки в исходные модули SDU.
Полезная нагрузка SAR-PDU всегда занимает 44 октета, но может быть заполнена с правой стороны нулями в тех октетах, которые не содержат пользовательскую информацию. Такие октеты с нулевыми значениями игнорируются пунктом назначения, поскольку в поле LI содержится столько октетов SAR-SDU-информации, сколько и полезная нагрузка. Если PDU представляет начало или продолжение сообщения, значит, это не единственный и не последний PDU в SDU. Таким образом полный PDU должен быть полностью выделен для SDU. Следовательно, LI всегда имеет значение 44 для этих типов сегментов.
] Заголовок ячейки
ST
SN
MID
SAR-PDU полезная нагрузка
LI
CRC
5 октетов
2 бита 4 бита 10 битов
44 октета 6 битов 10 битов
SAR-PDU заголовок
SAR-PDU концевик
SAR-PDU
Тип сегмента
Кодирование ST
Допустимое значение LI
BOM
10
44
COM
00
44
ЕОМ
01
4..44,63
SSM
11
8..44
Кодирование поля ST и поля LI в зависимости оттипа сегмента
Рис. 10.18. Поля SAR PDUуровня AAL3/4 со значениями ST и LI
Если блок PDU представляет собой конец сообщения, то разрешенное минимальное содержимое соответствует 4-октетному концевику CPCS-PDU, о чем говорится далее. В результате минимальным значением для идентификатора LI сегмента ' ЕОМ будут 4 октета, а концевик CPCS может занимать до 40 октетов содержимого модуля SAR SDU, максимальный размер которого легко прогнозируем — 44 октета. Тем не менее для сегмента ЕОМ это значение может быть максимальным допустимым размером всего поля, и может быть равно шестидесяти трем для шести битов. Этот частный случай соответствует вышеупомянутому механизму разрыва соединения службы с использованием потокового режима передачи данных. Когда получатель определяет, что LI указывает на значение,
равное шестидесяти трем, он понимает, что модуль SAR SDU был “оборван” в середине и что эта ситуация не является нормальным завершением потока трафика отправителя.
В заключение отметим, что при доставке модуля SAR PDU, который представляет собой сегмент SSM, максимальным значением в индикаторе U будет 44. Однако минимальным значением для сегмента SSM будет 8, поскольку модуль SAR SDU (напомним, что это также блок CPCS PDU), который устанавливается в пределах единичного блока SAR PDU, должен содержать как минимум четырехоктетный заголовок CPCS-PDU и вышеупомянутый четырехоктетный концевик, что в сумме составит 8 октетов. Значение LI, равное шестидесяти трем, не допускается для сегментов SSM, поскольку полное сообщение передается вместе с единичным блоком PDU и разрывать соединение не имеет смысла. Контрольная сумма CRC концевика SAR- PDU является стандартной десятибитовой контрольной суммой, вычисляемой по заголовку SAR-PDU, полезной нагрузке и полю LI. Значение, установленное в этом поле, сравнивается со значением, вычисленным в пункте назначения с использованием того же алгоритма.
Сделаем выводы из всего сказанного выше о формате передаваемых сообщений при обрыве передачи блока SAR PDU. Но сначала вспомним, что формат для блока PDU идентичен стандартному формату SAR PDU, но все же можно выделить три характеристики, которые позволяют четко различать процессы нормальной передачи и разрыва соединения:
поле ST закодировано для сегмента ЕОМ;
полезная Нагрузка может полностью состоять из нулей и игнорироваться получателем;
значение поля LI равно шестидесяти трем.
Подуровень SSCS, если значение в его поле не равно нулю, задается отдельными спецификациями, взятыми из уровня AAL3/4. Подуровень SSCS может иметь свою собственную структуру заголовка и концевика, в зависимости от точной реализации. Такие заголовок, концевик и полезная нагрузка формируют модуль CPCS SDU. Описание функций SSCS уровня AAL3/4 выходит за рамки данной главы, также, как и список специальных функций не может претендовать на описание всех возможных реализаций механизма SSCS (или хотя бы большинства из них). Однако уровень CPCS является стандартным во всех реализациях, поэтому ниже приведен список стандартных функций CPCS.
Сохранение модуля CPCS SDU. Подуровень CPCS сохраняет исходные границы модуля CPCS SDU, которые принимаются от уровня SSCS или высших уровней, прозрачно передавая такую структуру через стек, где модуль может быть распознан в его исходной форме получателем.
Обнаружение и обработка ошибок. Уровень CPCS обнаруживает и обрабатывает “испорченные” модули CPCS PDU. В результате ошибочные модули CPCS SDU либо отбрасываются, либо передаются уровню SSCS (что необязательно), причем соответствующие процедуры не стандартизированы. Например, подуровень CPCS может обнаружить несоответствие параметров Btag/Etag. Он может выявить, что принимаемая длина и значение, помещенное в поле длины модуля CPCS PDU, не соответствуют друг другу. Уровень CPCS может также обнаружить и обработать очевидные проблемы, такие, как переполнение буфера и неподходящим образом от-
форматированные модули CPCS PDU. Подуровень SAR тоже может указывать на ошибки, отправляя сведения о них уровню CPCS.
Назначение размера буфера. Уровень CPCS отправителя может передать уровню CPCS получателя максимальный размер буфера, который необходим для приема модуля CPCS PDU.
Разрыв соединения. Уровень CPCS может уведомлять подуровень SAR о том, что намерен прервать доставку передаваемого по частям модуля CPCS SDU. О реализации соответствующего механизма подуровня SAR для этого требования говорилось выше.
Сохранность последовательности CPCS-SDU. Уровень CPCS может гарантировать, что последовательность модулей CPCS SDU, принимаемых из уровня SSCS или высших уровней, согласована в пределах одного CPCS-соединения.
Преобразование данных между CPCS- и SAR-соединениями. Взаимнооднозначное преобразование данных между CPCS- и SAR-соединениями означает, что ни мультиплексирование, ни разбиение данных не предусмотрены для CPCS-соединений или между CPCS-соединениями.
Обработка сообщений о перегрузке. Несмотря на то что эта функция все еще не стандартизирована, в будущем уровень CPCS сможет обеспечить двунаправленную передачу сообщений о перегрузке на уровнях, которые лежат ниже общей части AAL3/4.
Обработка сообщений о потере приоритета. Эта функция также не включена в стандарт, но когда-нибудь уровень CPCS сможет передать информацию о приоритетах CLP между уровнями до обработки сообщений общей частью уровня AAL3/4, причем в обоих направлениях, — аналогично средствам, позволяющим приложению управлять вкладом своего устройства в перегрузку сети.
На рис. 10.19 показан формат блока CPCS PDU, в том числе поля его заголовка и концевика.
В поле индикатора общей части (Common Part Indicator — CPI) на практике помещаются нулевые значения, но в будущем такое поле может предоставлять, например, единицы измерения для других полей заголовка и концевика с их дополнительным применением, которые в настоящее время обсуждаются союзом ITU-T. Какие бы функции ни разрабатывались для поля CPI, они будут помещены в общую часть (CPCS + SAR) уровня AAL3/4.
Поле признака начала сообщения (Beginning Tag — Btag) является первым из двух полей, которое позволяет заголовку и концевику модуля CPCS PDU быть согласованными друг с другом. То же значение, которое присутствует в этом поле, будет также фигурировать в поле признака конца сообщения (End Tag — Etag), присутствующего в концевике CPCS-PDU. Последующие модули CPCS PDU не поддерживают связь между двумя этими полями. Несмотря на то что поля признаков разных блоков PDU не требуют взаимосвязи в рамках блока PDU, общепринятой реализацией технологии является увеличение значений пары Btag/Etag для всех последующих блоков PDU, использующих то же значение MID.
Поле размера выделенного буфера (Buffer Allocation Size — BAsize) содержит неявное указание на размер, который получатель должен использовать при конфигурировании своего буфера для приема модулей CPCS SDU. Когда используется режим передачи сообщений, значение в поле BAsize соответствует количеству подсчитанных единиц (их размер указан в поле CPI) в полезной нагрузке модуля CPCS-PDU, обозначаемых также полем длины сообщения (length field). Следовательно, поле BAsize и поле длины сообщения содержат одинаковую информацию при использовании для режима передачи сообщений.
Для потокового режима передачи данных значение в поле BAsize по меньшей мере равно размеру полезной нагрузки модуля CPCS PDU, но может быть и большим. Иными словами, в потоковом режиме передачи данных поле BAsize больше или равно значению в поле длины сообщения. Тог факт, что поле BAsize и поле длины сообщения зависят от поля CPI, означает, что длина полезной нагрузки модуля CPCS PDU ограничена произведением двух значений: значения, которое содержит поле BAsize, и значения подсчитанных единиц, которое указано в поле CPI. До тех пор пока новые стандарты находятся на стадии проектирования, эта длина равна наибольшему значению, которое можно себе представить, а именно — шестнадцати битам (т.е. 65 535 в десятичном выражении), умноженным на стандартное значение поля CPI (т.е. 1 октет), что в сумме будет равно 65 535 октетам; минимальное значение, определенное путем вычислений, равно одному октету.
Поле заполнения блока данных (Padding — PAD) располагается между концом полезной нагрузки модуля CPCS-PDU и началом концевика CPCS-PDU. Единственное назначение поля PAD — гарантирование того, что полная длина модуля CPCS PDU будет равна целому числу, кратному четырем. Поле PAD может быть равно 0, 1, 2 или 3 октетам. Если необходимо использовать один или более октетов, обычно берутся нулевые значения, поскольку они игнорируются получателем на основании определенного с помощью параметра CPI количества единиц, которое содержится в поле длины сообщения и определяет количество данных, присутствующих в блоке полезной нагрузки модуля CPCS PDU. Последнее поле, которое мы рассмотрим, расположено в начале концевика — поле выравнивания (Alignment — AL). Оно является еще одним неиспользуемым полем, существующим только для заполнения концевика до размера четырех октетов, чтобы общий размер равнялся размеру заголовка. Поле AL должно содержать нуль и не должно переправлять в пункт назначения никакой информации.
Уровень AAL5
Уровень AAL5 обрабатывает пульсирующий трафик данных независимо от того, использует ли он процедуру установления соединения или нет, включая большинство потоков данных, не похожих на потоки SMDS (например, классическую передачу данных IP через сети ATM и LANE), и вносит меньше издержек, чем уровень AAL3/4. Ниже показано, что не вся сигнальная информация приходит из подуровня SAR, что обычно характерно для уровня AAL3/4 и приводит к излишнему уменьшению размера полезной нагрузки, например, из-за необходимости добавления однооктетного поля, которое требуется для согласования размера концевика. Уровень AAL5 называется также простым и эффективным типом AAL (Simple and Efficient AAL — SEAL), поскольку подуровень сегментации и сборки (подуровень SAR) просто разбивает модули SAR SDU на 48-октетные блоки SAR PDU, не используя для этих целей октеты своего собственного заголовка или концевика. В результате уровень AAL5 не поддерживает SAR-PDU-мультиплексирование (любой подуровень SSCS должен обеспечивать эту функциональную возможность); не поддерживает он и многие другие функции, от которых зависит работа некоторых ААЕЗ/4-приложений, такие, как управление последовательностью сообщений и защита от ошибок, средства защиты на уровне полезной нагрузки ячеек. Тем не менее при работе с правильно созданными приложениями уровень AAL5 должен быть одним из первых типов AAL, которому нужно отдать предпочтение, потому что он существенно позволяет экономить на сигнальной информации. Подобно уровню AAL3/4, уровень AAL5 поддерживает соединения типа “точка-точка" и многоточечные соединения.
Структура подуровней AAL, изображенная на рис. 10.17, применима и к уровню AAL5. Подобно уровню AAL3/4, уровень AAL5 обеспечивает использование режима передачи сообщений и потокового режима передачи данных внутри общей части (CPCS + SAR) и поддерживает 65 535-октетный предел для полезной нагрузки CPCS PDU. Несмотря на то что стандарт для типа AAL5 предоставляет список функций для уровня CPCS, который очень похож на набор возможностей уровня AAL3/4, функциональное назначение подуровня SAR для уровня AAL5 весьма заметно сокращено и насчитывает только три функции (сравните с восемью функциями для уровня AAL3/4!). Как показано на рис. 10.20, наименее значимый бит LSB в поле PT АТМ- ячейки указывает на то, является ли ячейка (т.е. SAR PDU) продолжением какого- либо сообщения, касающегося SAR SDU.
5 октетов
48 октетов
Заголовок ячейки
РТ
SAR-PDU полезная нагрузка
Збита
SAR-PDU
Рис. 10.20. Простой блок SAR PDU уровня AAL5
Подуровень SAR передает в уровень ATM (используя простые механизмы), что содержит каждый блок PDU, а также передает уровню ATM признак начала, продолжения или окончания модуля SAR SDU. В структуре заголовка ячейки уровень ATM устанавливает бит LSB поля РТ равным нулю, если полезная нагрузка ячейки сформирована из содержимого начального или последующего (но не последнего) модуля SAR
SDU, и равным единице, если полезная нагрузка ячейки содержит последний модуль SAR SDU. Такое функциональное назначение битов обсуждалось выше в текущей главе, в процессе объяснения табл. 10.2. На рис. 10.20 нет ничего, касающегося формата модуля SAR PDU. Он состоит точно из сорока восьми октетов содержимого SAR SDU. Иными словами, для уровня AAL5 весь модуль SAR PDU является полезной нагрузкой. Такой механизм заметно контрастирует с четырьмя октетами сигнальных издержек, которые присутствуют в модуле SAR PDU уровня AAL3/4 и которые оставляют только 44 октета для полезной нагрузки.
На рис. 10.21 показан блок CPCS PDU уровня AAL5 вместе с входяШими в его состав полями. Блок состоит из 65 535-октетной (или меньшей) полезной нагрузки CPCS-PDU (т.е. из модуля CPCS SDU), восьмиоктетного концевика и поля заполнения (PAD) размером от 0 до 47 неиспользуемых октетов, что гарантирует концевику CPCS-PDU расположение в последних восьми октетах блока CPCS PDU и последнем блоке SAR PDU (эти октеты могут содержать любое значение и игнорируются). В результате такого подхода поле PAD должно быть получено перед концевиком CPCS- PDU, только в этом и заключается цель его существования. Напомним, что блок SAR PDU занимает только 48 октетов, так что любой модуль CPCS SDU длиной более сорока октетов в результате дает блок CPCS PDU (т.е. модуль SAR SDU) и тем самым дает вклад в несколько блоков SAR PDU, поскольку для модуля CPCS SDU длиной 40 октетов или меньше требуется либо заполнение для доукомплектования полезной нагрузки и концевика до полных сорока восьми октетов, либо заполнение не требуется вовсе, что в результате дает единичный блок SAR PDU.
Следует отметить еще один важный момент. Какой-либо модуль SAR SDU, который не дает вклада размером именно в 40 октетов в последнюю (или единственную) полезную нагрузку блока SAR-PDU, вызывает необходимость в некотором ненулевом заполнении свободного места. Сорок октетов обычно не требуют заполнения, поскольку заключительный блок PDU содержит восьмиоктетный концевик, который образует в блоке PDU полные 48 октетов — именно столько, сколько требуется АТМ-уровню.
Это означает, что размер блока CPCS PDU всегда является кратным целым от 48 — это еще одна функция битов PAD. Поскольку подуровень SAR уровня AAL5 не содержит механизм для отслеживания количества битов заполнения, как в случае подуровня SAR уровня AAL3/4 (поле LI), подуровень SAR уровня AAL5 должен передать, когда возникнет такая необходимость, в модуль SAR SDU, что он уже заполнен. В любом случае подуровню SAR уровня AAL5 требуется модуль SDU, длина которого кратна 48 октетам, так что он может сосредоточиться на другом процессе — делении модуля SAR SDU на 48-октетные полезные нагрузки блоков PDU и не заботиться о поиске дополнительных октетов в конце, не ссылаться на какой-нибудь метод отслеживания того, сколько октетов он использовал для заполнения, ведь все это приводит только к увеличению издержек.
Рассмотрим случай, когда в блоке осталось менее восьми октетов, в которые необходимо добавить после полезной нагрузки и произвольного поля PAD концевик блока CPCS-PDU. Как при этом получить полные 47 октетов для заполнения? Вполне понятно, что 47 октетов для заполнения и 8 октетов для концевика в том же блоке SAR PDU взять невозможно. Чтобы получить 47 октетов для заполнения, нужно выполнить заполнение до семи октетов (абсолютно бесполезное количество для восьмиок- тетного концевика) в предпоследнем блоке SAR PDU и 40 октетов (для получения полных сорока семи октетов) в последнем блоке PDU, справа перед восемью октетами концевика. Следует помнить, что заполнение произошло на уровне CPCS, а не в подуровне SAR. Такое действие проявляется только по другую сторону границ будущей ячейки в подуровне SAR.
Концевик CPCS-PDU, включающий 8 октетов, который показан на рис. 10.21, состоит из четырех полей. Крайнее справа — это обычный CRC-код, но в то же время оно имеет огромный размер — 32 бита. Но несмотря на это, код CRC обеспечивает только функцию обнаружения ошибок, но не их исправления, посредством вычисления целого остатка блока CPCS PDU. Поле индикации CPCS межпользовательского взаимодействия (CPCS-UU) используется просто для передачи пользовательской CPCS-информации прозрачно по сети. Поле CPI используется подобно полю AL концевика CPCS-PDU уровня AAL3/4. В поле CPI устанавливаются в настоящее время только нулевые значения, что служит для установки размера концевика равным 64 бита. Двухоктетное поле длины содержит значение “нуль”, используемое для функции разрыва соединения, в остальных случаях оно несет информацию о количестве октетов в полезной нагрузке CPCS-PDU. Поле длины служит также для оказания помощи получателю по обнаружению потерянных блоков или вставленных информационных ошибок.
Форум эксперта: качество обслуживания ATM
В последние годы частный бизнес и правительства инвестировали в информационные технологии значительные капиталы для уменьшения в службах времени реверсирования передачи, облегчения доступа клиентов к нужным службам в любое время суток в любом месте, а также с целью снижения стоимости объединения сетей и автоматизации делопроизводства в офисах. В прошлом коммерческие и правительственные организации имели по меньшей мере две сети:
сеть передачи данных для обеспечения связи между мэйнфреймами, серверами и персональными компьютерами;
TDM-сеть и коммутируемые службы для передачи голоса и видео.
Поддержка двух сетей стоит дорого, поскольку необходимо содержать два комплекта оборудования. Две самостоятельные обслуживающие группы технического персонала, обычно весьма посредственного, требовали обучения и соответствующего оборудования. Технология ATM стала оптимальным решением для объединения обеих сетей в единую инфраструктуру, которая может передавать данные, голосовую и видеоинформацию. Одной из наиболее важных характеристик технологии ATM является неотъемлемый набор функций качества обслуживания (QoS), который включен в стандарт ATM с момента его создания.
Служба QoS играет в сети важную роль, поскольку защищает критичные для бизнеса приложения, голосовую и видеоинформацию от перегрузок и задержек, а также гарантирует полосу пропускания для достижения требуемых рабочих характеристик сети. Служба QoS имеет следующие рабочие характеристики:
контролируемую задержку;
выделенную полосу пропускания;
усовершенствованные механизмы минимизации потерь при перегрузке.
Сеть ATM обеспечивает эти характеристики посредством классифицирования трафика на пять категорий услуг, или классов обслуживания. Для каждой из категорий определен свой набор параметров, характеризующий службу QoS этой категории. Категории услуг делятся дополнительно на классы режима реального времени и режима обычной передачи данных. Классы режима реального времени следующие:
CBR;
rt-VBR.
Классы режима обычной передачи трафика:
nrt-VBR;
ABR;
UBR.
Документ AF Traffic Management Specification (Спецификация управления трафиком форума ATM) описывает перечисленные категории обслуживания следующим образом.
Определение категории услуг CBR
Категория обслуживания CBR используется соединениями, которые требуют статической величины полосы пропускания, постоянно доступной в течение всего времени существования соединения. Такая величина полосы пропускания характеризуется значением PCR. Категория обслуживания CBR предназначена для поддержки приложений, работающих в режиме реального времени и требующих строгих ограничений по части вариации задержки (например, голосовая и видеоинформация, а также эмуляция канала), но она не ограничивается исключительно такими приложениями. Благодаря возможностям класса CBR, отправитель может эмитировать ячейки с договорной пиковой скоростью PCR или более низкой (а может и безмолвствовать) в течение продолжитель-
ных периодов времени. Ячейкам, которые задержаны сверх значения, указанного параметром maxCTD, присваивается значительно сниженное значение в приложении.
Определение категории обслуживания rt-VBR
Категория обслуживания rt-VBR предназначена для приложений, работающих в режиме реального времени (т.е. тех, которые требуют строгих ограничений по части задержки и вариации задержки, что свойственно голосовым и видеоприложениям). rtVBR-соединения характеризуются терминами PCR, SCR и MBS. Отправители предполагают передачу со скоростью, которая изменяется во времени. Следовательно, отправитель может быть охарактеризован как “пульсирующий”. Ячейкам, которые были задержаны сверх значения, указанного параметром maxCTD, присваивается значительно сниженное значение в приложении. Категория обслуживания rt-VBR может поддерживать статическое мультиплексирование потоков данных отправителей, требующих режима реального времени.
Определение категории обслуживания nrt-VBR
Категория обслуживания nrt-VBR предназначена для приложений, работающих в режиме вне реального времени, для которых характерен пульсирующий трафик и которые характеризуются терминами PCR, SCR и MBS. Для ячеек, передающихся в пределах контракта трафика, приложение предполагает низкое значение параметра CLR. Категория обслуживания nrt-VBR может поддерживать статическое мультиплексирование соединений. В этой категории обслуживания предел задержки не задается.
Определение категории обслуживания UBR
Категория обслуживания UBR предназначена для приложений, работающих в режиме вне реального времени (т.е. тех, которые не требуют строгих ограничений по части задержки и вариации задержки). Примерами таких приложений могут служить традиционные приложения, предназначенные для компьютерной коммуникации, такие, как пересылка файлов и электронная почта (e-mail). Категория обслуживания UBR не задает гарантий обслуживания, зависимых от трафика. Для класса UBR контроль за перегрузкой может быть выполнен на высшем уровне на основе сквозного принципа (end-to-end). Категория обслуживания UBR указывается индикатором негарантированной доставки в информационном элементе скорости пользовательских ячеек в сети ATM (User Cell Rate Information Element — IE).
Определение категории обслуживания ABR
ABR является категорией обслуживания уровня ATM, для которой ограниченные характеристики передачи уровня ATM, обеспечиваемые сетью, в последующем могут быть изменены с целью установления соединения. Механизм контроля потока данных поддерживает отдельные типы обратной связи для контроля скорости, задаваемой отправителем, в ответ на изменение характеристик передачи уровня ATM. Такая обратная связь передается отправителю посредством специальных ячеек контроля, называемых ячейками управления ресурсами (Resource Management Cells — RM-cells). Ожидается, что конечная система, которая адаптирует свой трафик в соответствии с обратной связью, будет иметь низкое значение CLR и получит справедливый доступ к
совместному использованию доступной полосы пропускания в соответствии с политикой разграничения потоков данных, устанавливаемой сетью. Категория обслуживания ABR не требует ограничения задержки или вариации задержки, испытываемой этим соединением. Категория обслуживания ABR не предназначена для поддержки приложений, работающих в режиме реального времени. При установлении ABR- соединения конечная система указывает для сети как максимально требуемую, так и минимально необходимую для использования полосу пропускания. Такие требования назначаются параметрами PCR и MCR. Параметр MCR может быть равен нулю. Полоса пропускания, доступная в сети, может изменяться, но при этом она не станет меньшей, чем MCR.
Параметры, характеризующие службу QoS категорий обслуживания
Служба QoS категорий обслуживания характеризуется шестью параметрами. Три из них могут быть договорными и согласованы между конечным пользователем и поставщиком обслуживания. Ниже представлен список договорных параметров:
Peak-to-peak CDV (размах CDV);
maxCTD;■
. CLR.
Следующие параметы QoS не являются договорными:
CER;
SECBR;
. CMR.
Из приведенного списка видно, что технология ATM гарантирует применение ряда категорий обслуживания, которые удовлетворяют любые QoS-запросы пользователя, обеспечивая при этом большую приспособляемость. В зависимости от запросов приложения, конечный пользователь, может выбрать из категорий обслуживания нужную ему, а затем вызвать ее, установив соответствующие параметры, необходимые для удовлетворения конкретных сетевых запросов.
Список рекомендованной литературы
Форум ATM, Спецификация управления трафиком форума ATM, версия 4.1, af-tm- 0121.000, март 1999 года (ATM Forum Traffic Management Specification, Version 4.1, af- tm-0121.000, March 1999).
Резюме
Технология ATM, первоначально возникшая как метод передачи для сети B-ISDN, была создана для коммутации ячеек в сети с высокими показателями полосы пропускания. Читатель может подумать, что технология ATM возникла из ISDN, как и другие технологии, такие, как Frame Relay и Signaling System 7, но строго говоря, это не совсем так. Используя постоянный размер ячеек — 53 октета (48-октетная полезная нагрузка и пятиоктетный заголовок), технология ATM позволяет производить комму-
тацию ячеек в сети с очень высокой скоростью. Фиксированный размер ячеек дает возможность точно предсказывать задержки при прохождении ячеек через сеть. Это свойство открыло широкую дорогу для использования механизмов QoS и Позволило поставщикам услуг предложить надежное средство для передачи по сети.
ATM как технология легко стала главной опорой поставщиков услуг, реализуется легче и быстрее, чем услуги местных линий связи, и нашла дорогу к клиентам. Хотя многие клиенты никогда не подключались к подлинной инфраструктуре ATM, одно только ее наличие весьма повышает сетевую квалификацию клиента. По большей части технология ATM применяется в сетях поставщиков услуг, но была создана и для работы в офисном окружении, использующем технологию LANE. Технология LANE, впрочем, никогда не удовлетворяла своей стоимостью и сложностью некоторых реализаций.
Разные классы обслуживания обеспечивают функционирование различных уровней и типов обслуживания, предназначенных для разных приложений. Здесь лежит логическая грань между классами трафика, работающего в режиме реального времени, и классами трафика, работающего в режиме вне реального времени. Класс CBR, обычно ассоциируемый с трафиком, работающим в режиме реального времени, поддерживает соединения, восприимчивые к временным ограничениям, такие, как несжатый голосовой трафик. Если ваш трафик не нуждается в специфических гарантиях для передачи через сеть, вы можете использовать такие классы обслуживания, как ABR и UBR для режима обычной передачи. Класс ABR позволяет оборудованию использовать какую угодно полосу пропускания из доступных на момент передачи. Этот класс не предоставит в ваше распоряжение абсолютно высокой величины доступной полосы пропускания, но если вы корректно настроите все необходимые параметры, то получите надежную гарантию того, что всем вашим приложениям будет предоставлен справедливый доступ к совместному использованию сети.
В настоящее время технология ATM задает пять типов AAL. Уровень AAL1 стандартизован для CBR-трафика и требуется для служб эмуляции канала, которая используется в смежных мини-АТС (РВХ) или ином оборудовании в пределах АТМ- сети. По существу такая служба эмулирует сделанный кое-как цифровой канал Т1. Уровень AAL2 приспосабливает VBR-трафик, требующий установления соединения, такой, как сжатый голосовой трафик, который восприимчив к временным ограничениям, но при этом более “терпимый”, чем трафик класса CBR, по отношению к задержкам и вариации задержек. Уровни AAL3 и AAL4 (AAL3/4) предоставляют услуги для nrt-VBR-, ABR- и UBR-потоков, которые могут управлять задержками самой высокой величины с выполнением функции обнаружения ошибок, как и Frame Relay. Совместно они поддерживают как потоки данных, которые используют процедуру установления соединения, так и те, которые не используют эту процедуру. Уровень AAL5 аналогичен AAL3/4. Т.к. его псевдоним SEAL означает “простой и эффективный уровень AAL”, он действительно более прост и эффективен, но это также означает, что он не обладает многими свойствами.
ATM-соединения во многом идентифицируются подобно тому, как это делается в технологии Frame Relay, но вместо номеров DLCI ATM использует идентификаторы VPI и VCI. Они применяются как пары VPI/VCI для идентификации специфических соединений между узлами ATM и являются локально значимыми для двух соединенных узлов. Полные 256 номеров VPI могут использоваться для интерфейсов UNI или вплоть до 4 096 идентификаторов с интерфейсами NNI. Впрочем, если учитывать возможное количество VCI на один VPI, то количество возможных идентификаторов соединений резко увеличится до нескольких миллионов.
Параметр CLP определяет, которые из ячеек могут быть принесены в жертву, если в сети произойдет перегрузка — это будут преимущественно те ячейки, которые не маркированы соответствующим образом. Данная функция служит для того, чтобы уменьшить передачу в сеть новых потоков данных в течение того промежутка времени, пока ATM-оборудование не может поддерживать требования трафика, касающиеся передачи данных в сети. Поскольку не все ячейки маркированы как имеющие параметр CLP, равный 1, то уменьшение загрузки является до некоторой степени нормальным явлением, поскольку входит в цели сети относительно ограничения и разграничения трафика. Ограничение трафика основано на таком предположении: необходимы гарантии, что восприимчивый к временным параметрам невосстановимый голосовой трафик не будет отброшен, но, возможно, какой-нибудь трафик данных должен быть еще более невозвратимым, поскольку защищен высшим уровнем приоритета. Разграничение трафика основано на потребности сети гарантировать, что какая-нибудь одна неправильно функционирующая конечная точка не подвергнет опасности механизмы QoS, которые требуются другим получателям.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Какова разница между интерфейсом UNI и NNI?
Почему в заголовке NNI доступно большее количество значений VPI?
Как называется ячейка, предназначенная для одного соединения, но ошибочно доставленная по другому соединению?
Для какой технологии был первоначально создан метод передачи данных ATM в качестве системы передачи?
а. Широкополосной сети ISDN.
б. Frame Relay.
в. SONET.
г. ТЗ.
Каков размер АТМ-ячейки?
а. 53 байта.
24 бита.
в. 53 октета.
г. 48 октетов.
Какие из диапазонов VCI не могут использоваться для стандартной адресации, если значение VPI равно 0?.
а. О - 32.
б. 32 - 63.
в. О — 31.
г. 5 - 36.
д. 20 - 35.
Какова функция подуровня SAR?
Какой тип AAL лучше всего подходит для трафика видеоконференции со сжатием данных?
AAL0.
AAL1.
в. AAL2.
г. AAL3/4
д. AAL5.
Какова разница между ограничением и разграничением трафика?
Укажите два метода использования поля НЕС в заголовке АТМ-ячейки.
В этой главе...
История развития службы SMDS. В лом разделе изложена краткая история развития службы передачи данных.
Общие принципы работы службы SMDS. В разделе описаны основы коммутируемой многомегабитовой службы передачи данных и ее структура.
Свойства службы SMDS. В этом разделе описаны свойства коммутируемой многомегабитовой службы передачи данных, в том числе адресация, скорость коллективного доступа, а также обеспечение бесшовною межсетевого взаимо- тсйствия протоколов сетевого уровня.
Интерфейсный протокол SMDS. В этом разделе предоставлено описание двойной шины с распределенной очередью (DQDB), информация по сегментации и повторной сборке (Segmentation and Reassembly — SAR) исходных модулей данных протокола управления доступом к передающей среде (IMPDUs) и подробности работы интерфейсного протокола SMDS (SIP) на сетевом уровне, уровне канала передачи данных, а также на физическом уровне.
Интерфейс обмена данными. В разделе приводится обзор интерфейса обмена данными, включающий информацию по формированию фреймов DXI.
Протоколы обмена информацией между локальными сетями в службе SMDS. В разделе приведены краткие заметки о передаче данных из одной локальной сети в другую через региональные (Metropolitan-Area Networks — MANs) и распределенные сети (Wide-Area Networks — WANs) с помощью инкапсуляции LLC.
Настройка службы SMDS. В этом разделе приведена информация, касающаяся настройки службы SMDS, а также примеры конфигураций устройств.
Решение проблем, возникающих при работе службы SMDS. В разделе представлено описание процесса устранения неисправностей, включая проблемы, связанные с интерфейсом DXI, интерфейсом абонентской сети (SNI), множественными интерфейсами в одной и той же группе и периодические проблемы в псевдолокальных сетях.
Потеря положения, занимаемого службой SMDS. Этот раздел посвящен обсуждению причин, вызвавших потерю популярности службы SMDS.
Глава
11
Коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных (SMDS)
Г Служба SMDS (Switched Multimegabit Data Service — многомегабитовая коммутируемая служба) состоит из набора технологий, позволяющих осуществлять высо- ■ коскоростной обмен данными между локальными сетями через региональные и распределенные сети без установления соединения. Связь в сетях SMDS обеспечивается с помощью служб цифровой передачи информации (например, Digital Data- phone Service — DDS), средств линий Tl/El и ТЗ/ЕЗ. Поскольку SDMS — это ^' служба соединения локальных сетей, в ней существует встроенная поддержка всех основных сетевых протоколов, включая протокол управления передачей/Internet- протокол (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — TCP/IP), протокол межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet Exchange — IPX) и протокол Appletalk. Более того, размер фреймов SDMS позволяет поддерживать бесшовную передачу фреймов в форматах IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров по электротехнике и электронике) 802.3, 802.5 и FDDI (Fiber j^/i Distributed Data Interface — распределенный интерфейс передачи данных по волоконнооптическим каналам) без фрагментации этих фреймов. Служба коммутации SDMS является привлекательной с экономической точки зрения. Она представляет собой технологию передачи данных, в которой не имеет значения, на какие расстояния передаются данные. Это означает, что на стоимость соответствующих услуг влияет только скорость передачи и количество участвующих узлов, но не расстояние между узлами, как в случае использования частных сетей. Управление сетью произ- ^•'i-- водится с помощью стандартного простого протокола управления сетью (Simple Network Management Protocol — SNMP), что позволяет с успехом применять имеющиеся в наличии системы сетевого управления, не требуя разработки новых. Наконец устройство рассматриваемой службы позволяет осуществлять бесшовную состыковку с потенциально возможным переходом в режим асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM). Ниже приведены расшифровки каждого из
^1’ терминов; входящего в название службы SMDS.
Switched (коммутируемая) — в службе SMDS осуществляется коммутация модулей данных протокола (Protocol Data Unit — PDU) в открытых сетях передачи данных (Public Data Network — PDN), а не их передача по прямым двухточечным линиям связи, проведенным между абонентскими узлами.
Multimegabit (многомегабитовая) — механизм передачи данных SMDS был первой развернутой открытой широкополосной службой.
Data (данные) — служба предназначена для обработки данных, имеющих пульсирующий асинхронный характер.
Service (служба). SMDS — это служба, а не технология!
История развития службы SMDS
В первой половине 80-х региональные телефонные компании в США (Regional Bell Operating Company — RBOC) изыскивали способы преобразования коммутируемых телефонных сетей общего пользования (Public Switched Telephone Network — PSTN) в цифровые сети, которые были бы способны предоставлять широкий спектр услуг, совместимых с высокоскоростной связью, ограниченной частотой появления ошибок, быстрой подготовкой к работе и улучшенным контролем рабочих характеристик. Дополнительной целью поставщиков телекоммуникационных услуг был поиск путей увеличения доходов на рынке услуг по передаче данных, на котором возможность взаимодействия между локальными сетями стала центральным требованием в сфере телекоммуникаций. В то время начала вырисовываться перспектива формирования широкополосных цифровых сетей с комплексным обслуживанием (Broadband Integrated Services Digital Network — В-ISDN), способных удовлетворить все вышеперечисленные требования в полном объеме. Однако процесс учреждения стандартов для сетей В-ISDN продвигался довольно медленно. Нужно было достигнуть слишком многих целей, а на осознание их в полной мере требовалось время.
Примерно в то же время сотрудники рабочей группы 802 из Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) вплотную подошли к стандартизации технологии, которая бы позволила устанавливать связь между локальными сетями, объединенными в региональные. Такая технология, известная как двойная шина с распределенной очередью (Distributed Queue Dual Bus — DQDB), была разработана для объединения локальных сетей в высокоскоростные сети сотовой коммутации с возможностью осуществлять обмен информацией без установления соединения. Несмотря на то что технология была детально изложена в стандартных документах, рабочая группа 802.6 не описала ее применение региональными телефонными компаниями в США (RBOC) для предоставления услуг по обмену данными между локальными сетями через новую опорную цифровую сеть.
Осознав это упущение, а также факт медленного хода процесса стандартизации сетей В-ISDN, техническая группа корпорации Bell Communication Research (Bellcore) приступила к разработке службы, способной реализовать цели, которые стояли перед рабочей группой 802.6. Попутно разрабатываемая служба помогла бы решить проблемы, стоящие перед компаниями масштаба RBOC. В частности, группа из Bellcore сосредоточила внимание на следующих моментах:
разработке службы, управляющейся рыночными законами. Компании RBOC сделали ставки на новую цифровую сеть. Технология передачи цифрового
сигнала первого уровня (Digital signal level 1 — DS-1) была первой, которой заменялась аналоговая служба, осуществляющая связь между локальными сетями. Такие компании чувствовали, что ко времени развертывания новой службы возникнут трудности, связанные с переходом к открытой коммутируемой сети данных;
обеспечении условий, при которых средства, вложенные клиентами в развитие сетей передачи данных, были бы затрачены с максимальной отдачей. Вместо того чтобы тратить деньги клиентов на установку нового дорогостоящего аппаратного и программного обеспечения, компания Bellcore сосредоточила внимание на предоставлении новой услуги, используя при этом уже имеющееся в наличии оборудование;
смещении акцентов в сторону развития службы, а не технологии. Ранее усилия компаний RBOC всегда были сосредоточены на том, что лучше подходило для реализации в телефонной сети, а не в пользовательской. Метод передачи информации ISDN — это пример службы, которая идеально подходит для компаний RBOC, но представляет собой плохой выбор для расширения клиентских локальных сетей. В случае службы SMDS компания Bellcore сосредоточила внимание на службе, в большой мере игнорируя при этом детали реализации сети;
сведении к минимуму необходимости новых разработок. Не пытаясь разработать безупречную службу, удовлетворяющую всевозможным требованиям, компания Bellcore сконцентрировала усилия на разработке надежной функциональной службы передачи данных, удовлетворяющей минимальным требованиям. Инновации, которые происходили в сетях В-ISDN, длились слишком долго. Рыночные законы не признавали медленного процесса внедрения инноваций, требующего тщательных согласований, — они диктовали быстрый темп развития;
обеспечении своевременной доставки. В силу того, что работа сетей передачи данных становилась все более важной как для бизнеса, так и для самих компаний RBOC, предоставить службу, которую поставщики могли бы реализовать к концу 1991 года, было для Bellcore делом первостепенной важности.
В 1988 году компания Bellcore разработала документ под названием “Техническое руководство”, в котором подробно описывались требования, способствующие реализации службы, основанной на технологии DQDB. Ее использование обеспечило бы передачу дейтаграмм сетей MAN/WAN через имеющееся в наличии телекоммуникационное оборудование. В разработанной спецификации коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных позволяла определить место механизмов DQDB в телекоммуникационном контексте, не изменяя при этом имеющуюся технологию передачи данных, которая становилась преобладающей в то время. В течение двух последующих лет были разработаны дополнительные спецификации, в которых детализировались требования, предъявляемые к различным клиентским механизмам доступа, коммутирующим структурам, тонкости межофисного и межкоммутаторного интерфейса, а также средства системы поддержки функционирования службы (Operations Support Systems — OSS). Так родилась служба SMDS.
Несмотря на то что в спецификациях корпорации Bellcore сама служба определялась с точки зрения поставщиков телекоммуникационных услуг, проблемы поставщиков клиентского оборудования все еще не были решены. Например, еще
не были разработаны спецификации стандартов межсетевого обмена, в которых описывалась бы инкапсуляция пакетов TCP/IP во фреймы SMDS. Ввиду отсутствия этих и других элементов в 1990 году была сформирована специальная группа SMDS (SMDS Interest Group — SIG). Перед этой группой стояла задача дополнить спецификации службы SMDS, что позволило бы клиентам и поставщикам клиентского оборудования реализовать с помощью сети SDMS системы, обеспечивающие взаимодействие между локальными сетями. В марте 1991 года проблемная группа проектирования Internet (Internet Engineering Task Force — IETF) опубликовала документ RFC 1209 под названием “Передача IP-дейтаграмм через сети SMDS” (The Transmission of IP Datagrams over SMDS). Некоторое время спустя компании Novell и Apple совместно опубликовали спецификации, описывающие работу протоколов межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet Exchange — IPX) и AppleTalk в сетях SMDS. Как только эти технологии были готовы, на рынке появилось оборудование, обеспечивающее работу сетей SMDS, а клиенты начали вкладывать средства в этот метод передачи информации. В 1995 году сети SMDS уже получили широкое применение почти в каждой американской и международной телефонной компании.
Как показано в разделе “Потеря положения, занимаемого службой SMDS”, стремительный рост популярности службы SMDS вскоре сменился таким же быстрым падением ее популярности. В наше время осталось лишь небольшое количество пользователей службы SMDS, и складываются все условия для их скорейшего перехода на другие технологии. Причиной такого быстрого восхождения к вершинам популярности был не недостаток используемых технологий, а скорее огромная движущая сила технологии ATM, перед которой не смогла устоять сетевая индустрия, и в частности поставщики услуг. В любом случае SMDS — это замечательная служба, которая хотя и утратила свою значимость, все же содержит в себе множество интересных и полезных особенностей, заслуживающих внимания.
Общие принципы работы службы SMDS
SMDS — это больше служба, чем технология. Фактически для реализации сети SMDS необходимо привлечь несколько технологий. На рис. 11.1 схематически изображена структура службы SMDS.
Глядя на рис. 11.1, можно заметить, что в сети SMDS фигурируют два вида основных элементов — оборудование клиента (Customer Premises Equipment — CPE) и оборудование оператора связи (Carrier Equipment —СЕ). Между оборудованием СРЕ и сетью оператора связи находится интерфейс абонентской сети (Subscriber Network Interface — SNI), который является промежуточным звеном между абонентом и поставщиком услуг. СРЕ — это оборудование, с помощью которого осуществляется доступ к сети SMDS. В большинстве случаев оно состоит из маршрутизаторов, мостов, модулей цифрового канала (Channel Service Unit/Data Service Unit — CSU/DSU) и терминалов. В оборудование оператора связи входят высокоскоростные коммутаторы, внутриофисные и межофисные устройства (мультиплексоры добавления и удаления сигнала (add/drop multiplexers — ADM), системы цифрового доступа и коммутации (Digital Access
and Cross Connect System — DACS), группы каналов и соединительные цифровые линии), а также системы поддержки функционирования службы, необходимые для работы сети; например, системы наблюдения за сетью и начислением оплаты.
Рис. 11.1. Структура службы SMDS
Чтобы обеспечить правильное взаимодействие сигналов в интерфейсе SNI, нужен протокол, который способен работать и с оборудованием СРЕ, и с СЕ. Необходимые для этого базисные элементы, структуры данных и модули, использующиеся при подключении к сети различного оборудования клиента, предоставляет интерфейсный протокол SMDS (SMDS Interface Protocol — SIP), составленный в соответствии с документом IEEE 802.6. Протокол SIP подробно описан в разделе “Интерфейсный протокол SMDS” текущей главы. Интерфейс обмена данными (Data Exchange Interface — DXI), разработанный группой SIG, обеспечивает работу механизма доступа к сети SDMS, который подобен высокоуровневому протоколу управления каналом (HDLC), что упрощает производителям разработку оборудования клиента для этих сетей. Протокол DXI подробно описан в разделе “Интерфейс обмена данными” текущей главы.
Свойства службы SMDS
Даже по современным меркам служба SMDS предоставляет богатые возможности. Одна из целей, преследовавшихся при разработке сети SMDS, заключалась в том, чтобы эта служба была похожа на локальную сеть, что сделало бы работу сети поставщика услуг понятной (насколько это возможно) с точки зрения соединяемых при ее помощи локальных сетей. В последующих разделах кратко описываются основные особенности службы SMDS.
Адресация
Служба SMDS предоставляет механизм адресации, основанный на формате ITU Е. 164, благодаря которому адреса SMDS выглядят как телефонные номера. Каждая единица аппаратуры пользователя может иметь до 16 SMDS-адресов; такой метод адресации используется при однонаправленной доставке дейтаграмм. Кроме того, предоставляется широковещательная доставка с помощью одного или нескольких адресов групп, соответствующих оборудованию пользователя. Для обеспечения безопасности имеется возможность осуществлять мониторинг адресов (Address Screening — AS) и проверку адреса отправителя (Source Address Verification — SAV). Используя механизмы AS и SAV, поставщики услуг SMDS могут создавать в сетевой среде группы по интересам, или, иными словами, виртуальные частные сети (Virtual Private Network — VPN).
Возможность выбора скорости доступа
Клиентам, которые хотят получить доступ к сети SMDS, предоставляется возможность выбора подходящей скорости доступа. Как уже говорилось, первоначально основное внимание уделялось обеспечению понятных механизмов взаимодействия с локальными сетями, и компаниям RBOC удалось добиться этого при помощи устройств DS3. Однако скорости DS3 слишком высоки для обеспечения связи между двумя локальными сетями Token Ring, работающими со скоростью 4 Мбит/с. Чтобы сделать службу привлекательной с экономической точки зрения для клиента и масштабируемой для поставщика услуг, в ней определены пять классов доступа. Каждый класс непосредственно отображается в одну из общепринятых скоростей работы локальных сетей. Соответствие между технологиями локальных сетей и классами доступа приведено в табл. 11.1.
Таблица 11.1. Соответствие между классами доступа в службе SMDS и технологиями локальных сетей
Класс доступа
Скорость передачи данных
Технология локальных сетей
1
4 Мбит/с
4 Мбит/с Token Ring
2
10 Мбит/с
Ethernet
3
16 Мбит/с
16 Мбит/с Token Ring
4
25 Мбит/с
25 Мбит/с ATM LAN
5
34 Мбит/с
FDDI, Fast Ethernet
Обеспечение бесшовного межсетевого взаимодействия протоколов сетевого уровня
Служба SDMS приспособлена для работы со всеми основными протоколами сетевого уровня. В ней поддерживаются такие протоколы, как TCP/IP, Appletalk, протокол сетевого обслуживания без установления соединения (Connectionless Network Service — CLNS), протокол корпорации Digital Equipment Corporation (DECnet), системы сетей Xerox (Xerox Network Systems — XNS) и виртуальная комплексная сетевая служба (Virtual Integrated Network Service — VINES). Службу SDMS можно также применять в сетях, соединенных мостами; она может принимать участие в работе
протокола распределенного связующего дерева (Spanning Tree Protocol — STP) с помощью определенных в документе IEEE 802.1g дополнений; кроме того, эта служба способна поддерживать работу сетевой базовой системы ввода-вывода (Network Basic Input/Output System — NetBIOS) в рамках стандарта 802.2 LLC2. Еще раз напомним, что разработчики службы SMDS старались сделать ее похожей на локальную сеть. Например, преобразование адресов TCP/IP в этой службе выполняется с помощью протокола преобразования адресов (Address Resolution Protocol — ARP), точно так же, как это происходит в сети Ethernet. В примере 11.1 показан IP-совместимый высокоскоростной последовательный интерфейс (High-Speed Serial Interface —HSSI), подсоединенный к сетевой среде SMDS, а также соответствующие записи протокола ARP, в которых с IP-адресами сопоставляются адреса SMDS.
Пример 11.1. Преобразование IP-адресов в адреса SMDS
SMDS-Router#show ip arp Hssi8/0/0.1
Protocol
AddressAge
(min)
Hardware Addr
Type
Interface
Internet
192.168.197.246
223
C155.5555.4630
SMDS
Hssi8/0/0.1
Internet
192.168.197.244
222
C155.5555.1533
SMDS
Hssi8/0/0.1
Internet
192.168.197.242
222
c255.5555.4329
SMDS
Hssi8/0/0.1
Интерфейсный протокол SMDS
Интерфейсный протокол SMDS (Interface Protocol SMDS — SIP) (не следует путать его с протоколом инициализации сеанса — Session Initiation Protocol), который применяется для передачи голоса в IP-структурах (Voice over IP — VoIP), представляет собой трехуровневый набор протоколов, в котором осуществляется отображение в первые два уровня модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI). Основная роль протокола SIP — обеспечить работу службы SMDS, о которой шла речь в предыдущем разделе. Этот протокол служит для подсоединения к сети SMDS. Работа протокола SIP основана на протоколе DQDB, определенном в документах стандарта IEEE 802.6, но протокол SIP не заменяет протокол DQDB. В протоколе SIP реализованы многие функции доступа из метода DQDB, такие, как арбитраж шины при размещении оборудования клиента в нескольких помещениях. Более того, в интерфейсе абонентской сети определен только интерфейсный протокол SMDS, в то время как протокол DQDB обеспечивает общую структуру совместно используемой двунаправленной двойной шины, поддерживающей множественные интерфейсы, арбитраж доступа, разнообразные функции работы шины и т.д. Перед тем как продолжить обсуждение протокола SIP, приведем краткий обзор протокола DQDB, чтобы лучше представить взаимосвязь между этими двумя протоколами.
Обзор протокола DQDB
Протокол DQDB уже обсуждался выше в текущей главе как предшественник службы SMDS, разработанный корпорацией Bellcore. Такая преемственность не входила в планы сотрудников IEEE при разработке протокола DQDB. В обязанности рабочей группы IEEE 802 входит создание стандартов физического уровня и уровня канала передачи данных для внутренних и внешних сетей предприятий. Таким образом протокол DQDB является частью большой группы технологий, таких,
как Ethernet (802.3), Token Ring (802.5), мосты и коммутаторы (802.1), беспроводные локальные сети (802.11) и т.д. Первоначальной целью разработки протокола DQDB было обеспечение функционирования механизмов подуровня протокола управления доступом к среде (Media Access Control — МАС) без установления соединения; такой подуровень должен был поддерживать LLC-подуровень, совместимый с другими сетевыми технологиями, разработанными группой IEEE 802. Таким образом аналогично стандарту 802.2 LLC работает поверх уровня 802.3 МАС, который работает поверх физического уровня в структуре 802.3. Протокол 802.2 находится на одном уровне с МАС-подуровнем 802.6, а уровень 802.6 — на одном уровне с физическим уровнем подсети 802.6 (см. рис. 11.2).
Рис. 11.2. Сетевые уровни IEEE 802
На рис. 11.3 приведена общая функциональная структура модулей доступа к службе (Access Unit — AU) в протоколе DQDB. Как видно, протокол DQDB основан на многоуровневой иерархической модели. На каждом уровне выполняются свои задачи, и каждый из них обеспечивает работу более высокого уровня. Функции мультиплексного и физического уровня обеспечивают формирование фреймов, выбор кода для линии, проверку наличия ошибок и поддержки шины. Функции арбитража сообщений в очереди выполняет алгоритм организации распределенных очередей, предоставляющий упорядоченный доступ к шине и осуществляющий подготовку ячеек DQDB для передачи их в физической среде с помощью процедуры сходимости физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure — PLCP). Функции сходимости MAC- уровня разбивают исходные протокольные единицы обмена MAC (Initial MAC Protocol Data Unit — IMPDU) протокола DQDB на 53-байтовые вторичные МАС-модули PDU (Derived MAC PDU — DMPDU), которые после этого становятся доступными для передачи с помощью протокола DQDB.
Служба МАС для подуровня LLC и более высокие уровниСлужба МАС для подуровня LLC и более высокие уровниРис. 11.3. Функциональная структура модулей доступа к службе в протоколе DQDBРис. 11.3. Функциональная структура модулей доступа к службе в протоколе DQDB
Служба МАС для подуровня LLC и более высокие уровни
Служба МАС для подуровня LLC и более высокие уровни
Рис. 11.3. Функциональная структура модулей доступа к службе в протоколе DQDB
Рис. 11.3. Функциональная структура модулей доступа к службе в протоколе DQDB
Физически сеть протокола DQDB состоит из двойных симплексных двунаправленных шин с открытыми или закрытыми конечными соединениями (т.н. открытая и замкнутая топологии). На рис. 11.4 показана открытая топология, а на рис. 11.5 — закрытая. Каждая шина обладает своей особым модулем доступа, играющим роль конечного устройства шины (Head of Bus — НоВ). Устройство НоВ отвечает за генерацию пустых интервалов в шине, когда в очереди DMPDU нет ни одного сообщения. Кроме того, модуль НоВ несет ответственность за размещение страниц идентификации сообщений (Message Identification — MID) — средство, с помощью которого каждый модуль доступа к службе всегда генерирует уникальный идентификатор сообщения для каждого модуля IMPDU. Идентификация сообщений — это механизм обеспечения уникальности, благодаря которому в процессе повторной сборки для восстановления сообщения IMPDU на устройстве-приемнике используются только те модули DMPDU, из которых состояло отправленное сообщение IMPDU. Концепция такого метода передачи обсуждается в разделе “Канальный уровень протокола SIP”. Если текущий модуль доступа, который выступает в роли устройства НоВ, выйдет из строя, любая станция сможет перенять его функцию.
Узел доступа Оконечное устройствоУзел доступа Оконечное устройствок сетишины Бк сетишины БОконечное устройствоУзел доступа
Узел доступа Оконечное устройство
Узел доступа Оконечное устройство
к сетишины Б
к сетишины Б
Шина АШина БШина АШина Бшины Ак сети
Шина А
Шина Б
Шина А
Шина Б
Рис. 11.4. Сеть DQDB с открытой топологией
Шина AШина AУзел доступа к сетиУзел доступа к сетиШина БШина Б
Шина A
Шина A
Узел доступа к сети
Узел доступа к сети
Шина Б
Шина Б
Оконечное устройствошины Б
Оконечное устройствошины А
Рис. 11.5. Сеть DQDB с закрытой топологией
Одной из интересных особенностей протокола DQDB является функция управления доступом к передающей среде (т.е. МАС). Как следует из названия, в сети с использованием метода DQDB (двойная шина с распределенной очередью) применяется механизм формирования распределенных очередей для контроля за тем, когда станция может отправить сообщение по шине. Как и во всех топологиях разделяемого доступа, нужен какой-то механизм, осуществляющий арбитраж доступа к среде и предотвращающий конфликты. Т.к. столкновение двух битовых потоков приводит к тому, что содержащиеся в них фреймы приходят в негодность, то такие фреймы должны быть уничтожены и отправлены повторно. В среде 802.3 на уровне МАС для определения момента, когда станция может передать данные по проводнику, применяется механизм множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD). Однако поскольку сеть DQDB предназначена для передачи данных на произвольные расстояния, уровень МАС 802.3 не способен обеспечить организованный доступ к среде.
Поскольку нет возможности наложить ограничение на физический размер сети DQDB, нужна другая технология, позволяющая достичь упорядоченной передачи данных в среде. Для достижения этого были разработаны два новых подхода — использование интервалов фиксированной длины и применение алгоритма арбитража очередей.
Интервал DQDB состоит из однобайтового поля контроля доступа (Access Control — АС) и 52-байтового сегмента. Поле контроля доступа используется на каждой станции для определения состояния каждой шины в сети (т.е. свободна она или занята). На рис. 11.6 приведен формат поля контроля доступа.
Бит занятости указывает, может ли слот передавать сообщения DMPDU. Если значение бита равно нулю, то интервал свободен, а если единице — то он уже используется.
Бит SL_Type указывает, передается ли интервал согласно расписанию очереди (queued-arbitrated — QA) или его приоритет установлен заранее (prearbitrated — РА).
Интервалы с пометой РА применяются в тех случаях, когда требуются изохронные службы. Поскольку служба SMDS используется для передачи данных, эти интервалы не применяются.
Контроль доступа
Сегмент
Бит занятости
SLType
PSR
Зарезервированные биты
REQ2
REQJ
REQ_O
1 бит
1 бит
1 бит
2 бита
1 бит
1 бит
1 бит
Рис. 11.6. Поле контроля доступа в интервале DQDB
. Бит освобождения последнего запроса (Previous Request Released — PSR) указывает на то, что содержимое занятого интервала уже считано с шины, и он может быть использован повторно узлами, расположенными по ходу основного трафика.
Биты REQ-2, REQ-1 и REQ-0 применяются для запроса на доступ к шине со стороны узлов, расположенных выше по направлению потока трафика или к шине ниже по направлению потока трафика. Каждому биту соответствует свой уровень приоритета, что позволяет узлу DQDB формировать приоритетную очередь. Чтобы упростить изложение, мы будем рассматривать технологии передачи только с использованием единого приоритета (т.е. без приоритизации).
С помощью информации, которая содержится в поле контроля доступа каждого интервала, пересылаемого через шину, и двух счетчиков, модуль доступа к службе сети DQDB может определить, когда он обладает эксклюзивным доступом к каждой шине. Механизм, с помощью которого шины извлекают необходимую информацию, использует алгоритм арбитража очередей.
Алгоритм работает следующим образом. Предположим, сеть обладает открытой топологией (см. рис. 11.7) и в ней есть три узла. Первый узел играет роль устройства НоВ и при каждой возможности генерирует пустые интервалы. Это означает, что если ни у одной станции нет данных для отправки, все интервалы в сети пустые. Их количество, сгенерированное в течение того или иного периода, определяется скоростью работы шины (поскольку все интервалы имеют одинаковую длину). Для простоты предположим, что частота шины равна 53 байт/с. В таком случае за секунду через каждую шину проходит по одному интервалу.
ШинаАШинаАУзел 1Оконечное устройство шины АУзел 2Узел 1Оконечное устройство шины АУзел 2Узел 3 Оконечное устройство шины Б
ШинаА
ШинаА
Узел 1
Оконечное устройство шины АУзел 2
Узел 1
Оконечное устройство шины АУзел 2
В каждом узле поддерживаются по два счетчика для каждой шины — счетчик запросов и обратный счетчик. Если в узле нет интервалов для отправки, он увеличивает показания счетчика запросов каждый раз, когда мимо него по шине Б проходит интервал с установленным битом REQ_0. При каждом получении узлом по шине А интервала, в котором значение бита занятости равно нулю, этот узел уменьшает показание счетчика запросов (до минимального значения 0). Таким образом значение счетчика запросов равно общему количеству интервалов, ожидающих отправки всеми узлами, расположенными по ходу трафика по отношению к данному узлу. Такое равенство соблюдается благодаря тому, что каждый интервал, в котором бит занятости равен нулю, будет захвачен одним из расположенных по ходу трафика узлом, который его запросил. Поскольку шины работают с одинаковой скоростью, устройство НоВ всегда генерирует интервалы с частотой не меньше той, с которой они запрашиваются противоположной шиной.
Если для станции выделены интервалы для отправки по шине А, она присваивает текущее значение счетчика запросов обратному счетчику и устанавливает бит REQ_0 в первом же доступном интервале из шины Б, в котором значение этого бита равно нулю. Для каждого интервала из шины Б, значение бита REQ_0 которого равно единице, станция увеличивает показание счетчика запросов, а для каждого интервала из шины А, значение бита занятости которого равно нулю, она уменьшает показания обратного счетчика. Когда показание обратного счетчика станет равным нулю, DMPDU скопируется в поле сегмента этого интервала. Если для отправки данных доступен еще один интервал, процесс начнется с текущим значением счетчика запросов. Он проиллюстрирован на рис. 11.8.
Чтобы передать LLC-данные по подсети DQDB, каждое сообщение IMPDU должно быть сегментировано на 48-байтовые единицы DMPDU, которые можно будет разместить в сегменте интервала DQDB. Каждый сегмент DQDB содержит 4 дополнительных байта, в которые описывается тип пересылаемой информации. Поскольку по сети SMDS всегда передаются данные, такому четырехбайтовому полю всегда присваивается значение OxFFFFFO22 (см. рис. 11.9).
Дополнительное четырехбайтовое поле состоит из трех частей — идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier — VCI), поля типа нагрузки и поля приоритета сегмента. Значения двух последних полей всегда равны нулю, в то время как остальные значения зарезервированы. Идентификатор VCI предполагалось использовать для передачи данных на основе меток установленных соединений, однако в службе SMDS он таким образом никогда не применяется. В поле контрольной суммы заголовка (Header Check Sequence — HCS) хранится значение, вычисленное на основе заголовка сегмента по алгоритму циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check — CRC).
Шина А
Узел 1
Узел 2
УзелЗ
RC 0
RC 0
RC 0
Шина Б
СС 0
СС 0
СС 0
Все интервалы пусты, нет данных для пересылки
,Узел1Узел 2УзелЗ
Шина А< REQ_0
Шина Б
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
Запрос интервала узлом 3
Узел 1Узел 2Узел 3
ШинаА
Шина Б
RC
СС
0
0
RC
СС
1 0
RC
СС
0
0
Узел 2 устанавливает поле RC = 1
Узел 1Узел 2Узел 3
ШинаА
Шина Б
RC
СС
0
0
RC
СС
0
1
RC
СС
0
0
Узлу 2 нужно отправить интервал
Узел 1Узел 2Узел 3
ШинаА
Шина Б
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
Бит занятости = 0►
Мимо узла 2 проходит свободный интервал, счетчик СС уменьшается
Узел 1Узел 2Узел 3
ШинаА
Шина Б
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
RC
СС
0
0
Битзанятости = 1; данные узла 2 ►
Узел 2 захватывает следующий свободный интервал и отправляет сообщение DMPDU
Формат модуля DMPDU показан на рис. 11.10. Тип сегмента указывает, является ли данный сегмент началом сообщения (тип Beginning of Message — BOM), окончанием сообщения (тип End of Message — EOM) или какой-либо из его частей (тип Continuation of Message — СОМ), расположенной между сегментами первых двух типов. Если модуль IMPDU представлен только одним сегментом, то такое сообщение состоит из односегментного сообщения (Single Segment Message — SSM). Последовательный номер — это значение, возрастающее с формированием каждого очередного модуля DMPDU, из которых состоит модуль IMPDU. С его помощью можно обнаружить, например, что один из сегментов типа СОМ потерялся. Поле с идентификатором сообщения (Message ID — MID) служит для однозначной идентификации модулей IMPDU. Протокол управления доступом к передающей среде дает возможность модулям DMPDU чередоваться, т.е. принимающая станция может в произвольном порядке получать сообщения DMPDU, образованные из разных модулей IMPDU.
2 бита4 бита10 битов44 байта6 битов10 битов
Рис. 11.10. Формат модуля DMPDU
Предположим, что узел 1 отправляет какой-то сегмент IMPDU на узел 3 в течение времени генерации одного интервала. Согласно текущему состоянию алгоритма арбитража очередей, узел 2 может захватить следующий интервал и начать передачу сегмента, порожденного модулем IMPDU, отличную от той, которая предназначена для узла 3. Затем узел 3 получает подряд два интервала с сообщениями DMPDU от разных модулей IMPDU. Проверив значение идентификатора каждого сегмента, узел 3 может разделить их и сохранить до того времени, пока не будут получены остальные сообщения DMPDU каждого из модулей IMPDU.
Единица сегментации представляет собой часть модуля IMPDU длиной в 44 байта. Если длина модуля IMPDU не кратна 44 байтам, последний модуль DMPDU дополняется нулями. Формат модуля IMPDU приведен на рис. 11.11.
Из рис. 11.11 видно, что в модуле IMPDU содержится множество полей. Особенно важными являются поля с адресами отправителя (Source Address — SA), получателя (Destination Address — DA), а также информационное поле. В этих полях определяется, откуда прибыл модуль IMPDU, куда он должен попасть и какая полезная нагрузка в нем содержится. Интересно то, что формат модуля IMPDU в точности совпадает с форматом протокольной единицы обмена данными интерфейсного протокола SMDS третьего уровня. Более того, формат сообщений DMPDU в основном совпадает с форматом протокольной единицы обмена интерфейсного протокола SMDS уровня канала передачи данных. Если они одинаковы, то непонятно, в чем состоит предназначение интерфейсного протокола SMDS.
Как уже было сказано во введении, служба SDMS разработана на основе документа 802.6, но не является модификацией этого стандарта. SDMS — это служба, а роль SIP заключается в том, чтобы обеспечить функционирование базовых механизмов этой службы. Однако в отраслях промышленности, связанных с сетями, в частности, с телекоммуникациями, организации-учредители стандартов, производители оборудования, а также поставщики услуг, как правило, сторонятся технологий, которые имеют узкую область применения и не обладают перспективами развития, либо внедрение которых вызывает проблемы. Такие технологии рискованно внедрять не только в телекоммуникационных, но и в других областях. Чтобы сети SDMS получили практическое применение, компания Bellcore разработала их в соответствии со стандартом 802.6. Этим компания Bellcore также обеспечила возможность перехода к сетям В-ISDN, позволяя поставщикам услуг использовать уже имеющееся оборудование. Кроме того, было сделано предположение, что клиенты захотят подключать к сети SMDS свое оборудование, расположенное в разных помещениях. Впоследствии оказалось, что такое предположение было недальновидным.
Разработка сетей SDMS на основе стандарта 802.6 имела некоторые недостатки. Каждый, кто хорошо знаком с этим стандартом, может подтвердить, что он является сложной технологией. Протоколу SIP не нужно быть слишком сложным, чтобы он мог выполнять свое основное предназначение — обеспечивать работу всех функций службы SDMS. Фактически с появлением интерфейса обмена данными (Data Exchange Interface — DXI) протоколу SIP нужно иметь доступ к сети только на сетевом уровне. Как альтернативу можно использовать механизмы передачи данных Frame Relay и ATM.
При разработке сетей SMDS основной проблемой был определенный риск не уложиться в заданный срок. На разработку стандартов IEEE требуется время; в этом процессе участвует большое число заинтересованных сторон, многим из которых трудно прийти к соглашению по тем или иным вопросам. Стандарты IEEE принимаются после голосования, в котором обычно участвуют несколько сотен человек. После этого стандарт должен быть одобрен специальным советом. Для получения такого подтверждения зачастую требуется больше времени, нежели предполагалось изначально. Подгоняя устройство сетей SDMS под стандарт 802.6, который не был опубликован вплоть до 1990 года, специалисты Bellcore рисковали не успеть развернуть сеть SDMS к назначенному сроку.
В завершение текущего раздела заметим, что трудно судить о целесообразности разработки протокола SIP в соответствии со стандартом 802.6. Корпорация Cisco не реализовала физический и канальный уровни протокола (хотя интерфейсный процессор ATM запускает службы SMDS в режиме передачи ячеек поверх уровня адаптации ATM (ATM adaptation layer — AAL3/4)). В результате обеспечение некоторых функциональных возможностей протокола SIP осуществлялось по желанию поставщиков
устройств CSU/DSU. В начале 90-х корпорация Kentrox разработала устройство Т1/Е1 SMDSU, которое подключалось к маршрутизатору Cisco с помощью последовательного кабеля RS-449. Вскоре после этого корпорации Cisco и Kentrox совместно разработали схему для сети SMDS, в которой связанный с устройством Kentrox SMDSU высокоскоростной последовательный интерфейс (High-Speed Serial Interface — HSSI) присоединялся к сети SMDS и работал на скоростях ТЗ/ЕЗ. Поскольку для устройства SMDSU требуется реализовать дополнительные функции протокола SIP, они несколько дороже обычных устройств CSU/DSU.
Сетевой уровень протокола SIP
Сетевой уровень протокола SIP несет ответственность за адресацию и маршрутизацию протокольных модулей обмена данными службы SMDS. Кроме того, он выполняет функцию проверки ошибок, что позволяет элементам сети SMDS выявлять и изолировать проблемы. Важнейшая роль протокола SIP — перенос полезных данных, что в большинстве случаев осуществляется с помощью LLC-инкапсуляции в протоколах сетевого уровня, таких, как TCP/IP и IPX. На рис. 11.12 приведен формат протокольного модуля обмена данными протокола SIP на сетевом уровне.
S а I §
BEtag
BAsize
4
5 8. в
HLPID
Длина PAD
QOS
Индикатор CRC32
Длина НЕ
Коммутация
НЕ
Информация
PAD
CRC 32
Rsvd
BEtag
Длина
tбайт tбайт 2байта вбайтов Вбайтов ббитов гбита 4бита 1 бит Збита гбайта 12байтов 0-91880-3 0или4 tбайт 1 байт гбайта
байтов байта байта
Рис. И. 12. Формат протокольного модуля обмена данными протокола SIP на сетевом уровне
Сравнив приведенный выше рисунок с предыдущим, мы видим, что два формата абсолютно идентичны. Назначение каждого поля и выполняемой полем функции раскрывается ниже.
Зарезервированное поле
Это поле является одно-октетным и в настоящее время в службе SMDS не используется; его значение всегда равно 0x00.
Метки начала и конца
Метки начала и конца (Beginning-End Tags — BETag) предотвращают слияние двух протокольных модулей обмена данными SIP L3 в том случае, если утерян последний протокольный модуль передачи данных второго уровня (L2_PDU) из какого-то модуля L3_PDU и первая единица L2_PDU из следующего модуля L3_PDU. Если поля BETag не совпадают, система коммутации (Switching System — SS) службы SMDS и аппаратура пользователя не должны учитывать весь модуль L3_PDU. В процессе передачи значение метки BETag для каждого следующего сообщения-модуля L3_PDU возрастает на единицу. Значение этой метки может лежать в интервале от 0 до 255.
Поля размера выделенного буфера и длины
Поля размера выделенного буфера (Buffer Allocation Size — BASize) и длины содержат длину всей протокольной единицы обмена третьего уровня (модуля L3_PDU),
от поля с адресом получателя (Destination Address — DA) до поля циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check — CRC32) включительно. Если значения этих полей не совпадают или выраженная в байтах длина полученной протокольной единицы обмена не совпадает с этими двумя значениями, такое сообщение L3_PDU отбрасывается. Причиной несовпадений может быть утеря одного или нескольких модулей L2_PDU.
Поля адресов получателя и отправителя
В этом подразделе мы обратимся к одной из наиболее интересных тем — адресации. Поля с адресом получателя (Destination Address — DA) и адресом отправителя (Source Address — SA) применяются точно так же, как почтовые адреса на обычных письмах или как МАС-адреса в локальных сетях. Длина каждого поля 64 бита, причем запись типа адреса занимает 4 бита, а сам адрес — 60 битов.
В поле, которое содержит тип адреса, указывается, является ли фигурирующий в сообщении L3_PDU адрес индивидуальным или адресом группы (т.е. многоадресат- ным). Значение 1110 свидетельствует о том, что адрес групповой. Если же в рассматриваемом поле содержится значение 1100, то адрес индивидуальный. Модуль L3_PDU, полученный с любым другим значением типа адреса, неправилен и подлежит удалению. В шестнадцатеричной системе исчисления индивидуальным адресам, которые также называются одноадресатными, соответствует значение С, а групповым адресам, которые также называются многоадресатными, — значение Е.
Есть несколько способов составления поля адреса. Выбор способа определяется схемой адресации, принятой в той части света, в которой предоставляются услуги. В Северной Америке поле DA должно соответствовать Североамериканскому плану нумерации (North American Numbering Plan — NANP), а в любом другом месте — формату Е.164 Сектора стандартизации Международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union Telecommunication Standartization Sector — ITU- T). В обоих случаях адрес выглядит как телефонный номер. NANP представляет собой подмножество Е.164 ITU-T, в соответствии с чем адрес кодируется в формате Е.164. Документ NANP был составлен, чтобы установить привязку к местонахождению абонентов телефонных и других телекоммуникационных адресов, таких, как междугородние телефонные коды и префиксы местных станций.
В этом документе также указывается, что для адресов всех сообщений, которые владельцам линий информационного обмена не приходится передавать из одной области местного доступа к передачи в сети (Local Access and Transport Area — LATA) в другую, первые четыре бита адреса получателя равны 0001. Если же используемый адрес предназначен для другой области местного доступа и передачи, в первых четырех битах указывается код страны в соответствии с форматом Е.164, в следующих сорока битах — адрес SMDS, а в последних шестнадцати битах — все единицы.
Остальные 56 битов идентифицируют интерфейс абонентской сети конечного пользователя. Если адресат находится в той же области местного доступа и передачи, что и источник, то 40 битов поля DA идентифицируют элемент оборудования пользователя, а остальные 16 битов этого поля содержат единицы (OxFFFF). В качестве схемы кодирования применяются двоично-кодированные десятичные числа (Binary Coded Decimal — BCD). В схеме BCD используются значения в интервале от 0000 до 1001. Таким образом в каждых четырех битах (или каждом полубайте) представлены десятичные значения от нуля до девяти. Поскольку для адресации доступны 40 битов, результирующий адрес в кодировании BCD можно отформатировать так, чтобы он
выглядел как телефонный номер (см. рис. 11.13). Если трафик предназначен для другой области местного доступа и передачи, необходимо, чтобы поле выбора носителя определяло владельца линий информационного обмена, которому нужно направить трафик. Это поле описывается ниже в текущей главе.
На рис. 11.13 видно, что адрес в формате Е.164 разбит на три поля: код страны (Country Code — СС), код зоны NANP или код доступа к службе (Service Access Code — SAC) и локальный номер. В США значение поля СС всегда равно единице. Поле SAC содержит значение обмена номеров зоны NANP (Numbering Plan AreaNumbering Exchange — NPA-NXX), а поле локального номера — код расширения местной станции. В США ответственность за адресацию устройств в сети оператора возлагается на администрацию NANP (North American Numbering Plan Administration — NAN PA). Код расширения местной станции присваивается местной телекоммуникационной компанией (Local Exchange Carrier —LEC). Ниже приведены SMDS-адреса, которые назначаются компанией Verizon:
одноадресатный адрес — C.120.1201.9999.FFFF;
многоадресатный адрес — Е. 120.1201.8888.FFFF.
Оба адреса выглядят как телефонные номера, которые используются в северной части Нью-Джерси. Трехзначный междугородний телефонный код северного района Нью-Джерси — 201. Значение NXX равно значению NPA. В телефонном формате приведенные выше номера имеют такой вид:
одноадресатный адрес — 1-201-201-9999;
многоадресатный адрес — 1-201-201-8888.
Предоставление адресов
Несмотря на то что SMDS-адреса выглядят как телефонные номера, их использование больше напоминает применение МАС-адресов в локальных сетях. Напомним, что служба SMDS была разработана на основе технологии DQDB как механизм обмена данными между региональными и распределенными сетями. Кроме того, следует помнить, что в цели разработки службы SMDS входило осуществление одно- и мно- гоадресатной маршрутизации, мониторинга адресов и проверки адреса отправителя. Чтобы служба SMDS выполняла такие функции, нужно было реализовать механизм, который позволял бы осуществлять подписку на адрес, чтобы пользователи могли создавать гибкие, легкие в администрировании и безопасные сети SMDS.
Когда пользователь заказывает у оператора SMDS услугу, пользователю и оператору следует согласовать требования, которые должен соблюдать поставщик услуг, чтобы предоставлять их надлежащим образом. Например, предположим, что у корпорации
АБВ есть шесть офисов, локальные сети которых нужно соединить между собой. Распределение отделов по этим офисам выглядит так:
в офисе 1 находится основной центр обработки данных и штаб-квартира корпорации;
в офисе 2 размещен резервный центр обработки данных и отдел управления персоналом (Human Resources — HR);
в офисе 3 находится отдел маркетинга, технический и финансовый отделы;
в офисе 4 расположен первый отдел сбыта;
в офисе 5 находится второй отдел сбыта;
в офисе 6 размещен третий отдел сбыта.
Руководство компании АБВ планирует заказать услугу по созданию сети SMDS, в которой локальные сети были бы соединены с помощью устройств DS3. Кроме того, принято решение создать три замкнутые абонентские группы (Closed User Group — CUG), чтобы все три отдела сбыта могли обмениваться информацией, отдел управления персоналом — соединяться с финансовым отделом, а также чтобы все отделы могли соединяться с обоими центрами данных. Служба SMDS обладает всеми возможностями, необходимыми для реализации такой схемы.
Оператор, до ведома которого доведены требования корпорации АБВ, выделяет три групповых адреса; кроме того, для каждой группы выделяется один адрес на каждый канал, принадлежащий этой группе. На рис. 11.14 приведена схема сети, а также показано распределение адресов.
CUG2aflpecc155.5555.2002
CUG 2 адрес с155.5555.2001CUG 3 адрес с155.5555.3002
Офис 1Офис 2
На рис. 11.14 видно, что поставщик услуг создал три замкнутых абонентских группы (CUG), каждой из которых соответствует адрес группы; кроме того, каждый узел имеет один одноадресатный адрес, назначенный в соответствии с абонентской группой, которой он принадлежит. Поскольку все шесть каналов DS3 подсоединены к одному и тому же поставщику услуг SMDS, система коммутации должна предотвратить утечку адресов из одной группы в другую, а также обеспечить, чтобы другие абоненты службы SMDS не имели доступа к таким замкнутым абонентским группам. Это требование выполняется с помощью экранирования адресов.
Экранирование адресов обеспечивается путем создания таблиц, в которых для каждого адреса указывается, с какими адресами в данной замкнутой абонентской группе он может обмениваться информацией. Система коммутации находит в такой таблице пару адресов — адрес отправителя и адрес получателя — и проверяет, сконфигурирован ли адрес отправителя для каждого протокольного сообщения обмена данными для того интерфейса абонентской сети, на котором оно получено. Такая процедура называется проверкой достоверности адреса отправителя (Source Address Validation — SAV), она действует как механизм защиты от имитации соединения. Более того, каждое адресованное от имени группы протокольное сообщение обмена данными доставляется лишь на те интерфейсы абонентской сети, которые назначены этой группе.
В табл. 11.2 приведены максимальные ограничения на параметры адресов, которые допускаются в соответствии со спецификациями SMDS.
Таблица 11.2. Параметры предоставления адресов
Метод доступа
Количество индивидуальных адресов в интерфейсе абонентской сети
Количество адресов групп на индивидуальный адрес
Высокоскоростной (> DS1)
доступ
<=16
<=32
Низкоскоростной (56/64 Кбит/с)
доступ
<=2
<=3
В Европе и странах Тихоокеанского бассейна организация European/Pacific Rim SMDS Interest Group (ESIG и PSIG) обеспечивает соответствие всех адресов стандарту Е. 164. Протокольные единицы обмена, не соответствующие этому стандарту, удаляются коммутационной системой из сети после их попадания в такую сеть. В любом случае ответственность за соблюдение формата, мониторинг и проверку адресов отправителя возлагается на систему коммутации. От аппаратуры пользователя не требуется поддержка такой функции, хотя многие поставщики служб SMDSU снабжают устройства пользователей механизмами подтверждения.
Поле идентификатора протокола высокого уровня
Поле идентификатора протокола высокого уровня (Higher Layer Protocol Identifier Field — HLPID) отвечает за идентификацию аппаратурой пользователя типа информации, которая содержится в поле данных сообщения L3_PDU. Система коммутации не проверяет это поле и никак на него не влияет. Поскольку служба MSDS поддерживает взаимодействие локальных сетей и работает на основе стандарта 802.6, единственное возможное в этой службе значение поля HLPID равно единице. Это значение указывает на осуществление инкапсуляции LLC по стандарту 802.2. Для локального администри-
рования выделены значения от 48 до 63, а ноль и значения в интервале от двух до 47 зарезервированы для стандартизации группой 802.6 института IEEE. Во всех случаях, рассматриваемых в данной книге, значение поля HLPID всегда равно единице.
Поля сборщика/разборщика пакетов и длины PAD
Поля сборщика/разборщика пакетов (Packet Assembler/Disassembler — PAD) и длины PAD обеспечивают выравнивание общей длины сообщения E3_PDU по 32-битовой границе. Благодаря такому выравниванию повышается производительность обработки сетевых элементов службы SMDS как в системе коммутации, так и на оборудовании клиента. Если поле PAD применяется, то оно полностью заполнено нулями. Сетевые элементы службы SMDS используют поле длины PAD, чтобы определить, где заканчивается поле данных. Вычисления выполняются по следующей формуле:
длина PAD = 3 - ((длина поля данных + 3) mod 4).
Поле качества обслуживания
В службе SMDS поле качества обслуживания (Quality of Service — QoS) не применяется, однако оно было добавлено, чтобы не нарушалось соответствие со стандартом 802.6. В спецификациях SMDS значение этого поля не указано, однако большинство поставщиков присваивают ему значение 0x00.
Поля 32-битового циклического избыточного кода (CRC-32) и бита индикации CRC-32
Изначально поле 32-битового циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Check — CRC-32) было описано в ранних черновых вариантах стандарта 802.6. Однако позже, когда было решено, что для выявления ошибок достаточно в каждый сегмент DMPDU поместить десятибитовый код CRC, от применения 32-битового значения CRC отказались. В соответствии с современными требованиями подключенное в сеть SMDS оборудование клиента генерирует 32-битовый код CRC по формуле, указанной в документе 802.6. Однако принимающей станции достаточно убедиться, что это поле просто имеется в наличии.
Вычисление кода CRC выполняется путем циклического сдвига значений регистров, действующего как двоичное деление. Делимое получается с помощью порождающего многочлена, степень которого равна выраженной в битах длине CRC. Так, в роли порождающего многочлена для алгоритма CRC-32 выступает многочлен х32+х27+...+х‘. Содержимое фрейма делится на значение порождающего многочлена. Остаток от деления заносится в поле CRC. Получатель извлекает значение из поля пришедшего к нему фрейма и выполняет сравнение вычисленного кода CRC с результатом. Если частное такого сравнения отлично от нуля, соответствующее протокольное сообщение обмена данными удаляется.
Расширение заголовка и длина расширения заголовка
В службе SMDS поля расширения заголовка (Header Extension — НЕ) и длины НЕ позволяют оператору выбрать и идентифицировать номер версии протокола SIP. В сети SMDS длина поля НЕ всегда равна 12 байтов; иными словами, она равна длине трех 32-битовых слов. Таким образом, в поле длины НЕ всегда заносится значение 011В. Если в полученной протокольной единице обмена содержится любое другое значение, система коммутации удаляет ее.
На рис. 11.15 приведен формат поля НЕ.
Длина элемента
Тип элемента
Значение элемента
Длина элемента
Тип элемента
Значение элемента
НЕ PAD
1 байт 1 байт Переменная1 байт 1 байт Переменная Переменная
Рис. 11.15. Формат поля расширения заголовка
На рис. 11.15 видно, что в формате поля НЕ заложена возможность расширения этого поля. Само поле состоит из некоторого количества кортежей, каждый из которых представляет собой тройку длина-тип-значение, причем количество таких кортежей может быть различным. Поскольку длина поля со значением элемента может меняться, сборщик/разборщик пакетов выравнивает поле НЕ по двенадцатибитовой границе. Каждый кортеж соответствует одному элементу НЕ; возможные значения этих элементов и их описания приведены в табл. 11.3.
' Таблица 11.3. Типы элемента НЕ
Тип элементаОписание
ОВерсия
Выбор оператора
2-127Зарезервировано компанией Bellcore
128-255Для использования другими организациями
Элемент, указывающий тип версии, идентифицирует использующуюся версию протокола SIP. К моменту написания этой книги специфицирована только одна версия этого протокола, которая представлена значением 1, содержащимся в поле значения элемента типа версии. Поле выбора оператора идентифицирует линию информационного обмена, которая будет использована тогда, когда потребуется осуществить передачу, не являющуюся локальной. В Северной Америке оператор идентифицируется кодом идентификации линии связи (Carrier Identification Code — CIC), который присваивается операторам администрацией NANP.
Если оператор не выбран, поле НЕ содержит стандартное значение (см. рис. 11.16).
0x03
0x00
0x01
0x00
0x48
0x69
0x20
0x43
0x68
0x72
0x69
0x73
Версия
НЕ PAD
Рис. 11.16. Стандартное значение поля НЕ
В первом кортеже длина-тип-значение указывается версия протокола SIP; при этом длина этого поля равна трем октетам, во втором октете содержится ноль, а в третьем — единица. Второе поле — это дань благодарности Крису Хемрику (Chris Hemrick), который считается крестным отцом технологии SMDS. Он отвечал за внедрение службы SMDS в региональные телефонные компании в США, а также за техническое руководство компании Bellcore и был ответственен за запуск технологии в широкое использование в 1991 году. Значение этого поля в шестнадцатеричной системе счисления представляет собой строку символов ASCII, которая гласит “Hi Chris” (Привет, Крис).
Специалисты компании Bellcore не специфицировали правила обработки поля НЕ оборудованием клиента, поэтому принимающее оборудование, расположенное в по-
мещении клиента, должно игнорировать поле НЕ. К сожалению, операционная система Cisco заносит в такое поле все нули, поэтому упомянутое приветственное сообщение на практике теряется.
Информационное поле
В информационном поле содержатся LLC-инкапсулированные данные. Длина этого поля может принимать любые значения от нуля до 9 188 байтов. Величина 9 188 была выбрана, чтобы длина модуля IMPDU в стандарте 802.6 точно равнялась девяти килобайтам. Такое значение устанавливалось, исходя из предположения, что длина служебной части сообщения IMPDU будет равна 28 байтов. Однако последующее добавление поля НЕ привело к ее увеличению до сорока байтов. Таким образом в величине 9 188 нет никакого особого смысла, кроме исторического.
Канальный уровень протокола SIP
Уровень канала передачи данных протокола SIP отвечает за сегментацию и повторную сборку (Segmentation and Reassembly — SAR) протокольных модулей обмена данными протокола SIP на сетевом уровне в 53-байтовые протокольные единицы обмена SIP на уровне канала передачи данных, генерирование и проверку идентификаторов сообщений, упорядочение интервалов (иногда их также называют ячейками) и помещение в сеть SMDS пустых интервалов. Кроме того, поскольку поле CRC-32 не обрабатывается коммутационной системой, в протокольном модуле обмена данными SIP_L2 содержится десятибитовое значение CRC, благодаря которому выявляются ошибки, возникшие при передаче.
Сегментация и повторная сборка
Сегментация и повторная сборка выполняются устройствами клиента, подключенными к сети SMDS, а при доступе к сети в режиме DXI —самой системой коммутации. Это делается для того, чтобы разбить протокольные модули передачи данных SIP_L3 на 53-битовые модули SIP_L2, которые затем можно будет эффективно передавать по сети (см. рис. 11.17). Кроме того, эта процедура нужна, чтобы узлы, работающие по протоколу DQDB, могли получить доступ к сети SMDS. Еще раз напомним, что протокол SIP создавался в соответствии с протоколом DQDB в числе прочих причин еще и для того, чтобы обеспечить взаимодействие сетей SMDS и DQDB.
На рис. 11.17 видно, что LLC-данные представлены заголовком протокольной единицы обмена SIP_L3 и дополняются заключительной частью (концевиком) SIP_L3. Далее выполняется сегментация протокольных модулей обмена данными SIP_L3 на 53-битовые протокольные модули SIP_L2.
Поле контроля доступа
Поле контроля доступа применяется в службе SMDS аналогично тому, как оно используется в DQDB. В конфигурации, когда все оборудование пользователя размещено в одном помещении, на аппаратуре пользователя значение бита занятости устанавливается равным единице, если данные предназначены для отправки; в противном случае такому биту присваивается значение нуль. Поскольку в рассматриваемой конфигурации отсутствует поток сообщений в направлении, противоположном основному трафику, в поле запросов всегда устанавливается значение нуль. Следующие
4 бита, которые не должны нас интересовать, зарезервированы для изохронной передачи и не входят в текущую реализацию службы SMDS.
Данные LLC (информационное поле)
L3.PDU
Заголовок
| Концевик
L2.PDU №1 | ЗаголовокКонцевик |
L2_PDU №2 | Заголовок
Концевик|
L2PDU №3 | Заголовок
L2_PDU №х | Заголовок Кони
Рис. 11.17. Сегментация и повторная сборка модулей обмена данными SIP_L3 Поля протокольных единиц обмена SIP_L2 показаны на рис. 11.18.
Контроль доступа
Управление сетью
Тип сегмента
Номере последовательности
Идентификатор сообщения
Единица сегментации
Длина нагрузки
CRC нагрузки
1 байт4 байта2 бита4 бита10 битое 44 байта вбитое10 битое
Рис. 11.18. Формат полей протокольных модулей обмена данными SIP_L2
В конфигурации, в которой оборудование пользователя размещено в нескольких помещениях, в “игру” вступают биты запроса. Если служба коммутации получает сообщение L2_PDU, она генерирует пустой интервал и отправляет его по шине или передающей цепи в направлении, противоположном тому, откуда эта протокольная единица обмена была получена. Это дает возможность сделавшему запрос устройству клиента отправлять данные локально, без участия системы коммутации. Поскольку большинство применяющихся интерфейсов SNI службы SMDS имеют первую из двух рассмотренных конфигураций, можно не придавать значения сценарию, в котором оборудование пользователя размещено в нескольких помещениях.
Поле управления сетью
Поле управления сетью (Network Control Information — NCI) произошло от нескольких полей, описанных в документе 802.6. В протоколе DQDB в поле задается идентификатор виртуального канала, который применяется в службах с установлением соединения, например, для передачи голоса. Поскольку служба SMDS предназначена только для переноса данных, в поле NCI стандартно устанавливается значение 0xFFFFF022. Протокольные модули обмена данными канального уровня, для которых в этом поле содержится любое другое значение, удаляются как оборудованием пользователя, так и службой коммутации.
Поле типа сегмента
Поле, которое указывает тип сегмента в службе SMDS, применяется точно так же, как и в DQDB. В этом поле указывается относительное положение модуля L2_PDU в
последовательности, составляющей модуль передачи данных L3_PDU. Такое- поле может принимать четыре возможных значения, перечисленные в табл. 11.4.
Таблица 11.4. Значения, помещаемые в поле типа сегмента
Тип сегмента
Описание
00в 01 в
10в 11в
Продолжение сообщения (Continuation of Message — COM)
Конец сообщения (End of Message — EOM)
Начало сообщения (Beginning of Message — BOM)
Односегментное сообщение (Single Segment Message — SSM)
Как и следовало ожидать, начало сообщения — это первый модуль L2_PDU после сегментации. Каждый следующий модуль L2_PDU, кроме последнего — это продолжение сообщения, а последний модуль L2_PDU — это конец сообщения. Если после сегментации L3_PDU получается только один протокольный модуль L2_PDU (что крайне маловероятно), то значение поля типа сегмента соответствует односегментному сообщению.
Поле порядкового номера
Поле порядкового номера (Sequence Number — SN) помогает определить факт потери модуля L2_PDU при повторной сборке сообщения L3_PDU из последовательности модулей L2_PDU. Начало сообщения содержит произвольное начальное значение SN, которое увеличивается на единицу для каждой последующей единицы L2_PDU, из которых состоит сам модуль L3_PDU. Поскольку длина поля SN равна шестнадцати битам, после значения 65 535 следует значение нуль. Если на этапе сборки полученных модулей L2_PDU недостает одной или нескольких “частей” L2_PDU, то все сообщения L2_PDU, которые находятся в буфере сборки, а также все последующие модули L2_PDU с точно совпадающим идентификатором сообщения удаляются.
Поле идентификации сообщения
Поле идентификации сообщения (Message Identification — MID) служит для идентификации передаваемых единиц L2_PDU, из которых состоит модуль L3_PDU. При этом начальному, всем промежуточным и конечному сообщениям, из которых сконструирован данный модуль L3_PDU, присваивается один и тот же идентификатор MID. Если все оборудование пользователя находится в одном помещении, номер MID может принимать любые значения от нуля до 210-1. Для односегментного модуля L2_PDU значение идентификатора MID должно быть равно нулю.
Поле модуля сегментации
Поле модуля сегментации содержит 44-октетную часть протокольного модуля обмена данными сетевого уровня (L3_PDU). Поскольку 36-байтовый заголовок сообщения L3_PDU точно подходит для начального сегмента сообщения, служба коммутации может применять механизм коммутации, который называется конвейерной обработкой. При такой обработке служба коммутации осуществляет коммутацию единиц L2_PDU, не выполняя при этом повторную сборку L3_PDU. Такой подход дает значительный выигрыш в производительности по сравнению с механизмом сохранения и пересылки, однако это преимущество не дается даром. Если один из модулей L2_PDU
теряется во входном звене, отправленные перед этим модули L2_PDU напрасно передаются, пока не попадут на то оборудование пользователя, на котором должна осуществиться их сборка.
В процессе сборки для всего сообщения L3_PDU, длина которого равна 9 232 байтам, выделяется буфер. Затем запускается таймер, отсчитывающий время получения сообщения (Message Retrieve Interval — MRI), максимальное значение которого основано на скорости доступа линии связи, которая подсоединена к оборудованию пользователя. Для скорости доступа на уровне DS 1 значение MRI равно 200 миллисекундам, а для DS3 — 100 миллисекундам. Протокол ESIG использует те же значения для физических сред Е1 и ЕЗ соответственно. Поскольку остальные модули L2_PDU удалены на оборудовании пользователя, по истечении таймера MRI процесс сборки прекращается. При этом приходится напрасно выделять и освобождать память, а полоса пропускания занимается устройствами доступа к службе и коммутационным оборудованием.
Поле длины области данных фрейма
В поле длины области данных или полезной нагрузки фрейма указывается полное количество октетов данных, содержащихся в модуле L2_PDU. Поскольку каждый модуль L3_PDU выравнивается по 32-битовой границе, такое поле принимает ряд возможных значений. Для начального и каждого последующего сегмента значение поля должно быть равно сорока четырем. Для конечного сегмента рассматриваемое поле может принимать значения, кратные четырем, в интервале от четырех до сорока четырех (4, 8, 12, 16, ..., 44), а для односегментного сообщения — в интервале от двадцати восьми до сорока четырех. С помощью поля длины полезной нагрузки фрейма оборудование пользователя, на которое поступают данные, может определить, где заканчиваются данные и начинаются биты выравнивания (т.е. служебные сигналы синхронизации). Такая структура повышает продуктивность сборки пакетов.
Поле CRC области данных
Механизм кода CRC помогает определять ошибки, произошедшие в одном или нескольких битах при передаче информации. Поскольку для модулей L3_PDU 32битовый код CRC не требуется, десятибитовый код CRC области данных — единственный имеющийся в службе SMDS механизм, с помощью которого выявляются ошибки. В таком коде CRC в качестве делителя применяется десятибитовый порождающий многочлен (х10 + х9 + х5 + х4 + х1 + 1), а в качестве делимого — весь модуль L2_PDU. Остаток от деления помещается в поле CRC области данных.
Физический уровень протокола SIP
Функции физического уровня протокола SIP разделены на две части: функции, зависящие от среды передачи данных (Physical Medium Dependent — PMD), и функции процедуры сходимости физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure — PLCP) (см. рис. 11.19).
Функции PMD отвечают за надлежащую передачу битов в таких телекоммуникационных средах, как DS1 и ЕЗ. Поскольку служба SMDS предназначена для работы на имеющемся в наличии телекоммуникационном оборудовании, функции PMD не предусматривались в качестве замены механизма форматирования кадров и кодирования в линии, который применяется в США в 24-канальных носителях с импульснокодовой модуляцией типа Т, а в Европе и Азии — в носителях типа Е. Таким образом
в службе SMDS используется такой же подуровень PMD, как и в других протоколах, которые работают с традиционными устройствами. Функции PMD описывают методы формирования фреймов и кодирования строк, применяющиеся в устройствах доступа к сети. В табл. 11.5 приведены параметры функций PMD, которые, согласно спецификации, необходимо применять в Северной Америке. -
Рис. 11.19. Функции физического уровня протокола SIP
* Таблица 11.5. Параметры PMD
Устройство
Формирование фреймовКодирование строк
DS1
Расширенный формат суперфрейма Подстановка кода вместо восьми двоич- (Extended Superframe—ESF)ных нулей (Bipolar 8-zero substitution —
B8ZS) (рекомендуется)
DS3
С-бит или формат М13 (рекомендует- B3ZS ся С-бит)
Параметры функций набора PMD, применяющегося в Европе в телекоммуникационных средах Е1 и ЕЗ, несколько сложнее. Используемый в службе SMDS формат фреймов для линий Е1, который определен в документе “Спецификация 002 Европейской специальной группы SMDS” (European SMDS Interest Group Specification 002), приведен на рис. 11.20. На рис. 11.21 показан формат фрейма ЕЗ в службе SMDS. Физические и электрические спецификации каналов связи Е1/ЕЗ определены в документе ITU-T G.703, а формат фреймов Е1/ЕЗ — в документе G.703.
Служебные данные фрейма
Область данных Е1
Флаг HDLC (0х7Е)
Область данных Е1
1 октет15 октетов1 октет15 октетов
1111010000g
Дистанционная индикация аварийного сигнала
Зависит от страны
1100g
Область данных ЕЗ
Рис. 11.20. Формат El-фрейма подуровня PDM в сети SMDS
10 битов
1 бит
1 бит
4 бита
1520 битов
Рис. 11.21. Формат ЕЗ-фрейма подуровня PDM в сети SMDS
Поскольку работа службы SMDS основана на механизме доступа к шине через равные промежутки времени, нужны какие-то средства для представления протокольных модулей передачи данных канального уровня в сетевых элементах технологии SMDS. Для эффективного разграничения таких протокольных единиц разработана процедура сходимости физического уровня PLCP, позволяющая сетевым элементам службы SMDS легко определять начало и конец каждого модуля L2_PDU. Эта процедура также дает возможность выявлять ошибки и осуществлять удаленный мониторинг производительности, являющийся важным в распределенных сетях, которые состоят из разнородных элементов и устройств.
В маршрутизаторах Cisco не реализован полный набор возможностей протокола SIP — поддерживается только сетевой уровень протокола (работающий поверх протокола обмена данными). Поэтому устройства SMDSU следует снабжать теми функциями протокола SIP уровня канала передачи данных и физического уровня, которые понадобятся для доступа к сети. Процедура PLCP реализована на устройствах SMDSU.
Процедура PLCP для физической среды уровня DS1
В физической среде уровня DS1 процедура PLCP реализуется в области данных расширенного формата суперфрейма (Extended Superframe Format — ESF) среды DSL При этом фрейм PLCP всегда начинается сразу после F-бита. Формат фрейма PLCP для DS1 приведен на рис. 11.22.
1111011000101000
00100101
00000000
L2PDU
1111011000101000
00100000
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011100
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011001
00000000
L2PDU
1111011000101000
00010101
00000000
L2PDU
1111011000101000
■ 00010000
В1
L2PDU
1111011000101000
00001101
G1
L2PDU
1111011000101000
00001000
М2
L2PDU
1111011000101000
00000100
М1
L2PDU
1111011000101000
00000001
01
L2PDU
Концевик
2 байта1 байт 1 байт53 байта6 байтов
Рис. 11.22. Формат фрейма PLCP для среды DS1
Фрейм PLCP состоит из десяти строк, каждая из которых, кроме последней, разделена на четыре столбца (см. рис. 11.22). Последняя строка содержит пятый концевой столбец. Первый столбец состоит из битов фреймирования, выступающих в роли механизма, который позволят различать отдельные модули L2_PDU. Второй столбец идентифицирует номер строки L2_PDU. Номера строк непоследовательны, хотя для каждой строки фрейма номера уменьшаются. Если в получаемых строках поддерживается надлежащая последовательность номеров строк, то фрейм PLCP обозначается как нормальный (целостный или in-frame). Если же последовательность номеров строк нарушается, фрейм PLCP рассматривается как ошибочный (out-of-frame — OOF). Потеря фрейма (Lost of Frame — LOF) происходит в том случае, если условие OOF длится более 24±1 мс.
В байте В1 содержится результат вычисления четности с чередованием по восьми битам (Bit Interval Parity 8 — BIP-8), выполненного с предыдущим фреймом PLCP. Байт
G1 — это байт состояния PLCP, с помощью которого передающее устройство получает информацию о состоянии дальнего конца линии. Формат байта G1 показан на рис. 11.23.
FEBE
"Желтый сигнал"
Сигнал состояния соединения
2 бита 1 бит 3 бита
Рис. 11.23. Формат байта G1 для процедуры PLCP в среде DS1
В поле ошибки в блоке на дальнем конце линии (Far-End Block Error — FEBE) содержится число ошибок BIP-8, выявленных приемным устройством в последнем фрейме PLCP. Поскольку с помощью вычислений BIP-8 можно выявить ошибки, произошедшие не более, чем в восьми битах, величина поля FEBE может принимать значения от нуля до восьми, поэтому для этого поля требуется четыре бита. В поле “желтого” аварийного сигнала фрейма PLCP значение 1 заносится каждый раз, когда приемное устройство находится в состоянии LOF в течение 2,5±0,5 мс. Это поле очищается (ему присваивается значение 0) по истечении 15 секунд после получения нормальных фреймов PLCP. Сигналы о состоянии соединения служат в сетях DQDB для изменения конфигурации в случае отказа, однако в службе SMDS они не используются.
Байты Ml и М2 также не применяются в службе SMDS. Байт С1 — это счетчик циклов и заполнения фреймов, который в среде DS1 не используется. Он применяется в среде DS3, а в процедуре PLCP для каналов DS1 добавлен только для согласования с механизмом PLCP для линий DS3. Байт С1 рассматривается в следующем разделе.
Длина фрейма PLCP равна 4 608 байтам, что в точности соответствует размеру области данных в расширенном формате суперфрейма (ESF). Поскольку фрейм ESF состоит из двадцати четырех строк, каждая из которых передается в течение 125 мкс, полная длительность передачи фрейма PLCP равна трем миллисекундам. Эффективность передачи данных е, представляющую собой отношение объема данных модулей L3_PDU, которые могут быть переданы во фрейме PLCP, к нормальной скорости передачи данных в среде DS1, можно вычислить следующим образом:
f 10L2 PDU | байта ] („битов \
1 0,003с ) I L2_PDU ) ( байт) 1,1733Мбит/се = —-—-= х100=75,9%.
1,544 Мбит / с1,544 Мбит / с
Процедура PLCP для среды DS3 '
Формат фрейма PLCP для среды DS3 приведен на рис. 11.24. Выравнивание фрейма PLCP для линии DS3 в М-фрейме среды DS3 постоянно изменяется, т.к. каждый М-фрейм DS3 имеет длительность 106,4 мкс (см. главу 7, “Технологии ТЗ и ЕЗ”), а каждый фрейм PLCP — среднюю длительность 125 мкс (см. описание байта С1). Начало фрейма PLCP может находиться в любом месте М-фрейма DS3 при условии, что первый бит полубайта фрейма PLCP следует сразу же после битов фреймирования формата DS3.
Формат PLCP и функции поля те же, что и для процедуры PLCP в среде DS1, за исключением количества строк (12 вместо десяти), а также использования байта С1. Этот байт обеспечивает среднюю длительность фрейма PLCP 125 мкс. Длина концевой части сообщения PLCP в среде DS3 может быть равной пятидесяти двум или пятидесяти шести битам. Поскольку фрейм PLCP длиннее М-фрейма (5 524 бита или 5 528 битов по сравнению с 4 704 битами), его длительность несколько больше, чем длительность М-фрейма. Более того, фрейм PLCP выравнивается на полубайт, а это означает, что между фреймами PLCP может быть до четырех битов неиспользован-
ного места в области данных М-фрейма (поскольку функции подуровня PMD должны ожидать прохождения очередного бита фреймирования, перед тем как в область данных М-фрейма будет записан битовый поток PLCP). Вместо ожидания такой ситуации в реальных условиях концевое поле заполняется четырьмя битами, чтобы длительность фрейма PLCP в среднем равнялась 125 мкс.
1111011000101000
00101101
00000000
L2PDU
1111011000101000
00101001
00000000
L2PDU
1111011000101000
00100101
00000000
L2PDU
1111011000101000
00100000
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011100
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011001
00000000
L2PDU
1111011000101000
00010101
00000000
L2PDU
1111011000101000
00010000
В1
L2PDU
1111011000101000
00001101
G1
L2PDU
1111011000101000
00001000
М2
L2PDU
1111011000101000
00000100
М1
L2PDU
1111011000101000
00000001
С1
L2PDU
Концевик
2 байта1 байт 1 байт53 байта52 или 56 байтов
Рис. 11.24. Формат фрейма PLCP в среде DS3
Нетрудно вычислить оптимальную длину фрейма PLCP в среде DS3. Поскольку длина М-фрейма в этой среде равна 4 704 битам, а пересылка каждого М-фрейма длится в течение 106,4 секунд, можно определить, что 1 бит пересылается в течение 0,0226190476 мкс. Таким образом за каждые 125 мкс пересылаются 125/0,0226190476=5526 битов. Каждая строка фрейма PLCP состоит из пятидесяти семи байтов или 456 битов. Таким образом фрейм PLCP в среде DS3 (длиной 5 526 битов) должен состоять из 5 526/456=12 строк. Однако остаются добавочные биты: 5 526 mod 456 = 54 бита. Поскольку длина фрейма PLCP может изменяться с шагом 4 бита (в результате выравнивания на полубайт), соответствующее значение находится в интервале от 52 до 56 (54±2). Чтобы поддерживать среднюю длительность передачи фреймов на уровне 125 мкс, концевик сообщения PLCP в среде DS3 может иметь длину либо 52, либо 56 битов.
В документе 802.6 указывается, что заполнение происходит в трехфреймовых циклах и только в устройствах НоВ. Первый концевик фрейма PLCP состоит из тринадцати полубайтов (52 бита), второй — из четырнадцати полубайтов (56 битов), а третий содержит либо первое, либо второе количество битов. Механизм, определяющий наполнение третьего концевика, зависит от источника тактовых импульсов. Элементы системы коммутации службы SMDS можно оснастить очень точными источниками тактовых импульсов Stratum 1, применяя генератор тактовых импульсов типа встроенного источника синхронизации (Building Integrated Timing Supply — BITS). Можно также использовать менее точные внутренние источники тактовых импульсов Stratum 3. Если применяется внешний источник, заполнение концевика происходит только при выявлении отклонения от графика. Это возможно, поскольку в телекоммуникационных каналах связи выравнивание выполняется за счет фазового сдвига. Если используется внутренний генератор тактовых импульсов, заполнение концевика
на устройстве НоВ происходит при каждой второй возможности (заполняется каждый шестой концевик). В службе SMDS концевики заполняются на устройствах пользователя (SMDSU) на основе конфигурации источника тактовых импульсов (т.е. в зависимости от того, внешний он или внутренний).
Исходя из условия, что фрейм PLCP в среде DS3 состоит из двенадцати единиц L2_PDU, которые передаются каждые 125 мкс, эффективность передачи данных PLCP в среде DS3 можно вычислить следующим образом:
е =е =fl2L2 PDlA (.. ( 0,00125С ) (fl2L2 PDlA (.. ( 0,00125С ) (байтовL2_PDUбайтовL2_PDUбитовбайтбитовбайт44,736 Мбит/ с44,736 Мбит/ с33,792 Мбит! с44,736 Мбит! с33,792 Мбит! с44,736 Мбит! сх 100 = 75,5%.х 100 = 75,5%.
е =
е =
fl2L2 PDlA (.. ( 0,00125С ) (
fl2L2 PDlA (.. ( 0,00125С ) (
байтов
L2_PDU
байтов
L2_PDU
битовбайт
битовбайт
44,736 Мбит/ с
44,736 Мбит/ с
33,792 Мбит! с
44,736 Мбит! с
33,792 Мбит! с
44,736 Мбит! с
х 100 = 75,5%.
х 100 = 75,5%.
Процедура PLCP для среды Е1
Формат фрейма PLCP для среды Е1 приведен на рис. 11.25. Изображенный формат почти идентичен формату DS1, за исключением того, что байт F1 зарезервирован Европейским институтом по стандартизации телекоммуникаций (European Telecommunications Standards Institute — ETSI) на случай расширения стандарта, а также отсутствует концевик, не нужный для выравнивания фрейма.
1111011000101000
00100101
00000000
L2PDU
1111011000101000
00100000
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011100
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011001
00000000
L2PDU
1111011000101000
00010101
F1
L2PDU
1111011000101000
00010000
В1
L2PDU
1111011000101000
00001101
G1
L2PDU
1111011000101000
00001000
М2
L2PDU
1111011000101000
00000100
М1
L2PDU
1111011000101000
00000001
С1
L2PDU
2 байта1 байт 1 байт53 байта
Рис. 11.25. Формат фрейма PLCP в среде Е1
Концевик не требуется, поскольку размер области данных в среде Е1, равный тридцати байтам (240 битам), нацело делится на размер фрейма PLCP. Поскольку длина фрейма в среде Е1 равна 4 560 битам, фрейм PLCP отправляется через каждые 19 фреймов Е1. Кроме того, поскольку фрейм Е1 отправляется через каждые 125 мкс, эффективность передачи полезной информации PLCP вычисляется следующим образом:
f 12L2 PDU] ( . . байта ) Сбитое ]= х 44 х 8
- V °>00125с ) V L2_PDU ) V байт ) _ L№2AM6umJc х юо _ ?? 2%
\,920 Мбит!с1,920 Мбит! с
Процедура PLCP для среды ЕЗ
Формат фрейма PLCP для среды ЕЗ приведен на рис. 11.26. Как и следовало ожидать, этот формат почти идентичен формату фрейма PLCP для среды DS3, за исклю-
чением количества строк (9 вместо 12) и значений, которые может принимать длина концевика. В качестве упражнения вычислите размер концевика и эффективность полезной информации в среде ЕЗ.
1111011000101000
00100000
00000000
L2PDU
1111011000101000
00011100
00000000
L2PDU'
1111011000101000
00011001
00000000
L2PDU
1111011000101000
00010101
F1
L2PDU
1111011000101000
00010000
В1
L2PDU
1111011000101000
00001101
G1
L2PDU
1111011000101000
00001000
М2
L2PDU
1111011000101000
00000100
М1
L2PDU
1111011000101000
00000001
С1
L2PDU
Концевик
2 байта1 байт 1 байт53 байта17 или 21 байтов
Рис. 11.25. Формат фрейма PLCP в среде ЕЗ
Интерфейс обмена данными
В предыдущих главах говорилось о том, что большинство производителей оборудования пользователей не были заинтересованы в разработке полного набора функций протокола SIP. Причина заключалась в том, что нужно было принудить своих клиентов покупать новое аппаратное обеспечение, в котором протокол SIP был бы реализован в полном объеме. С другой стороны, производители модулей обслуживания канала и данных стали рассматривать такую политику производителей оборудования пользователей как возможность расширить свою предметно-производственную специализацию. В результате у производителей появилась возможность развить партнерские взаимоотношения, что было отмечено в договоренности, заключенной между компаниями Cisco и Kentrox в начале 1992 года. Целью этой договоренности было продвижение на рынок полнофункционального устройства, позволяющего осуществить доступ к службе SMDS.
Первое из реализованных компанией Kentrox устройств SMDSU (или SDSU) имело для соединения с сетью интерфейс RJ-48X Т1, а для соединения с маршрутизатором Cisco — последовательный интерфейс EIA 449. С появлением интерфейса EIA 530/V.35 была выпущена новая модель, которая могла соединяться с маршрутизатором Cisco, оснащенным последовательным интерфейсом DB-60. Однако при этом не удовлетворялись настоятельные требования клиентов, работающих в стандарте ТЗ.
До того как была разработана служба SMDS, корпорация Cisco совместно с компанией T3Plus Networking трудилась над разработкой последовательного интерфейса, способного работать со скоростями выше 2 Мбит/с. На основе уже имеющейся технологии для кабелей SCSI корпорации Cisco и T3Plus Networking в 1998 году разработали спецификацию для высокоскоростного последовательного интерфейса (High-Speed Serial Interface — HSSI). Согласно спецификации, интерфейс HSSI предназначен для работы со скоростью 52 Мбит/с, что подходит для среды DS3; скорость 52 Мбит/с редко встречается даже в интерфейсе для оптического носителя первого уровня (Optical Carrier-1 — ОС-1). В интерфейсе HSSI применяются соединители SCSI-1 и
хорошо экранированный кабель, состоящий из двадцати пяти витых пар, длина которого не превышает 50 футов. Располагая такой технологией, производители модулей обслуживания канала и данных могут предоставлять клиентам устройства, работающие на основе HDLC в стандарте ТЗ и удовлетворяющие требования высокоскоростной передачи данных. Специалисты компании Kentrox сделали еще один шаг в этом направлении и разработали устройство ТЗ/ЕЗ/ SMDSU, в котором имеются два разъема BNC (один — для передачи и один — для приема) для О53-связности с сетью и интерфейс HSSI — для связности с маршрутизатором.
После того как появилась возможность обрабатывать функции протокола SIP уровня канала передачи данных и физического уровня внешним образом в устройстве SMDSU, производителям маршрутизаторов осталось реализовать только функции сетевого уровня. Однако напомним, что в наборе функций протокола SIP сетевого уровня отсутствуют средства для проверки ошибок. Кроме того, в этом наборе нет механизма для выявления таких проблем, возникших на дальнем конце, как удаленные дефекты и доступность удаленного устройства. Чтобы переносить данные протокола SIP сетевого уровня между маршрутизатором и устройством SMDSU, обладая при этом возможностью выявить ошибки и контролировать их, нужен протокол носителя. К счастью, такой протокол существует уже почти 30 лет — это высокоуровневый протокол управления каналом (High-level Data Link Control — HDLC).
Для совместной работы с оборудованием клиента и устройствами SMDSU в протоколе SIP описан интерфейс обмена данными (DXI), а также HDLC-подобный протокол канального уровня. Аналогично интерфейсу SNI, DXI — это не столько формат фреймов, сколько интерфейс. Данное различие проиллюстрировано на рис. 11.27. Для простоты в остальных разделах текущей главы фрейм HDLC будет называться фреймом DXI.
Маршрутизатор
Рис. 11.27. Функции интерфейсов DXI и SNI
Как и многие другие многоуровневые протоколы последовательных соединений, DXI представляет собой протокол HDLC с небольшими изменениями. Одной из основных целей разработки спецификаций DXI было стандартизировать физическую среду, в которой функционирует интерфейс DXI, основываясь на скорости коммутации и типе подсоединенного к сети оборудования. При этом производители получили возможность разрабатывать стандартизированные решения, обладающие возможностями взаимодействия.
Формирование фреймов в интерфейсе обмена данными
В интерфейсе обмена данными (DXI) формирование фреймов высокоуровневого протокола управления каналом применяется, чтобы передавать протокольные сообщения обмена данными сетевого уровня для обработки в устройство SMDSU, а в случае DXI с прямым доступом (который описывается в следующем разделе) — непосредственно в систему коммутации SMDS. Формат фрейма DXI приведен на рис. 11.28.
Флаг
Адрес
Управление
Заголовок DXI
Информация DXI
FCS
Флаг
1 байт 1 байт2 байта0-9232 байта 2 или 4 байта
Рис. 11.28. Формат фрейма DXI
Флаговый разряд
Во всех HDLC-подобных протоколах флаговый разряд стандартно выступает в роли механизма разграничения фреймов. Флаги DXI всегда имеют значение 01111110в. Как и в других HDLC-подобных протоколах, чтобы различать область данных HDLC и флаги, устройство-отправитель применяет процедуру заполнения битами. Для этого после каждой последовательности из пяти единиц вставляется 0. Принимающее устройство удаляет биты-заполнители и передает фрейм HDLC для обработки соответствующими функциями.
Поле адреса
В поле адреса указывается станция, в которую направляется фрейм. Это поле принимает два значения —■ 0, если фрейм предназначен для маршрутизатора, и 1 — если для устройства SMDSU (или для системы коммутации при работе DXI в прямом режиме).
Управляющее поле
В интерфейсе DXI применяются два типа фреймов — ненумерованные информационные (Unnumbered Information — UI) и контрольные фреймы. С помощью фреймов UI в службе SMDS переносятся модули обмена данными сетевого уровня, а с помощью контрольных фреймов определяется состояние соединения (при этом используется бит запроса или финальный бит). В остальные поля заносится единица.
Информационное поле
Информационное поле состоит из двухбайтового заголовка DXI и данных протокольной единицы обмена сетевого уровня, длина которых может изменяться в пределах от нуля до 9 232 байтов. Заголовок DXI в текущей версии данного интерфейса не применяется, его поля зарезервированы для использования в дальнейшем.
Поле контрольной последовательности фрейма
В поле контрольной последовательности фрейма содержится шестнадцати или 32битовый циклический избыточный код, который вычисляется на основе всего фрейма DXI за исключением флага. Вычисление циклического избыточного кода выполняется с помощью одного из двух порождающих многочленов:
для шестнадцатибитового поля — G(x) = х16 + х12 + х5 + 1;
для 32-битового поля — G(x) = х32 + х26 + х23 + х22 + х16+ х12 + х11 + х8 + х7 + х5 + х4 + X2 + X1 + 1.
Значение 32-битового циклического избыточного кода позволяет более точно, чем шестнадцатибитовый код CRC, выявлять ошибки в битах. Однако, поскольку механизм для определения значения циклического избыточного кода не предусмотрен, длину кода необходимо предварительно согласовать, чтобы интерфейсы устройства SMDSU и маршрутизатора соответствовали друг другу. В прямом режиме работы DXI соответствующая длина стандартно равна шестнадцати битам. Автору никогда не приходилось видеть, чтобы служба коммутации использовала 32-битовый циклический избыточный код, поэтому при работе DXI в прямом режиме в каналах последовательной службы цифровой передачи информации (DDS)/T1/E1 такое значение менять не следует. В интерфейсе HSSI значение длины циклического избыточного кода можно изменять с помощью команды сгс{16|32}.
Тактовый опрос устройств
В интерфейсе DXI поле циклического избыточного кода позволяет реализовать механизм выявления ошибок. Для удаленного мониторинга в интерфейсе DXI между маршрутизатором и устройством SMDSU или системой коммутации применяется тактовый опрос устройств — реализованный в интерфейсе DXI механизм, произошедший от механизма рассылки hello-сообщений. В процессе его работы рассылаются контрольные фреймы DXI, в которых финальные биты, биты запросов и биты адреса устанавливаются в соответствии с направлением опроса. Если три или больше отправленных опросов остаются без ответа, опрашивающий узел считает данный удаленный конец линии неработающим. В операционной системе Cisco IOS механизм тактового опроса устройств управляется интерфейсной командой keepalive. Если в интерфейсе маршрутизатора Cisco дальний конец канала считается неработающим, то и протокол канала передачи данных объявляется неработающим. Несовпадение битов циклического избыточного кода маршрутизатора и устройства SMDSU приводит к тому, что тактовые опросы устройств становятся нечитаемыми, в результате чего протокол канала передачи данных объявляется неработающим. Обычно в этом и заключается причина наиболее распространенной ошибки, которая происходит при начальной настройке параметров HSSI и SMDSU.
Протоколы обмена информацией между локальными сетями в службе SMDS
Как уже говорилось, служба SMDS разработана для обмена данными между локальными сетями в региональных и распределенных сетях с помощью LLC- инкапсуляции. Поскольку большинство протоколов сетевого уровня при работе в ло-
кальных сетях инкапсулированы в подуровень управления логическим соединением (Logical Link Control — LLC), механизмы инкапсуляции для этих протоколов в SMDS, по сути, те же.
Настройка службы SMDS
Как и другие протоколы уровня канала передачи данных для региональных сетей, служба SMDS работает через последовательный или высокоскоростной последовательный интерфейс. Подключить SMDS к интерфейсам этого типа очень просто (см. пример 11.2).
Пример 11.2. Простая многопротокольная конфигурация в SMDS
Router#config t
Router(config)#interface Hssi 1/0
Router(config-if)#encapsulation smds
Router(config-if)#AZ
Router#
После того как для службы SMDS доступен интерфейс, можно приступать к настройке семейства протоколов сетевого уровня, а также параметров, необходимых для предоставления адресов. Описание подробностей настройки того или иного протокола, а также их работы в службе SMDS выходит за рамки этой книги. В примере 11.3 для справки приведена простая многопротокольная конфигурация.
Пример 11.3. Простая многопротокольная конфигурация в SMDS
interface Hssi4/0 i
I включение протоколов L3 и присвоение адресов •
ip address 1.1.1.2 255.0.0.0 decnet cost 4 appletalk address 92.1 appletalk zone smds.
clns router igrp FOO ipx net la xns net 17 !’
! включение инкапсуляции SMDS
encapsulation SMDS !
! настройка адреса SMDS
smds address cl20.1580.4721 i
! создание статической схемы преобразования адресов
smds
static-map
APPLETALK 92.2 cl20.1580.4592
smds
static-map
APPLETALK 92.3 cl20.1580.4593
smds
static-map
APPLETALK 92.4 cl20.1580.4594
smds
static-map
NOVELL la.0c00.0102.23ca cl20.1580.4792
smds
static-map
XNS 17.0c00.0102.23ca cl20.1580.4792
smds
static-map
NOVELL la.0c00.0102.23dd cl20.1580.4728
smds
static-map
XNS 17.0c00.0102.23aa cl20.1580.4727
! присвоение адресов группы SMDS для широковещания
smds multicast NOVELL е180.0999.9999
smds multicast XNS el80.0999.9999
smds multicast ARP el80.0999.9999
smds multicast IP el80.0999.9999
smds multicast APPLETALK el80.0999.9999
smds multicast AARP el80.0999.9999
smds multicast CLNS_IS el80.0999.9990
smds multicast CLNS_ES el80.0999.9990
smds multicast DECENT_ROUTER el80.0999.9992
smds multicast DECENT_NODE el80.0999.9992
smds multicast DECENT el80.0999.9992 !
! включение динамического преобразования IP-адресов
smds enable-arp
end
Решение проблем, возникающих при работе службы SMDS
Проблемы, возникающие при работе службы SMDS, можно разбить на четыре категории:
проблемы, связанные с предоставлением адресов (отличные от проблем преобразования адресов);
проблемы, возникающие в интерфейсе обмена данными (связанные с циклическим избыточным кодом, пакетом поддержки соединения и модулем обслуживания канала и данных);
проблемы в интерфейсе SNI (отказ канала связи [SMDSU], интерфейса HSSI, несоответствие типа канала типу протокола, несоответствие максимальных единиц передачи данных в сети);
проблемы, связанные с множественными интерфейсами в одной и той же многоадресатной группе, и периодические проблемы в псевдо-локальных сетях.
Для решения проблем каждой категории применяются различные методы, которые зависят от конфигурации. В следующих разделах рассматриваются некоторые наиболее распространенные проблемы, относящиеся к последним трем категориям, а также методы их устранения. Проблемы, связанные с предоставлением и преобразованием
адресов, зависят от того или иного протокола сетевого уровня, однако изложение соответствующих вопросов выходит за рамки этой книги. Ограничимся следующим замечанием: независимо от протокола параметры адресации маршрутизатора и носителя должны быть согласованы в каждом канале, а также для любых требований мониторинга адресов — широковещательных, групповых возможностей и т.д.
Проблемы, возникающие в интерфейсе обмена данными
Как уже говорилось, интерфейс обмена данными (DXI) разработан для инкапсулирования протокольных модулей обмена данными сетевого уровня в соответствии с подключенным к устройству MSDSU последовательным интерфейсом. Кроме того, интерфейс DXI может работать непосредственно между оборудованием пользователя и системой коммутации через устройства Tl, Е1 или DDS. В обоих случаях операционная система Cisco IOS рассматривает интерфейс DXI как протокол канала передачи данных в интерфейсе. Если канал работает и разрешен тактовый опрос устройств (работает пакет поддержки соединения), к отказу протокола канала передачи данных могут привести такие ситуации:
разные длины циклических избыточных кодов, применяющихся в различных конечных точках DXI. В устройстве SMDSU и маршрутизаторе должен быть задан циклический избыточный код одной и той же длины. В большинстве случаев достаточно использовать шестнадцатибитовый код CRC (он установлен по умолчанию);
возникновение физического (программного или аппаратного) зацикливания в направлении интерфейса маршрутизатора (или в направлении устройства SMDSU).
В отличие от протокола соединения типа “точка-точка” (Point-to-Point Protocol — PPP) и высокоуровневого протокола управления каналом, в которых выявляются зацикленные интерфейсы и происходит уведомление о них, интерфейсы службы SMDS не выполняют этих функций. Интересно отметить, что такая возможность существует — значение поля адреса в заголовке DXI задается на основе направления передачи. Таким образом, если маршрутизатор отправляет фрейм тактового опроса устройств, в поле адреса которого содержится единица, и получает ответ с тем же адресом, можно сделать вывод, что интерфейс зациклен. В любом случае после трех оставшихся без ответа тактовых опросов устройств протокол канала передачи данных считается неработающим;
дефект последовательного кабеля. Иногда кабели повреждаются из-за перегибов и порезов, изгибов штырей в соединителях и по другим причинам. (Всегда следите за разъемами!);
неисправность устройства SMDSU или интерфейсной платы в маршрутизаторе. Перечисленные элементы — это первое, что нужно проверить. Если вы долго и безуспешно пытаетесь решить какую-то проблему с оборудованием, иногда полезно привлечь к этому делу поставщиков.
В любом случае механизм тактового опроса устройств, входящий в состав интерфейса DXI, определяет состояние протокола канала передачи данных (до тех пор пока работает канал). Если вы хотите отключить данный механизм, это можно сделать с помощью команды no keepalive. Часто отключение выполняется при непосредст-
венном лабораторном подключении маршрутизаторов, без применения устройств SMDSU. Кроме того, можно полностью отключить интерфейс DXI с помощью команды no smds dxi-mode или команды по smds dxi (начиная с версии IOS 12.0). Отключив интерфейс DXI на маршрутизаторе, его также необходимо отключить на устройстве SMDSU (или на другом маршрутизаторе, подключенном к данному в лабораторных условиях кабелем). В противном случае маршрутизатор не сможет распознавать фреймы DXI, присланные ему удаленным устройством.
Проблемы в интерфейсе SNI
Исследуя проблемы в интерфейсе SNI, основное внимание следует обратить на физический канал, соединяющий устройство SMDSU и поставщика услуг. В большинстве случаев проблемы в интерфейсе SNI связаны с такими отказами канала, как порез оптического волокна, повреждение платы в мультиплексоре добавления и удаления сигнала (Add/Drop Multiplexer — ADM) или системах цифрового доступа и коммутации (Digital Access and Cross Connect System — DACS). Устройство SMDSU сообщает маршрутизатору, что канал региональной сети не работает, удаляя последовательные интерфейсы обнаружения несущей (Carrier Detect — CD) и готовности к приему (Clear То Send — CTS) и отключая коммуникационное оборудование от интерфейсов HSSI. Состояние указанных сигналов можно проверить, выполнив команду show interface имя интерфейса. Если канал отключается, маршрутизатор выдает сообщение line down, line protocol down.
Возможна ситуация, когда физический канал находится в хорошем состоянии, а ошибка произошла в процедуре сходимости физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure — PLCP). Как правило, это бывает вызвано одной из причин:
неправильное отображение канала. Поставщик услуг предоставил не тот канал, поэтому удаленный конец линии не соединяется с устройством, осведомленным о процедуре сходимости физического уровня;
несоответствие фреймов. Поставщик услуг обладает одним или несколькими элементами, настройки которых могут стать причиной неправильного формирования фреймов (С-бит или М13). Обычно такая настройка приводит к отказу канала из-за ошибки четности (в каналах С-бита) и ошибок кадрирования (в каналах М13).
В некоторых редких случаях канал обеспечивается корректно, и многие ошибки фреймирования или четности в нем могут не проявляться, хотя в процедуре сходимости физического уровня проблемы все же обнаруживаются. Как правило, это свидетельствует об электрической проблеме канала, например, о неисправном повторителе или слишком длинном кабеле DS3. Такая ситуация также может быть результатом неправильной работы механизма PLCP в одной из конечных точек.
Еще одна распространенная проблема — несоответствие максимальных модулей передачи данных в сети (MTU) в последовательном интерфейсе, когда в пределах одной и той же замкнутой абонентской группы (Closed User Group — CUG) работают интерфейсы DS 1 и DS3. На маршрутизаторах Cisco в интерфейсах HSSI размер MTU по умолчанию равен 4 470 байтам, а в интерфейсах Т1 — 1 500 байтам. Это несогласование может вызвать проблемы в том случае, когда интерфейс HSSI пытается отправить в сетевой среде SMDS фреймы, длина которых превышает 1 500 байтов. Часто такая ситуация возникает при туннелировании или если протокол обмена маршрутной информацией
между промежуточными системами (Intermediate System-to-Intermediate System — IS-IS) пытается сформировать в сетевой среде отношения смежности. По возможности всегда полезно синхронизировать все интерфейсы для использования в них MTU одной и той же длины.
Проблемы, связанные с множественными интерфейсами в одной и той же многоадресатной группе, и периодические проблемы в псевдо-локальных сетях
Одна из уникальных особенностей реализации SMDS в устройствах Cisco — возможность создавать множественные интерфейсы в одной и той же многоадресатной группе. Кроме того, эта реализация стандарта позволяет выполнять адресацию двух или более SMDS-инкапсулированных интерфейсов в одной и той же логической подсети сетевого уровня. Это артефакт ранних реализаций корпорации Cisco, позволяющих помещать множественные последовательные интерфейсы в одну и ту же подсеть для распределения нагрузки. Проблема в том, что служба SMDS — это, по сути, интерфейс локальных сетей, реализованный в распределенных сетях, а фрагменты локальных сетей не могут распространяться в маршрутизаторах на несколько интерфейсов.
Потеря положения, занимаемого службой SMDS
Теперь, когда мы узнали о службе SMDS, может возникнуть вопрос — почему мы о ней никогда не слышали? Ведь она была и до настоящего времени остается единственной технологией, предназначенной для бесшовного взаимодействия между локальными сетями посредством сети поставщика услуг. Технологии Frame Relay и ATM предоставляют возможности нешироковещательного множественного доступа (Nonbroadcast Muti-Access — NBMA), однако не позволяют операторам и устройствам распределенной сети понять, что происходит в локальной сети. Имеющаяся в ATM эмуляция локальных сетей (LAN emulation — LANE) сложна и никогда не бралась на вооружение поставщиками услуг в качестве службы открытой сети передачи данных (Public Data Network — PDN) из-за плохих возможностей масштабирования. Стремительное развитие региональных вычислительных сетей Gigabit Ethernet впечатляет, однако широкомасштабные сети Gigabit Ethernet все еще не реализованы. Итак, что же произошло со службой SMDS?
Точно сказать трудно, однако, похоже, служба SMDS вышла из употребления по таким причинам: первая — в отличие от ATM, служба SMDS не была многофункциональной; вторая — эта служба не предназначена для внутреннего межсоединения локальных сетей, как ATM. Операторы искали возможность создавать объединенные сети, в связи с чем на рынке шел поиск производства высокоскоростных локальных и глобальных сетей. Кроме того, службу SMDS всегда рассматривали как переходной этап к широкополосной сети ISDN, а не как ее замену. Поэтому стандарты B-ISDN хоть и медленно, но все же разрабатывались, и наступил момент, когда “на сцену вышли” сети Fast Ethernet. Специалисты, работающие в организациях, занимающихся
утверждением стандартов (и внесших большой вклад в технологии, используемые производителями оборудования) понимали, что очень скоро понадобится высокоскоростная (>ОС-Зс) многофункциональная технология, применимая в локальных сетях. По сути, технология ATM принесла производителям оборудования большие прибыли, а служба SMDS не удовлетворяла ни одно из перечисленных требований, поэтому была преждевременно отправлена в отставку.
Резюме
Коммутируемая многомегабитовая служба передачи данных (SMDS) — это набор услуг, предоставляемый региональными телефонными компаниями в США, операторами линий информационного обмена и компаниями почтово-телеграфной и телефонной связи, и предназначенный для поддержки связи между локальными сетями в пределах региональных и распределенных сетей. Работа службы SMDS основана на разработанной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) технологии DQDB, специфицированной в документе IEEE 802.6. В этом документе определяется МАС-подуровень на основе интервалов (иногда называемых ячейками) с арбитражной логикой организации очередей для совместной физической передачи данных. Служба SMDS разработана компанией Bellcore для применения в дочерних компаниях (т.н. baby Bells), а затем усовершенствована группами SIG, ESIG и PRSIG. Эта служба работает на верхних иерархических уровнях, образованных существующими цифровыми технологиями, функционирование которых основано на мультиплексировании с разделением времени (TDM), и получила распространение в Северной Америке, Европе и азиатских странах тихоокеанского бассейна. Несмотря на то что технология SMDS удовлетворяла высокие технические и экономические требования, время ее эксплуатации было недолгим. На смену ей пришла высокоскоростная технология ATM, которую сейчас предпочитают использовать в региональных и глобальных сетях.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Перечислите некоторые из основных факторов, побуждающих к созданию службы SMDS.
Какие из распространенных протоколов сетевого уровня поддерживаются в службе SMDS?
На каком из уровней, образованных набором протоколов SMDS, происходит адресация?
Перечислите пять классов доступа службы SMDS. Почему в технологии ЕЗ поддерживаются только четыре из них?
Для чего нужны метки начала и конца (BETag)?
Что такое идентификатор сообщения? Для чего он нужен?
Почему использующиеся в службе SMDS протокольные модули обмена данными сетевого уровня имеют такую большую длину?
Для чего нужен интерфейс обмена данными (DXI)?
Перечислите виды проблем, часто возникающих в интерфейсах SMDS. Как можно определить, с чем связана та или иная проблема — с DXI или каналом?
В этой главе...
История развития технологии DSL и цифровых абонентских каналов. В этом разделе вкратце рассказано о предпосылках появления технологии DSL. Обсуждается необходимость создания соединений с высокой пропускной способностью и то, каким образом технология DSL может удовлетворить такие требования.
Методы кодирования в технологии DSL. В разделе показаны основные математические и инженерные принципы, используемые при создании соединений DSL, а также рассматриваются методы кодирования, используемые в отельных разновидностях технологии DSL.
Компоненты канала ADSL. В этом разделе рассматриваются различные физические компоненты, используемые в технологии DSL. Чтобы понять технологию, чрезвычайно важно разбираться в ее компонентах и терминологии.
Атрибуты канала DSL. В разделе рассматриваются различные параметры DSL. значения которых можно устанавливать и настраивать. Приведенная в этом разделе информация поможет читателю разобраться с издержками, связанными с технологией DSL, и с настройкой любого DSL-канала.
Процедура установления соединения модемом DSL и фреймирование. Для соотвез- сзвующих DSL-операций необходимо установить определенные параметры для подготовки к соединению и выполнить фреймирование. В этом разделе рассматриваются некоторые необходимые параметры.
Уровни мощности сигнала в службах DSL. Чтобы разобраться в поведении ус i - ройств, необходимо понять смысл уровней мощности в канале DSL.
Разновидности технологии DSL. Существуют несколько разновидностей службы DSL. Они отличаются по своим характеристикам и технологиям, связанным с ними. Этот раздел поможет разобраться в разновидностях и выбрать ту технологию, которая будет максимально удовлетворять требования.
Факторы, влияющие на DSL-каналы. В разделе кратко описаны факторы, которые могут повлиять на характеристики канала DSL. Рассматриваются также некоторые физические характеристики, от которых зависит нормальное с физической точки зрения состояние канала DSL.
Сетевая структура технологии DSL. В настоящее время на практике используются несколько различных моделей развертывания служб DSL. В этом разделе рассматриваются те базовые структуры, на основе которых созданы другие модели построения сети.
ГлаваГлава1212
Глава
Глава
12
12
Технология DSL
Сложившееся в настоящее время положение дел на рынке высоких технологий привело к необходимости обеспечить высокую пропускную способность и невысокую стоимость доступа к сетям передачи данных. Уже достаточно давно существует физическая инфраструктура миллионов абонентских каналов на медных проводах. Такая инфраструктура на данный момент обеспечивает дешевое низкоскоростное коммутируемое соединение и высокую пропускную способность дорогостоящего некоммутируемого соединения с сетями передачи данных. В идеале высокоскоростную передачу данных можно предоставить, применяя к уже существующим физическим соединениям новые технологии. Одним из возможных решений этой проблемы является канал с использованием технологии DSL. В канале DSL используются технологии, позволяющие повысить пропускную способность в уже существующих цепях на медном Проводе. В этой главе дано введение в различные методики кодирования в DSL- каналах и рассказано о разновидностях технологии DSL. Рассматриваются также различные компоненты DSL, характеристики схем и структур. Поскольку технология ADSL — это, безусловно, наиболее широко используемая разновидность DSL, в текущей главе для краткости изложения основное внимание уделено именно ей.
История развития технологии DSL и цифровых абонентских каналов
В 1980-х годах корпорация Bellcore разработала технологию DSL с высокой скоростью передачи данных (high-data-rate DSL — HDSL). Канал HDSL был разработан, чтобы расширить возможности технологии Т1 путем замены кодирования с чередованием полярности элементов схемой кодирования на основе представления двух битов в одном четвертичном коде (2 binary 1 quaternary — 2B1Q). Использование метода HDSL позволяет уменьшить число повторителей и электромагнитную интерференцию (Electromagnetic Interference — EMI) в связках кабелей. В 90-х годах прошлого века поставщики технологий заметили бурное развитие сети Internet. Вследствие такой Internet- революции возрос спрос на доступ к “чистым данным” посредством сети Internet, в противовес традиционной передаче голосовых потоков и обычных данных. Развитие служб сети Internet, для которых требуется высокая пропускная способность, (например, просмотр видео и воспроизведение звука, осуществление покупок и обучение в режиме уда-
ленного доступа, а также дистанционное присутствие) породило спрос на соединения с большей пропускной способностью. Наблюдения показали, что в основном трафик, получаемый из сети Internet, предназначен для конечного пользователя (нисходящий поток данных), и только небольшой процент составляет трафик, который в действительности поставляется самим пользователем (восходящий поток данных). Вследствие этого был разработан канал ADSL. Применение технологии ADSL и других технологий DSL позволяет сделать не таким интенсивным использование коммутируемой телефонной сети общего пользования (Public Switched Telephone Network — PSTN) при обслуживании оборудования для передачи данных. В этой технологии применяется метод, позволяющий одновременно использовать один медный контур и для передачи голосовых сигналов, и для передачи данных, не повышая при этом требований к коммутационному оборудованию телефонной сети PSTN. Не хватало только возможности разделять голосовые сигналы и данные. Чтобы зарезервировать канал традиционной телефонной сети (Plain Old Telephone Service — POTS) с частотами до 4 кГц для обмена голосовыми данными, дополнительно используется мультиплексирование с частотным уплотнением каналов (Frequency-Division Multiplexing — FDM). При этом необходимо, чтобы данные передавались в диапазоне частот свыше 4 кГц.
На сентябрь 2001 года в северной Америке было 4,7 миллиона каналов DSL, к 2004 году планировалось создать еще 13,9 миллиона каналов. Из-за потребности в большем пространственном покрытии и большой пропускной способности кроме технологии ADSL стали внедрять и другие технологии DSL. Из-за снижения ограничений на расстояние в технологии DSL и роста доступной пропускной способности интерес к средствам DSL возрос. Количество услуг, предлагаемых посредством сети Internet, растет, а с ним и спрос на соединения с высокой пропускной способностью. В этой главе основное внимание уделено технологии ADSL, поскольку она используется наиболее часто, другие технологии DSL описаны кратко.
Методы кодирования в технологии DSL
В технологии DSL используются три основных метода кодирования:
квадратурная амплитудная модуляция (Quadrature Amplitude Modulation — QAM);
амплитудная и фазовая модуляция без несущей (Carrierless Amplitude And Phase Modulation — CAP);
дискретная многочастотная модуляция (Discrete Multi-Tone Modulation — DMT).
Ниже дан краткий обзор каждого из перечисленных методов кодирования.
Кодирование QAM
Аналоговые сигналы, которые передаются по определенному типу носителя, характеризуются тремя величинами: амплитудой, частотой и фазой. Комбинация этих трех параметров описывает цифровую информацию. При использовании метода кодирования QAM смещениям амплитуды и фазы соответствуют различные значения битов. Название квадратурная амплитудная модуляция (т.е. QAM) возникло потому, что сигналы отличаются по фазе на 90 градусов, и четыре такие фазы (отсюда квадратурная) вместе составят 360 граду-
сов, или полный цикл. Графическое представление QAM называют созвездием (наверное, за внешний вид). На рис. 12.1 показано, что состояния сигнала описываются различными амплитудами и фазами. В каждом из направлений (0, 90, 180 и 270 градусов) находятся две точки, соответствующие двум возможным значениям амплитуды, что дает в результате восемь различных состояний. Если есть восемь уникальных состояний, то в каждом из них можно передать по три бита. Например, если модулируемый сигнал имеет амплитуду, равную единице с фазой 0 градусов, передаются три нуля (ООО).
90°
180’♦—♦♦—♦0°
270°
Рис. 12.1. Кодирование QAM с тремя битами на бод
В табл. 12.1 показаны возможные значения для кодирования QAM8. Метод кодирования QAM8 характеризуется восемью возможными битовыми комбинациями.
■ Таблица 12.1. Возможные состояния и результирующий поток битов для кодирования QAM8
Амплитуда
Фаза
Битовая комбинация
1
0
000
2
0
001
1
90
010
2
90
011
1
180
100
2
180
101
1
270
110
2
270
111
Чем больше различных фазовых смещений и уровней амплитуды используется, тем больше битов информации можно включить в каждую точку или символ. Проблемы появляются тогда, когда точки созвездия размещены настолько близко, что из-за шумов на линии или в приемном оборудовании невозможно отличить одну точку от другой.
Кодирование САР
Метод САР — это адаптивная форма кода QAM. Этот метод позволяет корректировать значения символов, учитывая состояние линии (например, шум) в начале со-
единения. Причина, по которой в названии САР указывается, что модуляция выполняется без несущей, заключается в том, что при кодировании с помощью данного метода из полученной на выходе волны удаляется несущая частота. В методе САР частотное уплотнение (FDM) обеспечивает поддержку трех подканалов — телефонного канала (POTS), канала передачи нисходящего потока данных и канала передачи восходящего потока данных. Голосовые сигналы занимают стандартную полосу частот от нуля до 4 кГц, за которой идут канал восходящего потока информации и высокоскоростной канал нисходящего потока информации. В методе САР осуществляется адаптация скорости передачи, исходя из состояния канала, путем модификации номера битов или цикла (т.е. размер созвездия + скорость передачи битов несущей в бодах). На это указывают различные пары несущих частот (например, 17 кГц и 136 кГц).
На рис. 12.2 показан частотный спектр САР-модуляции. Поддерживается доступ к механизму передачи данных в двух частотных диапазонах: 25—160 кГц для восходящего потока и 240 кГц и выше (вплоть до 1,5 МГц) — для нисходящего потока данных. Канал передачи данных по нисходящему потоку значительно шире канала восходящего потока, поэтому в нем предлагается большая пропускная способность.
Рис. 12.2. Частотный спектр САР-модуляции для канала ADSL
Кодирование DMT
Метод DMT — это метод передачи сигналов, в котором полная полоса пропускания делится между двумястами пятьюдесятью пятью субнесущими или подканалами. Все субнесущие имеют ширину полосы пропускания 4 кГц. Первый канал субнесущей используется для передачи традиционного голосового сигнала и сети POTS. Данные восходящего потока обычно передаются по каналам 7—32 (26—128 кГц), а данные нисходящего потока — по каналам 33—250 (138 кГц—1,1 МГц). В действительности метод DMT является разновидностью уплотнения FDM. Поток входящих данных делится на N каналов, имеющих одинаковую пропускную способность, но разную среднюю частоту несущей. Использование нескольких каналов с узкой полосой пропускания дает следующие преимущества:
какими бы ни были характеристики линии, все каналы остаются независимыми, поэтому их можно декодировать по отдельности;
при использовании DMT коэффициент передачи подбирается таким образом, чтобы каждый канал при наличии шума мог функционировать независимо; в этом методе изменяется количество битов на подканал или тон. В результате снижается общее воздействие шума при импульсной помехе на постоянной частоте.
Характеристики метода DMT
Основные характеристики метода DMT:
в этом методе используется мультиплексирование FDM, тесно связанное с ортогональным мультиплексированием с частотным разделением (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing — OFDM);
метод оговорен в стандарте Т1.413, разработанном Национальным институтом стандартизации США (American National Standards Institute — ANSI);
в канале заданы 256 подканалов;
полоса пропускания каждого подканала равна 4,3125 кГц;
каждый подканал независимо модулируется с помощью метода дискретной модуляции QAM;
коэффициент усиления каждого подканала составляет 16 бит/с/Гц для теоретического значения пропускной способности, равного 64 Кбит/с;
сигнал передается с помощью постоянного тока при ширине полосы пропускания 1,104 МГц;'
теоретическая пропускная способность для данных с полосой пропускания 1,104 МГц равна 16,384 Мбит/с;
в стандартах ITU 992.1 (G.dmt), ITU 992.2 (G.lite) и ANSI Т1.431 Issue 2 оговорено использование различных вариантов и реализаций каналов ADSL, основанных на методе кодирования DMT;
метод DMT был принят комитетом ANSI Т1 как стандарт кодирования для линий связи и используется в системах передачи сигналов по каналам ADSL.
На рис. 12.3 показан частотный спектр для модуляции DMT.
Рис. 12.3. Частотный спектр метода DMT для канала ADSL
Компоненты канала ADSL
Физическая инфраструктура канала ADSL (асимметричного соединения DSL — asymmetric DSL) состоит из нескольких компонент (см. рис. 12.4). Каждая компонента играет свою роль в определенном аспекте соединения по каналу DSL.
Customer PremiseCentral Office
Рис. 12.4. Компоненты DSL
Ниже приведен перечень наиболее распространенных компонент в среде DSL.
Мультиплексор доступа к среде DSL (DSL access multiplexer — DSLAM). Мультиплексор DSLAM — это устройство, которое агрегирует и терминирует линии DSL. Оно содержит несколько элементов передачи по каналам ADSL, находящимся в АТС оператора связи (Central Office — СО, ADSL transmission unit central office — ATU-C), и несколько типов сетевых интерфейсов для подключения к точке доступа к сети (Network Access Point — NAP) (см. раздел “Сетевая структура технологии DSL”).
ATU-C. Компонента ATU-C — это устройство, являющееся, как правило, картой в мультиплексоре DSLAM. Оно фактически отправляет сигналы по локальной линии связи (витая пара) и терминирует канал ADSL. Такое устройство отвечает за демодуляцию сигнала в канале DSL.
Удаленные элементы передачи ATU (ATU-Remote — ATU-R). ATU-R — это устройство, расположенное в здании клиента. Компонента ATU-R, как правило, интегрируется в аппаратуру, устанавливаемую в здании клиента (Customer Premises Equipment — CPE), и отвечает за терминирование канала ADSL на удаленном абонентском пункте.
Устройство сетевого интерфейса (Network Interface Device — NID). Компонента NID — это устройство, являющееся точкой входа в здание клиента. В этой точке локальная линия связи переходит в проводку здания.
Разветвитель сети POTS. Устройство, размещенное в АТС или в здании клиента. Оно фильтрует, или выделяет, частоты речевого диапазона из всего спектра частот в локальной линии связи. Разветвитель — это фильтр низких частот (Low-Pass Filter — LPF), пропускающий на устройства, подключенные к специальному порту, только спектр голосового диапазона.
Чтобы отфильтровывать частоты в таком диапазоне (0—4 кГц), можно воспользоваться разветвителями сети POTS в точке входа в здание клиента или же применять встроенные микрофильтры в устройствах, подключенных к проводам здания. Микрофильтры — это по существу фильтры низких частот, пропускающие частоты, характерные для сети POTS, и отсекающие все остальные частоты. Чтобы одну и ту же схему можно было использовать и как канал для передачи голосовых сигналов, и как канал DSL, нужно применять разветвители сети POTS в АТС. В некотором современном оборудовании С РЕ есть встроенные разветвители сети POTS, позволяющие подключать к нему обычные телефоны.
На рис. 12.5 и 12.6 проиллюстрированы возможности физической прокладки проводки в помещении клиента. На рис. 12.5 в оборудовании СРЕ имеются интегрированные разветвители сети POTS, а на рис. 12.6 показана линия, которая разветвляется на устройстве NID. В последнем случае сигнал, подаваемый на обычный телефон, проходит через фильтр низких частот, а элементы данных, подаваемые на ответвления, проходят через фильтр высоких частот (High-Pass Filter — HPF). Такой подход гарантирует, что в обоих случаях будут получены необходимые сигналы. Обе топологии используются в зависимости от того, где должна ветвиться линия и где физически будут размещаться провода.
ATU-RATU-RРазветвительPOTSРазветвительPOTSТелефонТелефонТелефонТелефонТелефонТелефон
ATU-R
ATU-R
РазветвительPOTS
РазветвительPOTS
Телефон
Телефон
Телефон
Телефон
Телефон
Телефон
Рис. 12.5. Интегрированные разветвители сети POTS
Рис. 12.6. Один встроенный микрофильтр/фильтр низких частотРис. 12.6. Один встроенный микрофильтр/фильтр низких частот
Рис. 12.6. Один встроенный микрофильтр/фильтр низких частот
Рис. 12.6. Один встроенный микрофильтр/фильтр низких частот
Атрибуты канала DSL
Многие атрибуты характеризуют качество соединения по каналу DSL. Некоторые из параметров определяются при подготовке к соединению по каналу DSL. Другие изменяются в процессе сеанса соединения. Процесс подготовки к соединению подробно описан в спецификации ANSI Т1.413 для метода DMT. Для введения динамических характеристик необходимо, чтобы DSL-модемы поддерживали определенные типы адаптации.
Предельная помехоустойчивость и затухание сигнала
Во многих технологиях передачи необходимо устанавливать предельную помехоустойчивость или дополнительную буферную зону между уровнями сигнала и шума, присутствующего в физическом канале передачи.
Минимальное предельное значение задается для того, чтобы значение частоты появления ошибочных битов (Bit Error Rate — BER) не превышало 10"7 и чтобы либо уровень шума незначительно возрастал, либо уровень сигнала незначительно уменьшался. Когда соотношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio — SNR) становится слишком маленьким, в потоке данных появляется чрезмерное количество ошибок.
Реальный предел помехоустойчивости в любой заданный момент времени можно определить, повышая уровень шума, начиная со значения SNR в текущий момент времени, до тех пор пока не будет превышено значение BER, равное 10"7. Величина, на которую может возрасти уровень шума прежде, чем появится чрезмерное количество ошибок, и есть реальный запас помехоустойчивости. Такой тест иногда проводят, установив значение нижнего предела равным 0 дБ и повышая уровень шума до тех пор, пока значение BER не перейдет границу в 10"7.
Уровень шума может возрасти по разным причинам, как и уровень сигнала. В результате снижения уровня сигнала или роста уровня шума снижаются значение SNR и предел помехоустойчивости. Когда сигнал поглощается, значение SNR (и предельная помехоустойчивость) снижается.
Чем выше скорость передачи в канале DSL, тем ниже значение соотношений SNR, и чем ниже скорость передачи в канале DSL, тем выше значение SNR. Следовательно, предел помехоустойчивости будет ниже в более длинных кабелях или при более высокой скорости передачи в канале DSL. Когда значение BER не может оставаться ниже 10"7, обычно скорость передачи в канале DSL автоматически снижается (т.е. повторяется процесс подготовки к соединению).
Технология DSL с адаптацией скорости передачи (rate adaptive DSL — RADSL) — это технология, в которой скорость передачи корректируется так, чтобы можно было сохранять необходимое значение запаса помехоустойчивости, что позволяет поддерживать значение BER ниже 10"7.
Исследования показали, что оптимальные значения запаса помехоустойчивости для служб DMT составляют 6 дБ для нисходящего потока и 6 дБ — для восходящего потока данных.
Не стоит конфигурировать службу DSL с запасом помехоустойчивости, превышающим оптимальное значение, поскольку система, для того чтобы обеспечить указанный предел, будет готовиться к соединению с очень низкой скоростью передачи
данных по каналу DSL. Не следует также задавать слишком низкое значение предела помехоустойчивости, например, 1 дБ для нисходящего потока и 1 дБ для — восходящего, т.к. незначительное увеличение уровня шума в линии передач, вероятнее всего, приведет к чрезмерному количеству ошибок и процессу повторной подготовки к установлению соединения на более низкой скорости передачи по каналу DSL.
Если протяженность канала DSL максимальна (используется максимальная длина кабеля), и модем не будет согласовывать параметры соединения, значения пределов помехоустойчивости с целью нахождения неисправностей можно взять равными нулю. Например, если канал DSL подготавливается к соединению с установленным значением предельной помехоустойчивости, равным нулю, но при этом не согласовывает параметры соединения, когда установлены значения 6 дБ, то это, вероятно, означает, что протяженность канала максимальна (обычно 18 000 футов 24-жильного провода, 5,5 км провода диаметром 0,5 мм) или же что на линии наблюдается очень высокий уровень шума. Если необходимо предоставить услугу любой ценой, можно временно выбрать компромиссное предельное значение помехоустойчивости (между нулем и 6 дБ). В таком случае важно определить источник проблем — находится он в спектре нисходящего потока или же в спектре восходящего потока данных, — и внести соответствующие корректировки. Например, чтобы обеспечить желаемое значение скорости передачи в канале DSL с длиной провода, равной 18 000 футов, возможно, понадобится установить значение запаса помехоустойчивости равным 3 дБ.
Помехоустойчивость также улучшается за счет увеличения уровня мощности передачи, но это приведет к интерференции с другими службами в этом же кабеле. -
В большинстве мультиплексоров доступа и оборудовании С РЕ сообщается как предусмотренное, так и реальное значения предельной помехоустойчивости для каждого канала DSL. Если реальное значение предела выше предусмотренного при заданной скорости передачи по каналу DSL, то такой канал будет обеспечивать приемлемую частоту появления ошибок. Если после согласования параметров соединения реальное значение запаса помехоустойчивости оказывается ниже предусмотренного, весьма вероятно, что количество ошибок станет чрезмерным, и впоследствии процесс согласования параметров повторится на более низкой частоте передачи по каналу DSL.
Исправление ошибок в прямом направлении
При прямом исправлении ошибок в прямом направлении (Forward Error Correction — FEC) ошибки исправляются математически на принимающем конце канала передачи без запроса на повторную передачу ошибочных данных. Для повторной передачи данных, позволяющих исправить ошибки, используется часть доступной полосы пропускания, и в распоряжении пользователя оказывается весьма низкая пропускная способность. Применение механизма FEC позволяет более эффективно использовать пропускную способность для данных пользователя, поскольку имеющаяся в распоряжении полоса пропускания не используется для повторной передачи ошибочных данных. Однако в ситуации, когда при передаче ошибки не возникают, использование метода FEC приводит к относительному снижению пропускной способности, т.к. при этом добавляются ненужные служебные сигналы.
Когда ошибки можно исправить без повторной передачи данных, об ошибках сообщается как об исправленных. Если алгоритм не позволяет исправить ошибки, о них отправляется уведомление как о неисправленных данных. Отношение числа исправленных ошибок к числу неисправленных показывает эффективность алгоритма исправления ошибок или относительную интенсивность ошибок.
С применением метода FEC связано использование двух основных технологий: добавление байтов FEC и перемежение.
Байты FEC
Байты FEC также называются контрольными байтами, или избыточными байтами. Байты FEC добавляются к потоку данных пользователя, предоставляя тем самым возможность установить наличие ошибочных данных и сгенерировать исправленные фреймы без повторной передачи данных. Приемлемое число предусмотренных байтов FEC обычно зависит от типа обнаруженных и исправленных ошибок. Чем больше байтов FEC добавляется к потоку данных пользователя, тем с большим количеством служебной информации придется делить пропускную способность данным пользователя. В обычных операциях, осуществляемых в сети DSL, это, как правило, не проблема, но тогда модемы подготавливаются к соединению на несколько большей скорости передачи в канале, чтобы обеспечить пользователю ту же полосу пропускания (т.е. пропускную способность) с учетом дополнительных байтов FEC.
При добавлении служебных сигналов FEC приходится выбирать между возможностью исправлять ошибки без повторной передачи и замещением данных пользователя. Но, как правило, оказывается, что лучше получить необходимую пропускную способность, повысив эффективность FEC, чем повторно передавать ошибочные данные.
Во многих системах можно выбрать следующее число байтов FEC: 0 (отсутствуют), 2, 4, 8, 12 или 16. Базовым и общепринятым является правило, гласящее, что чем больше байтов FEC, тем больше эффективность исправления ошибок. Но в свободных от ошибок каналах передачи излишне большое количество байтов FEC будет только занимать дополнительную часть полосы пропускания. Шестнадцать байтов на фрейм на скорости передачи 256 Кбит/с занимают в процентном отношении большую часть полосы пропускания, чем то же количество байтов FEC на скорости передачи 8 Мбит/с. Теоретически для пользователя на скорости 256 Кбит/с наличие байтов FEC и их количество сильнее влияют на скорость передачи, чем наличие того же числа байтов FEC на скорости 8 Мбит/с (т.к. в первом случае пропускная способность снижается). Но, опять-таки, множество систем просто согласовывают соединение на несколько большей скорости передачи в канале, чтобы приспособиться к дополнительным контрольным байтам, и в конечном счете доступная пользователю полоса пропускания (и пропускная способность) остается той же. В большинстве систем служебные сигналы FEC выделяются и вычитаются из общего потока перед тем, как сообщать о скорости передачи в канале DSL. Таким образом наблюдаемая скорость передачи в канале DSL — это в действительности доступная пользователю пропускная способность. Если по каналу DSL осуществляется передача в режиме ATM или по протоколу IP, то нужно вручную вычитать служебные сигналы ATM и IP из доступной (и выдаваемой) скорости передачи данных.
Некоторые схемотехнические решения оптимизируют число байтов FEC под запрашиваемую скорость передачи в режиме ATM. Например, если скорость передачи в нисходящем потоке равна 8,032 Мбит/с и в конфигурации канала указано 16 байтов FEC, но частота появления ошибок находится в рамках предельного значения 10"7, контроллер может установить для числа байтов FEC меньшее значение, создавая тем самым запрашиваемую пользователем полосу пропускания. Когда пересматривается статистика характеристик метода DMT, контроллер сообщает реальное число байтов FEC вместо числа, заданного в конфигурации.
Перед тем как задавать наиболее эффективное число байтов FEC (и наиболее эффективное запаздывание при перемежении), необходимо определить характер ошибок, появляющихся в канале передачи.
Перемежение
Перемежение — это процесс перестановки пользовательских данных в определенной последовательности. Перемежение используется для того, чтобы избежать появления последовательных ошибок в алгоритме FEC Рида-Соломона (Reed-Solomon — RS) на принимающем конце канала. Эффективность использования алгоритма RS при возникновении единичных или разнесенных во времени ошибок (не идущих последовательно) оказывается выше.
Если на линии передач на медном проводе возникает шумовой выброс, он может воздействовать на несколько последовательно расположенных битов данных, что приведет к появлению последовательно расположенных ошибочных битов. Поскольку в передатчике данные перемежаются, то при устранении перемежения данных в приемнике не только восстанавливается исходная последовательность битов, но и происходит разнесение ошибочных битов во времени (ошибочные биты появляются в различных байтах). Следовательно, ошибочные биты уже не идут последовательно, и процесс FEC с алгоритмом RS работает более эффективно.
Задержка
Во многих системах для перемежения можно установить значение интервала перемежения или интенсивности равным нулю (выключено, не выполняется), одной, двум, четырем, восьми или шестнадцати миллисекундам. Чем больше временной промежуток между перемежениями, тем большие блоки данных будут перемежаться, Но увеличение интервала перемежения приводит к дополнительной задержке или запаздыванию по времени, за которое данные передаются, и по времени, за которое они становятся доступны для пользователя-получателя.
Общепринятым является такое правило: чем больший интервал перемежения используется, тем лучше алгоритм RS может исправлять последовательно расположенные ошибки. Увеличенная задержка обычно не вызывает проблем при передаче обычных данных, но при передаче дискретизированного голосового сигнала с высокой задержкой возникает неприятное эхо. По этой причине в каналах передачи данных, по которым передается голосовой трафик, используется минимальное значение интервала перемежения (обычно перемежение в таком случае совсем не применяется). С увеличением запаздывания при передаче речевых сигналов начинают возрастать проблемы с появлением эха, и возникает потребность в дополнительной обработке информации. Из-за чрезмерной задержки в потоке данных нежелательные эффекты могут также возникать при проведении двусторонних видеоконференций.
При речевом общении обычно приемлема относительно высокая частота появления ошибок, поскольку человеческое ухо может даже и не уловить их наличия. Дополнительное рассмотрение проблемы минимизации задержки за счет возможности исправления ошибок может понадобиться при передаче аналоговых данных или факсов по каналу передачи голосовых данных. Более высокая задержка (запаздывание) не наносит особого вреда при передаче данных. Увеличение задержки обычно не снижает скорость передачи данных (пропускную способность), но при этом процессор может быть перегружен. Кроме того, эффект в достижении максимальной пропускной
способности при наличии шумов может дать процесс FEC (что отчасти является следствием увеличения интервала перемежения). В таком случае результат будет лучше, чем тогда, когда перемежение не используется.
В ходе конкурсного тестирования мультиплексоров DSLAM в свободной от помех среде некоторые поставщики устанавливали время перемежения равным нулю, чтобы снизить задержку в канале передачи, даже несмотря на то что обычно для служб передачи данных по каналам DSL этого не делают.
Всплески ошибок
Всплески ошибок — это несколько ошибок, возникших за короткий промежуток времени. Например, в течение одной минуты могли возникнуть в общей сложности 100 ошибок, но эти 100 ошибок появлялись группами по 10 ошибок за раз с интервалом в несколько секунд.
Чтобы узнать, являются ли ошибки пульсирующими, нужно определить общее время установления соединения по каналу DSL и показания счетчика, указывающие промежутки времени, в течение которых поступали ошибочное данные. Если подготовка элемента к соединению длилась 1 час и при этом отчет содержал сообщение о ста ошибках, а все ошибочные данные поступили за один промежуток времени, то можно говорить о пульсирующем характере ошибок. Если же подготовка элемента к соединению длилась 1 час и при этом отчет содержал сообщение о тысяче ошибок, а ошибочные данные поступали в течение тысячи различных промежутков времени, то такие ошибки будут распределенными.
Теперь нужно обратить внимание на отношение числа исправленных ошибок к числу неисправленных. Если все ошибки, указанные в отчете, исправлены (нет неисправленных ошибок), больше ничего делать не требуется, и схема FEC сама справится со всеми проблемами.
Чтобы избавиться от не подлежащих исправлению пульсирующих ошибок, следует увеличить интервал перемежения (т.е. интенсивность перемежения). В большинстве систем для интервала перемежения можно устанавливать значения в диапазоне от тысячи микросекунд (1 миллисекунда) до шестнадцати тысяч микросекунд (16 миллисекунд). Если в течение нескольких часов обнаружено небольшое число временных промежутков, в течение которых поступали ошибочные данные, то, возможно, для исправления ошибок понадобится принять дополнительные меры.
Распределенные ошибки
Распределенные ошибки обычно возникают по одной (они разделены временным промежутком длительностью от нескольких миллисекунд до нескольких секунд) и продолжают появляться в течение любого заданного промежутка времени.
Чтобы выяснить, являются ли ошибки распределенными, нужно определить время установки соединения по каналу DSL и показания счетчика, указывающие промежутки времени, в течение которых поступали ошибочное данные. Если же подготовка элемента к соединению длилась 1 час и при этом отчет содержал сообщение о тысяче ошибок, а ошибочные данные поступали в течение тысячи различных промежутков времени, то ошибки будут распределенными. Если подготовка элемента к соединению длилась 1 час и при этом отчет содержал сообщение о ста ошибках, а все ошибочные данные поступили за один промежуток времени, то ошибки будут пульсирующими.
Чтобы избавиться от постоянного потока не подлежащих исправлению распределенных ошибок, нужно увеличить число байтов FEC. При увеличении числа байтов FEC к потоку данных добавляется дополнительная информация, поэтому нужно выбирать между исправлением ошибок и возможным снижением пропускной способности, доступной пользователю. Эффекты, вызванные увеличением числа байтов FEC, зависят от скорости передачи данных, поскольку на более медленных скоростях передачи информации для передачи дополнительных байтов FEC выделяется дополнительная пропускная способность. При этом следует помнить, что, добавляя байты FEC, можно добиться только исправления большего числа ошибок.
Повышение эффективности кодирования
При использовании механизма FEC обычно применяется кодирование по алгоритму RS: получатель ошибки может исправлять без повторных передач протокола управления передачей для блокирования (Transmission Control Protocol — TCP). Когда ошибки исправляются таким образом, то получается тот же эффект, что и при использовании более высокого значения помехоустойчивости без снижения скорости передачи данных, используемой в канале DSL. Он называется повышением эффективности кодирования, выражается в децибелах (дБ) (аналог предельной помехоустойчивости, выраженной в децибелах).
Если не повышать эффективность кодирования, то, чтобы получить значение частоты появления ошибок в данных при асинхронном режиме передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM), равное 10"7 или больше, нужно установить какое-то определенное значение SNR. Если же повысить эффективность кодирования, можно получить значение частоты появления ошибок, равное 10"7 или больше, при меньшем значении SNR и меньшем пределе помехоустойчивости. На линии передачи могут по- прежнему возникать ошибки, но они будут исправляться при помощи алгоритма RS. Результирующая скорость передачи свободных от ошибок (исправленных) данных будет той же, что и при использовании большего предела помехоустойчивости.
Канал Fastpath
Канал Fastpath в системах DMT относится к числу необязательных режимов передачи без перемежения. Концептуально этот режим аналогичен режиму с установленным нулевым значением интервала перемежения, хотя это и не одно и то же. Применение канала Fastpath позволяет использовать минимально возможное значение задержки в контроллере DMT (минимальная буферизация) и применяется преимущественно в службах передачи голосовых потоков данных. Использование этого режима позволяет также снизить количество байтов FEC. Большинство систем DMT поддерживают режим Fastpath.
Процедура установления соединения модемом DSL и фреймирование
Начальная последовательность действий, выполняемая двумя модемами, называется процедурой установления соединения.
В ходе установления соединения DSL-модемы начинают работу без перемежения данных и без канального кодирования (о перемежении и канальном кодировании два
модема должны “договориться”). По спектру DSL вычисляется уровень отношения сигнал/шум и, исходя из следующих трех важных факторов, устанавливается скорость передачи по каналу DSL.
Инициализация. DSL-модемы не станут устанавливать значение скорости передачи по каналу DSL выше значения, заданного (инициализированного) в мультиплексоре DSLAM. Скорость передачи, установленная при соединении, обычно определяется из доступной пользователю пропускной способности или скорости передачи данных, а не из реально используемого спектра сигнала DSL. Т.е. указанная в отчете скорость передачи по каналу DSL — это реально доступная пользователю пропускная способность. В большинстве систем, перед тем как выдать отчет о скорости передачи, установленной при подготовке к соединению, сначала вычитаются служебные сигналы DSL. Поэтому реальная скорость передачи по каналу несколько выше, чем та, о которой сообщается в отчете о скорости, установленной в процессе создания соединения.
Неприемлемые опции DMT. Излишне высокое значение предела помехоустойчивости приводит к использованию слишком низкой скорости передачи по каналу DSL, установленной при подготовке к соединению. Рекомендуется устанавливать для DMT значения запаса помехоустойчивости, равные 6 дБ как для нисходящего, так и для восходящего потоков данных (для систем САР обычно рекомендуется выбирать значения, равные 3 дБ для нисходящего потока и 3 дБ — для восходящего).
Состояние линии передачи. Сюда относятся несколько факторов, два из которых основные: поглощение сигнала и уровень шума. В общий спектр шумов, возникающих на линии, свой вклад могут внести несколько источников шума. Следовательно, будут генерироваться несколько шумовых частот со связанными с ними уровнями шума (точнее, уровнями мощности). Одни источники могут ухудшать характеристики DSL сильнее, чем другие, что, опять-таки, зависит от спектра и уровня мощности шума, порождаемого в цепи DSL.
Опции режима установления соединения
У мультиплексоров DSLAM иногда имеются опции, позволяющие задать процедуры подготовки к установлению соединению. Например, в некоторых системах Cisco можно встретить опции “стандартное соединение” и “быстрое установление соединения”. Стандартная процедура установления соединения связана с процедурой, заданной в спецификации Т 1.431 — документе по стандартам ANSI, в котором содержатся стандартные сведения об использовании метода DMT для передачи данных по каналу ADSL (любой производитель, предлагающий опцию “стандартная процедура установления соединения”, должен убедиться, что эта опция согласуется со стандартом Т1.413). Результаты быстрого установления соединения могут быть значительно лучше, если на обоих концах телефонной линии использовать модемы от одного производителя (а также один и тот же набор микросхем DSL). Кроме того, использование опции “быстрая процедура установления соединения” не всегда приводит к тому, что модемы быстрее его устанавливают.
Методы фреймирования
Методы фреймирования называются также структурой фреймирования, или издержками. Издержки связаны с передачей служебных сигналов и синхронизацией работы двух
модемов. Существуют два основных метода фреймирования на базе разработанных стандартов: полные и уменьшенные издержки. Каждый метод содержит еще по два так сказать подметода. Четыре результирующих варианта, как правило, обозначаются цифрами 0, 1, 2 и 3. Такие четыре метода показывают, как данные размещаются во встроенном информационном канале (Embedded Operations Channel — ЕОС), в канале управления служебными сигналами (ADSL Overhead Control — АОС) и в функциях контроля при помощи избыточного циклического кода (Cyclic Redundancy Check — CRC).
Данные могут передаваться в режимах двойной и одиночной задержек. Двойная задержка означает, что данные передаются в два буфера: с перемежением и без переме- жения (быстрый буфер). В режиме одиночной задержки данные размещаются либо в быстром буфере (без перемежения), либо в буфере с перемежением. В режиме фреймирования 3, если данные передаются только в быстрый буфер, то служебная информация (находящаяся в информации ЕОС, АОС или CRC) будет содержаться лишь в быстрых байтах. Если данные передаются только в буфер с перемежением, то служебная информация содержится только в синхронизирующих байтах. Результирующее уменьшение количества административных служебных сигналов позволяет выделить для трафика пользователя большую пропускную способность.
Термины быстрый байт и синхронизирующий байт — общепринятые жаргонные эквиваленты терминов быстрый синхронизирующий байт и перемежающийся синхронизирующий байт, относящиеся соответственно к каналам без перемежения и с оным. Синхронизирующий символ позволяет восстановить границу кадра после микропрерываний, которую в противном случае пришлось бы устанавливать повторно путем передачи фрейма.
Такие каналы известны как каналы-носители. В ADSL используются два типа каналов-носителей. Канал-носитель типа AS является симплексным и используется для нисходящего потока трафика. Канал-носитель типа LS является дуплексным и, следовательно, используется как для восходящего, так и для нисходящего потока данных. Если используются четыре или меньше симплексных каналов для нисходящего потока (AS0— AS3) и до трех дуплексных каналов (LSO—LS2), то синхронизация в канале ADS осуществляется на частоте смены фреймов данных, равной 4 кГц, а затем проводится мультиплексирование в два отдельных буфера данных (быстрый и с перемежением). Не следует путать эти каналы-носители с подканалами или тонами в системе DMT; эти каналы используются для фреймирования, а не для передачи на первом физическом уровне.
Режим фреймирования, обозначаемый цифрой 0, иногда называют полностью асинхронным (полный набор служебных сигналов с асинхронной синхронизацией). В таком режиме скорость передачи административных служебных сигналов равна 128 Кбит/с. Обычно такой режим необходим при установлении соединения оборудованием СРЕ, которое удовлетворяет требования только первого издания стандартов института ANSI. Асинхронность касается режима, в котором синхронизация каналов- носителей не согласована с используемой в качестве основной синхронизацией ADSL-модема. В асинхронном режиме, чтобы синхронизировать каналы-носители с сигналами модема, используются дополнительные функции синхронизации.
Режим фреймирования 1 иногда называют полностью синхронным (полный набор служебных сигналов с синхронным обменом тактовыми импульсами). В таком режиме скорость передачи административных служебных сигналов равна 128 Кбит/с. Синхронность касается режима, в котором такты каналов-носителей синхронизируются с выбранными в качестве основных тактовых сигналов ADSL-модема. В синхронном режиме не нужны дополнительные синхронизирующие функции, поэтому они не используются.
Режим фреймирования 2 иногда называют сокращенным раздельным (сокращенный набор служебных сигналов с отдельными быстрыми и синхронизирующими байтами в быстром буфере и буфере с перемежением). В таком режиме служебные сигналы передаются со скоростью 64 Кбит/с, 32 Кбит/с приходится на быстрые байты и 32 Кбит/с — на синхронизирующие.
Режим фреймирования 3 иногда называют сокращенным слитным (сокращенный набор служебных сигналов со слитными быстрыми и синхронизирующими байтами либо в быстром буфере, либо в буфере с перемежением). В этом режиме служебные сигналы передаются со скоростью 32 Кбит/с, в настоящее время он чаще всего используется в системах, которые соответствуют требованиям второго издания стандартов DMT.
В модемах корпорации Cisco (ATU-C и ATU-R) поддерживаются все режимы фреймирования, наиболее предпочтительным из которых является режим 3. Если есть сомнения в отношении того, какой выбрать режим фреймирования в мультиплексоре DSLAM, нужно выбирать сокращенный слитный (режим 3).
Использование режимов с сокращенными наборами служебных сигналов, в особенности режима 3, может привести к значительному росту пропускной способности, выделенной для данных пользователя вследствие использования меньшей полосы пропускания для административных функций. Разница между передачей служебных сигналов со скоростью 128 Кбит/с и скоростью 32 Кбит/с более ощутима в каналах DSL с невысокой скоростью передачи данных.
Полное описание режимов и процессов фреймирования по методу DMT в каналах ADSL можно найти в спецификации Т1.413 института ANSI.
Уровни мощности сигнала в службах DSL
Уровни мощности, используемые в каналах DSL, значительно выше тех, которые применяются в службах передачи голосовых, факсимильных и аналоговых данных. Это происходит исключительно из-за более высокого поглощения сигналов на частотах, используемых в DSL, что связано с электрическими характеристиками телефонных линий.
Из-за того что поглощение в телефонной линии частот, на которых работает технология ADSL, значительно выше поглощения на частотах голосового диапазона, телефонные линии намного сильнее поглощают сигналы, передаваемые DSL-модемами, а не голосовыми, аналоговыми или факс-модемами. Чтобы восстановить пригодный к употреблению сигнал на конце кабеля длиной 18 000 футов, передача по каналу ADSL, как правило, должна осуществляться на мощностях в диапазоне от +15дБм до +20 дБм. Такая мощность весьма высока для передачи сигнала по телефонной линии, но необходима для получения скорости передачи, соответствующей технологии DSL, на максимальной протяженности канала.
Стандартной единицей измерения уровней мощности в телефонных системах является дБм (dbm) — количество децибел (дБ), отсчитываемых от мощности, равной одному милливатту, рассеиваемой на сопротивлении в 600 Ом. Величину 0 дБм часто называют милливаттом. Значение 3 дБм соответствует уровню, находящемуся на 3 дБ выше одного милливатта, а значение -3 дБм — уровню, находящемуся на ЗдБ ниже одного милливатта.
Уровни мощности широкополосного спектра обычно измеряются не просто в дБм, а в дБм на Герц (дБм/Гц). Эту величину часто называют спектральной плотностью
мощности (Power Spectral Density — PDS). Большинство передач с использованием метода DMT по каналу ADSL осуществляются на уровнях от -39 до -41 дБм/Гц, которые попадают в диапазон от +15 до +20 дБм.
Ниже дана простая формула для оценки значения в единицах дБм/Гц, когда исходное значение задано в дБм:
Р(дБм/Гц) = Р(дБм) — 60, где Р(дБм) — мощность в единицах дБм. (Число 60 было получено из выражения 10 х log 106.)
Рассмотрим простой пример. Если уровень мощности передачи по каналу ADSL равен 20 дБм, то мощность Р = 20 - 60 = -40 дБм/Гц.
Чтобы определить значение в единицах дБм, если задано значение в дБм/Гц, нужно воспользоваться формулой:
Р(дБм) + 60 = Р(дБм/Гц).
Рассмотрим простой пример. Если уровень мощности передачи по каналу ADSL равен -41 Р(дБм/Гц), то Р = -41 + 60 = 19 дБм.
Внимание!
Эта упрощенная формула применима только к спектру сигнала в канале ADSL, и такое приближение сделано исключительно для наглядности. Приближенно вычисленный коэффициент 60 нельзя использовать для технологий G.Lite, SDSL, G.SHDSL и др.
Повышение и понижение мощности
В ходе установления соединения, когда DSL-модемы проводят расчеты и обмениваются информацией относительно уровня поглощения, мощность передаваемого сигнала может падать. Такой этап является частью процесса установления соединения в каналах RADSL, разработанных корпорацией Cisco. И даже несмотря на то что уровень мощности можно поднять выше номинального, это обычно не делают из-за интерференции с сигналами других служб передачи данных, работающих в том же кабеле. Такую интерференцию часто называют перекрестными помехами в паре кабелей. Она приводит к снижению соотношения сигнал/шум.
Возможность изменить стандартное значение передаваемой мощности является важной при сравнении каналов DSL от разных производителей или при сравнении различных DSL-контроллеров. Если в системе установлен высокий уровень передаваемой мощности, то система сможет работать на больших расстояниях и будет иметь неплохой запас помехоустойчивости, вызывая при этом сильные помехи в смежных парах кабелей. При сравнении оборудования от конкурирующих фирм некоторые производители увеличивали мощность, чтобы увеличить радиус действия и шумовые характеристики (уменьшить количество битовых ошибок). Такой уровень передаваемой мощности нельзя реализовать в производственном оборудовании телефонных компаний (telephone company — telco).
Решетчатое кодирование
Решетчатое кодирование — это процесс модификации группы сигналов QAM, улучшающий характеристики при работе оборудования с наличием шумов. В решетчатом кодировании используется алгоритм, позволяющий модемам компенсировать незначительные изменения фазы или амплитуды, которые приводят к возникновению
шумов в канале передачи. Комбинирование методов модуляции и кодирования позволяет работать на более высокой скорости передачи данных при заданном значении SNR, которое можно получить и без использования решетчатого кодирования. Значение чистой эффективности кодирования (аналога предельной помехоустойчивости) при решетчатом кодировании, как правило, приблизительно равно 3 дБ, хотя теоретически это значение может быть несколько выше.
Решетчатое кодирование менее эффективно при наличии случайных шумов, например, переменчивых пиковых импульсов или при высоком уровне белого шума (случайный шум). При решетчатом кодировании верные и неверные символы можно отличить, выяснив структуру, или “историю” вредного воздействия источника помех. Следовательно, решетчатое кодирование более эффективно при наличии периодических шумов с предсказуемой структурой.
Существенное преимущество решетчатого кодирования заключается в том, что для поддержания приемлемого значения скорости передачи не нужно повышать требования к ширине полосы пропускания или мощности передаваемого сигнала. Для решетчатого кодирования все же необходимо использовать более сложные приемопередатчики и предъявлять высокие требования ко внутренней мощности контроллеров, поддерживающих решетчатое кодирование.
Часто возникают споры относительно того, действительно ли при решетчатом кодировании значительно увеличивается задержка в канале передачи. Считается, что хотя для процесса кодирования/декодирования необходимо буферизировать незначительное количество данных, в новых конструкциях аппаратного обеспечения высокая скорость обработки данных позволяет минимизировать задержку. Теоретически дополнительная задержка существует, в имеющихся на данный момент конструкциях она считается незначительной.
В результате при использовании решетчатого кодирования/декодирования передача осуществляется на более высокой скорости с меньшим количеством ошибок. Таким образом общая пропускная способность в среде с умеренным уровнем шума оказывается выше. Использование решетчатого кодирования не дает преимуществ в свободной от шума среде. Преимущества или недостатки перехода на решетчатое кодирование нужно рассматривать исходя из достигаемой при этом эффективности кодирования и учитывать, нужно ли улучшать качество передачи в конкретной ситуации. Передача по каналу DSL в более длинных телефонных абонентских линиях при использовании решетчатого кодирования обычно улучшается.
Когда одновременно используются и метод FEC с алгоритмом RS, и решетчатое кодирование, эффективности кодирования нельзя просто просуммировать. Т.е. если при использовании одного только алгоритма RS достигается уровень в 3 дБ и при использовании одного только решетчатого кодирования достигается уровень в 3 дБ, то при совместном использовании обоих методов эффективность кодирования не приведет к уровню сигнала 6 дБ. Использование обеих систем значительно эффективнее, чем использование только алгоритма RS или только решетчатого кодирования. Поэтому в службах передачи по каналам DSL обычно рекомендуется использовать оба метода, если они поддерживаются аппаратным и программным обеспечением.
В последнее время для технологии HDSL версии 2 (HDSL2) был разработан отдельный вариант решетчатого кодирования — передача сигналов с перекрывающейся амплитудно-импульсной модуляцией (pulse amplitude modulation — РАМ) с взаимосвязанным спектром (Overlapped РАМ Transmission with Interlock-
ing Spectrum — OPTIS). При использовании такого метода передачи спектральная плотность мощности более устойчива к шумам как в частотах нисходящего, так и в частотах восходящего потока данных. При этом благодаря использованию взаимосвязанных частот нисходящего и восходящего потоков снижается уровень перекрестных наводок, вызванных сигналами других служб. В таком случае для получения настраиваемых значений PSD, при которых мощность сигнала в восходящем потоке в диапазоне 200-300 кГц будет увеличиваться, и одновременно с этим, в той же точке спектра мощности нисходящего потока, будет подавляться сигнал, используется закодированный решетчатым кодом сигнал, модулированный РАМ (Trellis-coded РАМ — ТС-PAM). Таким образом значение PSD максимально в диапазоне, в котором наблюдается оптимальное значение параметра SNR приемника.
Разновидности технологии DSL
На сегодняшний день в мире существуют несколько технологий DSL. Они существенно отличаются значениями радиуса действия и шириной полосы пропускания. Радиус действия — это максимальное расстояние, на которое можно передать сигнал так, чтобы при этом связь продолжала поддерживаться. В табл. 12.2 указана максимальная величина радиуса действия. Значение ширины полосы пропускания зависит от нескольких факторов. Прежде всего, в одних технологиях DSL используются симметричные полосы пропускания для восходящего и нисходящего потоков данных. В других же технологиях они асимметричны. Симметричные полосы пропускания используются преимущественно в коммерческих структурах, а также в малом и среднем бизнесе, целью которых является замена арендуемых линий связи.
В табл. 12.2 сравниваются отдельные разновидности технологий DSL и показаны некоторые их характеристики.
Ниже кратко описаны различные технологии DSL (спецификации можно найти в табл. 12.2).
ADSL- одна из наиболее распространенных технологий DSL, поскольку она асимметрична. Это означает, что скорость загрузки данных в компьютер пользователя выше скорости загрузки данных в удаленный компьютер. Такой метод согласуется с потребностями в пропускной способности у пользователей сети Internet, применяющих ее для просмотра Web-ресурсов и работы с приложениями типа клиент-сервер. Для кодирования данных по схеме DSL в технологии ADSL используются методы САР и DMT. Метод САР не является стандартизированным методом для канала DSL, а вот DMT был стандартизирован институтом ANSI (ANSI Т1.413) и международным союзом ITU (ITU G.992.1). При использовании стандартизированного метода повышается вероятность того, что соединение между устройствами разных производителей будет осуществляться нужным образом.
Таблица 12.2. Сравнение различных технологий DSL
Технология
Максимальная скорость восходящего потока данных (Мбит/с)
Максимальная скорость нисходящего потока данных (Мбит/с)
Стандарт диаметра проводов
Максимальное расстояние (в футах)
Кодирование
Стандарты
ADSL
0,8
8
несколько
17000
САР или DMT
ANSI Т1.413И ITU
G.992.1
EtherLoop
6
6
несколько
21000
QPSK, 16QAM, 64QAM
Запатентованная технология компании Elastic Networks
G.Lite
0,512
1-5
несколько
22000
DMT
ITU G.992.2
G.SHDSL
2,304
2,304
несколько
20000+
ТС РАМ
ITU G.992.1
HDSL
1,544
1,544
26AWG
9000
2B1Q
ITU G.992.1
Т1
Т1
24AWG
12000
2,0
2,0 Е1
Е1
HDSL2
1,544
1,544
26AWG
9000
ТС РАМ
ITU G.992.1
Т1
Т1
24AWG
12000
2,0
2,0 Е1
Е1
IDSL
0,144
0,144
несколько
19000
2B1Q
ANSI T1.601 и TR-393
RADSL
1,088
7,168
несколько
18000
САР или DMT
ANSI T1.413nlTU
G.992.1
SDSL
0,768
0,768
несколько
10000
2B1Q
ITU G.992.1
VDSL
20
52
несколько
3000
CAP/DMT/DW
MT/SLC
TBD
EtherLoop — это запатентованная технология компании Elastic Networks (некогда части Nortel); название EtherLoop — это сокращение от Ethernet local loop — абонентский канал сети Ethernet. В технологии EtherLoop применяется усовершенствованный метод модуляции сигнала, используемый в технологии DSL, который сочетается с полудуплексным разбиением на пакеты, характерным для сети Ethernet. Модемы EtherLoop генерируют высокочастотные сигналы только тогда, когда нужно что-нибудь отправить. Все остальное время в них используются низкочастотные управляющие сигналы (на скорости ISDN). В технологии EtherLoop можно измерять шум окружающей среды между пакетами. Это позволяет избежать интерференции между пакетами за счет необходимого смещения частот. Из-за полудуплексной природы технологии EtherLoop постоянную пропускную способность можно поддерживать либо только в нисходящем, либо только в восходящем потоке. Система Nortel изначально планировалась для скоростей в диапазоне от 1,5 Мбит/с до 10 Мбит/с, в зависимости от качества линии связи и ограничений по расстоянию.
G.Lite — версия ADSL с низкой скоростью передачи данных. Была предложена в качестве дополнения к стандарту Т1.413 Института ANSI Международной рабочей группой по технологии ADSL, возглавляемой компаниями Microsoft, Intel и Compaq. В комитете по стандартам ITU она известна как G.992.2. В ней используется та же схема модуляции, что и в ADSL (DMT), но в здании клиента не устанавливается разветвитель сети POTS. В результате сигнал канала ADSL передается по внутренним проводам здания, из-за чего доступная пропускная способность оказывается более низкой, поскольку шумы вносят больше искажений. Часто ошибочно считают, что эта технология сама по себе не предполагает использования разветвителей. Чтобы не устанавливать разветвитель в здании клиента, разветвление сигнала выполняется средствами местной станции АТС.
G.SHDSL — этот канал был определен в стандарте G.991.2 международного союза ITU как высокоскоростная цифровая абонентская линия на одной паре проводов. Технология G.SHDSL является симметричной, что позволяет передавать с одинаковой скоростью данные в восходящем и нисходящем потоках. Это очень важно, поскольку данная технология призвана заменить старые телекоммуникационные технологии, такие, как Tl, El, HDSL, HDSL2, канальную технологию DSL (SDSL), ISDN и DSL на основе ISDN (IDSL). Еще одним преимуществом является то, что для каждого отдельного контроллера нужна меньшая мощность. Технология G.SHDSL отличается от других технологий DSL тем, что в ней используется метод ТС-РАМ (часто говорят, что использование метода ТС-PAM благоприятно влияет на спектр, поскольку при его применении уменьшается интерференция с сигналами других служб, передаваемыми внутри одного кабеля). Технология G.SHDSL разрабатывалась с целью сохранения совместимости с другими технологиями и для увеличения расстояния, на котором служба может функционировать (т.е. радиуса действия), уменьшая при этом интерференцию с сигналами других служб.
HDSL — этот канал работает на скорости 1,54 Мбит/с и имеет радиус действия 9 000 футов на проводе с сечением 26 согласно американской системе оценки
сечения проводов (American Wire Gauge — AWG). Клиенту может предоставляться услуга Т1 по двум витым парам. В технологии HDSL используется модуляция с линейным кодированием 2B1Q. Для этого необходимо, чтобы обе пары были дуплексными и при этом не могли сосуществовать со службой POTS в той же витой паре. Модуляция с линейным кодированием 2B1Q подробно описана в главе 8, “Цифровая сеть с комплексным обслуживанием — ISDN”.
HDSL версии 2 (HDSL2) — эта технология разрабатывалась для того, чтобы обеспечить передачу сигнала Т1 по проводам одной пары. В ней используется метод OPTIS. Технология создавалась для работы на скорости 1,544 Мбит/с. Она может обеспечить работу всех служб, которые предлагаются технологией HDSL.
IDSL - в этой службе DSL, основанной на технологии ISDN, используется линейное кодирование 2BQ1 и, как правило, поддерживается скорость передачи данных 128 Кбит/с. Служба IDSL работает на одной паре проводов, а сам канал может иметь длину вплоть до 19 000 футов. Канал IDSL можно сделать длиннее благодаря повторению сигнала. В некоторых версиях IDSL допускается полная загрузка на скорости 144 Кбит/с (2B+D).
. RADSL — эта технология используется во всех RADSL-модемах, но она особым образом связана с запатентованным стандартом модуляции, разработанным компанией Globespan Semiconductor. В ней используются DMT-модемы стандарта CAP.Т1.413, которые технически аналогичны RADSL-модемам, но, как правило, так не называются. Скорость по восходящей линии связи зависит от скорости передачи по нисходящей линии связи, которая, в свою очередь, зависит от состояния линии и значения SNR.
SDSL — изначально эта технология разрабатывалась компанией Conexant Semiconductors (прежде Rockwell). Компанией Conexant использовался стандарт TR-90 европейской технологии SDSL с постоянной скоростью передачи данных, а также внедрена функция Autobaud для автоматического согласования скорости передачи в канале. Поскольку для этой технологии не существует стандартов, то устройства от разных производителей, в которых используются различные полупроводники, не могут взаимодействовать на разных концах линии. Без стандартов эта технология долго просуществовать не сможет. В технологии G.SHDSL используется все то же, что и в SDSL, к тому же еще могут взаимодействовать устройства от разных производителей и на основе стандартов автоматически согласовываться типы услуг и скорости передачи данных; кроме того, радиус действия технологии возрастает на 30—50% на всех скоростях передачи данных.
Сверхскоростной канал DSL для передачи данных (Very-high-data-rate DSL — VDSL) — это новейшая технология, разработанная для повышения доступной для клиента скорости передачи данных (вплоть до 52 Мбит/с). Чтобы разработать стандарты VDSL, над этой технологией в настоящий момент работает множество организаций по стандартизации. В технологии VDSL используются преимущества оптоволоконной связи и выгоды от размещения конечного оборудования ближе к клиенту. Размещая конечное оборудование в офисах и многоквартирных зданиях, можно сократить длину локальной линии связи (т.е. абонентского канала), что позволит увеличить скорость. В технологии VSDL предлагается работа как в асимметричном, так и в симметричном режимах.
Факторы, влияющие на DSL-каналы
На характеристики схемы DSL могут повлиять несколько фактов — особенно длина и сечение провода, используемого в реально установленной медной цепи. Однако есть и характеристики локальной линии связи, которые могут вызвать проблемы и увеличить поглощение сигнала.
Мостовые ответвления
Мостовые ответвления — это удлиненные концы телефонного канала или абонентской линии без терминирования. Они могут изменять полное сопротивление локальной абонентской линии, в особенности на тех частотах, на которых работает технология DSL. Поскольку длина волны обратно пропорциональна частоте, у коротких мостовых ответвлений полное сопротивление будет наибольшим для служб, использующих широкополосные сигналы, а у длинных мостовых ответвлений оно будет наибольшим для служб, использующих узкополосные сигналы. Находясь под напряжением постоянного тока, мостовое ответвление ведет себя как разомкнутая цепь, но на высоких частотах абонентский канал превращается в шлейф линии передачи. Такое несоответствие полного сопротивления может вызвать много проблем, но обычно просто приводит к отражению сигнала от места ответвления в точку передачи. Это, в свою очередь, приводит к возникновению битовых ошибок. Такая особенность ухудшает связь в канале DSL. Большинство абонентских каналов содержит, по крайней мере, одно мостовое ответвление, а влияние нескольких мостовых ответвлений суммируется. Проводка в помещениях обычно содержит дополнительные короткие мостовые ответвления, которые вызывают дополнительную потерю сигнала. Чтобы у канала DSL были оптимальные характеристики, в абонентской линии связи должно быть как можно меньше мостовых ответвлений.
Удлинительные катушки
Удлинительные катушки — это катушки индуктивности, которые последовательно подключаются к телефонной линии, чтобы скомпенсировать параллельно подключенное к линии емкостное сопротивление. Они как бы “удлиняют” абонентскую линию связи для передачи голосовых сигналов. Удлинительные катушки помогают усилить частоты в верхнем конце речевого диапазона за счет частот выше 3,6 кГц. На частотах DSL удлинительные катушки ведут себя как разомкнутая цепь, не давая пройти сигналам с соответствующей частотой. Удлинительные катушки в схемах DSL мешают установить DSL-соединение.
Интерференция сигнала
Как известно, радиостанции, работающие в AM-диапазоне, вызывают проблемы в абонентских каналах DSL, из-за того что их частотные диапазоны перекрываются (AM-радиостанции работают в диапазоне от 550 кГц до 1,7 МГц). Кроме того, интерференция возникает между сигналами, передаваемыми по находящимся в одной связке каналам DSL, которые используют различные технологии.
Радиопомехи
Фильтры радиопомех (Radio Frequency Interference — RFI) устанавливаются во многих зонах, в которых в ходе телефонного разговора можно слышать передачи АМ- радиостанций. Наиболее распространенными RFI-фильтрами являются обычные конденсаторы, расположенные по всей локальной абонентской линии связи (между рабочим сигнальным шлейфом и схемой звонка в телефоне, между сигнальным шлейфом и землей). Они не влияют на частоты голосового диапазона, но на радиочастотах и частотах работы канала DSL приводят к эффекту короткого замыкания. Фильтры RFI ухудшают характеристики канала DSL в кабелях небольшой длины и могут помешать DSL-модемам установить соединение на больших расстояниях.
Перекрестная наводка
Электроэнергия, передаваемая по медному проводу линии связи в виде модулированного сигнала, излучается также и в направлении смежных цепей из медного провода, находящихся в том же пучке кабелей.
В телефонной сети множество изолированных медных проводов, свитых парами, объединены в один кабель, который называется связкой кабелей. Расположенные рядом системы из одной связки кабелей, передающие или принимающие информацию в одном и том же диапазоне частот, могут вызывать сильные перекрестные помехи, т.к. индуцированный перекрестной наводкой сигнал добавляется к сигналам, которые изначально предназначались для передачи по цепи из медного провода. В результате получается волна, которая по форме отличается от изначально передаваемого сигнала.
Перекрестные помехи можно поделить на два типа. Наиболее существенной является перекрестная наводка на ближнем конце (near-end crosstalk — NEXT), поскольку сигнал, обладающий высокой энергией, передаваемый в соседней системе, может вызвать относительно сильные перекрестные помехи в первичном сигнале. Второй тип наводки — это перекрестная наводка на дальнем конце линии (far-end crosstalk — FEXT), которая, как правило, вызывает меньше проблем, поскольку сигнал на дальнем конце линии ослабевает в процессе передачи по цепи.
Длина кабеля
Когда в кабельных системах все слаженно работает, наиболее значительным фактором, влияющим на функционирование услуг DSL, является длина кабеля. С увеличением длины кабеля сечение (диаметр) провода становится все более и более значительным, и помехи, вызванные сигналами других служб, передаваемыми по тому же кабелю, становятся более ощутимы.
В кабелях большей длины поглощаются частоты всех сигналов, хотя высокие частоты поглощаются сильнее, чем низкие. Это происходит прежде всего из-за емкостного сопротивления, распределенного вдоль двухпроводной линии передач. Два параллельно расположенные проводника образуют конденсатор. С ростом частоты реактивное сопротивление линии (сопротивление переменному току) снижается, и при высоких частотах в схеме фактически происходит короткое замыкание, что приводит к сильному поглощению частот, на которых работает канал ADSL.
Сечение провода и сопротивление
Большинство телефонных кабелей, проложенных с 1980 года, были либо стандарта 24 AWG, либо стандарта 26 AWG. Провод сечения 26 имеет немного меньший диаметр, чем провод сечения 24, и в одном и том же пространстве можно разместить значительно больше витых пар сечения 26 (международными эквивалентами этих стандартов являются провода, диаметром 0,5 и 0,4 мм). До 1970 года часто использовались провода сечения 22. В 50-х годах прошлого века иногда прокладывались кабели с сечением 19. Разница между сопротивлением постоянному току в цепи на витой паре длиной 18 000 футов в проводах сечения 19 и 26 весьма существенна. По мере того как величина тока, необходимая для получения приемлемых характеристик телефонной линии, стала ниже, и появилась необходимость использовать значительно большее число витых пар в кабеле, а также были разработаны новые типы кабелепроводов, более популярными стали провода меньшего диаметра.
Продемонстрируем на простом сравнении сопротивления постоянному току разницу между проводами стандарта 24 и 26. Сопротивление провода сечения 24 составляет 26 Ом на 1 000 футов, а сопротивление провода сечения 26—41 Ом на 1 000 футов. Измерения проводились при температуре 25°С/75°Ф. Телефонная линия — это цепь с постоянным током, поэтому 18 000 футов кабеля в действительности составляют 36 000 футов цепи из медного провода. Сопротивление значительно изменяется при колебаниях температуры окружающей среды, в особенности при прокладке кабелей по телеграфным столбам, когда они находятся на солнце. Следовательно, в некоторых климатических условиях характеристики DSL могут изменяться между полуночью и полуднем просто из-за того, что сопротивление возрастает, а из-за этого растет поглощение, т.к. кабель нагревается за это время. Напомним, что с ростом сопротивления (и связанного с ним поглощения) значение SNR уменьшается.
Сетевая структура технологии DSL
Сетевая структура DSL состоит из трех сегментов: оборудования СРЕ, точки NAP и провайдера сетевых услуг (Network Service Provide — NSP). В этом разделе дано краткое описание каждого компонента. На рис. 12.7 эти компоненты показаны в общей сетевой структуре DSL. На рис. 12.7 нет разветвителя сети POTS, поскольку он не является обязательным. Однако, если он все же есть, то должен размещаться между устройствами СРЕ и DSLAM.
Сегмент СРЕ
Сегмент СРЕ содержит оборудование, размещенное у клиента или на удаленном абонентском пункте. Такое оборудование состоит из устройства ATU-R и, возможно, разветвителя сети POTS, и обеспечивает передачу в направлении точки NAP по восходящему каналу. Устройство ATU-R — это автономный элемент, который устанавливается в здании клиента или на удаленном абонентском узле. Элемент ATU-R являет-
ся самостоятельным и содержит ADSL-модем, имеет интерфейс Ethernet или USB и поддерживает питание от сети переменного тока. В логическом смысле элемент ATU- R может функционировать как маршрутизатор или мост, в зависимости от порядка установки и модели. Он может также функционировать как клиент, работающий с протоколом передачи данных от точки к точке по сети ATM (Point-to-Point Protocol over ATM — PPPoA) или протоколом передачи данных от точки к точке по сети Ethernet (Point-to-Point Protocol over Ethernet — PPPoE) (этот момент детальнее обсуждается ниже в текущей главе).
CPENAPCPENAPNSPNSPРис. 12.7. Общая сетевая структура технологии DSLРис. 12.7. Общая сетевая структура технологии DSL
CPENAP
CPENAP
NSP
NSP
Рис. 12.7. Общая сетевая структура технологии DSL
Рис. 12.7. Общая сетевая структура технологии DSL
Сегмент NAP
Сегмент NAP находится там, где заканчиваются и объединяются каналы DSL, расположенные в здании клиента, чтобы обеспечить соединение с поставщиками услуг. Точка NAP — это, как правило, организация, которая владеет цепью из медных проводов для канала DSL или предоставляет их для пользования. Это может быть региональная телефонная компания (Regional Bell Operating Company — RBOC) (в США) или конкурирующее агентство, управляющее местной телефонной станцией (competitive local exchange carrier — CLEC).
В точке NAP каналы DSL подсоединяются к мультиплексору DSLAM. Мультиплексор DSLAM состоит из элемента ATU-C и шлюза для перехода в сегмент NSP. В мультиплексоре DSLAM допускается терминирование не только каналов ADSL, но и других. Если установлена соответствующая карта, мультиплексор может терминировать другие типы каналов DSL. Основная функция точки NAP заключается в терминировании сигнала, передаваемого по каналу DSL, обеспечении соединения с NSP на первом и втором уровнях (согласно семиуровневой модели сети, разработанной в рамках модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI)).
В мультиплексоре DSLAM элементы ATU-C агрегируются и передаются в сегменты NSP. Связь с поставщиками услуг обычно осуществляется при помощи сети ATM. При использовании технологии ATM данные DSL размещаются в ячейках ATM и перемещаются по виртуальным каналам поставщикам услуг. Сеть ATM поддерживает передачу информации о качестве предоставляемых услуг (Quality of Service — QoS), что позволяет разделить предлагаемые услуги на отдельные уровни.
Сегмент NSP
Сегмент NSP отвечает за предоставление услуг по сети DSL. Роль сегмента NSP может играть та же организация, что и в случае с сегментом NAP, но это может быть и совершенно иная организация. К числу услуг, предлагаемых организацией NSP, может относиться доступ к сети Internet с услугами, предоставляемыми провайдером услуг Internet (Internet Service Provider — ISP), такими, как электронная почта, размещение Web-сайтов и сетевая безопасность. С развитием технологий общедоступными могут стать и другие услуги, такие, как телефония и видео.
Рис. 12.8 иллюстрирует стек протоколов сети DSL.
ПоставщикКонечныйТелефонная, оперативнойпользователь компания/NAPISP/NSP - ' ' ' информацииПоставщикКонечныйТелефонная, оперативнойпользователь компания/NAPISP/NSP - ' ' ' информацииинформацииинформацииРис. 12.8. Стек протоколовРис. 12.8. Стек протоколов
Поставщик
КонечныйТелефонная, оперативной
пользователь компания/NAPISP/NSP - ' ' ' информации
Поставщик
КонечныйТелефонная, оперативной
пользователь компания/NAPISP/NSP - ' ' ' информации
информации
информации
Рис. 12.8. Стек протоколов
Рис. 12.8. Стек протоколов
Передача данных от клиента DSL поставщику услуг NSP может осуществляться с применением нескольких различных технологий. В одних методах передачи используется протокол РРР, а в других — нет. На рис. 12.8 показана точка, в которой РРР входит в стек протоколов. Однако, если протокол РРР не используется, как в случае с маршрутизацией, согласно документу RFC 1483, то в стеке протоколов он отсутствует. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных технологий.
Промежуточное преобразование RFC 1483. При использовании промежуточного преобразования RFC 1483 IP-пакеты от рабочей станции конечного пользователя инкапсулируются в пакеты, соответствующие стандарту IEEE 802.3 (Ethernet), и поступают на элемент ATU-R оборудования СРЕ. В оборудовании СРЕ пакеты инкапсулируются с заголовками подуровня управления логическим каналом/протокола доступа к подсети (Logical Link Control/Subnetwork Access Protocol — LLC/SNAP), снова инкапсулируются на пятом уровне при подготовке информации к передаче по сети ATM (ATM Adaptation Layer5 — AAL5) и передаются в сеть ATM. Пакеты преобразовываются в формат сегментов сети Ethernet или в формат виртуального интерфейса в концентраторе широкополосной сети (Broadband Aggregator — ВВА) и там терминируются.
Промежуточное преобразование RFC 1483 с инкапсуляцией в маршрутизирующем мосту (routing bridge encapsulation — RBE). При использовании механизма RBE данные пользователя по-прежнему преобразовываются в оборудовании СРЕ; однако концентратор ВВА теперь маршрутизирует пакеты, используя заголовки третьего уровня, вместо того чтобы преобразовывать их. Это позволяет значительно улучшить характеристики и повысить уровень безопасности по сравнению с использованием традиционного промежуточного преобразования. При этом также появляется возможность использовать одну IP-подсеть для большого количества оборудования СРЕ.
Маршрутизация RFC 1483. При использовании маршрутизации 1483 блоки PDU маршрутизируются, а не преобразовываются. Для этого необходимо, чтобы оборудование СРЕ работало как маршрутизатор, а не как мост, предусматривающий использование частной сети между СРЕ и персональным компьютером (ПК). Кроме того, для каждой пары ВВА-интерфейс/СРЕ все же необходима отдельная IP-подсеть. Не всякое оборудование СРЕ поддерживает маршрутизацию RFC 1483.
На рис. 12.9 показана базовая топология для развертывания сети DSL с использованием технологии RFC 1438. Шлюзовой интерфейс аналогичен стандартному шлюзу, установленному на ПК. Стандартно в нем есть точка выхода для всех адресов, находящихся вне IP-подсети устройства.
1Р=192.168.1.4/24
шлюз=192.168.1.1
Рис. 12.9. Развертывание сети DSL с использованием технологии RFC 1483
Внимание!
Конфигурации некоторых (или всех) устройств немного отличаются в зависимости от того, какая развертывается структура RFC 1483. Однако топология и схема адресации остаются теми же. В некоторых случаях маршрутизацию RFC 1483 можно выполнять в направлении от СРЕ к ВВА.
РРРоА. В технологии РРРоА для инкапсуляции высокоуровневых протоколов, таких, как IP и протокол межсетевого пакетного обмена (Internetwork Packet Exchange — IPX), используется протокол PPP (см. документ RFC 1331). Пакет PPP инкапсулируется на уровне AAL5 и передается в агрегирующее оборудование, из которого он пересылается в сегмент NSP (RFC 2364). Приложение, использующее протокол РРР, должно знать инфраструктуру поставщика службы и предоставлять услуги по аутентификации (протокол аутентификации по паролю (Password Authentication Protocol — PAP) и протокол аутентификации с предварительным согласованием вызова (Challenge Handshake Authentication Protocol — CHAP)), управление IP-адресами и услуги по оплате счетов. Система такая же, как и та, что используется для традиционного коммутируемого доступа. При применении технологии РРРоА допускается только один сеанс связи на один виртуальный канал (virtual circuit — VC). Если используются несколько каналов VC, можно установить несколько сеансов связи по протоколу РРР.
РРРоЕ. Еще одним методом передачи высокоуровневых протоколов по сети DSL является использование технологии РРРоЕ (см. документ RFC 2516). При использовании этого метода на узлы-ПК клиента устанавливается программа- клиент. Программа-клиент инкапсулирует IP-пакеты в протокол РРР, а затем инкапсулирует пакеты РРР в пакеты формата Ethernet. Затем пакеты передаются по сети DSL посредством промежуточного преобразования RFC 1483 поставщику NSP. Технология РРРоЕ позволяет всем ПК получать доступ к различным услугам. Она также позволяет поставщику услуг NSP следить за пользовательской информацией с целью предоставления счетов для оплаты.
Внимание!
Некоторые наиболее новые версии оборудования СРЕ теперь имеют встроенную функцию клиента РРРоЕ, что позволяет им играть роль маршрутизатора для сетей LAN, обеспечивая при этом необходимое соединение по технологии РРРоЕ.
На рис. 12.10 показана базовая топология для развертывания методов РРРоА и РРРоЕ.
Внимание!
Как в случае с технологией РРРоА, так и в случае с РРРоЕ сеанс связи по протоколу РРР может устанавливаться либо на ПК, либо в оборудовании СРЕ. Вариант установки канала зависит от функциональных возможностей СРЕ и требований провайдера ISP.
Примеры конфигураций для всех представленных выше топологий можно найти по адресу www.cisco.com. Используя простой поиск, можно открыть несколько страниц, посвященных рассмотренной нами теме. Кроме того, можно посетить страницу технических советов, чтобы получить доступ к примерам конфигураций: www.cisco.com/public/technotes/serv_tips.shtml
ppppppРис. 12.10. Технологии РРРоА и PPPoEРис. 12.10. Технологии РРРоА и PPPoE
ppp
ppp
Рис. 12.10. Технологии РРРоА и PPPoE
Рис. 12.10. Технологии РРРоА и PPPoE
Форум эксперта: крупномасштабная сеть DSL
Во многих случаях местные провайдеры ISP предоставляют возможность соединения по сети DSL более крупным ISP. В таком случае поставщики DSL-услуг хотят просто терминировать DSL-сигнал и передавать остальные услуги провайдеру (специальное терминирование РРР). При таком типе развертывания, как правило, осуществляется туннельный переход пользовательских сеансов связи по протоколу РРР через протокол туннелирования второго уровня (Layer2 Tunnel Protocol— L2TP) назад к подходящему поставщику ISP (дополнительную информацию о L2TP можно получить, просмотрев RFC 2661). Протокол L2TP позволяет провайдеру определить все атрибуты пользователя третьего уровня без установления DSL-соединения. При этом поставщики DSL-услуг получают преимущество: им не нужно предоставлять услуги третьего уровня. Поставщик просто предоставляет возможность передачи пользовательского трафика на уровнях 2 и 3.
На рис. 12.11 показано, что поставщик DSL-услуг обеспечивает DSL-соединение и обратную передачу провайдеру на уровнях 1 и 2.
user1@isp.comuser1@isp.comCPEDSLAMCPEDSLAMРРРоХРРРоХ: PVC ►<Туннелирование►: PVC ►<Туннелирование►
user1@isp.com
user1@isp.com
CPEDSLAM
CPEDSLAM
РРРоХ
РРРоХ
: PVC ►<Туннелирование►
: PVC ►<Туннелирование►
Сеанс связи по протоколу РРР
оборудования СРЕ► с точкой LNS протокола L2TP
Рис. 12.11. Реализация технологии РРРоХ (РРРоА или РРРоЕ) совместно с протоколом L2TP
Ниже дано краткое описание событий, которые происходят, когда пользователь устанавливает DSL-соединение.
Оборудование СРЕ сети DSL соединяется с мультиплексором DSLAM, чтобы реализовать DSL-соединение.
После того как установлен канал DSL, аппаратура СРЕ начинает отправлять начальные параметры протокола РРР (фреймы LCP). В них содержатся некоторые атрибуты линии связи (например, MRU) и данные аутентификации (например, РАР или CHAP).
На этом этапе концентратор доступа по протоколу L2TP (L2TP Access Concentrator— LAC) идентифицирует входящего пользователя как, например, user1@isp.com. Расширение домена в имени пользователя указывает, что концентратор LAC должен начинать туннелирование по протоколу L2TP с сетевым сервером L2TP (L2PT Network Server — LNS) провайдера.
Пользовательские данные РРР буферизируются устройством LAC до тех пор, пока существует туннель L2TP. В этой точке они пересылаются на сервер LNS.
Пользовательское устройство согласовывает с сервером LNS все параметры протокола РРР: протокол управления каналом связи (Link Control Protocol — LCP) и протокол управления сетью (Network Control Protocol — NCP). После завершения этого этапа пользователю необходима будет информация на уровне 3, и он сможет продолжать работать с нужными сетевыми службами.
С этого момента и в дальнейшем весь трафик пользователя будет туннелироваться через концентратор LAC к точке LNS. Пользователь/оборудование СРЕ не знает о поставщике DSL, в том числе он не подозревает и о концентраторе LAC. Он знает только, что его IP-шлюзом, известным также как стандартный шлюз, является устройство LNS.
Резюме
Технология DSL позволяет справиться с всевозрастающей необходимостью в увеличении пропускной способности как в домашних условиях, так и повсеместно. В различных сценариях могут использоваться отдельные разновидности технологии DSL, что зависит преимущественно от требований к расстоянию и пропускной способности. Существует множество факторов, влияющих на качество соединения, и для того чтобы улучшить скорость передачи данных по каналу DSL и запас соотношения SNR, необходимо настраивать множество параметров. Решение кроется в понимании технологии и того, какие факторы какую роль играют в соединении.
Топологии сетей DSL у различных поставщиков услуг могут сильно отличаться, поэтому не стоит думать, что если оборудование СРЕ для сети DSL работает на одной несущей, то оно будет работать и на другой. У разных топологий есть свои преимущества и недостатки, но все топологии все же широко используются.
Ссылки и стандарты
При написании этой главы использовались перечисленные ниже источники. Ими также можно воспользоваться для дальнейшего ознакомления с сетями DSL и для их развертывания.
www.ds1forum.org или www.adsl.com.
www.ietf.org.
www.atmforum.com.
www.itu.int.
www.cisco.com и www.dsl.cisco.com.
www.developer.intel.com.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Какие методы кодирования используются в технологии DSL?
Какими тремя параметрами характеризуется аналоговый сигнал?
Какой диапазон частот используется для передачи речевых сигналов в сети POTS?
На сколько подканалов делится полоса пропускания в методе DMT?
Что такое мостовые ответвления?
Что такое удлинительная катушка и для чего она служит?
Что такое разветвитель сети POTS?
Что такое NEXT?
Укажите пять методов транспортной инкапсуляции для технологии DSL.
Что такое NSP?
В этой главе...
Кабельная сеть. В этом разделе описана сеть телевизионною кабельною вешания (CATV).
DOCSIS: стандарт кабельных модемов. В разделе обсуждаются основные принципы стандарта DOCSIS.
Последовательность инициализации кабельных DOCSIS-модемов. В разделе подробно описаны этапы инициализации кабельного модема.
Двоичные файлы DOCSIS-конфигурании. В этом разделе подробно описаны конфигурационные файлы стандарта DOCSIS версий 1.0 и 1.1.
Безопасность и основная защита. В разделе описана инициализация основной зашиты, предварительно предоставленные сертификаты, интерфейс основной зашиты (BPI+), а также другие важные моменты и особенности, связанные с безопасностью.
Комбинирование волоконно-оптических узлов. В разделе описан процесс определения связей оптических узлов с DOCSIS-портами..
Топологии кабельных IP-сетей. В этом разделе описаны структуры агрегирования Ethernet-каналов, оптических носителей, динамической транспортировки пакетов и отказоустойчивого кольца'передачи пакетов (DPT/RPR), структуры высокоскоростной оптической сети (на основе технологии мультиплексирования по длинам волн высокой плотности — DWDM).
Развитие кабельных IP-сетей. Раздел посвяшен перспективам развития кабельных IP-сетей.
ГлаваГлава1313
Глава
Глава
13
13
Технология кабельных модемов и кабельное телевидение
Сети кабельного телевидения (cable television — CATV) получили распространение в ■; < Соединенных Штатах в конце 40-х годов XX века как средство телевизионного широковещания в областях, где возникают сложности с приемом телевизионного сигнала. Ан- 1снны размешались на возвышенностях и других высоких точках, а дома подключались к ним посредством кабелей. С использованием кабельных подключений некоторые дома получали чистый прием телевизионных сигналов. В 50-х годах прошлого века к сети ка- ■' бельного телевидения было подключено более 14 000 отдельных домов. С того времени кабельное телевидение появилось примерно в до 70-ти процентах жилищ в США, а в некоторых населенных пунктах и более. Сейчас сеть кабельного телевидения в США охватывает примерно 97% домов. За пределами Соединенных Штатов кабельное телевидение также становится чрезвычайно популярным средством трансляции телевизионных программ. Последние усовершенствования служб на основе кабельного телевидения, такие, как оплата за разовый просмотр (pay-per-view), цифровое кабельное телевидение (digital CATV), а также кабельные модемы, служат подтверждением мощности и гибко' ста сетей кабельного телевидения во всем мире.
Со времени своего возникновения кабельное телевидение приобрело характер широкомасштабного бизнеса и вызвало всплеск консолидации производителей оборудования. То, что началось с нескольких мелких местных компаний кабельного вещания, стало индустрией, в которой доминирует ряд крупных кабельных операторов, обслуживающих множество географических областей. Один крупный оператор кабельного . телевидения, который называется оператором нескольких служб (Multiple Service Ор- ’ erator — MSO), способен контролировать сети кабельного вещания на большом количестве географических областей. В настоящее время существуют кабельные операторы различной величины — от небольших кабельных сетей с двумястами абонентами до огромных MSO-операторов, обслуживающих десятки миллионов домов.
В процессе распространения служб кабельного телевидения операторы служб ^; осознали; что для дальнейшего роста доходов требуется предоставление новых услуг. Системы кабельных модемов были испытаны в качестве новых источников доходов в
начале 70-х годов XX века. К 1996 году домашние компьютеры и кабельные модемы стали главным предметом интереса MSO-операторов. С 1997 года число пользователей кабельных модемов экспоненциально увеличивалось. Однако технология кабельных модемов, остававшаяся сложной на первом этапе внедрения, с первоначально планируемым уровнем распространения от трех до восьми процентов жилищ, скачкообразно возросла до уровня от двадцати до тридцати пяти процентов. Несмотря на то что с помощью кабельных сетей абонентам постоянно доставляется огромное количество информации по телевизионным каналам, отправка информации в восходящем (upstream) направлении (т.е. от абонента к кабельному оператору) была и остается сложной как технологически, так и с точки зрения реализации. Ранние интерактивные службы, такие, как оплата за одноразовый просмотр и кабельные модемы, предъявляли практически нереальные требования к конструкции сетей кабельного телевидения. Системы более позднего создания преодолели ограничения на передачу по восходящему каналу, опираясь на телефонные системы и телефонные модемы для передачи информации. Некоторые системы с более старыми кабельными модемами, кабельные сети без доступного маршрута восходящей передачи, а также приставки (settop boxes), предназначенные для выполнения таких функций, как заказ одноразового просмотра, до сих пор опираются в своей работе на телефонную систему.
По мере того как служба кабельных модемов становилась все более и более популярной, несколько производителей выпустили на рынок конкурирующие частные системы. Каждая из ранних систем кабельных модемов обладала собственными преимуществами, но также и недостатками. Несомненно, такие частные системы были революционными по своей способности передавать данные домашних компьютеров в восходящем и нисходящем направлениях при использовании той же кабельной инфраструктуры, с помощью которой в дом доставляются телевизионные сигналы. Однако вскоре MSO- операторы осознали, что недостаток широко распространенных стандартов кабельных модемов способствовал росту цен на оборудование и вынудил операторов использовать оборудование одного производителя. Инвестировав однажды средства в продукт одного производителя, MSO-операторы сталкивались с трудностями или даже невозможностью перейти на продукт другого производителя. В 1994 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE) приступил к разработке стандарта кабельных модемов под названием 802.14, который имел своей целью создание единой взаимодействующей спецификации кабельных модемов. В 1996 году четыре оператора кабельных систем (Сох Communications, Comcast Cable Communications, Tele-Communications и Time Warner Cable) для оценки технологий и создания более согласованного с требованиями индустрии стандарта модемной технологии сформировали консорциум партнеров мультимедийных кабельных сетевых систем (Multimedia Cable Network System Partners — MCNS). Первой MCNS-спецификацией, которая была выпущена в 1997 году, стал стандарт DOCSIS. Международный союз по телекоммуникациям (International Telecommunication Union — ITU) принял DOCSIS- спецификации в 1998 году как международный стандарт, а впоследствии были оставлены попытки развития стандарта IEEE 802.14. На организации Cable Television Laboratories (CableLabs, США) и tComLabs (в Европе) была возложена ответственность за сертификацию и тестирование DOCSIS-оборудования, а также наблюдение за новыми аспектами технологии кабельных модемов.
В этой главе отдельно рассматриваются системы кабельных модемов, основанные на DOCSIS-стандартах. Эти стандарты включают в себя спецификации DOCSIS, а также Европейский вариант стандарта DOCSIS версий 1.0, 1.1 и 2.0.
Кабельная сеть
Кабельное телевидение первоначально внедрялось для доставки программ близлежащих телевизионных станций в районы со слабым или отсутствующим приемом. Таким образом кабельное телевидение служило абонентам в качестве однонаправленного (одностороннего) механизма распространения видеоинформации, в котором телевизионное вещание передавалось абоненту в нисходящем направлении от точки распространения (CATV video distribution point), называемой также головным узлом (headend). Сеть кабельного вещания, которую часто называют кабельной сетью, обычно содержала разветвленную металлическую (алюминиевую или медную) кабельную систему с усилителями, расположенными во всей сети с целью увеличения мощности сигнала. По более крупному, коаксиальному кабелю, который называется магистральным кабелем (trunk cable), сигнал транспортировался на большие расстояния, где затем распределялся по более тонким кабелям, которые иногда называются экспресс- кабелями (express cables). Усилители установлены как на магистральных, так и на экс- пресс-кабелях. На территории абонента нить тонкого кабеля, которая называется фидером (feeder), или ответвительным кабелем (drop cable), соединяет магистральный кабель с оборудованием клиента (Customer Premises Equipment — CPE). На рис. 13.1 представлена традиционная разветвленная структура коаксиальной сети с ответвительными, экспресс- и фидерными кабелями.
Для абонентов, находящихся на значительных расстояниях от головного узла, использование металлической разветвленной конструкции может вызвать необходимость применения множества усилителей между абонентом и головным узлом. Усилители старых конструкций часто выпускались как устройства однонаправленного действия, поскольку конструкция самой сети CATV была однонаправленной.
Хотя полностью металлические коаксиальные сети все еще можно найти в некоторых районах, ограниченность коаксиальных сетей и большие достижения аналоговой волоконной оптики усовершенствовали общую конструкцию кабельной сети.
Рис. 13.1. Обычная разветвленная коаксиальная кабельная сеть
Одним из ограничений коаксиальных кабельных сетей является ослабление сигнала. Сигналы, проходящие по металлическому кабелю, нуждаются в сравнительно частом усилении, особенно это касается высокочастотных сигналов. Технологии кабельных модемов по определению предполагают использование модуляции и демодуляции аналогового сигнала, и при последовательном многократном усилении аналогового
сигнала часто возникают проблемы с его качеством. Частотное усиление аналогового сигнала не только усиливает транспортируемый сигнал, но и все связанные с ним шумы и помехи, что снижает качество сигнала. Сигнал можно усилить ограниченное количество раз до того, как его качество станет неприемлемым. В современных сетях количество последовательных усилителей, которые называются усилительными каскадами (amplifier cascades), ограничено. Хотя в старых конструкциях сетей использовалось по 20 или даже 80 усилителей в каскаде, в более новых конструкциях обычно имеется от пяти до семи усилителей для оптимизации качества сигнала и повышения надежности. Подобные ограничения усилителей, свойственные металлическим коаксиальным сетям CATV, ограничивают расстояние от абонента к головному кабельному узлу, а также общий размер кабельной сети.
Дополнительные проблемы усиления в кабельной сети связаны с основными путями дифференциального ослабления частот во время прохождения сигнала по сети. Более высокие частоты ослабевают быстрее, чем более низкие, что приводит к эффекту провала (slope) мощности сигнала. Для смягчения эффекта дифференциального ослабления усилители часто устанавливают совместно с эквалайзерами. Эквалайзеры настроены на частотный отклик, соответствующий кабельному пролету, который предшествует усилителю. В ситуациях, когда усилитель используется совместно с эквалайзером, последний генерирует выравнивающий сигнал для компенсирования дифференциального ослабления. Хотя усилители и эквалайзеры поддерживают уровни сигналов на всех частотах, одним из последствий дифференциального ослабления является то, что более высокие частоты требуют большего или более частого усиления, чем остальные. В результате на более высоких частотах возникает смешанный шум, искажения и помехи.
В настоящее время CATV-сеть включает в себя сегменты, состоящие как из волоконно-оптических кабелей, так и из коаксиальных кабельных систем. CATV-сеть способна обслуживать миллионы абонентов во многих географических областях. Телевизионные программы передаются MSO-операторам посредством кабелей, систем телевещания, а также через спутниковые каналы. Для обеспечения усиления как восходящих, так и нисходящих сигналов старые однонаправленные усилители заменены двусторонними, а общее число усилителей в каскадах сокращается. Для того чтобы создать связь на основе медных проводов с использованием волоконной оптики, в современной кабельной сети волоконно-оптический кабель комбинируется с коаксиальным.
Комбинированная оптокоаксиальная сеть (НЕС)
Первые сети с использованием волоконно-оптической узловой технологии появились в 1990 году. В настоящее время сети кабельного телевидения строятся исключительно с использованием НРС-конструкций (НРС, или Hybrid Fiber-Coaxial — комбинированная оптокоаксиальная сеть, также называемая гибридной), а более старые сети модифицируются для приобретения преимуществ HFC-сетей. В результате большинство сетей кабельного телевидения в настоящее время основываются на волоконно-оптической узловой структуре, однако они также включают в себя элементы более старых коаксиальных сетей. Конструкция HFC-сети уменьшает количество проблем, связанных с усилением и ослаблением сигнала, а также проблем, характерных для всех коаксиальных сетей. Кабельные HFC-сети могут без необходимости усиления сигнала расширяться в значительно большем масштабе, чем коаксиальные. Поскольку сигнал проходит через волоконно-оптический кабель, физическое расстояние между
головным узлом и абонентом может быть более ста километров, т.е. гораздо больше, чем в сети, основанной на коаксиальном кабеле.
В связи с появлением HFC-топологии старый магистральный кабель был переименован в экспресс-кабель. На рис. 13.2 приведена обычная конструкция HFC-сети с удаленным оптическим узлом (fiber node), подключенным к экспресс-кабелю, распределительным (distribution cables) и фидерным кабелям. Экспресс-кабель обычно проходит между усилительными каскадами и не имеет непосредственно подключенных абонентских домов.
Рис. 13.2. Пример HFC-cemuРис. 13.2. Пример HFC-cemu
Рис. 13.2. Пример HFC-cemu
Рис. 13.2. Пример HFC-cemu
Сеть HFC представляет собой иерархическую сетевую конструкцию. В состав каждого головного узла входят пары волоконно-оптических приемников-передатчиков, подключенных волоконно-оптическим кабелем к удаленному оптическому узлу. В удаленном оптическом узле полученные нисходящие оптические сигналы преобразуются в электрические, а затем направляются в подключенный к узлу коаксиальный кабель. Аналогично, когда удаленный оптический узел получает через коаксиальный кабель восходящие электрические сигналы, он преобразовывает их в оптические, а затем направляет в подсоединенный волоконно-оптический кабель. Удаленный волоконно-оптический узел подключен к приемному и передающему лазерам головного узла посредством волоконно-оптического кабеля, а к абонентскому оборудованию — через коаксиальный кабель. Оптические узлы также выполняют фильтрацию частот восходящего потока, которые выходят за пределы установленного диапазона (обычно частоты в диапазоне от 5 до 45 МГц не фильтруются, хотя этот диапазон может изменяться в зависимости от типа кабельной сети).
Оптический узел обслуживает установленное число домов или потенциальных абонентов. Поскольку количество потенциальных абонентов в определенной географической области изменяется нечасто, оптические узлы могут проектироваться с учетом определенного количества потенциальных абонентов (называется также количеством обслуживаемых домов (households passed — ПНР)). В 1990 году во время первоначальной прокладки HFC-сетей каждый оптический узел был рассчитан на обслуживание 10 000 ННР. К 1995 году это число уменьшилось до 2 000 ННР. По мере того как цены на оптическое оборудование продолжают снижаться, а запросы на сегментацию сети растут, размер узла уменьшается. В 2001 году распространенными стали узлы размером 250 ННР. Количество домов, обслуживаемых оптическим узлом, существен-
но влияет на внедрение двусторонних кабельных IP-технологий в данном физическом сегменте кабельной сети.
В процессе сегментации сети (plant segmentation) кабельные операторы постепенно модернизируют свои сети и сокращают число абонентов на одном оптическом узле. Поскольку кабельная сеть является в основном совместно используемой передающей средой, сегментация сети позволяет кабельному оператору с большей надежностью предоставлять абонентам определенные услуги. Т.к. восходящие и нисходящие сигналы изолируются на узловой основе, каждый оптический узел может рассматриваться как небольшая кабельная сеть. Это означает, что кабельный оператор может предоставить отдельным узлам различные телевизионные каналы или другие услуги. Сегментация сети — одна из наиболее важных методик управления количеством кабельных модемов, которые осуществляют передачу в одном совместно используемом сегменте кабельной сети. Для сегментации трафика кабельный оператор может также использовать дополнительные частоты, технологию, которая называется мультиплексированием с частотным разделением каналов (frequency-division multiplexing — FDM). Оператор сравнивает затраты на дополнительные спектры частот с капитальными вложениями в дальнейшую сегментацию сети и обычно выбирает более дешевую альтернативу.
Головные узлы и концентраторы
Простая кабельная сеть, которая обслуживает одну географическую зону, может быть представлена как сеть, имеющая единственный источник видеосигнала, часто получаемый со спутника, ретрансляционной антенны или другого типа приемного устройства. Упомянутый источник сигнала называется головным узлом и передает данные посредством группы кабельных узлов в конкретную географическую область. Каждый оптический узел затем подключается к коаксиальной распределительной сети (distribution network), с помощью которой видеосигналы доставляются на территорию отдельных абонентов. Каждый оптический узел часто аналогичен группе абонентов, такой, как многоквартирный дом, офис, городской квартал или микрорайон.
Многие MSO-операторы, сформированные при объединении географически разделенных кабельных сетей, сталкиваются с трудностями при распространении информации по локальным кабельным сетям. Чтобы решить проблему расстояния без сокращения масштаба, присутствующего у крупных MSO-операторов, обычно разворачивают иерархическую сеть распределительных точек (distribution points), подобную показанной на рис. 13.3. Крупные MSO-операторы обычно обладают группой избыточных головных узлов, принимающих видеосигналы. Спутниковые приемники, декодеры и другое дорогостоящее оборудование способно обслуживать множество абонентских областей. Такие крупные головные узлы часто называются супер-узлами (super headends), они передают данные нескольким более мелким головным узлам для окончательной доставки. Некоторые распределительные точки, которые называются концентраторами (hubs), имеют меньший размер, чем головные узлы. Однако они служат в качестве точек, в которых основная сеть распространения видеопотока подключается к индивидуальным оптическим узлам посредством оптических передатчи- ков/приемников. Вместе узлы верхнего уровня, головные узлы и концентраторы позволяют использовать небольшую группу источников сигнала для обслуживания большого количества абонентов во многих областях и одновременно поддерживать высокий уровень доступности телевизионных услуг.
Рис. 13.3. Иерархия головных узловРис. 13.3. Иерархия головных узловММММ
Рис. 13.3. Иерархия головных узлов
Рис. 13.3. Иерархия головных узлов
ММ
ММ
Международные телевизионные стандарты
Для сигналов цветного телевидения существуют три основных стандарта вещания. Например, в США и Японии используется стандарт, созданный в 1941 году Национальным комитетом по телевизионным стандартам (National Television Systems Committee — NTSC). Стандарт NTSC основан на канале с полосой 6 МГц. В большинстве других стран используется стандарт PAL (Phase Alternating Line — построчное изменение фазы), основанный на канале с полосой 8 МГц. Во Франции и некоторых странах Восточной Европы используются 8 МГц — стандарт SECAM (Systeme Electronique Couleur Avec Memoire). В некоторых странах и регионах используются 7 МГц — вариант стандарта PAL. В других регионах все еще применяется смесь нескольких форматов каналов в одной кабельной сети.
Распределение частот
Распределение широковещательных каналов в каждом регионе и стране различно. В США ответственность за распределение частот лежит на Федеральной комиссии по средствам связи (Federal Communications Commission — FCC). Комиссия решает, какая организация будет вещать на определенных частотах. Органы, ответственные за распределение частот, имеются в большинстве стран и регионов. В соответствие с законом типы сигналов вещания обычно ограничены определенными частотами. На рис. 13.4 представлено распределение эфирных (over-the-air) частот для связи при помощи кабельных модемов.
Поскольку кабельные компании распространяют информацию по кабелям, изолированным от эфира или посредством вещания на эфирных частотах, кабельный оператор может вещать на любой частоте, которую способна поддерживать кабельная сеть. Однако крупная кабельная сеть может функционировать подобно массивной антенне, и в ней часто возникают помехи от эфирного вещания или других радиосигналов. Определенные спорные области изменяются от региона к региону, но могут включать в себя как лицензируемые, так и нелицензируемые радиочастоты.
Стандарты кабельных модемов ограничивают модемную передачу (в восходящем направлении) частотами, совместимыми с конструкциями возвратного маршрута (return path designs) и распределением частот в кабельной сети. Аналогично нисходя-
щая передача ограничена диапазонами, связанными с конструкциями нисходящих маршрутов кабельной сети. В США кабельные модемы передают восходящие потоки на частотах от 5 до 40 МГц, а принимают нисходящие в диапазоне от 88 до 860 МГц, хотя диапазон нисходящих видеосигналов начинается приблизительно с 52 МГц. Термин расщепленная схема (split plan) обозначает область в спектре, в которой зоны восходящих и нисходящих частот пересекаются. В местностях с различными расщепленными схемами восходящий и нисходящий информационные обмены кабельных модемов отделяются в различных точках спектра. Во всех регионах два частотных диапазона фактически разделены незначительным разрывом спектра. Величина разрыва находится в диапазоне 12—20 МГц и определяется в данной локальной области. В табл. 13.1 подробно описаны расположение разрыва, диапазоны, доступные для передачи по восходящим DOCSIS-каналам, а также для передачи по нисходящим каналам DOCSIS- и видеосигналов.
Воздушная навигация, авиация, Коротковолновый Мобильная связь Телеканалы Телеканалыголосовой фон,Другой фонфони пейджинг 2-45-6ДругиеВоздушная навигация, авиация, Коротковолновый Мобильная связь Телеканалы Телеканалыголосовой фон,Другой фонфони пейджинг 2-45-6ДругиеСВ-фон ФонАстрономияFM-радио Управление воздушным транспортомAERP-навигацияи исследованияСВ-фон ФонАстрономияFM-радио Управление воздушным транспортомAERP-навигацияи исследования5.7550-5472-76881081365.7550-5472-76881081365-45 МГцДиапазон возвратных частот, используемых для восходящих DOCSIS-каналов5-45 МГцДиапазон возвратных частот, используемых для восходящих DOCSIS-каналов88-860 МГцДиапазон частот передачи, используемых для нисходящих DOCSIS-каналов88-860 МГцДиапазон частот передачи, используемых для нисходящих DOCSIS-каналов
Воздушная навигация, авиация, Коротковолновый Мобильная связь Телеканалы Телеканалыголосовой фон,Другой фон
фони пейджинг 2-45-6Другие
Воздушная навигация, авиация, Коротковолновый Мобильная связь Телеканалы Телеканалыголосовой фон,Другой фон
фони пейджинг 2-45-6Другие
СВ-фон ФонАстрономияFM-радио Управление воздушным транспортом
AERP-навигацияи исследования
СВ-фон ФонАстрономияFM-радио Управление воздушным транспортом
AERP-навигацияи исследования
5.7550-5472-7688108136
5.7550-5472-7688108136
5-45 МГц
Диапазон возвратных частот, используемых для восходящих DOCSIS-каналов
5-45 МГц
Диапазон возвратных частот, используемых для восходящих DOCSIS-каналов
88-860 МГц
Диапазон частот передачи, используемых для нисходящих DOCSIS-каналов
88-860 МГц
Диапазон частот передачи, используемых для нисходящих DOCSIS-каналов
Рис. 13.4. Распределение частот вещания в США в диапазоне от 5 до 150 МГц
Таблица 13.1. Международные расщепленные схемы
Регион или странаРегион или странаРасщепленная схема (верхняя частота восходящего канала/нижняя частота нисходящего канала в МГц)
Регион или страна
Регион или страна
Северная, Центральная и Южная Америка40/52
Китай, Корея, Филиппины, Таиланд, Сингапур, Австралия 65/85
55/7030/4865/8555/7030/4865/85Япония, Новая Зеландия
55/70
30/48
65/85
55/70
30/48
65/85
Индия, Мальта, Восточная Европа
Западная Европа, Ирландия, Великобритания
В регионах или странах, где расщепление происходит на более высоких частотах, часто имеется большее количество доступных восходящих частот. Поскольку восходящая модемная передача ограничена частотами восходящих каналов, теоретически в регионах,
где расщепленные схемы находятся на более высоких частотах, доступна большая полоса пропускания для восходящего маршрута. В частности, в таких регионах, как Япония, наблюдается устойчивый спрос на кабельное модемное оборудование, способное осуществлять восходящую передачу на частотах около 50 МГц. Часто повышенные восходящие частоты обладают более низкой интерференцией, чем пониженные, что проявляется в более надежном функционировании кабельных модемов.
Требования к качеству кабельных сетей
Так как шум и искажения могут серьезно влиять на функционирование двусторонних кабельных IP-сетей, как часть кабельной спецификации DOCSIS опубликован набор требований к качеству кабельных сетей. В этих требованиях строго определяется качество сети в прямом и обратном направлениях.
Качество кабельной сети измеряется несколькими способами в зависимости от шума или типа искажений. Ввиду допустимости шумов разной величины, присущей стандартизированным типам модуляции (которые описаны в разделе “Типы модуляции”), требования к качеству сети и сигнала варьируются в зависимости от модуляции. В табл. 13.2 подробно описаны требования, которые следует рассматривать как абсолютный минимум. Функционирование DOCSIS-оборудования за пределами данных диапазонов не рекомендуется. Частотам, которые используются для восходящей передачи, как правило, присущ больший уровень шумов, чем частотам нисходящей передачи, и, следовательно, в стандарт для восходящей передачи включаются более устойчивые к шуму типы модуляции.
; Таблица 13.2. DOCSIS-требования к качеству кабельной сети
Система/передача по каналу
DOCSIS-спецификация
Несущая к шуму (восходящая)
25 дБ
Несущая ко входной (восходящая)
25 дБ
Несущая к помехам (восходящая)
25 дБ
Несущая к шуму (нисходящая)
35 дБ
Несущая фоновая модуляция (нисходящая)
-26 дБс (5 процентов)
Несущая вибрирующая модуляция (восходящая)
-23 дБс (7 процентов)
Несущая к комбинированным искажениям второго и третьего порядка (нисходящая)
-50 дБс
Амплитудные колебания (нисходящая)
0,5 дБ в 6 МГц
Амплитудные колебания (восходящая)
0,5 дБ/МГц
Групповая задержка (нисходящая)
75 нс в 6 МГц
Групповая задержка (восходящая)
200 нс/МГц
Функционирование в пределах минимальных параметров может обеспечить удовлетворительное обслуживание абонентов сети передачи данных (data-only subscribers). Другие службы и технологии менее устойчивы. Для голосовых служб ввиду их широкой доступности и высоких требований к качеству обслуживания (QoS) от кабельных операторов требуется проектирование сети в соответствии с наивысшими стандартами. В частности, при развертывании голосовых служб кабельная сеть должна соответствовать
полным DOCSIS-спецификациям, которые перечислены в табл. 13.2. Во многих случаях для добавления запаса прочности или буфера на случай частичного сбоя сети оператору может понадобиться проектировать сеть даже более высокого качества.
Общие проблемы кабельных сетей
По мере того как сигнал кабельного телевидения или кабельного модема передается через разветвленную кабельную топологию в нисходящем направлении, он теряет мощность и ослабевает на каждом разветвлении, а также вследствие пройденного расстояния. Вот почему первоначально мощный сигнал требует усиления, для того чтобы адекватно достичь абонентского оборудования. Шум или помехи в нисходящих частотах, попадающие в кабельную систему на некотором расстоянии от головного узла, влияют только на абонентское оборудование, расположенное за этой точкой. Поскольку помехи не возникают в головном узле, они не влияют на всех абонентов. Однако присутствующий шум усиливается вместе с необходимым сигналом. Кроме того, каждый усилитель вносит свой собственный шум и искажение сигнала. Шум и интерференция в нисходящем потоке обычно проявляются в виде раздвоения (ghosting) или остановки (static) видеосигналов. Если кабельная сеть рассчитана на адекватную передачу видеосигналов, она, вероятно, обладает достаточно высоким качеством для передачи DOCSIS-сигналов. Таким образом, хотя шум в нисходящем потоке является проблемой кабельной сети, существует шум восходящего канала, который является основной проблемой развертывания DOCSIS-сетей.
В восходящих каналах аддитивная природа шума и интерференция обладают значительным влиянием. По мере того как шум и интерференция возникают на одном или нескольких абонентских участках и перемещаются в восходящем направлении, они постепенно комбинируются с другими шумами. Этот процесс иногда называют суммированием шумов (noise funneling). Электронные колебания, которые могут быть незначительны для одного абонентского участка, могут комбинироваться с колебаниями сотен или тысяч других участков и к моменту достижения ими головного узла иметь разрушительный характер. В частности, незатерминированные (unterminated) кабели на абонентском участке могут непреднамеренно принимать радиочастотные (radio frequency — RF) сигналы и направлять их в сеть. Несмотря на то что каждый незатерминированный кабель может принять только небольшой уровень нежелательного RF-сигнала (шепота), вследствие сложения шума возникает массивный кумулятивный сигнал. Сегментация Н FC-сети способна уменьшить эффект концентрации шума путем сокращения количества комбинированных сигналов, проходящих по определенному восходящему маршруту. Поскольку устранить сложение шумов невозможно, жизненно важно определить характеристики восходящего шума кабельной IP- сети и уровней интерференции, а также взять их под постоянное наблюдение. В противном случае возможно возникновение простоев сети.
Ниже приведены некоторые нежелательные явления в восходящих каналах кабельной сети, а также методы их устранения.
Внешний шум (ingress noise) — непреднамеренно возникающие сигналы. Часто происходят от радиовещательных источников, таких, как любительские, коротковолновые станции, а также сигналы пользователей диапазона для персональной и служебной радиосвязи (citizens’ band — СВ). Внешний шум часто является результатом плохого заземления и некачественных соединений, рассредоточенных в кабельной сети. Смягчить влияние этого шума можно, иден-
тифицировав проблемные частоты и исключив их из диапазона восходящей передачи. Проблему также можно сгладить путем использования интеллектуальных CMTS-устройств (Cable Modem Termination System — терминальная система кабельного модема), которые способны определять точку входа шума, а также динамически предотвращать его влияние по мере возникновения, изменяя частоту. Наиболее часто техническому специалисту приходится осматривать наихудшие точки входа шума, а также вносить в сеть необходимые физические изменения. Нередко такие точки являются также источниками утечки сигнала, их можно определить путем поиска малой (или большой) утечки (процесс, который называется тестированием индекса кумулятивной утечки (Cumulative Leakage Index — CLI)). Утечки на уровне пяти микровольт на метр в случае присутствия рядом мощных источников сигнала могут привести к появлению внешнего шума.
Импульсные помехи (impulse noise) появляются вследствие плохого заземления и потери связи в кабельной сети. Классическим примером является искрение проводки питания. Частично импульсные помехи можно сгладить путем использования предварительного исправления ошибок (Forward error correction — FEC) и алгоритмов исправления чередующихся ошибок (interleaving error correction algorithms). Техническому специалисту может также понадобиться проверить наихудшие точки и внести физические изменения в сеть. В некоторых случаях возникает необходимость обслуживания или замены дефектных компонентов CATV-сети, таких, как источники питания.
Отраженный сигнал (reflection) появляется обычно на территории клиента при использовании незатерминированных ответвительных кабелей. Вызван сигналами в буквальном понимании отраженными от конца слабо терминированного или нетерминированного кабеля. Такой шум можно сгладить с помощью компенсационных коэффициентов (equalization coefficients). В данном случае для сокращения мощного отражения технические специалисты могут внести изменения в сеть. Уменьшение отраженного сигнала является важным для кабельных операторов, поскольку отражение обычно приводят к сбоям качества аналогового видео, что очень скоро будет отмечено абонентами.
Амплитудное ограничение лазера (laser clipping) вызвано получением лазерными узлами сигнала с уровнями мощности, лежащими за пределами поддерживаемого ими диапазона. Сглаживается путем соответствующей корректировки усилителя (amplifier alignment) и уровней в восходящем маршруте. Может возникать также в нисходящем маршруте передачи данных и вызывать нестабильность работы модема. Наиболее просто отслеживается с помощью анализаторов квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation — QAM analyzer).
Общее искажение маршрута передачи данных (common path distortion) часто вызвано корродированными соединениями или другими кабельными неполадками. Наилучший способ разрешения этой проблемы — физический ремонт поврежденной инфраструктуры кабельной сети. Наиболее просто обнаружить и повести ремонт — последовательно протестировать сеть по направлению к головному узлу, начиная от территории абонента. Этот процесс называется “разделяй и властвуй” (divide and conquer).
Другие общие типы нежелательных явлений в восходящих маршрутах:
нежелательный сигнал;
помехи от электрических и магнитных источников (электромагнитная интерференция — EMI);
тепловой шум (шум RF-усилителя) (если не обладает значительной мощностью, то обычно не влияет на DOCSIS-сети);
совмещение каналов (co-channel ingress);
составное искажение второго порядка (как правило, повреждение нисходящего маршрута, однако может влиять и на восходящий сигнал);
дискретное искажение второго порядка (discrete second order distortion);
составное искажение третьего порядка (composite triple beat distortion) (как правило, повреждение нисходящего маршрута);
перекрестная модуляция (cross modulation);
фон (hum);
неустойчивые или слабые соединения;
слабый внутриканальный частотный отклик (in-channel frequency response).
DOCSIS: стандарт кабельных модемов
При реализации двунаправленной технологии кабельных модемов следует учитывать существующие CATV-сети, а также качество и требования CATV-сетей для поддержки IP-технологии. Несмотря на существование нескольких частных технологий для сетей кабельных модемов, международным сообществом принят (и становится все более популярным) стандарт для кабельных IP-сетей — DOCSIS (Data-over-Cable Service Interface Specifications — спецификации интерфейсов передачи данных по кабельным каналам). Стандарт DOCSIS, созданный консорциумом MCNS с целью внедрения кабельной IP-технологии наивысшего качества и поощрения конкуренции между производителями оборудования, а также его европейский аналог, стандарт Euro-DOCSIS, подробно описывают информационный обмен между кабельным модемом и устройством, к которому он подключен — системе CMTS. В стандарте также освещены другие аспекты кабельной IP-сети, такие, как инициализация (provisioning), спецификации безопасности и управление сетью. Стандарт DOCSIS позволяет кабельному оператору точно тарифицировать свои услуги и использовать оборудование от нескольких производителей, по сути, во взаимозаменяемом режиме.
В спецификации DOCSIS 1.0 описаны механизмы, с помощью которых такие кабельные устройства, как модемы, могут подключаться к кабельной IP-сети, инициализироваться и осуществлять активную передачу данных. В стандарте DOCSIS также указаны требования для кабельной сети, приведенные в табл. 13.2. Хотя кабельные модемы, поддерживающие стандарт DOCSIS 1.0, широко распространены, ограничения этой спецификации, особенно в области поддержки функций QoS и восходящей сигнализации, подтолкнули производителей к выпуску последующих стандартов. Спецификация DOCSIS 1.1 включает в себя более детальную подготовку функций QoS,
дифференцирование потоков трафика, сложную многоадресатную передачу и другие важные компоненты. Последняя спецификация, DOCSIS 2.0, в основном охватывает аспекты физического уровня DOCSIS-сетей и включает в себя спецификации для улучшения связи на физическом уровне, которая при определенных условиях и наличии новых кабельных модемов и систем CMTS способна повысить пропускную способность сети. На рис. 13.5 схематически изображено подключение терминальной системы кабельного модема (CMTS) к кабельному модему посредством HFC-сети.
Рис. 13.5. Подключение терминальной системы к кабельному модему посредством HFC-cemu
Несмотря на очевидное превосходство наиболее поздних DOCSIS-спецификаций, к моменту написания этой книги большинство внедренных кабельных модемов поддерживают только связь стандарта DOCSIS 1.0, что обусловлено с большим количеством установленных модемов, которые существовали до выпуска самых новых спецификаций. Однако количество устанавливаемых кабельных модемов, соответствующих спецификации DOCSIS 1.1, растет, и в конечном итоге основная масса внедренных модемов будет основываться на новых спецификациях.
Стандарты DOCSIS и Euro-DOCSIS
Основное различие стандартов DOCSIS и Euro-DOCSIS заключается в том, что в первом стандарте определяется NTSC-тип канала на 6 МГц (также известный как Annex В (приложение Б стандарта ITU-T 1.83), а стандарт Euro-DOCSIS указывает 8 МГц РАЕ- или SECAM-типа канала (также называется Annex А, приложение А). Тестирование, сертификация и квалификация стандарта DOCSIS- и Euro-DOCSIS- устройств осуществляется различными организациями.
Типы модуляции
Оба стандарта — как DOCSIS, так и Euro-DOCSIS — требуют, чтобы цифровая информация модулировалась и демодулировалась между модемными устройствами в кабельной сети с использованием QAM-модуляции, которая является разновидностью амплитудно-фазовой модуляции (phase-amplitude modulation). Фаза и амплитуда сигнала модулируются для кодирования нулей и единиц. При QAM-модуляции символы кодируются в форме радиосигнала. Количество символов в секунду представлено модулированным сигналом, который пропорционален полосе пропускания определен-
ной частоты передачи. Например, канал с полосой пропускания 8 МГц способен транспортировать большее количество символов в секунду, чем канал с полосой пропускания 6 МГц. Каждый символ, который модулируется в волновую форму, представляет несколько битов и, следовательно, данных. Количество битов, которое может быть представлено символом, зависит от используемого типа модуляции. Типы модуляции, применяемые в DOCSIS-сетях, предоставляют возможность кодировать от двух до восьми битов в символе. Однако число битов в символе, которые можно удовлетворительно закодировать и декодировать, значительно зависит от качества сигнала. В кабельных сетях, где присутствуют шумы и помехи, форматы модуляции, которые поддерживают большую полосу пропускания данных, более подвержены искажениям, что проявляется либо в высоких уровнях ошибок (bit error rate — BER), либо в потере целого коммуникационного канала. Типы модуляции с меньшим количеством кодируемых битов в символе более устойчивы к шуму (noise tolerant) и часто используются для сглаживания проблем, вызванных шумом и помехами.
В нисходящем направлении кабельной сети DOCSIS-спецификация включает в себя два типа QAM-модуляции: 64 QAM и 256 QAM. Восходящая передача осуществляется в частотных диапазонах с более высокими уровнями шумов и помех, и стандарт DOCSIS диктует использование более устойчивых типов модуляции — 16 QAM, а также фазовой манипуляции с четвертичными сигналами (Quadrature Phase-Shift Keying — QPSK). Стандарт DOCSIS 2.0 предоставляет обеспечение для систем исключительно восходящей передачи (часто встречаются там, где волоконно-оптические узлы обслуживают малое число домов) и позволяет осуществлять восходящую передачу с модуляцией 32 и 64 QAM.
Полоса пропускания для нисходящей передачи варьируется от региона к региону вместе с локально используемым CATV-стандартом. Для NTSC-систем нисходящая передача осуществляется в полосе 6 МГц. В других кабельных системах применяется полоса 8 МГц. Общая пропускная способность кабельной сети прямо пропорциональна числу символов, которое может быть передано за секунду. Для DOCSIS-сетей частоты для нисходящих сигналов находятся в диапазоне от 55 до 870 МГц.
В стандартах DOCSIS и Euro-DOCSIS подробно определяются восходящие частоты и полоса пропускания, которая не фиксируется, а выбирается из нескольких — 200 кГц, 400 кГц, 800 кГц, 1,6 МГц и 3,2 МГц. Стандарт DOCSIS 2.0 позволяет использовать восходящий канал шириной 6,4 МГц, хотя такой канал полезен только в сетях с необычно малым уровнем шума и помех. Такие частоты могут располагаться произвольно в диапазоне 4—45 МГц, но ввиду ограничений, связанных с шумом, обычно находятся выше 20 МГц. В стандарте Euro-DOCSIS допускается использовать диапазон частот от 5 до 65 МГц. Диапазон полосы пропускания для восходящих сигналов позволяет кабельным операторам сглаживать проблемы, связанные с шумами и помехами, путем размещения DOCSIS-полос соответствующей величины в спектре восходящих частот между известными шумовыми частотами. Для обеспечения дополнительной пропускной способности на одном оптическом узле или группе узлов можно использовать множество восходящих частот. Некоторые производители модемов и терминальных систем кабельных модемов предлагают функции, которые позволяют автоматически изменять модуляцию, полосу пропускания и частоту при появлении в активном канале шума или помех.
Определение типа модуляции
Хотя некоторые производители CMTS-систем установили стандартную модуляцию нисходящих сигналов 256 QAM, большинство же избрали в качестве стандартного
профиля более общий вариант модуляции — 64 QAM, поскольку модуляция 256 QAM менее устойчива к ошибкам функционирования сети и выравнивания, а также требует высокого соотношения несущая-шум. Только исключительно “чистые” (т.е. без помех) кабельные сети обладают достаточным качеством для использования модуляции 256 QAM в каждом доме с соответствующим низким уровнем ошибок. Часто для того чтобы модуляция указанного типа надежно функционировала в здании, требуется предварительный ремонт сети или внутренний ремонт проводки. В некоторых случаях в доме нужно заменить разъемы и другие пассивные устройства. Иные решения включают в себя амплитудную коррекцию или даже полную замену коаксиального кабеля. В связи с описанными сложностями модуляция 64 QAM используется значительно чаще, чем 256 QAM.
Аналогично большинство CMTS-производителей в качестве стандартной для восходящей передачи приняли устойчивую к шумам модуляцию QPSK. В примере 13.1 приведена информация, выводимая устройством Cisco UBR7246 и подробно описывающая профиль модуляции для определенного восходящего С MTS-канала. В примере показана ширина канала, профиль модуляции (в этом случае 16 QAM) и символьная скорость (symbol rate) для данного канала.
Пример 13.1. Информация, полученная с помощью команды show controller на кабельном интерфейсе
UBR7246#show controller cable 5/0 upstream 0
Cable5/0 Upstream 0 is up
Frequency 19.984 MHz,Channel Width 1.600 MHz,16-QAM Symbol Rate 1.280 Msps Spectrum Group 1 SNR 27.6040 dB Nominal Input Power Level 2 dBmV,Tx Timing Offset 2293 Ranging Backoff Start 0,Ranging Backoff End 4 Ranging Insertion Interval automatic (50 ms) Tx Backoff Start 0,Tx Backoff End 4 part_id=0x3137,rev_id=0x03,rev2_id=0xFF nb_agc_thr=0x0000,nb_agc_nom=0x0000 Range Load Reg Size=0x2C Request Load Reg Size=0x07 Minislot Size in number of Timebase Ticks is =8 Minislot Size in Symbols =64 Bandwidth Requests =0x52B Piggyback Requests =0xlAA Invalid BW Requests=0xlAA Minislots Requested=0x2ClA Minislots Granted =0x2570 Minislot Size in Bytes =32 UCD Count =3250 DES Ctrl Reg#0 =C000C043,Reg#l =0
Сглаживание ошибок с помощью методики FEC
Колебания уровней шума и помех в кабельных сетях приводят к тому, что даже в шумоустойчивых схемах модуляции, внедренных в кабельную сеть со стандартными спецификациями, наблюдаются потери. Методика FEC (Forward error correction — предварительное исправление ошибок) представляет собой механизм, с помощью которого ошибки в передаче могут быть скорректированы в момент получения сигнала принимающим устройством. В DOCSIS-спецификацию в качестве механизма сокращения потерь включено предварительное исправление ошибок методом Рида- Соломона (Reed-Solomon — RS).
Методика FEC функционирует путем помещения двоичной информации в двумерный массив и последующего определения четности для каждой строки и каждого столбца в данном массиве. После определения четности каждая строка последовательно отправляется с соответствующим битом четности, передаваемым в виде дополнительного бита в конце каждой строки. После передачи всех строк последовательно передаются биты четности для каждого столбца.
После доставки получающей станции матрица реконструируется, а биты четности пересчитываются. Если во время передачи возникла битовая ошибка, четность, определенная при отправке, и четность после перерасчета не совпадают. Однако, если ошибки не слишком значительны, при помощи сведений о четности, переданных вместе с битами данных, поврежденная передача может быть восстановлена. В сущности, несколько битовых ошибок в одной передаваемой матрице могут быть сглажены при помощи методики FEC. Следовательно, использование методики FEC позволяет передавать данные по сравнительно шумной сети без повреждений.
Хотя методика FEC способна значительно улучшить BER-показатели, она вносит некоторую сложность — снижает общую эффективность полосы пропускания, поскольку в состав каждого пакета необходимо включить дополнительную информацию. Однако, если эта методика используется эффективно, она предотвращает потери и последовательную повторную передачу всех пакетов, а также может уменьшить общие параметры потерь пакетов. В результате можно сделать вывод, что непроизводительные затраты, связанные с методикой FEC, меньше, чем затраты, связанные с потерей пакетов, и, следовательно, FEC-методика способна обеспечить значительный выигрыш. Кроме того, важно отметить, что установленные требования для качества сетей включают в себя аспекты методики FEC, и от нее не следует ожидать компенсации для кабельных сетей, которые выходят за рамки указанных требований.
Сглаживание ошибок посредством чередования
Совместно с методикой FEC чередование данных для передачи способно уменьшить параметры потерь пакетов в DOCSIS-сетях. Методика FEC не в состоянии компенсировать множественные последовательные битовые ошибки, которые характерны для HFC-сети. Последовательные ошибки значительно усугубляются в HFC-сетях, где лазеры нисходящей передачи перегружены или близки к перегрузке (мощность входящего сигнала слишком велика), и сигналы непреднамеренно гасятся (эта проблема называется амплитудным ограничением — clipping).
Чередование (interleaving) — это разбиение последовательного потока данных на короткие фрагменты и переупорядочивание их согласно известному шаблону. В соответствии со стандартом DOCSIS данные разбиваются на несколько строк и столбцов, а затем
переставляются. Чтобы лучше понять преимущества чередования, рассмотрим три блока данных, для которых были осуществлены расчеты четности по методике FEC. Если три блока данных передаются в последовательном режиме, битовая ошибка, которая нарушает шесть последовательных битов трафика, неисправимо разрушает задействованный блок данных, что приводит к необходимости повторной передачи пакета. Однако, если биты из матриц чередуются: 1-2-3, 1-2-3, 1-2-3, то ошибка шести битов разрушает только два бита в матрице. Весьма вероятно, что методика FEC способна восстановить данные после такого сбоя, воссоздать пакеты, и повторная передача не потребуется. Чередование данных дополняет методику FEC путем ограничения количества битовых ошибок в отдельных одновременно передаваемых блоках данных.
Чередование, такое, как методика FEC, увеличивает сложность системы и запаздывание сигнала (latency). Чередующиеся данные должны быть восстановлены в виде дискретных блоков с помощью ресурсов аппаратного обеспечения и буферного пространства (buffer space). Величина чередования (interleave depth) — количество одновременно передаваемых блоков данных — конфигурируется на CMTS-системе. Большая величина предоставляет лучшее сглаживание ошибок, но увеличивает запаздывание. Однако при любой величине чередование способно улучшить производительность обработки битовых ошибок в сетях с многобитовыми периодическими потерями.
MPEG-фреймирование
В 1994 году большинством международных телекоммуникационных компаний, производителей оборудования и других заинтересованных сторон в качестве предпочтительного метода сжатия и распространения телевизионных и других видеосигналов был утвержден стандарт MPEG (Moving Picture Experts Group — группа стандартов сжатия изображений и звука).
В стандартах DOCSIS и Euro-DOCSIS определяется передача IP-пакетов через кабельную сеть с помощью MPEG-фреймирования — MPEG-фреймов размером 188 байтов с четырехбайтовым заголовком. Часть MPEG-фреймирования была выбрана для стандарта, т.к. в CATV-индустрии был широко распространен стандарт MPEG и существовала обширная база знаний по нему. Несмотря на то что MPEG- фреймирование добавляет в систему непроизводительные затраты, возможность использовать имеющиеся навыки, касающиеся стандарта MPEG, а также совместимое оборудование сыграли решающую роль. В кабельных DOCSIS IP-сетях IP-пакеты для отправки инкапсулируются в MPEG-фреймы, а при получении “разбираются” на более общие форматы.
Поскольку передача RF-сигналов через кабельную сеть предполагает наличие физических расстояний, часто достаточно больших, в стандарте DOCSIS учитывается время передачи фрейма и определяется задержка передачи (transit delay), которая должна быть не более 0,8 миллисекунд для фреймов, пересекающих сеть.
Пропускная способность DOCSIS- и Euro-DOCSIS-каналов
Определить теоретическую максимальную пропускную способность для DOCSIS- канала, опираясь на скорости передачи неупорядоченных данных (raw data rates), легко, однако рассчитать реальную пропускную способность не так просто. Управляющие DOCSIS-сообщения, коррекция ошибок, MPEG-заголовки и другие типы слу-
жебной информации в кабельной IP-сети ограничивают общую доступную пропускную способность для DOCSIS-устройств. Чтобы определить более реальные значения пропускной способности, необходимо рассчитать непроизводительные издержки на DOCSIS-канал и вычесть полученное число из общей теоретической пропускной способности. Хотя в табл. 13.3 представлены грубые оценки непроизводительных издержек в нисходящей DOCSIS-передаче, а в табл. 13.4 даны номинальные уровни пропускной способности для восходящей передачи, несомненно, размер IP-пакета и другие факторы, включая возможности CMTS-систем и кабельных модемов, влияют на фактическую производительность на любом реальном абонентском участке.
Таблица 13.3. Определение номинальных параметров нисходящей передачи данных
РегионСША/Япония Европа/другие страны
Порядок модуляции (QAM)64
256
64
256
Полоса пропускания (МГц) '6
6
8
8
Символьная скорость (symbol rate, миллионов сим- 5,057
5,361
6,952
6,952
волов в секунду), Мсимв/с
Альфа (Alfa)0,19
0,12
0,15
0,15
Битов в символе6
8
6
8
Синхронизация FEC-фрейма, в процентах от обще- 0,08
0,05
0,00
0,00
го количества данных
Байты FEC-четности, в процентах от общего коли- 4,69
4,69
7,84
7,84
чества данных
Дополнительные издержки, вносимые схемами с ре- 6,67
5,00
0,00
0,00
шетчатым кодированием (Trellis coding overhead), в
процентах от общего количества данных
MPEG-заголовок, в процентах от общего количест- 2,13
2,13
2,13
2,13
ва данных
Байт MPEG-указателя, в процентах от общего ко- 0,54
0,53
0,53
0,53
личества данных
Пропускная способность физического уровня 30,34
42,88
41,71
55,62
(Мбит/с)
Физические непроизводительные издержки, в про- 13,5
12,4
10,5
10,5
центах от общего количества данных
Номинальная скорость передачи данных (Мбит/с) 26,25
37,57
37,33
49,77
В смешении размеров IP-пакетов при использовании развернутых в настоящее время кабельных IP-сетей отмечается тот факт, что между различными марками CMTS-систем отличие пропускной способности на DOCSIS-каналах минимально. Это связано с хорошо настраиваемыми параметрами DOCSIS-протокола и оптимизацией, которая может быть осуществлена внутри систем CMTS. Некоторые методы оптимизации обеспечивают поразительную производительность нескольких модемов, другие же исключительно хорошо проявляют себя только в лабораторных условиях. Для создания стабильной работающей сети приходится идти на компромиссы, чтобы при наличии сотен модемов на восходящем порту гарантировать сбалансированную
производительность и достаточную защиту от обычных RF-искажений. Общая производительность представляет собой комбинацию CMTS-оптимизации для среды внедрения и физических DOCSIS-ограничений, свойственных DOCSIS-спецификациям.
Таблица 13.4. Номинальная скорость восходящей передачи данных
ПолосаQPSK-модуляцияМодуляция 16 QAM
пропускания (кГц)
миллионов сим- Номинальная
миллионов симво- Номинальная
волов в секунду
скорость Мбит/с
;1 лов в секунду
скорость Мбит/с
200
0,16
0,3
0,16
0,6
400
0,32
0,6
0,32
1,2
800
0,64
1,2
0,64
2,3
1600
1,28
2,3
1,28
4,5
3200
2,56
4,6
2,56
9,0
МАС-домены DOCSIS-сетей
Рассмотрев рис. 13.6, сравним семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI) и модель DOCSIS-сети. Эталонная конструкция для DOCSIS-сети отличается от классической OSI-модели разветвленной природой кабельной сети и специфическими элементами DOCSIS- конструкции. В спецификациях DOCSIS и Euro-DOCSIS МАС-домен определяется как домен с единственным источником передачи сигнала в нисходящем направлении и несколькими источниками передачи сигнала — в восходящем. Отдельные кабельные модемы идентифицируются внутри МАС-домена с помощью тринадцатибитового идентификатора службы (Service ID — SID), который используется как идентификатор второго уровня. Это значение уменьшает 48-битовый глобально уникальный МАС-адрес для кабельного модема.
Общее число SID-идентификаторов — 8 192 — может сопоставляться с МАС- доменом DOCSIS-сети. Несколько SID-идентификаторов зарезервированы для специального использования, в частности, для многоадресатной передачи и первоначальной регистрации. Таким образом, общее число доступных идентификаторов кабельных модемов равно 8 171. Тем не менее в каждом МАС-домене для успешного внедрения следует использовать меньшее количество кабельных модемов. Поскольку канал совместно используется всеми абонентами в МАС-домене, ограничения пропускной способности и сигнальная служебная информация, связанная с сотнями или тысячами кабельных модемов, вынуждают ограничить количество кабельных модемов до нескольких сотен на один восходящий канал. Проблемы администрирования также играют значительную роль в ограничении количества кабельных модемов в МАС-домене.
1 Методика FEC, сигнальные и управляющие сообщения уменьшают общую полезную пропускную способность. Количество интервалов вставки за единицу времени и процент конфликтующих интервалов потребляют от 3 до 25 процентов емкости восходящего канала. — Прим. ред.
Верхние уровни
Домашний кабельный модем
Приложения
Транспортный уровень
ТСР,/иОР
Управляющие ■: DOCSIS-сообщения
Сеть
Канальный уровень
|gg|gg^leiliW
IEEE 802.2'
DOCSIS МАС-адрес (нисходящая передача MPEG-фреймов)
Физический уровеньФизический уровень
Физический уровень
Физический уровень
ВОсходащий канал - ТОМА
Цифровая IF-модуляция(ОРЗКили 16QAM) -
' Нисходящий канал - TDM
Цифровая RF-модуляция ■ (64 Сам или 256 QAM) В
||3ill|™ggg|gg|g|ggg||gw
Рис. 13.6. Эталонные конструкции сетей в уровнях модели OSI и стандарта DOCSIS
Идентификатор SID и идентификатор служебного потока (SFID)
В стандартах DOCSIS и Euro-DOCSIS 1.0 отдельные кабельные модемы и другие кабельные устройства (такие, как приставки) определяются с помощью уникального идентификатора SID. Тринадцатибитовое значение этого идентификатора второго уровня позволяет направлять трафик непосредственно определенным кабельным модемам. Каждый SID-идентификатор представляет собой последовательно распределенные параметры определенного класса обслуживания (CoS). SID-механизм стандарта DOCSIS эффективен в условиях, где с каждым кабельным устройством связан единственный поток трафика.
Однако пользователи кабельных модемов часто используют транспортные мощности для отправки и получения трафика различных типов. Некоторые типы IP- трафика, в особенности интерактивные, такие, как видео, голосовые данные, требуют уровня QoS большего, чем обычный трафик (non-real-time), такой, как просмотр Web- страниц и передача файлов. Кроме того, потоки агрессивного трафика способны нежелательно занимать передающие мощности и негативно влиять на другие типы трафика того же кабельного модема. Ограничение на использование единственного SID- идентификатора на кабельный модем и соответственно единственный для модема CoS-профиль снижают целостность обслуживания многочисленных типов трафика, проходящего через один кабельный модем.
Спецификации DOCSIS 1.1 и Euro-DOCSIS 1.1 значительно увеличили возможность DOCSIS-системы поддерживать дифференциальные потоки трафика. Когда
трафик DOCSIS 1.1 классифицируется в определенные потоки, каждому потоку вместо SID-идентификатора назначается SFID-идентификатор, и каждый SFID- идентификатор ставится в соответствие с CoS-профилем. Такие особенности стандарта DOCSIS 1.1, как SFID-классификация, маркирование (marking) и управление скоростью (rate management), предоставляют возможности равномерной совместной передачи трафика высокого и низкого приоритетов через один кабельный модем. При правильной настройке несколько служебных потоков, которые совместно используют один кабельный модем, могут обеспечиваться различной пропускной способностью, запаздыванием, дрожанием фазы (jitter) и другими характеристиками.
SFID-усовершенствования стандартов DOCSIS и Euro-DOCSIS 1.1 более всего ориентированы на службу доставки голосовых данных через IP-сети (Voice over IP — VoIP). В отличие от большинства технологий доступа, кабельные IP-сети, в которых используются устройства стандарта DOCSIS 1.1, изначально способны поддерживать все необходимые QoS-параметры для технологии VoIP.
Нисходящая передача данных и сигнализация
Передача данных в нисходящем потоке от одного источника (CMTS-системы) осуществляется с помощью мультиплексирования с разделением по времени (технология TDM), при котором трафик, предназначенный для каждого кабельного модема, передается в определенном интервале времени, который определяется станцией CMTS во время передачи. Транспортная пропускная способность нисходящего канала совместно используется потоками трафика согласованно в зависимости от запросов. Таким образом нисходящая передача зависит от QoS-параметров и других, таких, как алгоритмы очередности, а также от специфических функций, предоставленных производителем. Сигнализация нисходящей передачи ограничена идентификацией трафика с помощью SID/S FID-идентификаторов (в сущности, канальным идентификатором модема). Модем с соответствующим SID-идентификатором прослушивает и принимает данные, направленные на его SID-идентификатор.
В стандарте DOCSIS 1.0 продуманно определены только несколько параметров для нисходящей передачи, с тем чтобы не ограничивать CMTS-производителей в способах реализации ценных CoS- или QoS-функций. Однако в стандарте DOCSIS 1.1 очень подробно определены требования к классификации, маркированию и характеристикам управления скоростью как нисходящей, так и восходящей передач.
Восходящая сигнализация и передача данных в стандарте DOCSIS 1.0
Передача данных в восходящем направлении более сложна, чем передача нисходящих данных. В стандарте DOCSIS значительная сложность делает возможной высокую теоретическую восходящую производительность при наличии множества источников восходящей передачи. Чтобы достичь высокой эффективности, трафик необходимо передавать так, чтобы минимизировать коллизии. Для минимизации коллизий используется комбинация конкурирующих (contention-based) и резервируемых (reservation-based) окон передачи методом множественного доступа с временным разделением каналов (time division multiple access — TDMA). Система CMTS контролирует всю передачу трафика в восходящем направлении и отправляет всем кабельным модемам управляющие сообщения с подробными указаниями по распределению ин-
тервалов передачи (transmission slots). Управляющие МАС-сообщения, которые используются для распределения возможностей передачи между кабельными модемами, называются сообщениями распределения полосы пропускания (bandwidth allocation map messages). Они содержат зарезервированные интервалы полосы пропускания (bandwidth slots), а также интервалы, предназначенные для конкурирующей передачи (contention-based transmission). Чтобы передать IP-пакет в восходящем направлении, отдельный кабельный модем должен сначала в течение конкурирующего интервала отправить CMTS-станции запрос на канальный интервал, который называется запросом на передачу по восходящему каналу (upstream transmission request). После чего CMTS-станция направляет запрашивающему кабельному модему ответ с разрешением на использование определенного канального интервала для передачи данных.
В спецификации DOCSIS 1.0 какой-либо механизм распределения CMTS- системой разрешений на передачу умышленно не определяется. В стандарте указывается только формат и тип коммуникационных сообщений с целью достичь существенного прогресса и дифференцирования продуктов в станции CMTS, соответствующей стандарту DOCSIS 1.0.
Канальные интервалы для восходящей передачи назначаются кабельным модемам в единицах, которые называются мини-интервалами (minislots). В каждом миниинтервале содержится 8 тактов (ticks). Каждый такт равен 6,25 миллисекундам. В канальных интервалах, предоставленных для восходящей передачи, содержится множество мини-интервалов.
TDMA-сигнализация в стандартах DOCSIS и Euro-DOCSIS действительно существенно уменьшает количество коллизий в восходящем маршруте. Для обеспечения большому количеству модемов сравнительно свободного доступа к восходящему каналу сигнальная система была оптимизирована. Напомним, что ранее было почти невозможно предоставить более 30% пропускной способности восходящего порта какому-либо одному модему. Для потоков трафика, содержащих большое количество мелких пакетов, в таком случае снижается пропускная способность. Необязательные функции протокола DOCSIS 1.0, такие, как объединение (concatenation), позволяют существенно уменьшить “бутылочное горлышко”, однако не каждый модем DOCSIS 1.0 рассчитан на эффективное использование расширенных функций.
Усовершенствования восходящей сигнализации в стандарте DOCSIS 1.1
Благодаря структуре статической инициализации в стандартах DOCSIS и EuroDOCSIS 1.0 спецификация DOCSIS 1.1 включает в себя несколько новых сигнальных механизмов, которые улучшают восходящую пропускную способность и характеристики запаздывания сигнала, особенно для служб реального времени, таких, как передача голосовых данных. Основные функции этих механизмов: служба с незапрашиваемым разрешением (Unsolicited Grant Service — UGS), служба UGS с обнаружением активности (UGS with Activity Detection — UGS-AD) и упорядоченного опроса в реальном времени (real-time polling). В стандарте DOCSIS 1.1 стали обязательными функции фрагментации и концентрации — опциональные функции стандарта DOCSIS 1.0.
Функции распределения пропускной способности восходящего канала в спецификации DOCSIS 1.1 включают в себя службу UGS, позволяющую устройству CMTS регулярно распределять разрешения на передачу фиксированного размера для определенного потока трафика в установленное время. Такой механизм позволяет модему
передавать регулярно возникающие пакеты в восходящем направлении для экономии пропускной способности путем использования только одного запроса на передачу. Таким образом модем запрашивает определенную службу у CMTS-системы, не получая отказа в получении заданной пропускной способности от системы CMTS. Потоки данных, определенные как трафик с низкой задержкой и чувствительный к дрожанию трафик, можно сконфигурировать на использование службы UGSc помощью нескольких средств, включая саму систему CMTS и двоичный конфигурационный файл кабельного модема стандарта DOCSIS 1.1.
Проблема службы UGS заключается в том, что регулярно повторяющиеся канальные интервалы с предоставленными ранее разрешениями на передачу в восходящем направлении могут оставаться неиспользованными, если передающий узел выйдет из строя или, напротив, разорвет восходящее соединение до того, как истечет срок незапрашиваемого разрешения. В такой ситуации функция UGS-AD улучшает службу UGS, используя обнаружение активности, т.е. возможность определять, используется ли восходящая полоса пропускания; в случае отсутствия активности она может прервать процесс незапрашиваемого разрешения. Функция UGS-AD способна значительно уменьшить потери пропускной способности на неиспользуемые UGS-запросы. При потере модемом предоставленных службой UGS регулярно повторяющихся канальных интервалов передачи он должен запросить новый набор разрешений.
Еще одним методом улучшения параметра запаздывания в процессе запроса и получения разрешений на передачу по восходящему каналу является упорядоченный опрос в реальном времени. При использовании этого метода CMTS-система периодически опрашивает соответствующий модем о необходимости бесконфликтной (non-contentionbased) связи и резервирует периодические интервалы, которые могут быть использованы этим модемом при наличии у него трафика для передачи по восходящему каналу. Такая функция предоставляет более высокую полезную полосу пропускания для потоков, у которых потребность в полосе пропускания изменяется, но требуются высокие скорости. Например, во время VoIP-сеанса, поддерживающего подавление пауз (silence suppression) (особенность технологии VoIP), трафик отправляется не во время пауз, а только тогда, когда один из участников телефонного разговора говорит.
Фрагментация — это разделение крупных пакетов на более мелкие в процессе восходящей передачи и последующая повторная сборка фрагментированных пакетов по получении в CMTS-системе. Фрагментация важна, когда потоки крупных пакетов и трафик, чувствительный к запаздыванию, совместно используют восходящий канал. Применение фрагментации позволяет разделить крупные пакеты на более мелкие для чередования с пакетами, чувствительными к задержкам. Без фрагментации время, необходимое для восходящей передачи крупных пакетов, может внести значительное дополнительное запаздывание к передаче других потоков трафика, проходящих по тому же восходящему каналу. Фрагментация важна в ситуациях, когда в восходящем канале значение полосы пропускания низкое и задержка для отправки пакетов максимального размера (1 500 байтов) прерывает регулярный поток пакетов малых размеров. Подобное прерывание называется дрожанием (jitter).
Хотя фрагментация и является частью спецификации DOCSIS 1.1, она не является требованием для DOCSIS 1.1 CMTS-системы. Возможно, станция CMTS квалифицируется в соответствии с этим стандартом и без поддержки фрагментации. Тем не менее она чрезвычайно важна при передаче чувствительного к задержкам трафика по медленным восходящим DOCSIS-каналам (каналы с полосой пропускания меньше 1,6 МГц при использовании QPSK-модуляции).
Другой функцией для повышения эффективности передачи сигналов по восходящим каналам является концентрация (иногда называемая конкатенацией или объединением). Концентрация позволяет передающему устройству в течение одного гарантированного интервала времени передавать несколько пакетов в виде одного комбинированного более крупного блока. Предположим, что у кабельного модема имеются несколько небольших пакетов для передачи CMTS-системе. Вместо того чтобы запрашивать разрешение на передачу каждого пакета, кабельный модем может совместить пакеты в один более крупный блок и отправить единственный запрос на передачу по восходящему каналу. CMTS-система последовательно принимает крупный концентрированный блок и разделяет его на составляющие пакеты.
В примере 13.2 приведена возможная конфигурация для линейной платы устройства Cisco uBR7246vxr с активизированными функциями фрагментации и концентрации. Также для ознакомительных целей приводится информация спектральной группы (spectrum-group).
Пример 13.2. Пример CMTS-конфигурации по стандарту DOCSIS
interface СаЫе5/0 ip address 10.1.72.1 255.255.255.0 secondary ip address 10.1.71.1 255.255.255.0 no ip directed-broadcast no ip route-cache no ip mroute-cache no keepalive no cable proxy-arp cable helper-address 10.1.70.30 cable downstream annex В cable downstream modulation 64qam cable downstream interleave-depth 32 cable upstream 0 spectrum-group 1 cable upstream 0 concatenation cable upstream 0 fragmentation no cable upstream 0 shutdown cable upstream 1 shutdown cable upstream 2 shutdown cable upstream 3 shutdown cable upstream 4 shutdown cable upstream 5 shutdown
Последовательность инициализации кабельных DOCSIS-модемов
Во время включения питания кабельный DOCSIS-модем, подключенный к кабельной IP-сети, не обладает сведениями относительно этой сети. Общая конструкция кабельных модемов для сохранения совместимости с различными сетями предполагает, что кабельные модемы должны подключаться к сети без предварительной информации об условиях этой сети. Кабельный модем не обладает сведениями о каналах и частотах, на которых осуществляется связь по стандартам DOCSIS или Euro-DOCSIS. Инициали-
ВключениеВключениепитанияпитанияПоиск нисходящегоканалаПоиск нисходящегоканалаIIппФункциони-рование .Функциони-рование .
Включение
Включение
питания
питания
Поиск нисходящегоканала
Поиск нисходящегоканала
I
I
п
п
Функциони-рование .
Функциони-рование .
зационный процесс DOCSIS-модема разработан для того, чтобы модемы быстро определяли, передавали и принимали частоты, согласовывали операционные параметры с CMTS-системой и полностью регистрировались как часть кабельной IP-сети (см. рис. 13.7). Кроме того, при инициализации необходимо предоставить оператору возможность отключать абонентов-должников от сети и лишать их предоставляемых услуг.
Сканирование частоты
Когда питание модема включено и загружены файлы из памяти операционной системы, он начинает сканировать известные частоты в поисках нисходящего DOCSIS- сигнала. Поскольку в разных странах и регионах имеются различия в расщеплении частот и распределении каналов (channel plan), кабельному модему может понадобиться проверить сотни частот, прежде чем соответствующий сигнал будет найден. Алгоритмы сканирования частот (frequency-scanning algorithms) специфичны для производителя оборудования, создавшего данный кабельный модем, и непосредственно влияют на скорость, с которой модем определяет частоту приема. Лабораторные тесты позволяют быстро узнать основные различия в этом отношении между производителями модемов. Если модему не удается найти нисходящий канал, то сканирование будет продолжаться бесконечно долго. При аварийном отключении кабеля или других проблемах очень важно, чтобы модем продолжал сканирование до тех пор, пока частота не будет найдена.
$еСинхронизация нисходящегоканала
*
Получение параметровдля восходящей передачи‘IЕ
Параметры для восходящейпередачи получены
Г Начало ранжирования 1
Завершение ранжированияи автонастройки
Установка IP-соединения |
Установка IP-соединениязавершена
Установка ТОО-параметров
TOD-параметры установлены
Рис. 13.7. Последовательность инициализации кабельного модема
Как правило, модемы начинают сканирование частот в диапазоне 45 МГц, поскольку большинство нисходящих DOCSIS-каналов находится на относительно высоких частотах (более низкие обычно используются для телевизионных каналов). Первоначально
сканируемые частоты определяются производителем модема и зависят от марки и модели устройства. Возможно сканирование нескольких канальных планов. После того как сканирующий кабельный модем обнаруживает цифровой сигнал, содержащий соответствующие управляющие DOCSIS-сообщения (тип DOCSIS-сообщения, который называется синхронизационным сообщением (a clock sync message) и отправляется в нисходящем направлении 100 раз в секунду), он определяет эту частоту как частоту приема. Начиная с обнаруженной нисходящей частоты, кабельный модем прослушивает управляющие DOCSIS-сообщения и в конечном итоге определяет всю восходящую и нисходящую информацию, необходимую для связи с CMTS-системой.
Получение UCD-дескрипторов
Нисходящие сообщения, которые включаются в управляющие DOCSIS-сообщения, содержат информацию о частотах восходящего канала. Эти сообщения называются дескрипторами восходящего канала (upstream channel descriptor — UCD). Они рассылаются в нисходящем направлении приблизительно каждые две миллисекунды и позволяют кабельным модемам в процессе инициализации определить частоту, которая используется системой CMTS для приема восходящей передачи. После того как UCD-дескриптор получен и восходящий канал идентифицирован, кабельный модем ожидает другое DOCSIS-сообщение, которое называется MAP-сообщением. В этом сообщении указывается канальный интервал, в течение которого неидентифицированные подключающиеся к линии модемы могут осуществлять восходящий информационный обмен.
Ранжирование мощности
Модемы в процессе инициализации должны определить мощность сигнала, с которой будет осуществляться восходящая передача. Определить мощность сигнала, необходимую CMTS-системе для доставки данных кабельному модему, сравнительно просто, поскольку стандарт DOCSIS разработан для совместимости с типичными уровнями сигнала, которые можно обнаружить в жилом окружении кабельной сети. Однако восходящий маршрут кабельной сети обладает существенным изменением уровня сигнала, происходящим изнутри каждого подключенного дома. Следовательно, кабельному модему, осуществляющему восходящую передачу, необходимо определить соответствующие параметры. Более того, модем не имеет сведений о кабельной сети и, следовательно, неизвестно, какую мощность необходимо сообщить сигналу для его восходящей передачи к CMTS-системе. Чтобы определить, какая мощность требуется сигналу для достижения системы CMTS, кабельный модем начинает процесс, который называется ранжированием мощности (power ranging). Кабельный модем с использованием стандартного идентификатора службы (SID 0) осуществляет первоначальные передачи в восходящий канал (описанный в UCD-сообщении) в течение времени, определенного в сообщении сетевого протокола автоматизации производства (Manufacturing Automation Protocol — MAP) как интервал первоначальной вставки (initial insertion interval). Модем начинает с наименьшей мощности передачи и постепенно увеличивает ее с каждым последующим сообщением. После того как мощность сигнала станет достаточной для того, чтобы CMTS-система определила его как сигнал модема, CMTS-система уведомляет модем (снова с использованием идентификатора SID 0) о том, что его сигнал получен и что два устройства будут согласовывать уровни мощности передачи сигнала кабельным модемом до тех пор, пока они не будут оптимизированы.
Чтобы поддерживать оптимальный уровень мощности передачи кабельного модема все время, пока кабельный модем осуществляет двунаправленный информационный обмен с CMTS-системой, два устройства остаются связанными петлей обратной связи (feedback loop). Поскольку ослабление сигнала в кабельных сетях сильно зависит от времени суток, погодных условий и других факторов, иногда мощность передачи определенного кабельного модема настраивается несколько раз в день. Для повышения эффективности управляющих сообщений каждому кабельному модему предоставляется зарезервированный интервал обслуживания для регулярного восходящего информационного обмена с системой CMTS. Такие интервалы называются интервалами периодической настройки (periodic maintenance intervals).
Хотя в DOCSIS-стандарте определен широкий диапазон возможных уровней цифровых сигналов для передачи и приема кабельными устройствами (они подробно описаны в табл. 13.5), в развернутых сетях обнаруживается, что наивысшие уровни сигнала непосредственно связаны с наилучшим качеством сигнала. Это связано с относительной мощностью отраженного шума к несущей. Если уровни цифровых сигналов близки к уровню имеющегося в кабельной сети шума, по сети распространяются искажения и помехи. При более высоких уровнях цифровых сигналов отношение несущей к шуму часто более благоприятно, что проявляется в улучшении передачи и приема.
: Таблица 13.5. Уровни сигналов передачи и приема
Уровни цифровых сигналов
DOCSIS-спецификации
От кабельного модема (мощность восходящей пе-
от +8 до +58 дБмВ (модуляция QPSK)
редачи)
от +8 до +55 дБмВ (модуляция QAM)
Входная амплитуда на CMTS-системе (восходящая)
160 ксимв/с — от -16 до +14 дБмВ 320 ксимв/с — от -13 до +17 дБмВ 640 ксимв/с — от -10 до +20 дБмВ 1280 ксимв/с — от -7 до +23 дБмВ 2560 ксимв/с — от -4 до +26 дБмВ
Нисходящая амплитуда, принимаемая на кабельном модеме
от -15 до +15 дБмВ
Сигнал, относящийся к примыкающему видеосигналу
от -6 до-10дБмВ
После завершения ранжирования мощности кабельный модем и система CMTS обладают сведениями друг о друге. Один из способов, с помощью которого система CMTS отслеживает подключенные к ней кабельные модемы, является отправка тестовых сообщений (keepalive messages, т.е. сообщений периодической поверки), которые передаются каждому кабельному модему, по крайней мере, каждые 30 секунд. Эти сообщения помогают кабельным устройствам определить, когда нужно предпринять попытку повторить инициализацию. Одним из примечательных моментов отслеживания CMTS-системой каждого кабельного модема является то, что CMTS-система способна отправлять кабельному модему такие управляющие сообщения, которые заставляют его переключиться на другой восходящий или нисходящий канал или сменить оба канала. В ситуациях, когда некоторые частоты предпочтительны для одних модемов и неприемлемы для других, такой аспект DOCSIS-спецификации предоставляет сетевому администратору средство выбора частот для использования определенными устройствами и даже изменения этих частот в динамическом режиме.
Запрос и ответ протокола динамической конфигурации узла (DHCP)
После завершения процесса ранжирования мощности модем, способный теперь поддерживать соединение на первом и втором уровнях, устанавливает связь на третьем (IP) уровне. IP-соединение осуществляется с помощью протокола DHCP. Этот протокол широко применяется в IP-системах для предоставления динамических IP- адресов и другой сетевой конфигурационной информации устройствам, поддерживающим протоколы стека IP. Для предоставления кабельным модемам IP-адресов и другой сетевой информации в DOCSIS-сетях используются стандартные DHCP- системы (т.е. те, которые определены в документации RFC 2131).
Когда кабельный модем начинает DHCP-процесс, он отправляет DHCP-запрос через систему CMTS к серверу DHCP-инициализации. Затем DHCP-сервер направляет кабельному модему ответ с IP-адресом, маской подсети, адресом шлюза, адресом сервера простейшего протокола передачи файлов (Trivial File Transfer Protocol — TFTP), именем файла DOCSIS-конфигурации, временным смещением (time offset), адресом сервера истинного времени (time of day — TOD), а также другими параметрами протоколов DHCP и DOCSIS. Протокол DHCP поддерживает множество параметров, и в зависимости от реализации кабельному модему может быть передано еще больше параметров (дополнительные расширения протокола DHCP включены в рекомендацию RFC 2132). После получения DHCP-информации у кабельного модема имеются все сведения, необходимые для установки IP-соединения.
Сервер TOD
Далее, используя установленное IP-соединение, кабельный модем запрашивает точное время у TOD-сервера, указанного в DHCP-ответе. Формат точного времени суток определен в рекомендации RFC 868 как открытый стандарт. Несмотря на то что TOD-информация не является абсолютным функциональным требованием для модемной связи, она — необходимая часть DOCSIS-спецификации и позволяет администратору кабельной сети устранять неисправности модемов с помощью точных временных меток (timestamps). TOD-информация и временное смещение, полученные от DHCP-сервера, разрешают настроить временные метки для соответствующего часового пояса (time zone). В стандарте DOCSIS 1.0 первоначально выдвигалось жесткое требование: либо модем запросит точное время, либо не будет функционировать. Позднее требование было смягчено: каждый модем должен предпринять попытку получения TOD-информации, но при необходимости может зарегистрироваться в сети и без нее. В результате некоторые модемы стандарта DOCSIS 1.0 не могут зарегистрироваться, если в DHCP-ответе не указывается точное время, остальные терпят неудачу, если TOD-сервер отсутствует или произошел сбой связи с TOD-сервером.
Сервер TFTP
Инициализирующийся кабельный модем запрашивает у TFTP-сервера (определен в документации RFC 783) файл. TFTP представляет собой простой протокол передачи файлов с минимальными издержками. Имя запрашиваемого модемом файла указано в DHCP-ответе, полученном модемом ранее в процессе инициализации. Двоичный файл конфигурации кабельного DOCSIS-модема (подробно описан в разделе “Двоичные
файлы DOCSIS-конфигурации”) содержит множество действующих на данный момент параметров для кабельного модема, включая параметры безопасности, CoS и другие. Затем параметры конфигурационного файла передаются системе CMTS, и два устройства согласовывают параметры функционирования. Таким образом система CMTS может контролировать и подтверждать правильность предоставленных кабельному модему параметров. Часто для дальнейшего управления кабельным модемом оператор использует базу управляющей информации DOCSIS (Management Information Base — MIB) и задает настройки протокола SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью) в файле DOCSIS-конфигурации.
Регистрационный запрос
После получения двоичного файла DOCSIS-конфигурации кабельный модем отправляет системе CMTS сообщение регистрационного запроса (registration request message). Система CMTS возвращает регистрационный ответ, в который включается SID-идентификатор, назначенный данному кабельному модему. Затем оба устройства обмениваются информацией и согласовывают операционные параметры, используя обычный механизм запроса и получения разрешений на передачу по восходящему каналу. Регистрационный процесс обмена запросами и ответами может потерпеть неудачу, если в CMTS-системе или кабельном модеме возникнет сбой при согласовании операционных параметров, таких, как параметры QoS, или если кабельный модем, настроенный на самостоятельную аутентификацию, не сможет ее выполнить.
Инициализация основной защиты
После регистрации, если имеются соответствующие настройки, кабельный модем активизирует базовую защиту (baseline privacy). Базовая защита и ее инициализация описаны в разделе “Безопасность и основная защита”.
Функционирование на линии (настройка)
После регистрации кабельный модем полностью подключен к линии и начинает обслуживание станционного канала (station link) к CMTS-системе, используя тестовые сообщения, которые отправляются от станции CMTS как минимум один раз в 30 секунд. Сообщения обслуживания (maintenance messages) могут использоваться CMTS- станцией для изменения частоты восходящей передачи кабельного модема, а также изменения других параметров при необходимости. С этого момента окончательные действующие параметры, такие, как основная защита (механизм безопасности), являются согласованными. По достижении этой стадии кабельный модем начитает отправлять и принимать 1Р-трафик.
Двоичные файлы DOCSIS- конфигурации
Большинство необходимых в работе параметров, которые в процессе инициализации передаются кабельному модему, содержатся в двоичном конфигурационном файле в трехкоординатном TLV-формате (type-length-value — тип, длина, значение), как
определено в DOCSIS-спецификации. Спецификации DOCSIS 1.0 и DOCSIS 1.1 определяют формат конфигурационного файла и параметры, содержащиеся в нем. Как правило, конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1 содержит сведения из файла стандарта DOCSIS 1.0. Несмотря на то что модемы стандарта DOCSIS 1.1 способны принимать и распознавать конфигурационные файлы стандарта DOCSIS 1.0 (эта спецификация разработана с целью обратной совместимости), большинство модемов версии DOCSIS 1.0 часто не способны работать при получении файлов конфигурации стандарта DOCSIS 1.1.
Классификация кабельных модемов, как правило, сводится к нескольким типам модемов и нескольким категориям пользователей. В результате файлы DOCSIS- конфигурации обычно создаются вручную для каждой комбинации типа модема и категории пользователей. Эта методика эффективно функционирует в большинстве сред, поскольку посредством TFTP-сервера среди множества кабельных модемов в процессе инициализации можно распространить единственный файл. Ввиду того что большинство развернутых сетей кабельных модемов базируется на стандарте DOCSIS 1.0 и осуществляет доставку основных служб данных, подобная методика используется MSO-операторами наиболее часто. Несколько интерактивных источников предоставляют бесплатные редакторы двоичных файлов DOCSIS-конфигурации.
В некоторых средах конфигурационные файлы необходимо генерировать для каждого модема или для большой группы типов модемов. В кабельных IP-сетях, где внедрены такие службы, как VoIP, индивидуальная инициализация модемов приводит к необходимости использования сотен или тысяч конфигурационных файлов. Такой подход не может быть расширяемым для крупной абонентской базы. В результате системы обеспечения разрабатываются таким образом, что существует возможность динамически генерировать и распространять конфигурационные файлы, по мере того как они востребованы кабельными модемами. Подобные усовершенствованные системы инициализации комбинируют функциональность DHCP- и TFTP-серверов, для того чтобы идентифицировать инициализирующиеся кабельные модемы (как правило, по МАС-адресу), сравнивают их с базой данных пользовательских профилей, а затем создают конфигурационный файл, соответствующий профилю данного клиента. Часто включаются функции пользовательской самоинициализации (user self-provisioning) и усовершенствованные функции системы учета (billing).
Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.0
В конфигурационном файле стандарта DOCSIS 1.0 указываются действующие параметры для кабельных модемов данного стандарта согласно приведенному ниже перечню. Ввиду ограничения, согласно которому для каждого кабельного модема существует единственный SID-идентификатор, конфигурационные параметры, содержащиеся в файле, определяют набор настроек, применяемых ко всему трафику, следующему через данный кабельный модем.
Ниже приводится список доступных параметров, содержащихся в конфигурационном файле стандарта DOCSIS 1.0.
Частота радиодиапазона (radio frequency). Этот параметр определяет нисходящую частоту и идентификатор восходящего канала. В случае, если кабельный модем инициализируется в неверно выбранном нисходящем или восходящем канале, конфигурационный файл вызывает перерегистрацию кабельного модема в определенных каналах.
Доступ к сети (network access). Нередко возникает необходимость дистанционного управления кабельными модемами при отключении абонентского доступа к сетевым службам. Флаг сетевого доступа позволяет модему зарегистрироваться и заблокировать передачу абонентского трафика, а кроме того при необходимости он позволяет администратору сети подключиться к модему и настроить его конфигурацию. Использование этой части конфигурационного файла является единственным рекомендуемым методом управления доступом к сети, а также наиболее эффективным средством отключения не оплачивающих услуги абонентов.
Параметры CoS. В разделе указывается CoS-идентификатор для присвоенного кабельному модему SID-идентификатора. Здесь также указываются максимальные нисходящая и восходящая скорости, приоритет восходящего канала, минимальная гарантированная скорость восходящей передачи, а также максимальный всплеск (burst) восходящей передачи для данного кабельного модема. Некоторые примитивные CMTS-узлы стандарта DOCSIS 1.0 не поддерживают эти параметры и предоставляют всем модемам только службу негарантированной (best effort) доставки. Наилучшие DOCSIS CMTS-узлы способны использовать соответствующий набор параметров, даже если кабельный модем не согласовывает с системой CMTS свои требования к восходящей полосе пропускания (или использует свою политику).
Основная защита (baseline privacy). В этом разделе определены настройки основной защиты (безопасности) для SID-идентификатора, связанного с кабельным модемом. Кроме того, здесь задаются следующие параметры: время ожидания авторизации (authorize wait timeout), время ожидания повторной авторизации (reauthorize wait timeout), время отсрочки авторизации (authorization grace timeout), тайм-аут операционного ожидания (operational wait timeout), время ожидания изменения ключа (rekey wait timeout), отсрочка получения ТЕК-значения (ТЕК grace time), а также время ожидания отказа в авторизации (authorize reject wait timeout). Частые изменения ключа способны улучшить общую защиту данных, но усиленно используют ресурсы (нагрузка на процессор) в обоих устройствах: как в кабельном модеме, так и в системе CMTS. Подробные сведения по основной защите приведены в разделе ’’Безопасность и основная защита".
Службы SNMP. В разделе устанавливается IP-адрес SNMP-диспетчера (SNMP manager), а также задается доступ на SNMP-запись. Так как кабельными модемами можно строго управлять посредством протокола SNMP, эти установки представляются жизненно важными. Также допускается установка какого-либо объекта SNMP MIB через параметры конфигурационного файла. В стандарте DOCSIS содержится большое число SNMP MIB-объектов, стандартизированных как для кабельных модемов, так и для систем CMTS. Часто производители оборудования для активизации администрирования усовершенствованных функций предоставляют дополнительные базы данных SNMP MIB.
Раздел CPE. В этом разделе кабельные операторы могут определять допустимое количество устройств на территории клиента. В зависимости от производителя один кабельный модем может предоставляться для поддержки до 255 компьютеров или других устройств на территории клиента. В конфигурационном файле также может быть определен МАС-адрес или адреса разрешенных узлов. В некоторых EXDCS IS- устройствах значения 0 и 255 используются для указания неограниченного количества клиентского оборудования (СРЕ), в то время как в других устройствах эти значения указывают на то, что использование CPE-устройств не допускается.
Обновление программного обеспечения (software upgrade). После установки может потребоваться обновление программного обеспечения модема. Этот параметр конфигурационного файла включает в себя 1Р-адрес TFTP-сервера и имя файла обновленного образа программного обеспечения. Если указанное имя файла не совпадает с именем текущего используемого файла, модемы при повторной инициализации автоматически обновляют программное обеспечение, перезагружают его и регистрируются. Хотя это поле может использоваться для всех кабельных модемов, очевидно, что обновления программного обеспечения специфичны для марки и модели устройства. Чтобы предотвратить загрузку модемами неверных или несоответствующих версий программного обеспечения при использовании этого поля, как правило, требуется наличие уникального конфигурационного файла для каждого типа модема в кабельной сети.
Возвратный телефонный маршрут (telephone return). Параметр, применяемый для модемов без кабельного возвратного маршрута (cable-based return path). В конфигурационном файле содержится группа параметров телефонного модема для восходящего соединения.
Производитель устройства (vendor). В этом раздел включается идентификатор производителя оборудования, а также специфическая информация для конкретного производителя. Секция используется для таких специфических функций, как функции стандарта Cisco DOCSIS 1.0+, включая поддержку технологии VoIP, имя файла операционной системы Cisco IOS, маски IP-приоритета (IP Precedence masks) и др.
Разное. Этот раздел включает в себя параметры, специфичные для производителя оборудования, правила преобразования системы безопасности (security transform sets), параметры аутентификации модема, а также IP-приоритет для соответствующего SID-идентификатора.
Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1
Ввиду того что в конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1 должна быть включена группа параметров для множественных служебных потоков, его формат в некотором смысле сложнее, чем формат файла для модемов стандарта DOCSIS 1.0. В файл должна включаться информация, необходимая для классификации, маркирования, а также для управления скоростью каждого служебного потока. В приведенный ниже список включены только те параметры, которые существенно отличаются от стандарта DOCSIS 1.0. Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1 нельзя назвать полным, если в нем не содержится конфигурация для обоих служебных потоков: восходящего и нисходящего. Если файл одновременно содержит параметры ограничения скорости по стандарту DOCSIS 1.0, он, как правило, несовместим с модемами DOCSIS 1.1.
Ниже приводится список доступных параметров, включенных в конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1.
Раздел СРЕ. В файл описываемого стандарта может быть включен список МАС-адресов клиентского оборудования для фильтрации при необходимости.
Классификация восходящих пакетов. По мере того как трафик передается в восходящем направлении, в стандарте DOCSIS 1.1 он разделяется на служебные потоки (service flows). В секции классификации восходящих пакетов файла
DOCSIS 1.1 содержатся характеристики трафика, согласно которым дифференцируются служебные потоки. Пакеты могут быть отсортированы в служебные потоки на основании следующих характеристик: типа обслуживания протокола IP (IP type of service — ToS), ToS-маски, IP-протокола, IP-адреса отправителя (IP source address), IP-маски адреса отправителя (IP source mask), IP-адреса получателя (IP destination address), IP-маски адреса получателя (IP destination mask), начального и конечного портов IP-отправителя (IP source port start and port end) (допускается диапазон портов), начального и конечного порта получателя (destination port start and port end), МАС-адреса получателя и отправителя, Ethernet/DSA/MAC-типа, пользовательского приоритета (user priority) (IEEE 802. IP), идентификации виртуальной локальной сети (VLAN-идентификатор IEEE 802.1Q), а также любого параметра, специфичного для производителя. Каждому классификатору назначается уникальный контрольный номер (classifier reference number), связанный номер служебного потока (service flow reference number), приоритетность правила (rule priority) (при классификации пакеты сначала сравниваются с классификаторами более высокого приоритета), состояние активации (activation state) (включено или выключено), а также возможность динамического изменения службы.
Классификация нисходящих пакетов. Стандарт DOCSIS 1.1 позволяет использовать для нисходящей передачи те же параметры, которые применяются в восходящей передаче. Аналогично пакеты, передаваемые в нисходящем направлении, классифицируются на основании следующих характеристик: значения типа обслуживания протокола IP, ToS-маски, IP-протокола, IP-адреса отправителя, IP-маски адреса отправителя, IP-адреса получателя, IP-маски адреса получателя, начального и конечного портов IP-отправителя (допускается диапазон портов), начального и конечного портов получателя, МАС-адреса получателя и отправителя, Ether- net/DSA/MAC-типа, пользовательского приоритета (IEEE 802. IP), идентификации виртуальной локальной сети (VLAN-идентификатор IEEE 802.1Q), а также любого параметра, специфичного для производителя. Каждому классификатору назначается уникальный контрольный номер, связанный номер служебного потока, приоритетность правила, состояние активации (activation state), а также возможность динамического изменения службы. Как правило, система CMTS при передаче трафика данных к кабельному модему ответственна за установку и контроль настроек классификации нисходящих пакетов.
Восходящий служебный поток (upstream service flow). После классификации восходящему трафику назначается набор QoS-параметров, а также других параметров для передачи: приоритетность трафика (traffic priority) (параметр, приблизительно эквивалентный ToS-биту, но используется только в DOCSIS-сети), максимальная поддерживаемая скорость передачи (maximum sustained traffic rate), максимальный всплеск трафика (maximum traffic burst), минимальная зарезервированная скорость передачи трафика (minimum reserved traffic rate), предполагаемый размер пакета для минимальной зарезервированной скорости передачи (assumed minimum reserved rate packet size), тайм-аут для активных QoS-параметров, тайм-аут для принятых QoS-параметров, максимальный последовательный всплеск (maximum concatenated burst), тип планирования служебного потока (service flow scheduling type), запрос на политику передачи (request per transmission policy), номинальный интервал опроса (nominal polling interval), допустимое колебание оп-
роса (tolerated poll jitter), размер незапрашиваемого разрешения (unsolicited grant size), номинальный интервал разрешения (nominal grant interval), допустимое колебание разрешения (tolerated grant jitter), количество разрешений в интервале (grants per interval), а также установки, специфичные для производителя оборудования. С каждым служебным потоком связан уникальный справочный номер потока, название класса обслуживания, тип группы QoS-параметра и значение перезаписи ToS-бита. Названия классов обслуживания ссылаются на QoS-параметры, которые вместо занесения в конфигурационный файл можно сохранять как именованные профили в системе CMTS. Значение перезаписи ToS-бита является важным, когда для служебного потока требуется сквозная установка QoS- параметров в сети MSO-оператора. Используя значение перезаписи ToS-бита, системный администратор присваивает существующим в DOCSIS-сети пакетам определенное значение данного параметра.
Нисходящий служебный поток. После классификации нисходящим служебным потокам назначается тот же набор значений, что и для восходящих служебных потоков. Не указываются, однако, такие специфичные для разрешения и восходящего потока параметры, как допустимое колебание разрешения (tolerated grant jitter), количество разрешений в интервале и другие. Нисходящие максимальная и минимальная скорости, а также задержка нисходящей передачи в стандарте DOCSIS 1.1 являются конфигурируемыми, а в стандарте DOCSIS 1.0 доступны только ограниченные параметры нисходящей передачи.
Подавление заголовков. В некоторых условиях передаваемые в служебном потоке заголовки идентичны от пакета к пакету. Подавление заголовков (payload header suppression — PHS) позволяет передавать трафик без использования заголовков, увеличивая таким образом эффективность использования полосы пропускания. PHS-параметры могут указываться для каждого служебного потока и включать в себя множество величин, в том числе PHS-параметры, специфичные для производителя оборудования.
В примере 13.3 приводятся параметры файла DOCSIS 1.1-конфигурации. Поле управления доступом к сети представлено с разрешенным доступом и идентично конфигурации для стандарта DOCSIS 1.0. Как восходящие, так и нисходящие служебные потоки определены с восходящими классификаторами, основанными на номере порта и указанных IP-адресах отправителя и получателя. При кодировании в реальном файле стандарта DOCSIS 1.1 конфигурационные параметры форматируются как двоичные TLV-группы.
Пример 13.3. Конфигурационный файл стандарта DOCSIS 1.1
03 (Net Access Ctrl)=l
22 (US Classifier Encoding)
SOI (Classifier Reference)=1
S03 (Flow Reference)=5
SOS (Rule Priority)=5
S09 (IP Packet Classification)
T07 (Source Port Start)=1000
TO8 (Source Port End)=1000
T09 (Dest port Start)=1400
Т10 (Dest port Start)=1400
(US Classifier Encoding) .
SOI (Classifier Reference)=2
S03 (Flow Reference)=6
SOS (Rule Priority)=5
S09 (IP Packet Classification)
T02 (IP Protocol)=17
T03 (IP src)=9.0.0.0
T04 (IP src mask)=255.0.0.0
T05 (IP dest)=10.20.112.0
T06 (IP dest mask)=255.255.255.0
(Upstream Service Flow Encodings)
SOI (Service Flow Reference)=1
S06 (QoS Parameter Set Type)=7
S07 (Traffic Priority)=4
(Downstream Service Flow Encodings)
SOI (Service Flow Reference)=2
S06 (QoS Parameter Set Type)=7
S07 (Traffic Priority)=1
24 (Upstream Service Flow Encodings)
SOI (Service Flow Reference)=5
S06 (QoS Parameter Set Type)=7
S07 (Traffic Priority)=4
SOS (Max Traffic Rate)=300000
S09 (Max Traffic Burst)=2500
25 (Upstream Service Flow Encodings)
SOI (Service Flow Reference)=6
S06 (QoS Parameter Set Type)=7
S07 (Traffic Priority)=4
SOS (Max Sustained Traffic Rate)=2500000
S09 (Max Traffic Burst)=2500
Управление доступом к восходящему каналу
Управление доступом — это специфичный для производителя CMTS-систем параметр, который добавляет возможности в сети стандартов DOCSIS 1.0 и 1.1. С таким параметром кабельные модемы получают в своих конфигурационных файлах дополнительную информацию в TLV-полях, специфичных для производителя оборудования. Кабельные модемы не имеют сведений о значении данных TLV-полей, но CMTS-система вынуждает использовать их для обеспечения в системе дополнительных преимуществ, управления и возможностей.
В ситуациях, когда используются несколько восходящих каналов и многие кабельные модемы подключены с гарантированной пропускной способностью, предоставленной посредством файла DOCSIS-конфигурации, все кабельные модемы могут подключиться к единственному восходящему каналу, который недостаточно емок для удовлетворения всех гарантий полосы пропускания. Несмотря на то что это не является частью DOCSIS-спецификации, некоторые производители оборудования внедри-
ли функции контроля восходящего доступа для ограничения чрезмерного использования восходящей полосы пропускания, а также для того, чтобы распределять нагрузку модемов среди множества восходящих каналов.
Функция управления доступом к восходящему каналу отслеживает суммарную величину гарантированной восходящей полосы пропускания, которая ожидается подключенными кабельными модемами. Этот параметр устанавливается относительно ширины восходящего канала и обычно выражается как процент превышения доступных ресурсов. После того как сумма трафика, гарантированная подключенным модемам, превысит установленный параметр, кабельные модемы получат отказ в регистрации и вынуждены будут подключиться к какому-либо другому восходящему каналу. Если доступной полосы пропускания ни на одном восходящем канале нет, модемы получают полный отказ в регистрации. Управление доступом к восходящему каналу, используемое совместно с гарантированной полосой пропускания, представляет собой эффективное средство, позволяющее обеспечить такие условия, при которых ни один клиент не столкнется с препятствиями при доступе в сеть. Кроме того, управление доступом позволяет провайдеру кабельных услуг гарантировать, что ни один восходящий канал не может стать настолько перегруженным, что уровни обслуживания достигнут неприемлемых величин.
Безопасность и основная защита
В связи с широковещательной природой кабельной IP-сети в отношении информационной безопасности имеются определенные проблемы. Существует вероятность, что кто-то со злым умыслом может получить доступ к абонентским данным путем прослушивания передачи, направленной на один абонентский модем из расположенного поблизости дома или другого объекта, где доступны те же DOCSIS-сигналы от системы CMTS. Для повышения информационной безопасности в кабельной IP-сети в спецификацию DOCSIS 1.0 включается спецификация интерфейса основной защиты (Baseline Privacy Interface — BPI).
С помощью основной защиты описывается процесс шифрования в аппаратном обеспечении кабельных DOCSIS-устройств. Для кабельных DOCSIS-модемов указывается 56-битовый стандарт шифрования данных (Data Encryption Standard — DES). Для сорокабитового DES-шифрования предоставляется разрешение на экспорт за пределы США (определяется законодательством Соединенных Штатов). Хотя экспортные ограничения на шифрование были несколько смягчены, сорокабитовое DES- шифрование остается частью стандарта. Оно является широко используемым алгоритмом, который также применяется для IP-туннелей и других технологий, а 56битовое DES-шифрование рассматривается как умеренно безопасное в зависимости от того, насколько часто происходит обмен ключами. В разделе “Инициализация основной защиты” описываются особенности процесса обмена ключами.
Конфигурирование BPI-интерфейса на кабельном модеме является простой задачей. Основную защиту необходимо активизировать в файле DOCSIS-конфигурации и в системе CMTS. В стандартных условиях предполагается включение в файл DOCSIS- конфигурации единственной строки. После конфигурирования модем инициализируется, регистрируется и начинает передавать зашифрованный трафик. Шифруется только полезная нагрузка пакета, заголовки же передаются в открытом виде. Поскольку шифрование осуществляется на аппаратном уровне, его активизация не влияет на произво-
дительность устройства или пропускную способность. Технически BPI-интерфейс всегда активизирован, кроме случаев, когда ключи состоят из нулевых значений (шифрование не осуществляется) и обмен ключами не используется. На программном уровне в кабельном модеме и системе CMTS поддерживается только администрирование ключей и функции обмена, и время жизни ключа связано с загрузкой процессора, которая встречается в большинстве кабельных модемов и CMTS-оборудовании. Предполагается, что основная линия защиты с активным шифрованием активизируется в каждой сети, если нет причин, вынуждающих от нее отказаться. В стандарте DOCSIS 1.1 указано, что полный интерфейс BPI активизирован по умолчанию.
Инициализация основной защиты
После того как кабельный модем прошел инициализацию и подключился к линии, начинается процесс BPI-согласования. Для того чтобы инициировать согласование, подтверждается готовность кабельного модема и системы CMTS к поддержке основной защиты. Затем кабельный модем отправляет системе CMTS открытый ключ (public key) и начинает процесс обмена ключами (key exchange).
Кабельный модем отправляет открытый ключ системе CMTS. После его получения система CMTS подтверждает, что МАС-адрес отправляющего кабельного модема принадлежит устройству, авторизованному для получения ключей, а затем использует общий ключ для шифрования второго ключа, который называется фразой шифрования ключа (key encryption key — КЕК). Затем система CMTS передает кабельному модему зашифрованный КЕК-ключ. Кабельный модем с помощью открытого ключа расшифровывает КЕК-ключ и определяет КЕК-значение. Затем кабельный модем запрашивает у системы CMTS ключ шифрования трафика (traffic encryption key — ТЕК). Система с использованием КЕК-ключа шифрует ТЕК-ключ и передает его кабельному модему, после чего кабельный модем дешифрует ТЕК-ключ, используя КЕК- значение, и определяет ТЕК-значение.
После согласования системой CMTS и кабельным модемом значения ТЕК между ними может осуществляться передача зашифрованного трафика. Кабельный модем и система CMTS используют ТЕК-значение для шифрования и дешифрования трафика в течение времени жизни ТЕК-ключа. Поскольку взломать 56-битовый ключ шифрования трафика сравнительно просто, ключи этого типа быстро устаревают. Хотя стандартное время старения равно двенадцати часам, время жизни ТЕК-ключа можно настроить на продолжительность от тридцати минут до семи дней. Более короткие значения времени старения являются безопасными, но добавляют в BPI-процесс небольшое количество служебной информации. Обмен новыми ТЕК-значениями между кабельным модемом и системой CMTS происходит с помощью известного КЕК-значения.
Со временем КЕК-ключи также устаревают и их необходимо обновлять. Время старения КЕК-ключа может быть установлено от одного до семидесати дней. Стандартное время старения КЕК-ключа равно семи дням. Ускоренное старение также добавляет умеренные издержки к ВР1-процессу.
Установка времени жизни ключей в минимальные значения может привести к сбоям при обмене данными, если время отсрочки ключей установлено неверно или имеет значение, слишком близкое ко времени жизни ключей. На практике стандартное время жизни ключей обеспечивает наиболее надежное функционирование, в то же время устройства правильно работают, когда настроены, по крайней мере, на удвоенную величину минимального времени жизни.
Предварительно предоставленные сертификаты и интерфейс BPI+
Вместо того чтобы использовать такие методы аутентификации, как пароли или цифровые подписи, стандартный BPI-интерфейс, как первоначально указано в спецификации DOCSIS 1.0, проверяет МАС-адрес кабельного модема, чтобы определить, авторизован ли он на получение ключа для соответствующих служб. Подобная методика приводит к уязвимости системы, в которой задействована данная форма основной защиты. Злонамеренный субъект способен клонировать устройство с авторизованным МАС-адресом и похищать услуги или ставить под угрозу информационную безопасность. BPI+, усовершенствованная версия BPI-интерфейса, внедренная в стандарт DOCSIS 1.1, исправляет этот недостаток, добавляя предварительно предоставленные цифровые подписи (pre-provisioned digital signatures). Цифровая подпись, которой во время производства снабжается каждый кабельный DOCSIS 1.1-модем, предоставляет каждому модему уникальную идентификацию и предотвращает клонирование устройств.
Другие вопросы и особенности системы безопасности
Клонирование устройств является наиболее часто используемым методом получения неавторизованного доступа к сетевым услугам в кабельных IP-сетях. Имитируя корректный МАС-адрес модема, IP-адрес или конфигурационный файл, злонамеренный субъект может передавать и принимать трафик, не оплачивая услуги. Для предотвращения клонирования устройств производители CMTS-систем разработали целый ряд функций.
Клонирование МАС-адресов может быть обнаружено и отмечено системой CMTS, и доступ к сети для всех устройств с такими адресами можно просто запретить. Как правило, когда клонированному устройству отказано в обслуживании, субъект, клонировавший устройство, пытается получить обслуживание другим методом. Следовательно, правила сети, которые запрещают определенным МАС-адресам получить доступ, можно удалять через короткие промежутки времени.
В стандарте DOCSIS 1.1 клонирование предотвращается путем использования предварительно предоставленных цифровых подписей, уникально идентифицирующих каждый кабельный модем, который использует метод, отличный от проверки МАС-адреса. Так как предварительно предоставленные сертификаты включают в себя информацию, основанную на МАС-адресе устройства, МАС-адрес модема и его сертификат могут быть спаренными. Система CMTS может использовать цифровую подпись, чтобы определять, поступает ли проходящий через кабельную IP- сеть трафик от устройства с определенной цифровой подписью, и отбрасывать трафик от неизвестных устройств. Цифровые сертификаты не пересылаются модемами, вместо этого с помощью математического алгоритма осуществляется обмен информацией между системой CMTS, кабельным модемом, а также сервером базы данных цифровых сертификатов. Таким способом индивидуальные DOCSIS 1.1 модемы проверяются на легитимность.
Смягчить проблему клонирования IP-адресов можно, используя специализированные функции протокола DHCP и усовершенствованные CMTS-устройства.
Применение опции 82 протокола DHCP позволяет системе CMTS сопоставлять предоставленные IP-адрес и МАС-адрес, с которого запрашивался IP-адрес. Система CMTS может определить, не противоречат ли IP- и МАС-адреса предоставленной аренде. При подключении неавторизованного устройства, которое использует корректный IP-адрес, пара МАС- и IP-адресов определяется как неверная, и трафик отбрасывается.
В некоторых случаях возможно использование злонамеренным субъектом настраиваемого неавторизованного двоичного файла DOCSIS-конфигурации для инициализации подключенного кабельного модема. При этом могут использоваться либо сфабрикованные, либо украденные файлы конфигурации. Целью злоумышленника может быть получение доступа к большей полосе пропускания или другим QoS-параметрам, а также получение неоплаченных услуг. В случае украденных конфигурационных файлов проблема особенно сложна для разрешения, поскольку известные корректные конфигурационные файлы могут использоваться, оставаясь необнаруженными. Однако способы борьбы с этим типом клонирования устройств все-таки существуют. Функция CMTS-аутентификации, известная как общая секретная фраза (shared- secret), предоставляет посредством конфигурационного файла секретную строку аутентификации. Если на кабельном интерфейсе указана секретная фраза, совместно используемая в кабеле, и кабельный модем на данном интерфейсе пытается подключиться к линии, применяя файл DOCSIS-конфигурации, в котором используется неверная строка CMTS-аутентификации, кабельный модем не будет подключен к линии, а в системе CMTS сохранится соответствующее сообщение.
Когда двоичный конфигурационный файл генерируется с использованием функции CMTS-аутентификации, строка аутентификации не хранится в явном виде в файле DOCSIS-конфигурации, а используется только как некая часть для генерирования контрольной суммы файла. Таким образом строка CMTS-аутентификации не видна, если файл DOCSIS-конфигурации просматривается с помощью редактора двоичных конфигурационных файлов или какого-либо другого средства. Это означает, что злоумышленники не смогут использовать полученную копию файла DOCSIS-конфигурации для получения строки CMTS-аутентификации. Кроме того, если файл DOCSIS-конфигурации модифицируется, необходимо предпринять специальные меры, для того чтобы гарантировать повторную вставку строки CMTS-аутентификации в файл каждый раз при его сохранении. В противном случае в контрольной сумме не учитывается корректная строка CMTS-аутентификации, и модемы отключаются от линий.
База данных CPE-устройств в системе CMTS
Большинство CMTS-продуктов поддерживают динамически пополняемую внутреннюю базу данных IP- и МАС-адресов подключенных CPE-устройств. В CPE-базе данных содержатся также подробные сведения о соответствующих кабельных модемах, которым принадлежат данные CPE-устройства. При использовании усовершенствованных CMTS-систем база данных кабельных CPE-устройств способна идентифицировать и устранить такие проблемы безопасности, как клонирование IP-адресов. В примере 13.4 приведен код, демонстрирующий неавторизованное использование существующего IP- адреса статически сконфигурированным узлом (CMTS-система — Cisco uBR7246vxr). При использовании этой функции можно идентифицировать МАС-адрес кабельного модема, за которым расположен неавторизованный узел, а затем системный администратор в поисках решения проблемы может отключить этот модем.
Пример 13.4. Отображение записей базы данных CMTS СРЕ для одного нисходящего канала
CMTS#show interface cable 3/0 modem 0
SID
Priv bits Type
State
IP address
method
MAC address
1
00host
unknown
192.168.1.77
static
000C.422c.54d0
1
00modem
up
10.1.1.30
dhcp
0001.9659.4447
2
00host
unknown
192.168.1.90
dhcp
00al.52c9.75ad
2
00modem
up
10.1.1.44
dhcp
0090.9607.3831
Комбинирование волоконнооптических узлов
Обычно в CMTS-конфигурацию включаются DOCSIS МАС-домены с одним источником нисходящей передачи (единственный нисходящий канал в системе CMTS) и многочисленными источниками восходящей передачи (один или несколько восходящих каналов, в каждом из которых имеется множество кабельных модемов). В большинстве случаев система CMTS управляет многочисленными DOCSIS МАС- доменами на нескольких модемных платах. В каждом DOCSIS МАС-домене содержится порт передачи в нисходящем направлении и один или несколько внешних приемных портов. Поскольку каждый порт нисходящей передачи и внешний приемный порт обладают конечной пропускной способностью, кабельному оператору необходимо решить, каким образом физически подключать CMTS-порты к HFC-сети, для того чтобы соответствующим образом предоставить абонентам DOCSIS-связь. Физические соединения обычно выполняются из высококачественного коаксиального кабеля путем подключения системы CMTS к оптическим приемникам и передатчикам головного узла. Процесс, в ходе которого определяется, с какими DOCSIS-портами связывать конкретные оптические узлы, называется комбинированием (combining). В настоящее время широко используются три типа комбинирования: разреженное (sparse), уплотненное (dense) и сверхплотное (extra-dense).
Внимание!
Для специалистов, знакомых с многоадресатной маршрутизацией, отметим, что эти термины никоим образом не связаны с понятиями, используемыми в многоадресатной технологии.
Как видно на рис. 13.8, разреженное комбинирование представляет собой схему, при которой предполагается, что в каждом из нескольких оптических узлов существует малое число абонентов кабельных модемов. Такие редкие абоненты должны быть объединены вместе для совместного использования единственного в CMTS-системе внешнего приемного порта. Физически множество оптических портов приема связаны вместе и подключены к единственному в системе CMTS внешнему приемному порту (upstream receive port). Маршрут нисходящей передачи системы CMTS расщеплен таким образом, что каждый оптический узел подключается к системе CMTS посредством пары портов передачи и приема.
Система CMTS
Рис. 13.8. Разреженное комбинирование
Уплотненное комбинирование представляет собой схему, при которой к каждому из нескольких оптических узлов подключено много абонентов кабельной сети (см. рис. 13.9). В данном случае восходящий абонентский трафик ожидается настолько большим, что для обеспечения необходимой пропускной способности потребуется несколько внешних приемных портов системы CMTS. Уплотненное комбинирование представляет собой связывание нескольких приемных портов оптического узла в один маршрут, который затем распределяется среди множества внешних приемных портов системы CMTS по схеме комбинирования “многие ко многим” (many-to-many). С помощью этой методики доступная восходящая пропускная способность предоставляется многим портам приема среди множества оптических узлов. Недостатком этого метода является то, что шум или помехи из какого-либо одного участка влияют на абонентов всех восходящих портов и могут препятствовать предоставлению служб во всем DOCSIS МАС-домене.
СистемаСистемаПолоса приема 0 1,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для трех абонентских областейПолоса приема 0 1,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для трех абонентских областейРис. 13.9. Уплотненное комбинированиеРис. 13.9. Уплотненное комбинирование
Система
Система
Полоса приема 0 1,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для трех абонентских областей
Полоса приема 0 1,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для трех абонентских областей
Рис. 13.9. Уплотненное комбинирование
Рис. 13.9. Уплотненное комбинирование
Как видно на рис. 13.10, сверхплотное комбинирование представляет собой схему связывания единственного оптического узла со множеством внешних приемных портов системы CMTS. В такой схеме комбинирования предполагается, что индивидуальный оптический узел подключен к такому количеству абонентов, которое достаточно для насыщения трафиком множества внешних приемных портов.
Схемы комбинирования жизненно важны для достижения соответствующей планируемой емкости в кабельной IP-сети. При проектировании схем комбинирования важно назначить полную доступную пропускную способность эквивалентной ожидаемой общей сетевой нагрузке для подключенных абонентов. Среди кабельных операторов нередко практикуется установка нового шасси системы CMTS с единственным портом приема на каждой модемной плате системы CMTS, который физически отключен от схемы комбинирования, с тем чтобы его можно было использовать позднее, когда на одном из подключенных узлов понадобится дополнительная восходящая полоса пропускания.
Система CMTSСистема CMTSПолоса приема 01,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для одной абонентской областиПолоса приема 01,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для одной абонентской областиРис. 13.10. Сверхплотное комбинированиеРис. 13.10. Сверхплотное комбинирование
Система CMTS
Система CMTS
Полоса приема 01,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для одной абонентской области
Полоса приема 01,6 МГц Полоса приема 1 1,6 МГц Полоса приема 2 1,6 МГц Полоса приема 3 1,6 МГц Полоса пропускания 10,24 Мбит/с для одной абонентской области
Рис. 13.10. Сверхплотное комбинирование
Рис. 13.10. Сверхплотное комбинирование
В схемах комбинирования также учитывается концентрация шума при комбинировании восходящих сигналов. В некоторых случаях, возможно, наилучшим решением будет отказаться от комбинирования оптических узлов, для того чтобы удержать приемлемые уровни внешнего шума в восходящем канале.
Топологии кабельных IP-сетей
В связи с возрастающей популярностью кабельных модемов как высокоскоростной среды доступа возрастает насыщение кабельных IP-сетей большим количеством абонентского трафика. Обратная сторона популярности кабельных модемов заключается в том, что абоненты требуют предоставления им непрерывных услуг неизменно высокого качества. Иными словами, необходима чрезвычайно высокая надежность служб. Новые службы, основанные на протоколе IP, такие, как технология VoIP по кабельным структурам (cable drive), испытывают еще большую потребность в высокой надежности, высоком качестве обслуживания и интеграции служб.
В настоящее время существуют три основных конструкции кабельных IP-сетей. Эти конструкции позволяют множеству CMTS-устройств объединяться и подключаться к высокоскоростной инфраструктуре базовой сети MSO-оператора. В указанные способы агрегирования CMTS-систем входят стандарт Ethernet, оптические соединения (обычно ОС 12 или ОС48) и надежное оптическое кольцо (технология DPT/PRP). Целью каждой упомянутой конструкции является удовлетворение строгих требований к кабельным IP- сетям при одновременном соответствии бизнес-задачам кабельного оператора.
На рис. 13.11 приведена эталонная сетевая структура, которая включает в себя способы агрегирования на основе технологий Ethernet, SONET и оптический транспорт, технологию DPT/RPR. Указанные объединяющие среды подключаются к основной высокоскоростной оптической сети, которая может включать в себя оптическое DWDM- кольцо. Сеть кабельного оператора в свою очередь подключена к IP-сетям (Internet), коммутируемой телефонной сети общего пользования (public switched telephone network — PSTN), а также к сетям распространения цифрового и аналогового видео.
Структуры с агрегированием Ethernet-каналов
Несколько МSO-операторов обычно применяют объединение Ethernet-каналов для подключения множества CMTS-устройств к высокопроизводительному коммутатору. Такая топология часто реализуется при помощи группы соединений 100ВТ Fast Ethernet с распределением нагрузки или посредством одного или нескольких Gigabit Ethernet- соединений. Этот несложный метод агрегирования CMTS-устройств, т.е. коммутиро-
ванный подход второго уровня, популярен, поскольку прост для понимания и конфигурирования. Кроме того, часто Ethernet-агрегирование представляет собой самый недорогой метод. Однако ограничения длины Ethernet-носителей и слабые временные характеристики восстановления после сбоев иногда могут ограничивать его эффективность. Поскольку в крупных сетях в конечном итоге потребуется использование протоколов маршрутизации, для коммутаторов крупных точек агрегирования в данной конструкции необходима связь с высокоскоростными маршрутизаторами. В крайних случаях, где отдельная CMTS-система могла бы поддерживать десятки тысяч абонентов сети кабельных модемов, существуют обширные требования маршрутизации для самой системы CMTS, и в точке агрегирования, вероятно, используются платформы маршрутизации (поддержка технологий третьего уровня).
PSTNPSTNОСНОВА СЕТИОСНОВА СЕТИГРАНИЦАГРАНИЦААГРЕГИРОВАНИЕАГРЕГИРОВАНИЕInternetInternetГОЛОВНОЙ УЗЕЛГОЛОВНОЙ УЗЕЛКОНЦЕНТРАТОРКОНЦЕНТРАТОРьтисервисная! истемаMTSьтисервисная! истемаMTSEthernet- агрегирEthernet- агрегирГОЛОВНОЙ УЗЕЛ ВЕРХНЕГО УРОВНЯГОЛОВНОЙ УЗЕЛ ВЕРХНЕГО УРОВНЯАбоненты сети передачи данных/видео/голосаАбоненты сети передачи данных/видео/голосаРегиональнымРегиональнымцентрцентробработкиобработкиданныхданныхРис. 13.11. Структуры кабельной IP-cemuРис. 13.11. Структуры кабельной IP-cemu[ SONET/оптический ;' транспорт[ SONET/оптический ;' транспортDPT/RPR-агрегированиеDPT/RPR-агрегированиеВысокоскоростная пическая сеть (технология DWDM)Высокоскоростная пическая сеть (технология DWDM)Сеть аналогового видеоСеть аналогового видеоСеть цифрового видеоСеть цифрового видео
PSTN
PSTN
ОСНОВА СЕТИ
ОСНОВА СЕТИ
ГРАНИЦА
ГРАНИЦА
АГРЕГИРОВАНИЕ
АГРЕГИРОВАНИЕ
Internet
Internet
ГОЛОВНОЙ УЗЕЛ
ГОЛОВНОЙ УЗЕЛ
КОНЦЕНТРАТОР
КОНЦЕНТРАТОР
ьтисервисная! истема
MTS
ьтисервисная! истема
MTS
Ethernet- агрегир
Ethernet- агрегир
ГОЛОВНОЙ УЗЕЛ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ
ГОЛОВНОЙ УЗЕЛ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ
Абоненты сети передачи данных/видео/голоса
Абоненты сети передачи данных/видео/голоса
Региональным
Региональным
центр
центр
обработки
обработки
данных
данных
Рис. 13.11. Структуры кабельной IP-cemu
Рис. 13.11. Структуры кабельной IP-cemu
[ SONET/оптический ;
' транспорт
[ SONET/оптический ;
' транспорт
DPT/RPR-агрегирование
DPT/RPR-агрегирование
Высокоскоростная пическая сеть (технология DWDM)
Высокоскоростная пическая сеть (технология DWDM)
Сеть аналогового видео
Сеть аналогового видео
Сеть цифрового видео
Сеть цифрового видео
В DOCSIS-среде становится очевидным, что система CMTS должна быть интеллектуальным маршрутизатором доступа, который способен осуществлять расширенную фильтрацию и управление трафиком на IP-уровне. Сеть, в которой такие особенности отсутствуют, является объектом для лавинного распространения трафика (широковещательного, многоадресатного или даже одноадресатного), уязвимой для атак типа “отказ в обслуживании” (Denial of Service — DoS), а также эпидемий компьютерных вирусов, которые в конечном итоге способны сделать сеть непригодной для использования.
Структуры агрегирования оптических носителей
ОС-агрегирование, т.е. соединение CMTS-устройств с высокопроизводительным оптическим коммутатором или маршрутизатором посредством оптических носителей ОС2, ОС12 или передача пакетов через сеть SONET (Packet-over-SONET —
PoS) с помощью ОС48-носителя или ATM-соединения (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной передачи) представляет собой сетевую топологию, подобную Ethernet-агрегированию. Она проста, доступна для понимания и предоставляет пропускную способность, необходимую для крупномасштабных сетей кабельных модемов. ОС-технологии в отличие от Ethernet действительно предоставляют возможности передачи данных на большие расстояния и могут поддерживать соединения с отдаленными концентраторами и CMTS-системами. Однако ОС- агрегирование подобно Ethernet-агрегированию не обеспечивает отказоустойчивость. Для осуществления функций маршрутизации ОСЗ-, ОС 12- и ОС48- агрегирование требует присутствия устройства третьего уровня (маршрутизатора), реализующего функции маршрутизации.
Структуры DPT/RPR
DPT (Dynamic Packet Transport — динамическая транспортировка пакетов) представляет собой частную оптическую технологию корпорации Cisco, которая оперирует каналами со скоростями ОСЗ, ОС 12, ОС48 и ОС 192 на потенциально больших расстояниях. Применяя протокол повторного пространственного использования (Spatial Reuse Protocol — SRP) и кольцевую топологию, каждый DPT-узел может отправлять пакеты в оптическое кольцо на конкурентной основе (в отличие, например, от распределенного интерфейса передачи данных по волоконно-оптическим каналам (Fiber Distributed Data Interface — FDD1)), что максимально увеличивает полосу пропускания кольца. Благодаря кольцевой топологии технология DPT интегрирует в единую структуру надежность, возможность группировки множества CMTS-устройств в единственное оптическое кольцо и высокие уровни пропускной способности. Благодаря таким привлекательным особенностям MSO-операторы обычно используют структуры DPT-агрегирования для создания высокой интеграции служб кабельных модемов. По мере того как такие службы, как VoIP, становятся более распространенными в кабельных IP-сетях, DPT и связанные с ней технологии будут становиться все более жизненно важными для интеграции подобных служб.
RPR (Resilient Packet Ring — отказоустойчивое кольцо для передачи пакетов), стандартизированная технология, связанная с DPT, часто рассматривается провайдерами кабельных услуг как наследница DPT-структур для кабельных IP-сетей. В то же время рабочая группа IEEE 802.17 (RPR) пока еще не завершила разработку RPR-спецификации. Корпорация Cisco представила рабочей группе протокол SRP для рассмотрения его в качестве основы для индустриального RPR-стандарта. Если протокол SRP будет включен в стандарт 802.17, понятия DPT и RPR, вероятно, станут синонимичны.
Высокоскоростная оптическая магистраль (технология DWDM)
Значение высокоскоростных оптических базовых сетей (core networks) становится очевидным при рассмотрении волоконно-оптического кабеля, с помощью которого видеосигналы распространяются между головными узлами в сети оператора кабельных услуг. Для наилучшего использования существующего оптического кабеля в сетях MSO-операторов для транспортировки данных между магистральными маршрутизаторами применяются такие технологии, как DWDM.
Развитие кабельных IP-сетей
Несколько лет назад началось преобразование сетей кабельной индустрии в цифровую инфраструктуру. Хотя телевизионные приемники и приставки часто требовали аналогового сигнала, широковещательное видео распространялось между головными узлами и концентраторами в цифровом формате при помощи несущей, модулированной цифровым сигналом (digitally modulated carrier). Такая методика увеличивала возможности MSO-оператора по передаче широковещательных видеосигналов на большие расстояния между концентраторами с минимальными потерями и общим снижением операционных затрат. Цифровое телевидение и приставки стали широко распространены на абонентских участках службами и устройствами, и большая часть телевизионных программ в настоящее время предоставляется абонентам в цифровом формате.
Кабельные модемы также не вызывают теперь удивления. Как часть широко распространенных технологий широкополосного доступа, кабельные модемы приобрели высокую популярность среди абонентов. Поскольку расширение высокоскоростных сред доступа ускоряется, внедрение кабельных DOCSIS-модемов и далее будет успешным.
Во время написания этой книги довольно быстрыми темпами развивалось развертывание дополнительных служб, таких, как VoIP, служб телеработы (telecommuting services), а также внедрялись разные уровни скоростей передачи данных. Большинство крупных MSO-операторов в ближайшее время ожидает широкомасштабного внедрения VoIP-технологии. Испытания проводятся во многих крупных городах. Службы телеработы также предоставляются во многих населенных пунктах. Однако для MSO- операторов остаются трудности в таких областях, как модернизация служб, разработка эффективных систем управления и обеспечения, масштабирование сетей, внедрение соответствующего качества обслуживания и построение поддерживающих бизнес- моделей. Представляется, что добавленные в кабельную IP-сеть службы в будущем станут общей частью технологий широкополосного доступа.
Следующей проблемой для MSO-операторов будет дальнейшая консолидация их сетей в единую инфраструктуру. В частности, некоторые MSO-операторы планируют в конечном итоге преобразовать свои сети распространения цифрового видео в распределительный механизм, основанный на IP-технологии. Подобная конвергенция позволит MSO-оператору администрировать и обслуживать единую сеть многих служб с передачей данных, голосового и видеотрафика, а также предоставить необходимые сетевые функции для поддержки интерактивных и неинтерактивных служб. Трудность этого подхода в необходимости дальнейшего распространения телевизионных каналов абонентам в аналоговом или традиционном цифровом (MPEG) формате, необходимость устойчивого и гибкого качества обслуживания для интерактивного трафика, а также чрезвычайно высокие требования к пропускной способности IP-технологии, вызванные несколькими сотнями высококачественных каналов цифрового видео. Несмотря на сложности, представляется возможным, что конвергенция сетей данных, голосового и видеотрафика для MSO-операторов все-таки состоится.
Резюме
Сети с использованием кабельных модемов существуют в среде, в которой предъявляются требования к уровню шума, конструкции сети и высокому качеству функционирования. Стандарты DOCSIS и Euro-DOCSIS определяют способ, с помощью
которого кабельные модемы взаимодействуют с терминальными системами (CMTS) при передаче IP-пакетов. В DOCSIS-сети задействована QAM-модуляция. Так как она чувствительна к интерференции и ослаблению сигналов, типы модуляции тщательно выбираются на основе качества кабельной сети.
Для функционирования кабельным модемам требуются три типа серверов: TOD, DHCP и ТЕТР. Эти серверы передают кабельному модему конфигурационные сведения, включающие в себя двоичный файл DOCSIS-конфигурации кабельного модема, который разрешает кабельному оператору конфигурационный контроль над подключенными кабельными модемами, а также гибкое предоставление служб. Поскольку кабельные IP-сети, основанные на стандарте DOCSIS, являются средой совместного доступа, для кабельного оператора очень важно тщательно сконфигурировать параметры качества обслуживания, безопасности и администрирования кабельной сети.
Кабельные IP-сети предоставляют уникальную возможность доставки данных, голосовых и видеослужб абонентам посредством уже развернутой CATV-сети. К моменту написания этой книги заказчикам предоставляются голосовые службы по второй линии, а аналитики индустрии предсказали, что в недалеком будущем станет реальностью качественная транспортировка широковещательных VoIP-данных.
Список рекомендованной литературы
Мишель Адамс. Структура OpenCable. (OpenCable Architecture) Cisco Press. 03.12.1999.
Спецификация стандарта DOCSIS 1.0SP-RFI-I05-991105, источник —
www. cablemodem. com.
Спецификация стандарта DOCSIS 1.1 SP-RFIvl.1-103-991105, источник — www. cablemodem, com.
Спецификация стандарта DOCSIS 2.0 SP-RFIv2.0-I01-011231, источник — www. cablemodem. com.
Спецификация интерфейса BPI+ DOCSIS 1.1 BPI+IO7-010829, источник — www. cablemodem, com.
Крис Оггерино. Принципы построения высоконадежной сети. (High Availability Network Fundametals) Cisco Press. 09.05.2001.
Рекомендация RFC 868. Протокол синхронизации времени (Time Protocol).
Рекомендация RFC 2131. Протокол динамической конфигурации узла (Dynamic Host Configuration Protocol).
Рекомендация RFC 2132. Опции протокола DHCP и расширения производителей оборудования для протокола ВООТР (DHCP Options and ВООТР Vendor Extensions).
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, описанные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Какой тип фреймирования используется в кабельных IP-сетях на основе стандарта DOCSIS? Какие еще устройства в кабельной сети используют тот же тип фреймирования?
Какие типы модуляции позволяют транспортировать данные в восходящем и нисходящем направлениях? Почему один тип модуляции предпочтительнее другого?
Перечислите требования к качеству кабельной сети. Почему они являются важными? Какие факторы приводят к низкому качеству сети?
Какие серверы инициализации требуются согласно DOCSIS-спецификации? Каково их значение?
Назовите отличия стандартов DOCSIS и Euro-DOCSIS.
Какая функция стандарта DOCSIS 1.1 увеличивает эффективность восходящей сигнализации?
Назовите различия между стандартами DOCSIS 1.0 и DOCSIS 1.1.
Сколько кабельных модемов можно подключить к единственному DOCSIS МАС-домену? Какое количество рекомендуется подключать?
В этой главе... ■,
Обзор синхронных технологий. В этом разделе подробно описываются различия между асинхронной и синхронной связью, а также причины, по которым в сетевых структурах, основанных на оптических элементах, необходимо применение синхронной связи. •
Аппаратное обеспечение для оптических сетей. В этом разделе представлено описание некоторого общепринятого оборудования, используемого в оптических сетях, а также приведены примеры его применения.
Сравнение SONET- и SDH-иерархий. В разделе приводятся определения основных компонентов каждой иерархии и подробнЬ описаны соответствия и различия двух стандартов.
Служебная информация ОАМ&Р. В этом разделе приведен обзор общих идей, лежащих в основе функций управления и технического обслуживания, встроенных в технологии оптических сетей.
Технологии WDM и DWDM. В разделе описывается принцип действия технологий WDM (Wave Division Multiplexing) и DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), а также их отличия и методы использования в современных оптических сетях.
Применение сетей SONET/SDH. В этом разделе описаны некоторые наиболее общие методы развертывания оптических сетей с использованием технологий SONET и SDH.
ГлаваГлава1414
Глава
Глава
14
14
Технологии SONET и SDH
Возможно, наиболее важным за последние годы достижением в истории телекоммуникации является создание спецификаций SONET и SDH. Способность передачи миллиардов битов в секунду наряду с усовершенствованной возможностью администрирования дает стандартам SONET и SDH преимущество перед другими телекоммуникационными технологиями. Строго говоря, SONET и SDH являются стандартами физического уровня, которые оперируют структурой, эквивалентной физическому уровню эталонной модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI). Оба формата — североамериканский (SONET) и международный (SDH) — также содержат множество различных отчетов, официальных документов и стандартов, комбинация которых формирует завершенную технологию.
В этой главе основное внимание уделено атрибутам физической передачи в SONET- и SDH-сетях, а также их некоторым особенностям и приложениям, для которых могут применяться указанные сети.
Обзор синхронных технологий
Совершенное функционирование сетей SONET и SDH зависит от синхронизации (timing), которая должна быть настолько близкой к идеалу, насколько это возможно. Синхронизация, необходимая в оптических сетях, отличается от синхронизации, которая применяется в обычных средах с мультиплексной передачей с временным разделением каналов (Time Division Multiplexing — TDM). В технологиях SONET и SDH вместо модели плезиосинхронии (plesiochronous), имеющей место в технологиях передачи Т и Е, используется иерархическая согласованная структура синхронизации. Каналы Т1 и Е1, идущие от разных провайдеров, могут иметь некоторые отклонения в синхронизации, требующие модификации сигнала за счет битового заполнения (bit stuffing) в процессе мультиплексирования. Необходимо помнить, что в цифровых службах второго (DS2) и третьего (DS3) уровней для устранения отклонений синхронизации и для обеспечения целостности канала должно происходить битовое заполнение (асинхронное мультиплексирование). Фреймы SONET и SDH не нуждаются в заполнении битов мультиплексирования, поскольку их структура синхронизации является более жесткой. Некоторое непроизводительное заполнение битами имеет место при создании первоначального сигнала (подробное описание приведено ниже), однако сами сигналы комбинируются без дальнейшей модификации.
Поскольку битовое заполнение не используется, эта технология также называется технологией мультиплексирования с чередованием байтов (byte-interleaved), в отличие от технологии с чередованием битов (bit-interleaved), имеющей место в асинхронных и плезиосинхронных сетях. В результате стандарты SONET и SDH способны предоставить непосредственный доступ к цифровым сигналам более низкого уровня без необходимости демультиплексирования сигнала. Мультиплексирование с чередованием байтов описывается ниже в настоящей главе.
Так в чем же заключается точное значение понятия согласованной синхронизации (synchronous timing)? К стандартам SONET и SDH имеют отношение несколько аспектов этого метода синхронизации. Во-первых, синхронные сети способны определять единственный источник сетевой синхронизации. Однако не следует думать, что для всей сети существует только один источник синхронизации. Синхронизация распределяется среди всех сетевых элементов от наиболее точного источника синхронизации к наименее точному. Важно понимать, что в оптических сетях используется набор уровней синхронизации (clocks for timing), называемых страта-уровнями (Stratum clocks). Существуют следующие уровни синхронизации.
Страта 1 (Stratum 1) — основной опорный источник (Primary Reference Source — PRS) синхронизации в сети. Часы уровня страта 1 обладают чрезвычайно точным механизмом синхронизации, подобным системе атомных часов или цезиевым часам (atomic clock system, cesium) или глобальной системе навигации и определения местоположения (Global Positioning System — GPS). Обычно пользователь в сети видит не более двух из них (реализованных в виде избыточной пары).
Страта 2 (Stratum 2) — это первый уровень распределения (first distribution tier) источников синхронизации в сети. Обычно назначается в качестве источника синхронизации для транзитного узла (transit node clock — TNC) и используется для транзитных коммутаторов (класс 4).
Страта З/ЗЕ (Stratum З/ЗЕ) — уровень вторичного распределения (secondary distribution tier). Такими источниками синхронизации также могут быть коммутаторы, однако обычно ими являются коммутаторы конечных офисов (endoffice switch, класс 5), системы цифрового доступа и перекрестной коммутации (Digital Access and Crossconnect System — DACS) или мультиплексоры добавления и удаления сигнала (Add Drop Multiplexer — ADM).
Страта 4/4E (Stratum 4/4E) — источник синхронизации конечного устройства (end-unit timing source). В таких устройствах обычно заключены банки каналов. Устройства этого типа не предназначены для дальнейшего распределения синхронизации в сети провайдера службы.
В Северной Америке рекомендованный механизм синхронизации — SONET Minimum Clock (SMC). Он указывает, что источник синхронизации в сети SONET должен находиться примерно посередине между источниками синхронизации Страта 4Е и Страта 3. Обычные импульсы синхронизации уровня Страта 4 не способны обеспечить адекватную синхронизацию для SONET-сети. Большая часть оборудования сетей SONET и SDH уже придерживается стандартов синхронизации уровня Страта 3.
Обычное внедрение стандарта атомной синхронизации во всей сети SONET или SDH трудно и дорогостояще. Единственный источник синхронизации был представлен во всей сети посредством использования серии каналов Т1 или Е1. На рис. 14.1 представлена иерархия синхронизации в сети провайдера службы, связанной со стра-
та-уровнями синхронизации. Оборудование, необходимое для внедрения такой схемы, требовало некоторого усовершенствования.
За последние несколько лет расширение использования системы глобального позиционирования GPS позволило провайдерам служб сократить количество физических каналов, необходимых для развертывания системы синхронизации в сети. Поскольку в системе GPS используется спутниковый канал (satellite link), ее внедрение обычно является менее дорогостоящим и менее запутанным. Проблема, связанная с GPS-распределением синхронизации, заключается в том, что в областях плотного скопления предприятий обычно имеет место большой уровень помех. Диапазон проблем может простираться от электромагнитной интерференции радиостанций до физических препятствий для сигнала в виде высотных зданий, которые окружают рабочую область.
Рис. 14.1. Согласованное распределение синхронизации
Интегрированные часы контроля времени
Интегрированный источник синхронизации здания (Building Integrated Timing Supply — BITS) — центральная система синхронизации времени в здании (building-centric timing system) в Северной Америке. Система BITS, также обозначаемая как блок синхронизации (Synchronization Supply Unit — SSU), эффективно управляет количеством интерфейсов синхронизации внутри архитектурной структуры. Без системы, подобной BITS/SSU, из-за большого количества синхронных каналов, содержащихся в здании, вероятно, потребовалось бы внутри одного здания использовать множество различных источников синхронизации. Система BITS функционирует, обеспечивая синхрониза-
цией только входные и исходящие внешние по отношению к зданию соединения, которые обычно создаются на основе каналов Т1 или Е1. Затем контрольные сигналы с помощью системы распределяется между всеми каналами, которые необходимо синхронизировать. На рис. 14.2 представлена схема распределения канала BITS- синхронизации внутрь здания через GPS-канал или канал к атомным часам.
Рис. 14.2. Базовое распределение BITS-синхронизации
BITS-системы также способны предоставлять синхронизацию для внешних каналов структурам, входящим в состав той же территориальной сети (campus), например, соседнему зданию, которое также принадлежит компании. Большинство таких каналов развернуто в виде линий Т1 или Е1, и многие производители обеспечивают эти интерфейсы за счет использования соединений на основе коаксиального кабеля. Обычно развертывание BITS-системы включает в себя избыточный источник синхронизации, расположенный внутри здания на случай потери связи с внешним источником синхронизации. Такой подход обеспечивает необходимое время непрерывной работы оборудования, а избыточность основана на том же BITS-источнике.
Аппаратное обеспечение для оптических сетей
В этом разделе описывается некоторое широко используемое оборудование, связанное с оптическими сетями. Аппаратное обеспечение, входящее в оптические сети, обычно разделяется на три различных типа: терминирующее оборудование маршрута (path
terminating), терминирующее оборудование канала (line terminating) и терминирующее оборудование сегмента (section terminating). В табл. 14.1 приведены эти типы оборудования.
Таблица 14.1. Типы оборудования оптических сетей
Тип оборудования
Аббревиатура
Терминирующее оборудование маршрута (Path Terminating Equipment)
РТЕ
Терминальный мультиплексор (Terminal Multiplexer)
ТМ
Система цифрового доступа и перекрестной коммутации (Digital Access and Crossconnect System)
DACSили DCS
Терминирующее оборудование канала (Line Terminating Equipment)
LTE
Мультиплексор добавления и удаления сигнала (Add Drop Multiplexer)
ADM
Согласованный узел (Matched Node)
MN
Терминирующее оборудование сегмента (Section Terminating Equipment)
STE
Оптический повторитель (Optical Repeater)
—
Другое оборудование
—
Оптические маршрутизаторы (Optical Routers)
—
Волоконно-оптическая кабельная система (Fiber Optic Cabling)
—
РТЕ-оборудование
Терминирующее оборудование маршрута состоит из пользовательских устройств, которые непосредственно взаимодействуют с другими типами цифровых сигналов, предоставляемыми сетевыми устройствами, такими, как мультиплексоры и системы перекрестной коммутации. Эти устройства обычно не внедряются в оптическую инфраструктуру.
Терминальный мультиплексор
Терминальный мультиплексор (ТМ) является основным мультиплексором, который используется в оптических сетях для уплотнения множества TDM-каналов и каналов низкого уровня стандартов SONET/SDH в поток данных сети SONET или SDH. Сигналы устройства этого типа затем мультиплексируются в более крупную SONET- или SDH-сеть посредством ADM-мультиплексора. На рис. 14.3 представлена часть оптической сети, в которой каналы от ТМ-мультиплексоров сливаются в более крупные с большей полосой пропускания, используемой ADM-мультиплексорами.
Система DACS, или DCS
DACS-система присутствует в сетях большинства провайдеров служб и не является необходимой только для сетей SONET или SDH (фактически она оперирует только с TDM-схемами). Устройство такого типа является важным, поскольку DACS-системы обычно развертываются в фидерных сетях (feeder networks), сигналы из которых мультиплексируются в оптические сети посредством ADM-мультиплексоров. Основной функцией DACS-системы является функционирование в качестве простейшего коммутатора. Такое устройство способно терминировать множество сигналов уровней DS1 и DS3, а также объединять два любые DSO-канала, группу DSO-каналов (DS0-
группы или дискретные каналы DS1), каналы DS1 и DS3. Представьте себе коммутаторный узел, в котором оператор должен соединять оба конца телефонного звонка. DACS-система осуществляет ту же функцию для TDM-сети. На рис. 14.4 представлена DACS-система, объединяющая серию TDM-каналов либо с целью перемаршрутизации, либо для подготовки трафика к отправке в место назначения.
LTE-оборудование
LTE-оборудование предоставляет PTE-устройствам доступ к основным возможностям SONET- и SDH-сетей. ADM-мультиплексор — основное устройство, которое используется с этой целью.
ADM-мультиплексор
В оптических сетях ADM-мультиплексор применяют для перемаршрутизации и передачи трафика. ADM-мультиплексор способен перекрестно соединить и подготовить трафик на DS1- и DS 3-уровнях без полного демультиплексирования сигнала. Основное применение ADM-мультиплексора заключается в агрегировании трафика в канал с большей полосой пропускания. Кроме того, он позволяет добавлять или удалять каналы определенных размеров по мере того как остальная часть полосы пропускания проходит через блок. Следует помнить, что если требуется использовать определенный DSl-сигнал из канала DS3, то для получения доступа к требуемому DS1- сигналу нужно демультиплексировать этот О83-канал. ADM-мультиплексор позволяет осуществить такой доступ путем извлечения необходимого канала непосредственно из потока сигнала. На рис. 14.5 представлен сегмент оптической сети, который охватывает ADM-мультиплексоры, присутствующие в оптическом кольце.
Рис. 14.5. Функционирование ADM-мультиплексора в SONET/SDH-кольце
Особенность работы ADM-мультиплексора заключается в том, что он уплотняет сигналы DS1 и DS3 непосредственно в оптический канал с большей полосой пропускания независимо от того, сколько трафика фактически присутствует в канале. Может возникнуть вопрос: в чем же проблема? Если используется только 20% канала DS3, он преобразовывается в сигнал оптического носителя (Optical Carrier — ОС) более высокого уровня, и оставшаяся часть полосы пропускания не
может быть использована для других каналов, кроме уже преобразованного DS3- канала. И если такая ситуация возникает слишком часто, это приводит к неэффективному использованию сети.
Согласованные узлы
Согласованные узлы (MN) представляют собой устройства, которые объединяют SONET- или SDH-кольца. Они обеспечивают избыточный маршрут между кольцами и перемаршрутизируют трафик при выходе кольца из строя. Согласованными узлами также могут быть ADM-мультиплексоры, которые функционируют в качестве избыточных устройств между кольцами, однако конструкции такого типа дорогостоящи. На рис. 14.6 представлены два оптических кольца, объединенные посредством пары согласованных узлов, как с повторителями, так и без них.
Для передачи набольшие расстояния могут потребоваться оптические повторители
Резервные согласованные узлы
в качестве согласованных узлов могут использоваться резервные ADM-мультиплексоры
Рис. 14.6. Объединение колец с использованием согласованных узлов
STE-оборудование
STE-оборудование в основном представляет собой различные виды оптических повторителей и может рассматриваться как LTE- или STЕ-устройство. Если необходимо восстановить сигнал, это осуществляет оптический повторитель. Его функция подобна функции цифрового повторителя в медных каналах, где необходимо увеличить расстояние, проходимое сигналом. Оптические повторители также могут называться регенераторами (regenerators).
Другое оборудование
Последние несколько элементов оборудования, входящего в оптические сети, не обязательно попадают в какую-либо из перечисленных категорий, однако определенно заслуживают внимания.
Оптические маршрутизаторы
Оптические маршрутизаторы быстро завоевывают популярность в волоконно- оптических сетях. Название этих устройств точно соответствует их сущности; они представляют собой маршрутизаторы с оптическими интерфейсами. Существует множество областей применения описываемых устройств. И по мере того как сети передачи данных и видеоинформации продолжают сливаться с IP-сетями следующего поколения, внедрение оптических маршрутизаторов наблюдается все более часто. Касаясь непосредственно продуктов корпорации Cisco, можно утверждать, что существуют платформы как начального, так и высокого уровня. К платформам начального уровня относится маршрутизатор оптических служб (Optical Service Router — OSR) серии 7600. Маршрутизаторы этой серии предназначены для интеграции IP-стандарта в пространство оптических сетей путем комбинирования коммутатора Catalyst 6500 и маршрутизатора Cisco 7500. Маршрутизатор OSR 7600 предназначен для применения в точках присутствия (point of presence — POP) провайдера, обеспечивает ключевые схемы распределения полосы пропускания и IP-приоритета, необходимые современным провайдерам служб. Этот маршрутизатор позволяет провайдерам служб комбинировать оптические возможности с эффективностью маршрутизации на границе сети.
К более крупным устройствам относятся оптические устройства серии Cisco ONS15000, предназначенные для использования в среде, которая получила название пространство оптических служб регионального уровня (metro-optical service space). Такие оптические маршрутизаторы для предоставления большей гибкости провайдерам служб регионального уровня комбинируют SONET- и SDH-поддержку DWDM-технологии с высокомасштабируемой конструкцией шасси.
Внимание!
Технология DWDM рассматривается в разделе ‘Технологии WDM и DWDM” этой главы.
Оптические устройства для служб регионального уровня представляют собой крупные ADM-мультиплексоры с дополнительными способностями и функциями, которые используются в среде, классически определяемой как региональная вычислительная сеть (Metropolitan-Area Network — MAN). В таких сетях традиционно предоставлялись службы корпоративным клиентам, и TDM-инфраструктура недолгое время была подходящим решением. По мере того как приток корпоративных клиентов в интерактивную среду сети приобретал взрывной характер, трудности в предоставлении таких служб посредством стандартных Т- и Е-каналов увеличивались. В результате многие провайдеры служб начали внедрять оптические магистрали в сетях MAN для обеспечения обслуживания, адекватного запросам на услуги, и требуемую полосу пропускания. Предоставляемые службы включают в себя сетевую интеграцию множества служб, электронную коммерцию, сети хранения данных (Storage Area Networking — SAN) и приложения восстановления после сбоев (disaster recovery applications).
Волоконно-оптическая кабельная система
Сети SONET и SDH основаны на волоконно-оптической транспортной системе передачи данных. Волоконная оптика используется для транспортировки трафика, поскольку она способна предоставить высокие значения полосы пропускания на больших расстояниях. Медным проводам присуще общее ограничение: сигнал может транспортироваться без восстановления на несколько тысяч метров. В отличие от них волоконно-оптическая кабельная система способна транспортировать информацию на расстояние от десяти до восьмидесяти километров по одномодовым (single mode) кабелям.
Волоконно-оптическая кабельная система почти невосприимчива к часто встречающимся проблемам каналов, таким, как электромагнитная интерференция (Electromagnetic Interference — EMI), поскольку для передачи информации используется свет, а не электричество. В безопасных средах волоконно-оптический транспорт более предпочтителен, т.к. усложняется создание ответвлений, а их обнаружение упрощается. Кроме того, отсутствует резонанс сигнала, который имеет место при использовании медных проводов, следовательно, несанкционированное снятие сигнала с линии экспоненциально усложняется.
Волоконно-оптическая кабельная система является более легкой, чем медные кабели, и по ней можно передавать больше информации при такой же длине кабеля. Следовательно, вместо внедрения пара за парой медной кабельной системы можно использовать единственный волоконно-оптический кабель. Одним из главных недостатков волоконно-оптических систем является цена. Волоконно-оптические кабели и оборудование, как правило, более дорогие, чем основные медные витые пары и связанные с ними средства.
На современном рынке присутствуют два основных типа волоконно-оптических кабелей — одномодовый и многомодовый (multimode fiber). Они разработаны в расчете на различное использование. Одномодовые кабели, как правило, развертываются, когда необходимо обеспечить транспортировку данных на большие расстояния, и в качестве источника света в них обычно применяются лазеры. Многомодовые кабели применяются на коротких расстояниях, и для транспортировки света в них используются светодиоды (Light Emitting Diode — LED). Основное отличие между двумя описанными типами кабелей, кроме диаметра сердечника (core diameter), заключается в том, что одномодовые кабели транспортируют единственный световой поток или моду света (light mode). Многомодовые кабели транспортируют множество световых мод. На рис. 14.7 схематически показано различие в пути распространения света в одномодовом и многомодовом кабелях.
Кабельная система на основе многомодового кабеля традиционно является менее дорогостоящей при внедрении, чем система на основе одномодового кабеля, поскольку она дешевле в производстве. Требования для транспорта многочисленных мод света не настолько строгие, как для транспортировки информации на дальние расстояния по одномодовому кабелю. Некоторое многомодовое оборудование также является менее дорогим, однако это зависит от производителя оптического оборудования. Транспортировка многочисленных мод света в многомодовой кабельной системе осуществляется путем введения различных мод под разными углами внутрь кабеля. Отдельные моды с целью обособления отражаются в кабеле под разными углами, что может вызвать проблемы при передаче сигнала. Основная проблема многомодовых кабелей — многомодовое искажение (multimode distortion), или дисперсия мод (modal
dispersion). Основной предпосылкой этой проблемы является прохождение многочисленных мод света под разными углами в кабельном сердечнике. Поскольку моды света распространяются по кабелю под различными углами, на другом конце кабеля они могут быть приняты в разные моменты времени. Разные моменты поступления в приемник искажают сигнал, и с увеличением длины кабеля это искажение усиливается. Если оно становится достаточно большим, сигнал на принимающем конце может быть нераспознаваемым.
Одномодовое волокно
Волокна в волоконно-оптическом кабеле обычно производятся из высококачественного стекла или пластика и должны быть лишены каких-либо дефектов по всей длине кабеля и на обоих его концах. Оптические разъемы чувствительны к деформациям, и трение с сердечником может вызвать серьезные проблемы при передаче сигнала.
Волоконно-оптические кабели снабжаются одним из приблизительно десяти различных разъемов в диапазоне применения от режима асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM) до распределенного интерфейса передачи данных по волоконно-оптическим каналам (Fiber Distributed Data Interface — FDDI). Однако два наиболее общие — кабельные разъемы типов SC и ST. На рис. 14.8 изображены несколько наиболее распространенных разъемов для волоконно-оптических кабелей. Соединить два разъема различных типов можно переходником (coupler). Он служит промежуточным интерфейсом между кабелями. На оборудовании производства корпорации Cisco могут применяться кабельные разъемы обоих типов (SC и ST), но наиболее распространенны SC-разъемы.
SC-разъемы поставляются в двух разновидностях: одинарный разъем и дуплексный. Дуплексный разъем объединяет линии передачи и приема (Тх и Rx) в одном штепселе. ST-разъемы обладают близким сходством с миникоаксиальными соединениями, которые используют байонетную (ring lock) защелку.
При развертывании волоконно-оптической кабельной системы можно столкнуться с так называемым темным волокном (dark fiber). Это не что иное, как простые волокна в волоконно-оптической магистрали, которые в настоящее время не используются. Многие провайдеры служб разворачивают больше волоконно-оптических кабелей, чем необходимо, для того чтобы обеспечить некоторый запас пропускной способности сети. Как только появляется необходимость использовать больше кабеля, провайдеры могут применить уже развернутый кабель.
Дуплексные SC-коннекторыДуплексные SC-коннекторыST-коннекторыST-коннекторыРис. 14.8. Разъемы SC и STРис. 14.8. Разъемы SC и ST
Дуплексные SC-коннекторы
Дуплексные SC-коннекторы
ST-коннекторы
ST-коннекторы
Рис. 14.8. Разъемы SC и ST
Рис. 14.8. Разъемы SC и ST
С точки зрения абонента темное волокно представляет собой кабель, который провайдер службы закрепил за клиентом, но не подключил к какому-либо оборудованию. В таком случае ответственность за подключение волокна к соответствующему оборудованию возлагается на клиента.
Сравнение SONET- и SDH-иерархий
Технологии SONET и SDH появились одновременно как стандарты оптических сетей, которые используются по всему миру. Между обеими иерархиями существует ряд основных отличий, однако они не приводят к несовместимости. Напротив, международное сообщество добилось совместимости между североамериканской SONET- и международной SDH-иерархией. Перед тем как рассмотреть оптические иерархии, необходимо подчеркнуть важность понимания различий в методах мультиплексирования между синхронными и асинхронными/плезиосинхронными сетями.
Мультиплексирование с чередованием байтов
Стандарты SONET и SDH основаны на технологии мультиплексирования с чередованием байтов (byte-interleaved). В асинхронном мультиплексировании с технологией ТЗ и ЕЗ используется чередование битов. Поскольку чередование имеет место на битовом уровне, индивидуальный доступ к DS1-сигналам из каналов ТЗ и ЕЗ невозможен без полного демультиплексирования сигнала. Методика мультиплексирования с чередованием байтов отличается в лучшую сторону.
При чередовании на байтовом уровне (т.е. каждые 8 битов) сигнал, уплотненный в поток сигналов, остается отдельным объектом; следовательно, к нему можно получить индивидуальный доступ. На рис. 14.9 схематически представлено различие между
мультиплексированием с битовым и байтовым чередованием. Эта особенность обеспечивает гибкость и средства полнофункционального администрирования сети.
Концентрация
Несмотря на то что линии SONET и SDH объединены в каналы (channelized), существует средство, позволяющее передавать информацию, не объединенную в каналы (unchannelized). Концентрированные, (concatenated) или линии без объединения каналов SONET и SDH формируют один крупный блок полезного синхронного трафика (Synchronous Payload Envelope — SPE) и не детализируют какие-либо цифровые сигналы более низкого уровня. Даже если канал является концентрированным, применяется та же служебная информация (overhead) сегмента, канала и маршрута.
В технологии SONET концентрированные сигналы идентифицируются с помощью маркера “с” (c-marker) в конце сигнала. Например, сигнал уровня ОС-3 идентифицируется как ОС-Зс. В технологии SDH применяется та же методика идентификации различий между объединенными и необъединенными в каналы сигналами с помощью отметки “с”.
Мультиплексирование с чередованием битовМультиплексирование с чередованием битовМультиплексирование с чередованием байтовМультиплексирование с чередованием байтовРис. 14.9. Сравнительные диаграммы мультиплексирования с чередованием битов и байтовРис. 14.9. Сравнительные диаграммы мультиплексирования с чередованием битов и байтов
Мультиплексирование с чередованием битов
Мультиплексирование с чередованием битов
Мультиплексирование с чередованием байтов
Мультиплексирование с чередованием байтов
Рис. 14.9. Сравнительные диаграммы мультиплексирования с чередованием битов и байтов
Рис. 14.9. Сравнительные диаграммы мультиплексирования с чередованием битов и байтов
Стандарт SONET
Аббревиатура SONET представляет собой североамериканское обозначение оптической сети. Этот стандарт основан на технологии синхронной передачи (Synchronous Transmission — SYNTRAN). Как уже говорилось в главе 7, “Технологии ТЗ и ЕЗ”, технология SYNTRAN разработана для предоставления служб на уровне DS3, но в ней используется синхронный транспорт. Одной из главных целей движения SONET/SDH является создание набора стандартов, который позволит осуществлять информационный обмен между оборудованием различных производителей.
Основной транспортной структурой сети SONET является синхронный транспортный сигнал (Synchronous Transport Signal— STS). Самым нижним уровнем в иерархии SONET является сигнал STS-1, работающий со скоростью 51,84 Мбит/с (6 480 битов во фрейме х 8 000 фреймов в секунду). Уровень STS-1 был разработан для транспортировки цифрового сигнала уровня 3 (DS-3), а также сигналов более низких DS- уровней. Меньшие скорости DS-передачи поддерживаются структурами, именуемыми виртуальными станциями (Virtual Tributaries — VT), которые подробнее рассматриваются далее в этой главе.
При скорости передачи данных 51,84 Мбит/с канал STS-1 поддерживает передачу сигналов DS-3 на скорости 44,736 Мбит/с. Основной причиной значительного различия скоростей является включение байтов служебной информации для администрирования и идентификации сигналов в сети SONET.
STS рассматривается как электрический сигнал для транспортировки, а ОС определяет физические характеристики транспорта. Обозначения ОС-уровней непосредственно связаны с обозначениями уровней STS. Так сигнал STS-1 соответствует сигналу ОС-1. Сигнал ОС предоставляет STS-сигналу транспорт по волоконно-оптическим средствам.
Внимание!
Национальный институт стандартизации США (American National Standards Institute — ANSI) разделяет электрические и физические характеристики транспорта с помощью STS- и ОС-уровней. В стандарте SDH, рекомендованном Международным союзом по телекоммуникациям (International Telecommunication Union — ITU), такое разделение не проводится. В стандарте SDH для обоих аспектов транспорта используется обозначение STM (Synchronous Transport Module — синхронный транспортный модуль).
STS-сигналы синхронно мультиплексируются во множество базовых сигналов уровня STS-1. Иными словами, сигнал STS-3, или ОС-3, представляет собой три мультиплексированных STS-1-сигнала в одном потоке данных. STS-48 представляет собой 48 слагаемых сигнала STS-1. Подобное равенство продолжается вплоть до сигнала STS-768. STS-768, или ОС-768, является самой последней разработкой в SONET- индустрии и предоставляет полосу пропускания в 40 Гбит/с. Уровень ОС-768 разработан для новых DWDM-приложений, которые начинают внедрять провайдеры служб. В некоторых документах можно встретить ссылки на уровни ОС-24 и ОС-96. Подобные обозначения нельзя назвать неверными, однако они более не используются и, следовательно, не включаются в материал этой главы. Полный список уровней ANSI SONET-иерархии приведен в табл. 14.2.
1 Таблица 14.2. Цифровая иерархия стандарта SONET
STS-обозначение
ОС-обозначение
Полоса пропускания, Мбит/с
STS-1
ОС-1
51,84
STS-3
ОС-3
155,52
STS-12
ОС-12
622,08
STS-48
ОС-48
2488,32
STS-192
ОС-192
9953,28
STS-768
ОС-768
39813,12
Структура фрейма STS-1
Как и все остальные технологии, описываемые в этой книге, SONET имеет собственную структуру фрейма. Ниже подробно описан фрейм STS-1, поскольку он представляет собой базовую фреймовую структуру, применяемую в сети SONET. Фрейм STS-1 состоит из девяноста столбцов, в каждом из которых имеются 9 строк восьмибайтовых блоков, всего 810 байтов, или 6480 битов. На рис. 14.10 приведена базовая структура STS-1-фрейма.
Служебная информация транспортировки данных II
Служебная информация маршрута ^QZZZZZZX
Рис. 14.10. Базовая структура фрейма STS-1
Первые три столбца зарезервированы для служебной информации канала и сегмента, а последние 87 столбцов — для SPE-блока. SPE-блок представляет собой часть фрейма, в которой фактически переносятся цифровые сигналы более низких уровней. Например, если в SPE-блоке используется полный канал ТЗ, номинальный уровень полосы пропускания для канала ТЗ равен 44,736 Мбит/с. К этому значению для достижения уровня сигнала ТЗ до полной полосы пропускания, равной 49,54 Мбит/с, добавляются 4,8 Мбит/с заполняющей информации. Когда к блоку SPE добавляется служебная информация маршрута (570 Кбит/с), полная полоса пропускания становится равной 50,11 Мбит/с.
Полная полоса пропускания блока SPE равна 50,11 Мбит/с независимо от транспортируемого цифрового сигнала. К уровню полосы пропускания блока SPE добавляются 1,728 Мбит/с полосы пропускания для служебной информации канала и сегмента, что в итоге приводит к уровню 51,84 Мбит/с. В табл. 14.3 перечислены совре-
менные уровни стандарта SONET с соответствующими количествами служебной информации и полезной нагрузки (payload). Необходимо помнить, что поскольку каждый SONET-уровень выше STS-1 представляет собой множество сигналов STS-1, уровни потребления полосы пропускания служебной информации кратны 1,728 Мбит/с.
Таблица 14.3. Уровни полосы пропускания служебной информации и полезной нагрузки в сети SONET
STS-обозначен ие
Полоса
пропускания, Мбит/с
Служебная информация, Мбит/с
Полезная
нагрузка, Мбит/с
STS-1
51,84
1,73
50,11
STS-3
155,52
5,18
150,34
STS-12
622,08
20,74
601,34
STS-48
2488,32 с
82,94
2405,38
STS-192
9953,28
331,78
9621,50
STS-768
39813,12
1327,10
38486,02
Служебная информация фрейма STS-1
Рассмотрим служебную информацию в составе SONET-фрейма. Фрейм разбивается на четыре отдельных уровня. Принято считать, что все они в некоторой степени связаны с физическим уровнем, однако каждая секция оперирует различными аспектами передающей системы SONET. Уровни служебной информации перечислены ниже.
Уровень маршрута отвечает за надежную транспортировку служб, предоставляемых PTE-устройствам (ТМ и DACS). Эти службы включают в себя преобразование TDM-каналов в STS-1-фреймы.
Уровень канала отвечает за надежный транспорт блока SPE, который размещается на уровне маршрута, а также за службы синхронизации и мультиплексирования. На этом уровне обеспечивается служебная информация, указывающая на SPE-блок внутри фрейма, в частности, при преобразовании множества сигналов STS-1 в уплотненный поток. Кроме того, этим уровнем обеспечивается мониторинг ошибок, обмен данными, порядок соединения (orderwire) и сигналы защиты линии.
Уровень сегмента отвечает за фреймирование (fraiming) и надежный транспорт SONET-фреймов через сеть, а также используется вместе с физическим уровнем для формирования базовой транспортной среды. На этом уровне поддерживается перестановка элементов (scrambling) потока данных для обеспечения пользовательской безопасности и набора случайных чисел (randomization) для предотвращения фальсификации (mimicking) функций сети провайдера. Кроме того, на этот уровень возложена ответственность за обмен данными для обеспечения ОАМ&Р-поддержки, мониторинга ошибок и порядка соединения.
Физический уровень ответственен за физическую передачу битов через сеть. С этим уровнем не связана какая-либо служебная информация.
На рис. 14.11 схематически представлены SONET-уровни и оборудование, соответствующее каждому из них.
Обмен даннымиОбмен даннымиУровень маршрутаПреобразование служб, ТМ-мультиплексор, DACS-системаУровень каналаADM,MNУровень сегментаОптическийФизический уровеньФизическое оборудованиеУровень маршрутаПреобразование служб, ТМ-мультиплексор, DACS-системаУровень каналаADM,MNУровень сегментаОптическийФизический уровеньФизическое оборудованиеОбмен даннымимежду узламиосуществляетсяна одном уровнеОбмен даннымимежду узламиосуществляетсяна одном уровне
Обмен данными
Обмен данными
Уровень маршрута
Преобразование служб, ТМ-мультиплексор,
DACS-система
Уровень канала
ADM,
MN
Уровень сегмента
Оптический
Физический уровень
Физическое о
борудование
Уровень маршрута
Преобразование служб, ТМ-мультиплексор,
DACS-система
Уровень канала
ADM,
MN
Уровень сегмента
Оптический
Физический уровень
Физическое о
борудование
Обмен даннымимежду узламиосуществляетсяна одном уровне
Обмен даннымимежду узламиосуществляетсяна одном уровне
внутри одного узлаосуществляетсяпо вертикали
Рис. 14.11. Уровни служебной информации и соответствующее им оборудование
Служебная информация уровня сегмента и канала составляет большую часть STS-1-фрейма. Первой порцией служебной информации, которая считывается во время передачи, является служебная информация уровня сегмента. Она используется в любом SPE-блоке в сети SONET и подразделяется на девять байтов, как изображено на рис. 14.12.
В приведенном ниже списке описаны байты служебной информации уровня сегмента и указаны функции, для которых они предназначены.
А1/А2. Байты А1 и А2 формируют сигнал выравнивания (alignment signal) фрейма. Два байта, соединенные вместе, составляют шестнадцатибитовое слово 1111011000101000.
J0/Z0. Этот байт обеспечивает две различные функции, которые зависят от рассматриваемого STS-1-сигнала. Байт J0 выделен для отслеживания сегмента (section trace) в первом фрейме мультиплексированного сигнала STS-1. Отслеживание сегмента предназначено для определения происхождения основного фрейма STS-1 в уплотненном потоке. Коротко говоря, оно позволяет на другом терминирующем конце проверить, существует ли еще связь с соответствующим узлом в сети SONET. Каждый последующий фрейм STS-1 в уплотненном потоке использует этот байт как Z0, который выделен в расчете на будущий рост.
В1. Этот байт обеспечивает код четности с чередованием по восьми битам (bit interleaved parity 8 — BIP8), предназначенный для проверки ошибок. Этот байт находится в первом фрейме STS-1 мультиплексированного потока и проверяет целостность предыдущего STS-A-фрейма. Расчеты основываются на предыдущем фрейме после перестановки его элементов, но В1Р8-информация добавляется к текущему фрейму, предшествуя перестановке элементов.
Е1. Этот байт применяется для порядка установления соединения (orderwire). Порядок установления соединения обеспечивает канал голосовой связи между специфическим STE-оборудованием, таким, как оптические повторители, и удаленными терминалами. Этот байт определен только в первом STS-1 мультиплексированного сигнала.
Служебная информация сегментаСлужебная информация сегмента
Служебная информация сегмента
Служебная информация сегмента
F1. Этот байт зарезервирован для пользовательских целей. Он передается между STE-оборудованием и определен только в первом фрейме STS-1 мультиплексированного потока. Байт F1 не определен явно, поскольку при необходимости используется провайдерами служб. Этот байт обычно используется как частный коммуникационный канал между оборудованием.
DI, D2, D3. D-байты также называются каналами передачи данных в сегменте (section data commonication channels). Они представляют главный путь передачи для ОАМ&Р-сообщений через сеть SONET. При комбинировании обеспечивают канал обмена данными на скорости 192 Кбит/с и предоставляют необходимую связь между элементами STE-оборудования для выполнения их функций. D-байты также встречаются только в первом STS-1-фрейме.
Служебная информация канала предоставляет множество подобных используемым на уровне сегмента функций. С ее помощью во фрейм добавляются указатели на SPE- оборудование, функции для автоматического защитного переключения (Automatic Protection Switching — APS), а также более устойчивый коммуникационный канал. Служебная информация канала состоит из восемнадцати байтов (см. рис. 14.13).
В приведенном списке описываются байты служебной информации канала, а также их функции.
Hl, Н2. Эти байты используются в качестве SPE-указателя. Они предназначены для определения и указания начального октета SPE внутри фрейма STS-1. Как
указатели они учитывают тонкие различия расположения, которые могут возникнуть между фреймами из-за сетевых проблем (например, частотное выравнивание — frequency justification). Байты этого типа используются во всех фреймах мультиплексированного потока STS-1. В случае, когда канал является концентрированным, Н1- и Н2-байты определяют функцию конкатенации сигналов. Вместе они формируют значение, эквивалентное 1001ХХ1111111111, которое используется для концентрации каналов.
Служебная информация каналаСлужебная информация каналаРис. 14.13. Служебная информация каналаРис. 14.13. Служебная информация канала
Служебная информация канала
Служебная информация канала
Рис. 14.13. Служебная информация канала
Рис. 14.13. Служебная информация канала
НЗ. Этот байт применяется для частотного выравнивания во фрейме STS-1. Он находится во всех фреймах мультиплексированного сигнала STS-1 и способен осуществлять положительное или отрицательное выравнивание в зависимости от того, слишком мал отправляющий фрейм или слишком велик соответственно.
В2. Этот байт представляет собой В1Т8-код для проверки ошибок. Байт находится в первом фрейме мультиплексированного сигнала STS-1 и проверяет целостность предыдущего STS-Л-фрейма. Расчеты основываются на предыдущем фрейме после перестановки его элементов, но В1Р8-информация добавляется к текущему фрейму до того, как будет осуществлена перестановка.
KI, К2. К-байты используются для APS-переключения. Они обеспечивают коммуникационный маршрут между устройствами на уровне канала для операций восстановления APS-переключения после сбоев. Через этот канал передаются и команды, и отчеты о состоянии. Защищенные волоконно-оптические сети обычно работают в двойном режиме, при котором вторичный оптический
канал при сбое способен взять на себя SONET- или SDH-коммуникацию. Вторичный оптический канал разворачивается в противоположном по отношению к основному направлении.
D4-D12. D-байты также называются каналами передачи данных в сегменте (section data communication channels). Они представляют главный путь передачи для ОАМ&Р-сообщений через сеть SONET. При объединении они обеспечивают канал обмена данными на скорости 576 Кбит/с и предоставляют необходимую связь между STE-оборудованием для выполнения соответствующих функций. D-байты также встречаются только в первом STS-1-сигнале.
S1. S-байты применяются для синхронизации сети, однако используется только половина из восьми битов. Биты с пятого по восьмой служат для синхронизации, а биты с первого по четвертый в настоящее время для каких-либо целей не выделены. Этот байт указывается только в первичном фрейме STS-1 для мультиплексированного потока. Значения, назначаемые байту S1, перечислены в табл. 14.4.
Таблица 14.4. Сообщения состояния синхронизации;
Значение Определение
0000 Неизвестное синхронизированное отслеживание (Synchronized Traceability Unknown)
0001Отслеживаемый страта-уровень1 (Stratum 1 Traceable)
0111Отслеживаемый страта-уровень 2 (Stratum 2 Traceable)
1010Отслеживаемый страта-уровень 3 (Stratum 3 Traceable)
1100Частота + 20 пакетов в минуту
1110Зарезервирован для сети
1111Не используется
Z1. Этот байт зарезервирован и в настоящее время не реализуется.
МО. Байт применяется для дистанционной сигнализации об ошибках (Remote Error Indication — REI) в служебной информации канала STS-1 и называется ошибкой блока на дальнем конце (far-end block error — РЕВЕ). При обнаружении алгоритмом BIP-8 ошибки уведомление о ней содержится в этом байте. Как и в случае с S1-байтом, используются только биты с пятого по восьмой, а первые четыре зарезервированы в расчете на будущее использование. Этот байт применяется только для сигналов STS-1. Если скорость сигналов выше уровня STS-1, STS- 3, байт, используемый для этой функции, идентифицируется как Ml-байт.
Z2. Этот байт зарезервирован и в настоящее время не используется.
Е2. Байт применяется для указания порядка соединения на уровне канала. Предназначен также для предоставления коммуникационного маршрута между LTE-оборудованием, и его использование необязательно.
Последним описываемым типом непроизводительных издержек является служебная информация маршрута. Служебная информация маршрута входит как часть в 87 столбцов, предназначенных для полезной нагрузки. Эта информация необходима для оперативной транспортировки блока SPE через сеть и сопровождает его вплоть до доставки в конечный пункт назначения. На рис. 14.14 показано расположение слу-
жебной информации маршрута в STS-1-фрейме. Основная форма рассматриваемого блока информации применяется при транспортировке STS-1-сигнала, однако в случае сигнала STS более высокого уровня служебная информация маршрута необходима.
В приведенном ниже списке описаны байты служебной информации маршрута, а также их функции.
Л. Этот байт предназначен для отслеживания сегмента (section trace) в первом фрейме STS-1 для мультиплексированного потока данных. Отслеживание сегмента позволяет определять происхождение основного фрейма STS-1 в мультиплексированном сигнале. Коротко говоря, с его помощью на другом терминирующем конце можно проверить, существует ли еще связь с соответствующим узлом в сети SONET.
ВЗ. Этот байт обеспечивает код четности с чередованием по восьми битам (bit interleaved parity 8 — BIP8) для проверки ошибок. Байт находится в первом фрейме STS-1 мультиплексированного сигнала и проверяет целостность предыдущего STS-X-фрейма. Расчеты основываются на предыдущем фрейме после перестановки его элементов, но В1Р8-информация добавляется к текущему фрейму до того как состоится перестановка.
С2. Этот байт применяется как метка маршрута сигнала (path signal label). Он идентифицирует содержимое и структуру SPE-блока в STS-фрейме. С2-байт также идентифицирует дефекты в полезной нагрузке, которая уплотняется в поток STS-сигналов. Эта функция называется обнаружением дефектов полезной нагрузки (Payload Defect Indication — PDI-P). Байт имеет 256 возможных значений, каждое из которых фиксируется в шестнадцатеричном виде. Первые девять значений описывают содержимое и соответствующие сообщения об ошибках. В табл. 14.5 приведены типы полезной нагрузки и соответствующие им сообщения об ошибках.
G1. Этот байт выделен для мониторинга производительности маршрута сети SONET в любом конце соединения. Байт разделяется на две основные категории, которые позволяют отмечать как REI-, так и RDI-P-сообщения о дефектах. Расположение битов проиллюстрировано на рис. 14.15.
С помощью структуры размещения битов для REI-раздела указывается количество обнаруженных в маршруте ошибок. Значения, следующие стандартным двоичным эквивалентам, и все неиспользуемые двоичные значения указывают на то, что ошибки не обнаружены. Например, значение 0001 означает, что была обнаружена одна ошибка, а значение 0101 соответствует пяти обнаруженным ошибкам. Значение, состоящее из нулей или превышающее 8, означает, что ошибки не обнаружены.
F2. Этот байт представляет собой коммуникационный маршрут между РТЕ- оборудованием.
Н4. Байт является многофреймовым индикатором. При использовании VT- станций байт Н4 идентифицирует наличие нескольких потоков в полезной нагрузке.
Служебная информация маршрутаСлужебная информация маршрута
Служебная информация маршрута
Служебная информация маршрута
Таблица 14.5. Типы полезной нагрузки и соответствующие им сообщения : об ошибках
Шестнадцатеричное значение
Тип полезной нагрузки
Шестнадцатеричное значение
Ошибка полезной нагрузки
00
Подготовленная
Е1
Полезная нагрузка во фрейме STS-1 с одним дефектом VT-станции
01
Неподготовленная
Е2
Полезная нагрузка во фрейме STS-1 с двумя дефектами VT-станций
02
Плавающий VT-режим (Floating VT Mode)
ЕЗ
Полезная нагрузка во фрейме STS-1 с тремя
дефектами VT-станций
Шестнадцатерич- Тип полезной нагрузки Шестнадцатерич- Ошибка полезной ное значениеное значение нагрузки
03
ЗаблокированныйVT-Е4
Полезная нагрузка во
режим (Locked VT Mode)
фрейме STS-1 с четырьмя дефектами VT- станций
04
Асинхронное преобразо- Е5
Полезная нагрузка во
вание сигнала DS3
фрейме STS-1 с пятью дефектами VT-станций
12
Асинхронное преобразо- Е6
Полезная нагрузка во
вание сигнала DS4
фрейме STS-1 с шестью дефектами VT-станций
13
ATM-данныеЕ7
Полезная нагрузка во фрейме STS-1 с семью дефектами VT-станций
14
Данные протокола двой- Е8
Полезная нагрузка во
ной шины с распреде-
фрейме STS-1 с восемью
ленной очередью (Distributed Queue Dual Bus — DQDB)
■ дефектами VT-станций
15
Асинхронное преобразо- E9
Полезная нагрузка во
вание для распределен-
фрейме STS-1 с девя-
ного интерфейса пере-
тью дефектами VT-
дачи данных по волоконно-оптическим каналам (FDDI)
станций
И т. д.
до двадцати восьми дефектов (значения FC)
FC
Полезная нагрузка во фрейме STS-1 с двадцатью восемью дефектами VT-станций или STS- сигнал с дефектами, отличными от VT
Рис. 14.15. Gl-байт мониторинга производительности маршрута
Напомним, что фрейм STS-1 предназначен для транспортировки О83-сигнала. Однако это не означает, что О83-сигналы всегда используются или всегда необходимы. Через SONET- и SDH-каналы можно транспортировать несколько других TDM- каналов, таких, как DS1, DS2 и каналы несущей Е1. При преобразовании в поток STS-фреймов нескольких каналов более низких уровней они разделяются на виртуальные порции полезной нагрузки фрейма STS, которые называются притоками (tributaries).
Притоки можно представить как логические части полезной нагрузки STS-фрейма, которые сегментированы в зависимости от необходимой полосы пропускания. Подобно физической/логической взаимосвязи, которая используется в интерфейсе ISDN PRI, в сети SONET каждый сигнал DS1 или DS2 направляется в определенный участок внутри полезной нагрузки (в сети SONET также могут преобразовываться международные каналы Е1), и создается набор указателей таким образом, чтобы все VT- притоки можно было найти в любое время.
В стандарте SONET определены четыре отдельных типа VT-станций:
VT1.5 — предназначена для транспортировки DSl-сигнала;
VT2 — для транспортировки сигнала Е1;
VT3 — для транспортировки сигнала DS1C;
VT6 — для транспортировки сигнала DS2.
Когда необходимо применить потоки VT, блок STS SPE разделяется на семь сегментов, которые называются группами виртуальных притоков (Virtual Tributary Group — VTG). Группы VTG представляют собой подсекции блока SPE, которые фактически содержат VT-потоки и являются обязательными. После того как указывается VT-передача, создаются группы VTG, которые ограничивают блок SPE только транспортировкой VT-потоков. Иначе говоря, если применяются притоки VT, то блок STS SPE может использоваться только для них.
Z3-Z5. Эти байты зарезервированы для будущего использования. В некоторых случаях байт Z5 применяется в качестве механизма управления транзитным соединением (Tandem Connection Maintenance — ТСМ) и пути канала данных (байт N1). В таком случае биты с первого по четвертый используются для подсчета ошибок на входе (incoming error count — IEC), а биты 5—8 — в качестве непосредственного коммуникационного канала.
Стандарт SDH
SDH-спецификации института ITU подобны используемым в стандарте SONET, поскольку изначально идея заключалась в создании оптической сети, которая могла бы применяться во всем мире. Как указано в следующих разделах, некоторые элементы обоих стандартов отличаются: например, терминология и размеры каналов. Однако многие операции с заголовками остаются теми же и обеспечивают тот же тип администрирования и обнаружения ошибок, что и в инфраструктуре сети SONET.
Аналогично стандарту SONET SDH разделяется на иерархию мультиплексированных синхронных сигналов. Изначально наибольшее различие между двумя иерархиями заключалось в том, что полоса пропускания синхронных транспортных модулей (STM) стандарта SDH начинается с уровня 155,52 Мбит/с. Иными словами, вместо сигнала 55 Мбит/с первой доступной скоростью является 155 Мбит/с, что эквива-
лентно сигналу STS-3 сетей SONET. Стандарт ITU-T G.707 действительно определяет уровень сигнала STM-О эквивалентным уровню STS-1 сетей SONET, просто он не используется как отдельный объект. Полный список SDH-иерархии приведен в табл. 14.6.
Таблица 14.6. SDH-иерархия
STM-обозначение
Полоса пропускания, Мбит/с
SONET-эквивалент
STM-0
51,84
STS-1
STM-1
155,52
STS-3
STM-4
622,08
STS-12
STM-16
2448,32
STS-48
STM-64
9953,28
STS-192
STM-256
39813,12
STS-768
Необходимо помнить, что в сети SONET сигнал STS-1 является основным коммуникационным уровнем. Стандарт SDH определяет все сетевые скорости на основании скорости модуля STM-1 (155 Мбит/с). Это означает, что все более высокие SDH- уровни в точности кратны STM-1. Например, скорость сигнала STM-16 равна 16 х 155,52 Мбит/с (2448,32 Мбит/с).
Терминология, связанная со стандартом SDH, может вызвать путаницу у специалистов, привыкших к сетям SONET, однако наиболее основополагающие функции остаются теми же. VT-притоки, связанные с сетью SONET, в SDH-сети обозначаются как виртуальные контейнеры (virtual containers — VC). Виртуальный контейнер определяется как логический блок, содержащий полезную нагрузку и служебную информацию маршрута (path overhead — РОН), связанную с соединением. Перед тем как обсудить различные доступные VC-контейнеры, следует отметить, что в SDH-сети сегменты определяются иначе, чем в сети SONET. В стандарте SONET используется служебная информация сегмента, канала и маршрута. Стандарт SDH отличается тем, что в нем используются сегменты восстановления (regeneration sections) и сегменты мультиплексирования (multiplexer section) в сочетании с виртуальными контейнерами низкого и высокого уровней (low and high order VC). На рис. 14.16 представлен пример сегментов восстановления и мультиплексирования, которые используются между узлами в иерархии SDH-сети.
Усилитель (называемый также регенератором — regenerator) фактически представляет собой то же, что и повторитель, и эти термины взаимозаменяемы.
Виртуальные контейнеры разделяются на две различных категории: низкого и высокого уровней. Виртуальный контейнер низкого уровня представляет собой сигнал, эквивалентный TDM-каналу, который он транспортирует, а виртуальный контейнер высокого уровня фактически представляет транспортируемый STM-сигнал. В табл. 14.7 приведен список наиболее общих VC-контейнеров, которые применяются в SDH-сети.
Внимание!
Величина служебной информации виртуального контейнера высокого уровня связана с коэффициентом 0,58 Мбит/с. Например, объем служебной информации, связанной с сигналом STM-256, равен 256x0,58 Мбит/с (147,46 Мбит/с).
Сегмент восстановления
Рис. 14.16. Сегменты SDH-cemu
Таблица 14.7. Виртуальные контейнеры низкого и высокого уровней i и их параметры
VC-обозначение
Полоса пропускания, Мбит/с
Служебная информация, Мбит/с
Полезная нагрузка, Мбит/с
VC-контейнеры низкого уровня
VC-11
1,66
0,06
1,60
VC-12
2,24
0,06
2,18
VC-2
6,85
0,07
6,78
VC-контейнеры высокого уровня
VC-3
48,96
0,58
48,38
VC-4
150,34
0,58
149,76
VC-4-4C
601,34
2,3
599,04
VC-4-16C
2405,38
9,22
2396,16
VC-4-64C
9621,50
36,86
9584,64
VC-4-256C
38486,02
147,46
38338,56
Простейший путь чтения VC-идентификаторов заключается в запоминании методики их разделения. Первая часть представляет собой VC-идентификатор, вторая является используемым STM-сигналом. Например, запись “VC-4-64c” означает канал VC-4 в сигнале STM-64c (концентрированный сигнал).
Структура SDH-фрейма
Структура SDH-фрейма подобна структуре фрейма SONET. Основное отличие заключается в том, что SDH-фрейм состоит из двухсот семидесяти столбцов, из которых девять предназначены для служебной информации. На рис. 14.17 схематически представлен общий вид SDH-фрейма. На первый взгляд может показаться, что структура совершенно не соответствует SONET-фрейму, однако напомним, что иерархия SDH начинается с сигнала STS-3, и в таком соотношении структуры точно соответствуют.
Служебная информация регенератора|
Служебная информация мультиплексора ||
AU-указатели ^ППЛШХ
Служебная информация маршрута
Рис. 14.17. Структура SDH-фрейма
Часть каждого фрейма, соответствующая служебной информации, а также ее функции несколько отличаются от описанных в разделе, посвященном технологии SONET. Основное отличие заключается в способе отображения байтов. На рис. 14.18 показано расположение блоков служебной информации регенератора, мультиплексирования и AU-указателя в SDH-фрейме.
Принимая во внимание рис. 14.18, перечислим некоторые отличия в использовании байтов:
JO-байт используется тем же способом, но с шестнадцатибайтовым отслеживающим сообщением (trace message);
байты Hl, Н2 и НЗ обозначаются как байты AU-указателя (AU pointer). Они располагают и выравнивают полезную нагрузку многочисленных виртуальных контейнеров в секции полезной нагрузки. Существуют два типа AU- указателей — AU-3 и AU-4. Их форматы показаны на рис. 14.18. Биты 5 и 6, которые обозначаются как SS-биты, установлены в значение 10. С помощью SS-битов формируется флаг, который используется только с оборудованием SDH-сетей;
А1
А1
А1
А2
А2
А2
С1
Служебная информация усилителя
В1
Е1
F1
D1
D2
D3
AU-указатели
Н1
Н1
Н1
Н2
Н2
"-■Н2,1
Н3.'_
' нз’-'
В2
В2
В2
К1
К2
D4
D5
D6
Служебная
D7
D8
D9
информация мультиплексора
D10
D11
D12
S1/Z1
M0/Z2
Е2
AU-3 Формат указателя = Н1 ,Н1 ,Н1 ,H2,H2,H2,H3,H3,H3
AU-4 Формат указателя = Н1 ,Y,Y,H2,1,1 ,НЗ,НЗ,НЗ
Y= 1OO1SS11
1 = 11111111
Служебная информация SDH маршрута похожа на SONET
Рис, 14.18. Расположение байтов в SDH-фрейме
байт S1 используется точно так же, как и в сети SONET, но имеет больше кодирующих значений;
в сигнале STM-1 не определяется использование байта Z0, как в сети SONET;
байт N1 называется байтом сетевого оператора (Network Operator Byte —■ NOB), но применяется для тех же ТСМ-функций, что и в сети SONET;
J 1-байт в служебной информации маршрута транспортирует идентификатор точки доступа (Access Point Identifier — API) с отслеживанием маршрута. API- идентификатор определяет отправителя сигнала, и цифровой вывод начинается с кода страны.
Служебная информация ОАМ&Р
Как уже говорилось, использование синхронной сетевой технологии имеет ряд преимуществ. Дело не только в том, что провайдеры служб при использовании волоконнооптических каналов получают большую доступную полосу пропускания. Оба стандарта — SONET и SDH — разработаны с обширным диапазоном функций технического обслуживания и контроля ошибок. Обычно такие функции обозначаются как методика ОАМ&Р.
Сигналы ОАМ&Р позволяют провайдеру службы обнаружить, проанализировать и скорректировать ошибочные состояния сети. За пределами североамериканской сетевой инфраструктуры ее называют методикой ОАМ, однако ее цель остается той же. Вспомним, что как SONET-, так и SDH-фрейм предоставляют большую полосу пропускания для обнаружения ошибок и коммуникационные каналы между оборудованием, что облегчает возможность администрирования сети из центрального пункта. Назначение служебной информации уровней STS и STM приведено в табл. 14.3 и
14.7. Большая часть служебной информации используется для функций ОАМ&Р.
Технологии WDM и DWDM
Волоконно-оптические кабели за последние несколько лет получили значительное развитие. Высококачественное стекло и пластик, применяемые для их производства, позволяют реализовать большую полосу пропускания для передачи данных. Проблема в том, что если используются только сигналы STS-1 или STM-1, то, вероятно, напрасно расходуются существенные средства (особенно на больших расстояниях). Технология WDM (Wavelength-Division Multiplexing — спектральное уплотнение каналов) создана для того, чтобы сократить расходы.
Технология WDM позволяет транспортировать многочисленные STS или STM сигналы через одно оптическое волокно путем их передачи посредством волн различной длины. Подобно идее, используемой в обычных TDM-мультиплексорах, WDM- устройства мультиплексируют множественные потоки света. Как можно предположить, такой подход позволяет не только сделать применение оптической инфраструктуры более эффективным, но и получить огромную полосу пропускания, которая в настоящее время на одном оптическом канале недостижима. В данном случае понятие “уплотнение” означает не уплотнение нескольких различных виртуальных контейнеров или потоков данных (VC или VT), а мультиплексирование нескольких различных сигналов STS-48 или STS-192.
Обычно технология WDM обладает возможностью уплотнения от двух до пятнадцати потоков сигналов в единственную физическую среду. Мультиплексирование шестнадцати и более световых потоков называется технологией DWDM (Dense Walelength Division Multiplexing — мультиплексирование по длине волны высокой плотности). Таким образом, если технология WDM предоставляет огромную полосу пропускания, более новые DWDM-системы могут дать полосу пропускания просто поразительную. Представим комбинирование шестнадцати сигналов STS-192 (т.е. примерно 159 252,48 Мбит/с). Метод DWDM в настоящее время остается развивающейся технологией, и более быстрые системы постоянно разрабатываются.
С точки зрения провайдеров служб одним из наибольших преимуществ рассматриваемых систем является возможность предоставления своим абонентам почти безграничной полосы пропускания. Напомним, что в региональных оптических сетях необходимо обеспечивать большие значения полосы пропускания для множества различных клиентов и приложений. Технология DWDM представляет собой транспортное средство для обеспечения такой полосы пропускания.
Применение сетей SONET/SDH
Оптические сети могут развертываться несколькими различными способами. В этом разделе рассмотрены две основные конфигурации. Прежде всего, оптические сети могут внедряться для использования технологий типа “точка-точка”. На рис. 14.19 приведены различные пиктограммы, идентифицирующие защищенную и незащищенную волоконно-оптические кабельные системы (protected, unprotected fiber-optic cabling) и двухточечное соединение.
Когда специалисты упоминают защищенное и незащищенное волокно, они фактически говорят о том, является ли волоконно-оптическое соединение избыточным или нет. В основном незащищенное волокно представляет собой единственное волокно, при выходе из строя которого возникает простой сети. По этой
причине, вероятнее всего, использование незащищенного волокна в работающей сети нельзя назвать удобным. Защищенными являются волокна, при обрыве которых трафик может быть перемаршрутизирован через сеть посредством группы избыточных волокон. Избыточные волокна обычно бездействуют, до тех пор пока не появится необходимость их использования в сети. Функция восстановления после сбоев через работоспособное волокно называется автоматическим защитным переключением (Automatic Protection Switching — APS). Соединения типа “точка-точка” наиболее часто используются при транспортировке оптических сигналов на большие расстояния.
Рис. 14.19. Оптическая конфигурация типа “точка-точка”Рис. 14.19. Оптическая конфигурация типа “точка-точка”
Рис. 14.19. Оптическая конфигурация типа “точка-точка”
Рис. 14.19. Оптическая конфигурация типа “точка-точка”
Типичным способом внедрения волоконно-оптических сетей в малых регионах являются оптические кольца (optical rings). Это название точно отражает суть их структуры. Кольцо представляет собой SONET- или SDH-устройства, соединенные в оптическую сеть таким образом, что полученная топология образует замкнутую петлю. На рис. 14.20 представлены многочисленные точки доступа к основному оптическому кольцу. У большинства SONET/SDH-устройств имеются интерфейсы к другим сетевым сегментам, которые позволяют осуществлять информационный обмен между кольцом и узлами, не входящими в него. В каждом устройстве имеются два порта для подключения к SONET/SDH-кольцу. Такие порты обычно обозначаются как East (восток) и West (запад), они фактически представляют собой входную и выходную точки каждого оптического устройства.
Оптические кольца основываются, по крайней мере, на двух парах волоконнооптических кабелей и зависят от необходимого уровня избыточности. Избыточные волоконно-оптические кабели внедряются как кольца с противоположным направлением передачи данных относительно активного кольца, которое обычно “направлено” по часовой стрелке. Избыточность такого рода называется саморезервирующим кольцом (self-healing ring).
Саморезервирующие сетевые топологии, основанные на кольце, могут развертываться одним из следующих способов:
коммутируемые с защитой канала (line protection switched);
коммутируемые с защитой маршрута (path protection switched).
Коммутируемые кольца с защитой канала
Двунаправленное кольцо с коммутацией каналов (Bidirectional Line-Switched Ring — BLSR) представляет собой топологию, которая применяется при коммутируемой защите канала. Топология BLSR, также называемая системой дуплексной передачи (duplex transmission system), характеризуется как кольцо, в котором трафик во время обычной работы передается двунаправлено. Топология BLSR обычно функционирует на двух оптоволоконных каналах, но оба они используются для двунаправленной передачи. На рис. 14.21 проиллюстрирован маршрут потока данных для основной реализации топологии BLSR.
Рис. 14.21. Функционирование топологии BLSR
Поскольку ни один из двух волоконно-оптических каналов не выделен как защищенный, половина полосы пропускания сигнала зарезервирована для процесса восстановления после сбоев. Иными словами, некоторые каналы статически преобразованы в защитные и при восстановлении после сбоев принимают на себя функции вышедших из строя. По этой причине обычно наблюдается сокращение полосы пропускания сети наполовину. Предотвращается эта проблема путем использования в топологии BLSR четырех волоконно-оптических кабелей: из них два являются активными, а два других находятся в режиме защиты.
Коммутируемые кольца с защитой маршрута
Также может применяться двуканальное однонаправленное кольцо с коммутацией маршрута (unidirectional path switched ring — UPSR), или защитным переключением маршрута. В UPSR-кольце для облегчения процесса восстановления после сбоев применяется индикатор уровня маршрута (path layer indicator). В кольце обычно используются два волоконно-оптических канала, и трафик следует по каждому из них в противоположном второму направлении (двойной канал — dual-fed). Основная предпосылка такой топологии заключается в том, что трафик следует вокруг сети в противоположных направлениях одновременно по работающему и защищенному кабелям. Одна и та же информация поступает в узел RTP от разных узлов. На рис. 14.22 проиллюстрирован действующий маршрут потока данных для основной реализации топологии UPSR.
West East
East West
Рис. 14.22. Принцип работы топологии UPSR
UPSR-формат называется также защитой 1:1, или резервированием 1:1. При нормальном функционировании существуют две обособленные копии одной и той же информации, и любая из них может быть принята на узле-получателе. При сбое маршрут коммутируется от узла Маргэйт (см. рис. 14.22) по альтернативному пути, и трафик беспрепятственно проходит через узел RTP. На рис. 14.23 представлена схема перемаршрутизации трафика при возникновении сбоя в кольце UPSR.
Если возникает сбой (переключение маршрута), кольцо UPSR более не функционирует в кольцевой топологии и приобретает вид скорее двунаправленной линейной модели между узлами. Сбой может быть' вызван выходом из строя волоконнооптического канала, проблемами в оборудовании или высокими частотами возникновения ошибок (Bit Error Rate — BER). Полоса пропускания UPSR-кольца распределяется между всеми устройствами кольца. Во время обнаружения сбоя сигнал предупреждения (alarm signal) генерируется на уровне маршрута (даже если сбой связан с проблемой канала). При получении сигнала о возникновении аварийной ситуации (Alarm Indication Signal — AIS) принимающий узел автоматически выбирает альтернативный маршрут в качестве активного и продолжает функционировать.
Резюме
Синхронные технологии разработаны для достижения максимальной продуктивности в телекоммуникационных структурах на сегодняшнем рынке. Первоначальные проекты SONET-сетей основывались на технологии SYNTRAN, в которой в основном передаются О83-сигналы в синхронном формате. Синхронизация в синхронных сетях ввиду своей точности отличает их от всех других передающих сред. Определение синхронности означает, что все временные метки в сети могут определяться единственным источником тактов.
Большая часть синхронизации в синхронных сетях берется из атомных (цезиевых) часов или спутниковых каналов, что необходимо для поддержания высокой эффективности технологии. Основные источники синхронизации основаны на страта- уровнях от первого до четвертого. Наиболее точной является синхронизация уровня страта 1, которая может использоваться более семидесяти дней без возникновения погрешности временнь/х отсчетов. Уровень страта 4 наименее точен и в сетях SONET и SDH не используется из-за того, что он не способен обеспечить адекватную син-
хронизацию. Минимальный рекомендуемый источник синхроимпульсов находится между страта-уровнями 4Е и 3.
Провайдеры служб для поддержки единственного источника синхронизации обычно внедряют BITS-системы синхронизации в среде своего оборудования. BITS- системы допускают один канал поступления синхроимпульсов в здание, а затем предоставляют синхронизацию всем остальным устройствам в инфраструктуре здания.
SONET — североамериканское обозначение оптической сети. Существуют два уровня этой технологии: логический и физический. Логическим уровнем SONET- каналов является STS-сигнал, а физическим — ОС-сигнал. Базовым сигналом является STS-1, который обладает полосой пропускания 51,84 Мбит/с. Каждый сигнал более высокого уровня представляет собой непосредственное умножение сигнала STS-1 на определенный множитель. Например, сигнал ОС-768 — это сумма 768 сигналов первого уровня STS-1. Следовательно, каждый сигнал STS-1 транспортирует единственный канал DS3 или множество цифровых сигналов более низкого уровня по маршрутам, которые называются виртуальными притоками.
Стандарт SDH основан на множестве тех же принципов, что и сеть SONET, однако их терминология различается. SDH-иерархия основывается на сигнале STM, а не STS. Одним из главных различий является то, что SDH-иерархия начинается с полосы пропускания 155 Мбит/с (сигнал STM-1), что эквивалентно сигналу STS-3 в сети SONET. В действительности существует сигнал STM-О (эквивалент сигнала STS-1), однако он не реализуется как дискретный элемент внутри сети.
Одним из преимуществ стандартов SONET и SDH является то, что к сигналам можно получить доступ без демультиплексирования потока. Это возможно благодаря тому, что стандарты SONET и SDH основаны на технологии чередования байтов. В технологии асинхронного мультиплексирования (DS3 muxing) чередование происходит на уровне битов, и таким образом, чтобы получить доступ к сигналам более низкого уровня, необходимо демультиплексировать поток данных. Технологии SONET и SDH способны предоставить непосредственный доступ к подканалам при одновременном добавлении и удалении большего количества сигналов в потоке.
Технологии SONET и SDH могут быть внедрены в режимах с объединением и без объединения каналов или в качестве единственного канала полосы пропускания. Этот тип канала называется концентрированным сигналом и позволяет получить доступ к полной полосе пропускания без каких-либо нижестоящих VT-потоков.
Оптические сети могут быть реализованы в конфигурации “точка-точка” или в виде кольцевой топологии. В основном реализации двухточечных соединений зарезервированы для транспортировки синхронных сигналов на большие расстояния, а кольца внедряются в определенных регионах, где требуется доступ к нескольким различным узлам.
Контрольные вопросы
Чтобы проверить, насколько хорошо вы усвоили темы и понятия, представленные в этой главе, ответьте на предлагаемые вопросы. Ответы на них приведены в приложении А, “Ответы на контрольные вопросы”.
Опишите функции мультиплексора добавления и удаления сигнала.
Назовите основное различие между топологиями BLSR и UPSR.
Каково назначение байтов Н1 и Н2 в служебной информации канала SON ET/SDH-фрейма?
Почему в технологиях SONET и SDH применяется мультиплексирование с чередованием байтов?
Каково назначение A-байтов в секции служебной информации сегмента?
С какой целью применяется технология DWDM?
Как можно расшифровать обозначение VC-4-16c?
Приложение
Ответы на контрольные вопросы
В этом приложении содержатся ответы на контрольные вопросы ко всем главам. В каждый ответ включены пояснения. Ответы и объяснения, приведенные в приложении, —- это наилучшие возможные варианты ответов на вопросы. Тем не менее читателю следует обратить внимание на то, что могут существовать также и альтернативные ответы.
Ответы на контрольные вопросы главы 1
В чем состоит основное различие между потоками аналогового и цифрового сигналов?
Потоки цифровых сигналов невосприимчивы к таким проблемам, как перекрестные наводки и затухание.
Цифровая связь— это непрерывный поток сигнала состоящий из сигналов с различными частотами и амплитудами.
Потоки аналоговых сигналов состоят из дискретных значений, которые можно передавать в виде единиц и нулей.
Аналоговый сигнал — это непрерывный поток, а цифровой сигнал —■ набор дискретных значений, которые обычно передают в виде единиц и нулей.
I Гранильный ответ (г).
Аналоговые сигналы рассматриваются как непрерывные потоки, в то время как цифровые сигналы являются дискретными, передающимися обычно как единицы или нули.
Ответ (а) неверен. I Готоки сигналов обоих типов: как цифровые, так и аналоговые, чувствительны к ослаблению, шуму и перекрестным наводкам. Эти побочные эффекты связаны с определенной передающей средой и необязательно с самим типом
сигнала.
Ответ (б) неверен. Потоки цифровых сигналов составляются из дискретных состояний сигнала, которые передаются через сеть.
Ответ (в) неверен. Потоки аналоговых сигналов непрерывны и принимают форму синусоидальных волн.
Дайте определение термина частота для аналогового сигнала.
Правильный ответ. Частота — это определенное количество циклов волнового сигнала в секунду. Частота обычно измеряется в Гц, кГц и МГц.
На основании рис. 1.12 ответьте, какое оборудование (оно обозначено символом X) должно быть использовано для восстановления затухающего аналогового сигнала?
Оборудование абонентского канала (модуль SLC).
Модуль сетевого интерфейса (модуль NID).
в. Усилитель.
г. Модулятор-демодулятор.
д. Цифровой повторитель.
Что из перечисленного ниже приводит к возникновению перекрестных наводок в канале?
Провода в паре, несвитые на значительном расстоянии от конечного разъема.
Трещины в изоляции смежных проводов.
Плохой контакт на каком-либо конце неисправного кабеля.
г. Все перечисленное выше.
Аналоговая служба
Рис. 1.12. Регенерация аналогового сигнала
Правильный ответ (в).
При использовании аналогового канала для его усиления необходим усилитель. Напомним, что вместе с сигналом также усиливается и шум в линии.
Ответ (а) неверен. В SLC-канале применяются медные пары для соединения с многочисленными абонентами путем использования в качестве связи с центральной АТС (СО) одного или нескольких каналов с высокой полосой пропускания.
Ответ (б) неверен. С помощью NID-устройства часть канала, принадлежащая телефонной компании, отделяется от абонентской.
Ответ (г) неверен. Модем, как правило, сообщается с сетью Internet. Его функция — преобразовывать униполярные цифровые сигналы, полученные от компьютера, в аналоговые для передачи через сеть.
Ответ (д) неверен. Повторитель восстанавливает ослабленный цифровой сигнал. Вместо усиления сигнал полностью выделяется, восстанавливается, а затем передается далее.
Что из перечисленного ниже приводит к возникновению перекрестных наводок в канале?
Провода в паре, несвитые на значительном расстоянии от конечного разъема.
Трещины в изоляции смежных проводов.
в. Плохой контакт на каком-либо конце неисправного кабеля.
г. Все перечисленное выше.
Правильный ответ (г).
Важно помнить, что многие явления, приводящие к появлению перекрестных наводок, связаны с целостностью кабеля и разъемов на его концах. Необходимо также помнить, что перекрестные наводки представляют собой такие помехи, которые усиливаются с ростом частоты и уменьшаются с увеличением расстояния.
В каком месте абонентской линии может быть использовано устройство, соответствующее стандартам GR-303-CORE?
Модуль NID.
Модуль IDLC.
в. АТС.
г. Сеть ISDN
Правильные ответы (б) и (в).
Поскольку в спецификациях GR-303-CORE описываются стандарты обмена данными между устройствами IDLC и коммутатором центральной АТС, на обоих концах соединения должно быть установлено оборудование, совместимое с этими спецификациями.
Ответ (а) неверен. NID представляет собой интерфейс между провайдером службы и абонентом.
Ответ (г) неверен. Несмотря на то что сеть ISDN представляет собой службу, которая может быть предоставлена через GR-303-совместимые SLC-каналы, она не является специфическим устройством, размещаемым в сети.
Ответы на контрольные вопросы главы 2
В чем состоит основное отличие методов CAS и CCS?
Метод CAS использует основную полосу пропускания только логически, но не физически.
В методе CCS служебные сигналы не привязаны к данным и потому передаются внутри основной полосы пропускания.
Согласно методу CAS, служебные сигналы передаются внутри основной полосы пропускания и привязаны к данным.
г. Эти методы ничем не различаются.
Правильный ответ (в).
CAS-сигнализация представляет собой передачу сигнальной информации внутри полосы пропускания канала. При этом сигнальная информация смешивается с данными. CCS является внеполосной сигнализацией, которая тем не менее может физически размещаться в полосе пропускания основного канала, а логически — вне ее.
Ответ (а) неверен. Невозможно логически передавать сигналы внутри полосы, будучи при этом физически за ее пределами.
Ответ (б) неверен. CCS-сигнализация не смешивается с данными, но и не рассматривается как внутриполосная.
Ответ (г) неверен. Если бы различий между методиками CAS и CCS действительно не было, эта глава была бы значительно проще и короче.
Перечислите и опишите три основных узла сети SS7, рассмотренных в этой главе.
Правильный ответ. Узлы SSP, STP и SCP.
Какому географическому региону соответствуют Соединенные Штаты согласно структуре кодов размещения ITU?
1.
4.
в. 5.
г. 3.
д. Ни одно из приведенных значений не является правильным. Используются коды размещения ANSI.
Правильный ответ (г).
Соединенные Штаты попадают в SANC-диапазон от 3-020 до 3-059.
Ответ (а) неверен. 1 — это зарезервированный номер, который не используется.
Ответ (б) неверен. Номер 4 соответствует Ближнему Востоку и Азии.
Ответ (в) неверен. Номер 5 соответствует Южной Азии, Австралии и Новой Зеландии.
Ответ (д) неверен. Хотя в Соединенных Штатах имеется собственный стандарт для кодов узлов (point codes), при международном сообщении используются коды узлов союза ITU.
Для чего предназначен канал типа С?
Для соединения коммутаторов SSP.
Для соединения сопряженных пар STP.
в. Для соединения устройств на различных уровнях сетевой иерархии.
г. Для соединения коммутаторов SSP с устройствами, подобными STP.
Правильный ответ (б).
С помощью перекрестных каналов (cross links) два STP-узла соединяются в сопряженный узел (mated pair). Такой канал связывает STP-узлы между собой на случай необходимости восстановления соединения после сбоев.
Ответ (а) неверен. В нем фактически представлено определение F-канала.
Ответ (в) неверен, поскольку представляет собой определение D-канала.
Ответ (г) неверен, поскольку представляет собой определение А-канала.
Какой из перечисленных ниже таймеров используется для устранения перегрузок?
а. Т2.
Тб.
в. ТЗ.
г. Т5.
Д. Т4.
Правильные ответы (б) и (г).
Т5 представляет собой таймер затора (congestion timer), который запускается, когда начинается передача сообщений SIB, а Тб является защитным таймером затора на удаленном конце канала (remote congestion guard timer). Удаленная точка сигнализации устанавливает этот таймер, когда начинает получение блоков LSSU с SIB-группой.
Ответ (а) неверен. Т2 представляет собой таймер первоначального выравнивания (initial alignment timer), который используется в процессе выравнивания.
Ответ (в) неверен. ТЗ представляет собой таймер процесса выравнивания, в ходе которого принимается решение о том, какой тип подтверждения завершен.
Ответ (д) неверен. Т4 является таймером подтверждения (proving timer).
На каком уровне стека SS7 используются коды размещения?
а. МТР1.
б. МТР4.
в. МТР2.
г. МТРЗ.
Правильный ответ (г).
Уровень МТРЗ наряду с участком SCCP приблизительно соответствует сетевому (третьему) уровню эталонной модели OSI.
Ответ (а) неверен. В задачи уровня МТР1 входит определение электрических и механических аспектов сигнального канала (signaling link).
Ответ (б) неверен. Уровень МТР4 не существует. После уровня МТРЗ все аспекты рассматриваются на более высоких уровнях.
Ответ (в) неверен. Уровень МТР2 отвечает за надежную доставку МТРЗ- сообщений. Он приблизительно соответствует канальному (второму) уровню эталонной модели OSI.
Что обозначает следующая пиктограмма?
SSP и STP.
STP.
в. SRF.
г. SSP.
д. NAP.
Правильный ответ (а).
Приведенное изображение иллюстрирует узел SSP с интегрированной STP- функциональностью.
Ответы (б)—(д) неверны. Ни один из указанных элементов не обозначается такой пиктограммой.
Какая процентная нагрузка рекомендуется для передачи трафика по сигнальному каналу?
Правильный ответ. 40 процентов. Причина в том, что если трафик сигнального канала перемаршрутизируется, канал, принимающий этот трафик, будет загружен только на 80%.
О каком устройстве сказано: “По своим функциям во многом похоже на SCP, однако напрямую подключено к коммутатору SSP при помощи высокоскоростного канала. Может обеспечить более высокую скорость обмена данными с коммутаторами SSP, однако фактическая организация передачи сообщений остается такой же, как при взаимодействии узлов SSP и SCP”?
NAP.
AD.
в. IP.
г. STP.
Правильный ответ (б).
Приведенное определение соответствует смежному устройству (adjunct — AD).
Ответ (а) неверен. NAP-точки обеспечивают CCF- и CCAF-функции внутри IN- инфраструктуры. NAP-точки не имеют какого-либо непосредственного доступа к SCP-точкам, но обладают возможностью идентифицировать вызовы, адресованные службам. В таких случаях необходимо в NAP-точке маршрутизировать вызов к устройству SSP с SCP-доступом.
Ответ (в) неверен. В протоколе IP содержится SRF. Это устройство отвечает за цифровой DTFM-набор, распознавание голоса и службы интерактивного речевого ответа (Interactive Voice Response — IVR).
Ответ (г) неверен. STP-точка используется в качестве какого-либо коммутатора пакетов для маршрутизации вызова через сеть с сигнальной системой SS7.
Какую единственную проверку необходимо выполнить, если происходит сбой синхронизации во время работы таймера Т4?
Правильный ответ. Необходимо убедиться, что указанные коды узлов совпадают с кодами, которые назначены телефонной компанией для абонента и используемого SLC-канала.
Ответы на контрольные вопросы главы 3
Что из перечисленного является отличием аналоговой связи от цифровой? (Выберите два варианта.)
Понятие частоты применяется только в цифровой связи.
Понятие битовой скорости применяется только в цифровой связи.
Качество аналогового сигнала в основном выше качества цифрового сигнала, г. Качество цифрового сигнала в основном выше качества аналогового сигнала.
д. В аналоговой и цифровой связи используются идентичные каналы, а также передающее и принимающее оборудование.
Правильные ответы (б) и (г).
Слово bit (бит) -^ сокращение от словосочетания binary digit (двоичное число), означает использование цифровой технологии. Как правило, считается, что цифровая передача и хранение информации являются более высококачественными технологиями, чем их аналоговые альтернативы.
Что из перечисленного ниже не является этапом процесса аналого-цифрового преобразования?
Выборка.
Кодирование.
в. Фильтрация.
г. Преобразование импульсов.
д. Квантование.
Правильный ответ (г).
В данном случае импульсное преобразование отсутствует, и, следовательно, не является стадией аналого-цифрового преобразования.
На каком этапе процесса аналого-цифрового преобразования сигнал технически уже может рассматриваться как цифровой?
Выборка.
Квантование.
в. Фильтрация.
г. Кодирование.
д. Преобразование импульсов.
Правильный ответ (б).
Необходимо помнить, что импульсное преобразование не является точным термином. Дискретизированный сигнал может состоять не более чем из 256 дискретных значений, и хотя в таком виде он не пригоден для передачи или хранения, дискретизация сигнала — это первый шаг на пути к созданию соответствующего битового потока.
Какой из перечисленных стандартов ITU-T раскрывает понятие импульснокодовой модуляции?
G.711.
G.721.
в. G.726.
г. G.729.
Правильный ответ (а).
В рекомендации G.711 союза ITU-T определены четыре фазы преобразования сигнала от аналогового источника в цифровой битовый поток.
В каком из перечисленных дополнительных методов выполняется адаптация масштаба квантования в соответствии с изменениями амплитуды соседних импульсов?
а. РСМ.
DPCM.
в. ADPCM.
г. DM.
д. CVSD.
е. SB-SDPCM.
Правильный ответ (в).
Технология ADPCM является методом адаптивной модуляции. Это означает, что масштаб дискретизации (quantizing scale) изменяется, основываясь на различии (дифференциале) между амплитудами последовательных выборок.
Ответы на контрольные вопросы главы 4
Сколько проводов используются в канале DDS?
2.
4.
в. 6.
г. 8.
Правильный ответ (б).
В DDS-канале используются две пары проводов. Общее количество проводов 4.
Ответ (а) неверен. В DDS-каналах используются две пары проводов, а не два провода. В некоторых частных реализациях технологии SW56 возможно использование единственной пары, но такой подход не является общей практикой.
Ответы (в) и (г) неверны. Эти значения слишком велики для DDS-каналов.
Какие контакты разъемов используются в канале DDS?
4, 5.
2, 3.
в. 1, 2, 7, 8.
г. 5, 6, 7, 8.
Правильный ответ (в).
В DDS-канале для обмена данными используются контакты 1, 2, 7 и 8.
Ответ (а) неверен. Контакты 4 и 5 используются в некоторых технологиях, таких, как ISDN, но не для DDS-каналов.
Ответы (б) и (г) неверны. Оба указанные назначения контактов неверны. В разъеме типа RJ-11 для аналоговых служб можно использовать контакты 2 и 3, но для специфических целей контакты 5, 6, 7 и 8 не используются.
Для чего предназначен модуль OCU-DP?
Для терминирования канала DDS и защиты оборудования клиента от перепадов напряжения.
Для мультиплексирования сигналов 24-ех каналов DS0 в один канал DS-1.
в. Для преобразования униполярного компьютерного сигнала в сбалансированный биполярный сигнал.
г. Для обеспечения четырехпроводного интерфейса DDS с клиентом.
Правильный ответ (г).
Назначение OCU-DP заключается в обеспечении четырехпроводного DDS-канала к оборудованию потребителя. OCU-DP располагается в банке каналов Т1 и мультиплексируется в сигнал DS-1.
Ответ (а) неверен, поскольку представляет собой определение CSU-модуля.
Ответ (б) неверен. В нем приводится определение банка каналов Т1 или Т1- мультиплексора. Эти устройства выполняют одну и ту же функцию и часто представляют собой одно устройство.
Ответ (в) неверен. В нем приводится определение DSU-модуля.
Какая схема линейного кодирования используется в линиях DDS?
CMI.
B3ZS.
в. B8ZS.
г. HDB3.
д. AMI.
Правильный ответ (д).
В DDS-каналах используется АМ1-кодирование.
Ответ (а) неверен. Кодирование с инверсией кодовых маркеров (Coded Mark Inversion — CMI) имеет место в японских каналах Л.
Ответ (б) неверен. Кодирование B3ZS применяется в каналах ТЗ.
Ответ (в) неверен. Кодирование B8ZS используется в каналах Т1.
Ответ (г) неверен. Кодирование HDB3 имеет место в каналах Е1.
Для чего предназначен модуль MJU?
Правильный ответ. MJU-блок обеспечивает многоточечное DDS-обслуживание заказчиков. Он расположен в АТС вместе с OCU-DP. Блок не предоставляет средства для ограничения возможности одного устройства по использованию всей полосы пропускания, поскольку такая функция должна выполняться на оборудовании заказчика.
Какие из перечисленных значений скорости не используются службой DDS?
а. 2,4Кбит/с.
б. 57,6 Кбит/с.
в. 19,2 Кбит/с.
г. 9,6 Кбит/с.
д. 4,8 Кбит/с.
Правильный ответ (б).
Все перечисленные скорости, кроме 57,6 Кбит/с, допустимы. Значение 57,6 Кбит/с фактически является скоростью асинхронной передачи, а технология DDS представляет собой синхронную сеть.
Как кодируются пустые сообщения в цепях DDS со скоростью передачи 19.2 Кбит/с?
BBBX0V.
ХОХХВВ.
в. ООХХВВ.
г. B0BB0V.
Правильный ответ (а).
Этот тип кодирования представляет собой передачу кода паузы (idle code) в DDS- канале на скорости 19,2 Кбит/с.
Ответы (б)—(г) неверны. Ни один из приведенных кодов не является допустимым для DDS-канала, который работает на скорости 19,2 Кбит/с.
Какое из перечисленных значений скорости является максимально возможным для линии DDS (включая ускорение)?
а. 56 Кбит/с.
б. 64 Кбит/с.
в. 72 Кбит/с.
г. 96 Кбит/с.
Правильный ответ (в).
Максимальная скорость абонентского DDS-канала со служебной информацией равна 72 Кбит/с. Даже если используется скорость до 64 Кбит/с, в скорости DDS-канала учитывается, по крайней мере, 8 Кбит/с издержек на служебную информацию.
Ответ (а) неверен. В нем указана допустимая скорость для DDS-канала.
Ответ (б) неверен. В нем указана допустимая скорость для абонентского DDS-канала.
Ответ (г) неверен. Указанная в нем скорость превышает максимальный уровень полосы пропускания DDS-канала.
В чем состоит основное различие между линиями DDS со вторичным каналом и линиями DDS без вторичного канала?
Правильный ответ. DDS-каналы со вторичным каналом представляют собой фрей- мированные каналы. Важно, что скорости DDS-каналов на уровне 64 Кбит/с являются фреймированными, даже если вторичный канал не используется.
В чем состоит основное достоинство технологии SW56 по сравнению с DDS?
Правильный ответ. Коммутируемая технология SW56 позволяет сэкономить денежные средства заказчика, поскольку сверх небольшого месячного тарифа оплачивается только использование канала (во время активного вызова).
Ответы на контрольные вопросы главы 5
Сколько подканалов DS-0 содержит линия Т1?
а. 16.
б. 24.
в. 32.
г. 30.
Правильный ответ (б).
В канале Т1 существуют 24 подканала DS-0. Остальные числа относятся к технологии Е1. В канале Е1 существуют 32 подканала, 30 из которых всегда применяются для передачи пользовательских данных. Канал 16 в канале Е1 может применяться для передачи сигнальной информации.
В чем состоит различие между методами кодирования AMI и B8ZS?
Правильный ответ. Несмотря на то что обе технологии представляют собой схемы кодирования сигнала в линии, AMI-кодирование ограничивает полосу пропускания канала до 56 Кбит/с, а кодирование B8ZS позволяет осуществлять передачу по чистому каналу со скоростью 64 Кбит/с.
Укажите второе название сигнала тревожной индикации.
а. “Красный” сигнал.
б. “Желтый” сигнал.
в. “Синий” сигнал.
г. CFA.
Правильный ответ (в).
AIS-сообщение также называется тестовым сообщением. CFA-сообщение ссылается на красное и желтое предупреждения (red, yellow alarms), которые не являются AIS-сообщениями.
Какое количество битов содержит фрейм, если учесть F-биты?
а. 191.
б. 192.
в. 193.
г. 194.
Правильный ответ (в).
Без F-бита во фрейме имеются 192 бита; включая F-бит, — 193 бита, а числа 191 н 194 не являются возможными ответами.
Сколько фреймов содержится в суперфрейме группы каналов D4? Сколько фреймов содержится в расширенном суперфрейме?
а. 1, 2.
б. 12, 12.
в. 192, 384.
г. 12, 24.
Правильный ответ (д).
Фрейм верхнего уровня (суперфрейм) D4 состоит из не более чем двенадцати стандартных Tl-фреймов, а в расширенном суперфрейме (ESF) группируются 24 таких фрейма. Число 192 означает количество битов в одном фрейме.
Что такое FDL-биты, используемые в ESF-фреймировании?
Правильный ответ. FDL-биты заимствуют 4 Кбит/с полосы пропускания для обмена данными между устройствами, для отправки служебных сообщений по линиям, а также для сигналов желтых предупреждений.
Что такое CRC-6 биты, используемые в ESF-фреймировании?
Правильный ответ. Биты CRC-6 используются в качестве контрольной суммы между передающим и принимающим устройствами, которая позволяет обнаружить ошибку за пределами возможностей формата D4.
Укажите два типа F-битов в Э4-суперфрейме. Для чего они используются?
Правильный ответ. F-биты являются битами терминального (terminal framing) и сигнального фреймирования (signaling framing). Биты терминального фреймирования определяют выравнивание и границы суперфрейма, а биты сигнального фреймирования идентифицируют расположение в суперфрейме RBS-фреймов 6 и 12.
Какой сигнал генерируется, если два из четырех последовательных F-битов содержат ошибку?
a. OOF.
б. LOS.
в. BERT
г. SES.
Правильный ответ (а).
Состояние OOF объявляется в ситуациях, когда два из любых четырех последовательных F-битов ошибочны.
Ответ (б) неверен. Состояние LOS объявляется через десять секунд после появления серьезного повреждения (SES).
Ответ (в) неверен. BERT представляет собой тест для подсчета количества битовых ошибок.
Ответ (г) неверен. SES-значение указывает, что было подсчитано 320 ошибок в пределах одной секунды. Теоретически в них могут включаться и F-биты.
Что предпримет узел, который зафиксировал “красный” аварийный сигнал или получил сигнал поддержки соединения?
Правильный ответ. Такой узел пытается отправить сигнал, предназначенный для переключения другого конца канала в состояние желтого предупреждения. Если канал в целом неработоспособен, этн попытки будут безуспешными.
Ответы на контрольные вопросы главы 6
Сколько линий DS0 используется в канале Е1?
а. 16.
б. 24.'
в. 32.
г. 30.
Правильный ответ (в).
Необходимо помнить, что существуют 32 канала DS0. 30 или 31 предназначены для передачи трафика, и один или два зарезервированы для сигнальной информации и фреймирования. Число 31 не указывается в качестве варианта, но также является верным.
Ответ (а) неверен. В мультифрейме содержится 16 фреймов.
Ответ (б) неверен. В канале Т1 имеются 24 подканала DS0.
Ответ (г) неверен. В канале Е1 имеется 30 или 31 используемых подканалов DS0, но не 32, поскольку первый канальный интервал невозможно настроить на передачу графика.
Какая функция кодирования B8ZS реализована и в кодировании HDB3?
Правильный ответ. Оба типа кодирования при передаче строки, состоящей из нулей, вносят в сигнальный поток уникальное нарушение биполярности. Это предотвращает потерю синхронизации нз-за недостаточного напряжения в линии.
Каково назначение третьего бита в нечетных фреймах при фреймировании не по методу CRC-4?
Правильный ответ. Третий бит в нечетных фреймах обеспечивает транспорт для обнаружения аварийных ситуаций.
Чем каналы Л отличаются от каналов Т1?
Правильный ответ. Между этими каналами имеются несколько различий. 1. Не существует опция для фреймирования SF-типа. Необходимо использовать фреймирование ESF-типа, поскольку оно позволяет при необходимости осуществить CRC-проверку. 2. В каналах J 1 для линейного кодирования используется технология CMI.
Что происходит, если используется многочастотный тип сигнализации, например, R2, а цифры накапливаются при помощи одного тонового сигнала вместо двух?
Правильный ответ. Необходимо использовать два тона. Если будет определен только один тон, принимающий конец линии отметит его как ошибку и затребует повторную передачу этой цифры.
Назовите два формата служебных сигналов, которые позволяют восстанавливать канальный интервал TS16 для передачи основного трафика.
Правильный ответ. QSIG, ISDN, SS7 или какой-либо частный сигнальный формат.
Как в кодировании CMI решается проблема контроля за плотностью следования единиц, характерная для линейного кодирования AMI?
Правильный ответ. Технология CMI в отличие от AMI-кодирования невосприимчива к проблемам плотности единичных импульсов, поскольку даже двоичные нули имеют напряжение какой-либо величины. Поскольку в процессе кодирования нули обладают напряжением, принимающее оборудование не допускает потерю PLL.
Какая максимальная длина кабеля без цифрового регенератора допускается в каналах Е1?
Правильный ответ. 4800 футов.
Ответы на контрольные вопросы главы 7
Сколько линий Т1 используется в одноканальной магистрали ТЗ?
Правильный ответ. Вопрос каверзный. В канале без объединения не существуют подканалы Т1. Необходимо помнить: для того чтобы выделить какой-либо из более мелких каналов, нужен канал с объединением подканалов.
Верно ли, что каналы ТЗ, подобно каналам Т1, в общем случае рассматриваются как синхронные?
Правильный ответ. Это утверждение ложно. В каналах ТЗ задействована схема асинхронного мультиплексирования и, несмотря на то что каналы Т1 являются синхронными, друг с другом они связаны асинхронно.
Сколько нулей должно быть передано последовательно для того, чтобы при использовании метода HDB3 было передано нарушение биполярности?
а. 4.
б. 1.
в. 3.
г. 5.
Правильный ответ (а). Необходимо помнить, что с помощью кодирования HDB3 (которое используется в каналах ЕЗ) при обнаружении четырех последовательных нулей передается уникальное нарушение биполярности (bipolar violation).
Ответ (б) неверен. Если бы этот вариант был верен, весь канал был бы одним большим нарушением биполярности (ВРУ).
Ответ (в) неверен. Указано количество нулей, которые требуются B3ZS- кодированню для передачи нарушения ВРУ.
Ответ (г) неверен.
Сколько каналов Е1 мультиплексируются в один канал Е2? А в канал ЕЗ?
Правильный ответ. Четыре канала Е1 уплотняются в канал Е2 и 16 — в канал ЕЗ. Напомним, что, за исключением каналов DS0, мультиплексирование всегда кратно четырем.
Что послужило основой технологии SYNTRAN?
Правильный ответ. Технология SYNTRAN — основа современных сетей SONET/SDH.
Какую функцию выполняет бит Р во фрейме DS3?
Правильный ответ. P-бит функционирует в качестве мониторинга производительности канала. При непрерывной передаче фреймов DS3 P-бит назначается для проверки четности предыдущего фрейма. Иными словами, значение, указанное в текущем фрейме, является информацией четности из предыдущего фрейма. Значения одинаковы в обоих битах: либо 0, либо 1.
Какое ограничение накладывается на длину коаксиального кабеля в соединениях ТЗ?
Правильный ответ. 450 футов.
Сколько битов содержится во фрейме ЕЗ?
Правильный ответ. 1 536 битов для структурированного фрейма ЕЗ и 4 296 — для неструктурированного.
Ответы на контрольные вопросы главы 8
Какому уровню стека ISDN соответствует спецификация Q.931?
Правильный ответ. На третьем уровне, который приблизительно эквивалентен сетевому уровню эталонной модели OSI.
Какой тип устройств обычно расположен между интерфейсами S и Т?
Правильный ответ. Устройства типа NT2.
Каким образом в службе ISDN BRI организованы передача и прием по одной паре проводов?
Правильный ответ. С помощью эхоподавления (echo cancellation).
Какая команда применительно к маршрутизатору Cisco выдаст следующий результат: 0х8090А2? Что это означает?
Правильный ответ. Команда debug isdn q.931. Запись 0х8090А означает тип характеристики вызова, который передается через информационный элемент (IE) канала-носителя (bearer). В шестнадцатеричной форме эта запись означает, что вызов представляет собой речевое сообщение, сжатое с помощью кодека G.711 ц- методом (p-law).
Что можно сделать, если местная АТС не имеет необходимых средств для предоставления службы ISDN?
Правильный ответ. Провайдер службы может подключить канал к магистральной линии обмена через центральную АТС, в которой есть соответствующие средства. Если нельзя создать FX-соединение, то получение ISDN-услуг невозможно.
Если пользователь не уверен в подключении службы BRI, как можно быстро проверить наличие подключения?
Правильный ответ. Для проверки соединения необходимо подключить аналоговый телефон к ISDN-разъему и прослушать линию на предмет щелкающего шума.
Какое из перечисленных ниже сообщений не используется на этапе установления вызова ISDN?
Connect.
Ringing.
в. Setup.
г. Call Proceeding.
Правильный ответ (б). Звонок (ringing) не является типом сообщения, связанным с процедурами установки ISDN-вызова. В данном случае соответствующим сообщением является извещение (alerting).
Если вызов должен пройти через сеть SS7, то в какой тип сообщения будет, скорее всего, преобразовано сообщение Connect?
IAM.
АСМ.
в. RLC.
г. ANM.
д. REL.
Правильный ответ (д). В таком случае сообщение будет конвертировано в сообщение ANM или сообщение-ответ (Answer Message), которое эквивалентно сообщению о соединении (Connect message). Оно подтверждает, что сквозной вызов создан и голосовой маршрут теперь доступен.
Сколько пар проводов используются в канале ISDN PRI?
Правильный ответ. В канале ISDN PRI используются две пары проводов. Напомним, что PRI-ннтерфейс просто является ISDN-сетью, развернутой на средствах TI или EI. Следовательно, должны соблюдаться атрибуты физического уровня этих технологий.
Какое из перечисленных ниже сообщений отправляется первым при согласовании на уровне Q.921 между устройствами ISDN?
UA.
SAPI.
в. RRp.
г. Setup.
д. SABME.
Правильный ответ (д).
В SABME-сообщении содержится указание удаленному узлу соединения переустановить канал на стандартный уровень для начала процесса согласования параметров второго уровня. На SABME-сообщенне должен последовать Ответ (в) виде UA-сообщення.
Ответ (а) неверен. Такое сообщение отправляется в ответ на сообщение SABME.
Ответ (в) неверен. Это сообщение является опросом готовности приемника (Receiver Ready poll), который отправляется для проверки целостности соединения. Ответ (г) неверен. Setup-сообщение используется протоколом Q.931 для начала вызова через ISDN-сеть.
Ответы на контрольные вопросы главы 9
На какой технологии в основном базируется работа сетей Frame Relay?
Правильный ответ. На технологии ISDN.
Спецификации и функционирование технологии Frame Relay подобны аналогичным аспектам технологии ISDN н основываются на таких протоколах, как LAPD.
Какая из перечисленных ниже компаний не входит в состав “содружества четырех”?
Правильный ответ (г).
Компания IBM не являлась членом первоначального содружества четырех компаний (Gang of Four).
Что такое согласованная скорость передачи в сетях Frame Relay?
Правильный ответ. Параметр CIR определяет величину полосы пропускания, которую провайдер службы может постоянно гарантировать для определенного канала. Значение CIR является основной частью соглашения с провайдером службы об уровне обслуживания (service level agreement — SLA).
К какому типу сетей относятся сети Frame Relay?
Правильный ответ. В некотором смысле это каверзный вопрос. Frame Relay — спецификация второго уровня, которая функционирует на нескольких различных типах каналов н определяется не как тип канала, а как набор протоколов, способных функционировать на каналах DDS, FEI/E1 н FTI/T1. В индустрии используется термин виртуальный канал для обозначения того факта, что в технологии Frame Relay не указывается используемый физический канал.
Перечислите основные различия между постоянными и коммутируемыми виртуальными каналами.
Правильный ответ. РУС представляет собой логический канал, сконфигурированный на протяжении всей сети и который в отличие от SVC-каналов недоступен для последовательных вызовов. В SVC-каналах существует возможность коммутировать вызовы через сеть в нескольких различных направлениях, а решение принимается FR-коммутатором во время установки вызова.
Какие три бита, входящие в заголовок Frame Relay, помогают осуществлять контроль над перегрузками в сети?
Правильный ответ. Биты FECN, BECN и DE.
С какой целью используется интерфейс локального управления и какие три стандарта применяются для него в наше время?
Правильный ответ. Интерфейс LMI применяется для мониторинга состояния PVC- канала обычно посредством UNI-интерфейса, между устройством первоначального доступа (т.е. DTE) и внешним коммутатором Frame Relay. Существуют три стандарта протокола: LMI, Annex А и Annex D. Они основаны на спецификациях FRF1.1, ITU-T Q.933 Annex А и ANSI Т1.617 Annex D соответственно.
Как называется численное значение, идентифицирующее виртуальный канал между двумя устройствами? Какой термин служит для обозначения этого числа, подчеркивая, что оно имеет смысл только на промежутке между данными устройствами?
Правильный ответ. Этим числовым значением является DLCI-идентификатор, имеющий локальное значение.
Для чего предназначен инверсный протокол преобразования адресов?
Правильный ответ. С помощью протокола обратного преобразования адресов (Inverse ARP) для устройства на другом конце виртуального канала, локальный DLCI-идентификатор которого уже известен, запрашивается адрес протокола (такого, как IP).
Как называются документы, подготовленные форумом Frame Relay и выполняющие роль стандартов?
Правильный ответ. Форум Frame Relay определяет эти документы как соглашения по реализации (Implementation Agreements — IA).
Ответы на контрольные вопросы главы 10
Какова разница между интерфейсом UNI и NNI?
Правильный ответ. UNI-интерфейс используется для подключения конечных АТМ- точек к ATM-коммутатору, а NNI-интерфейс соединяет два АТМ-коммутатора.
Почему в заголовке NNI доступно большее количество значений VPI?
Правильный ответ. В заголовке NNI не существует GFC-поле, в результате чего для VPI-поля остается на четыре бита больше.
Как называется ячейка, предназначенная для одного соединения, но ошибочно доставленная по другому соединению?
Правильный ответ. Такая ячейка называется неправильно вставленной (misinserted cell).
Правильный ответ (а).
Технология ATM была разработана для сетей В-ISDN, но начала развиваться независимо.
Ответ (б) неверен. Frame Relay является другой технологией второго уровня, которая может быть развернута на многих различных физических интерфейсах. Обе технологии обладают множеством общих черт, но имеют также два основных различия. ATM-технология, как правило, применяется на каналах с большей полосой пропускания и использует ячейки фиксированного размера.
Ответы (в) и (г) неверны. Указанные технологии связаны с физическим уровнем и функционируют в качестве соединительной среды для таких технологий, как ATM, но не более того.
Каков размер АТМ-ячейки?
а. 53 байта.
б. 24 бита.
в. 53 октета.
г. 48 октетов.
Правильные ответы (а) и (в). Понятия “байт” и “октет” означают размер 8 битов. В техническом смысле оба утверждения верны.
Ответ (б) неверен. Здесь приведено произвольное значение, но наиболее часто оно встречается в таких технологиях, как IP и SS7.
Ответ (г) неверен. Приведен размер полезной нагрузки АТМ-ячейки без заголовка. 48 октетов полезной нагрузки + 5 октетов заголовка = 53 октета ячейки.
Какие из диапазонов VC1 не могут использоваться для стандартной адресации, если значение VPI равно О?
а. О - 32.
б. 32 - 63.
в. О - 31.
г. 5 - 36.
д. 20 - 35.
Правильный ответ (в). VCI-значения 0—31 зарезервированы и не могут использоваться. Ответы (а), (б), (г) и (д) неверны, поскольку этн диапазоны значений зарезервированы не полностью.
Какова функция подуровня SAR?
Правильный ответ. На SAR-подуровне от CS-подуровня принимаются SDU-блоки и сегментируются в 48-октетовые SAR PDU-блокн, которые обрабатываются на ATM-уровне. Здесь же добавляется пятиоктетный заголовок и создается ячейка. Происходит также обратная процедура.
Какой тип AAL лучше всего подходит для трафика видеоконференции со сжатием данных?
AAL0.
AAL1.
в. AAL2.
г. AAL3/4
д. AAL5.
Правильный ответ (в).
На уровне AAL2 задействованы механизмы, которые позволяют ему отправлять частично заполненные секции полезной нагрузки, приспосабливаться к требованиям отправителя по синхронизации и пропускать транзитно компрессированный трафик, не затрагивая алгоритм, используемый отправителем.
Какова разница между ограничением и разграничением трафика?
Правильный ответ. Эти методики представляют собой способы управления доступом к сети посредством мониторинга количества информации, передаваемой в сеть с определенного соединения. Обе методики также проявляются в маркировании ячеек с состоянием CLP=1. Однако ограничение трафика (shaping) осуществляется на оборудовании абонента, а упорядочение трафика (traffic policing) производится элементами сети. Упорядочение трафика также называется управлением параметрами использования (Usage Parameter Control — UPC).
Укажите два метода использования поля НЕС в заголовке АТМ-ячейки.
Правильный ответ. НЕС-поле позволят обнаруживать границы ячейки, а также корректировать однобитовые ошибки и обнаруживать многобитовые.
Ответы на контрольные вопросы главы 11
Перечислите некоторые из основных факторов, побуждающих к созданию службы SMDS.
Правильный ответ. Телефонные компании искали службу, определяемую данными, а не соединением. Чрезвычайно медленно продвигалась стандартизация технологии В-ISDN. Более того, ускоренное внедрение клиент-серверных приложений и сетей приводило к возрастанию потребности в высокоскоростных соединениях между локальными сетями.
Какие из распространенных протоколов сетевого уровня поддерживаются в службе SMDS?
Правильный ответ. Все протоколы, использующие LLC-подуровень, могут поддерживаться службой SMDS.
На каком из уровней, образованных набором протоколов SMDS, происходит адресация?
Правильный ответ. Адресация осуществляется на третьем уровне. Сегментация и сборка происходят на втором уровне.
Перечислите пять классов доступа службы SMDS. Почему в технологии ЕЗ поддерживаются только четыре из них?
Правильный ответ. Ниже приведены пять классов SMDS-доступа.
Класс доступа 1 — 4 Мбит/с;
класс доступа 2 — 10 Мбит/с;
класс доступа 3—16 Мбит/с;
класс доступа 4 — 25 Мбит/с;
класс доступа 5 — 34 Мбит/с.
Максимальная скорость в технологии ЕЗ равна 34 Мбит/с. Поскольку класс доступа определяет полосу пропускания L3 PDU-модулей, учитывая SAR- и PLCP- издержки, максимальная битовая скорость L3 PDU-модулей для канала ЕЗ равна приблизительно 25 Мбит/с.
Для чего нужны метки начала и конца (BETag)?
Правильный ответ. Метка BETag используется для предотвращения слияния двух блоков SIP L3 PDU, если потеряны последний блок L2 PDU одного блока L3_PDU и первый блок L2_PDU следующего блока L3_PDU.
Что такое идентификатор сообщения? Для чего он нужен?
Правильный ответ. Идентификаторы сообщений (message ID) идентифицируют блоки L2 PDU (ячейки), которые включают в себя блок L3 PDU. Идентификаторы сообщений используются в SMDS-маршрутизации для создания в системе коммутации службы SMDS временного состояния для направления блоков L2 PDU к пункту назначения. Поскольку только первый блок L2 PDU содержит адрес получателя третьего уровня, коммутатор создает временную запись, основанную на идентификаторе начала сообщения (BOM) L2 PDU, содержащего адрес получателя. Затем все блоки L2 PDU с тем же идентификатором перенаправляются получателю до тех пор, пока не будет получен и перенаправлен конец сообщения (ЕОМ) либо пока не истечет MID-таймер.
Почему использующиеся в службе SMDS протокольные модули обмена данными сетевого уровня имеют такую большую длину?
Правильный ответ. Для того чтобы приспособить размер блока MTU к существующей LAN-сети. В технологиях FDDI и Token Ring значения MTU велики (4400+ байтов). MTU-блоки технологии Token Ring в кольцах со скоростью передачи 16 Мбит/с могут превышать это значение.
Для чего нужен интерфейс обмена данными (DXI)?
Правильный ответ. Интерфейс DXI применяется в качестве несущего протокола (carrier protocol) для блоков SIP L3 PDU либо между маршрутизатором и узлом SMDS, либо между маршрутизатором и SMDS-коммутатором. Интерфейс DXI подобен протоколу HDLC с добавлением механизма пульсирующих опросов (heartbeat polling mechanism).
Перечислите виды проблем, часто возникающих в интерфейсах SMDS. Как можно определить, с чем связана та или иная проблема — с DXI или каналом?
Правильный ответ. Перечислим некоторые проблемы, встречающиеся на SMDS- интерфейсах: канал, инициализированный несоответствующим образом, несовместимые CRC-значения, несовместимые классы доступа, аппаратное или программное обеспечение, подверженное сбоям, зашумленная линия (dirty line), превышение длины О83-кабеля (overextended DS3 cable) и др.
В маршрутизаторах Cisco проблемы интерфейса DXI, как правило, проявляются в утерянных пульсирующих опросах и высоком уровне CRC-ошибок.
Ответы на контрольные вопросы главы 12
Какие методы кодирования используются в технологии DSL?
Правильный ответ. В технологии DSL для кодирования применяются квадратурная амплитудная модуляция (Quadrature Amplitude Modulation — QAM), амплитудная и фазовая модуляция без несущей (Carrierless Amplitude and Phase Modulation — CAP) и дискретная многотоновая модуляция (Discrete Multi-Tone Modulation — DMT).
Какими тремя параметрами характеризуется аналоговый сигнал?
Правильный ответ. Амплитуда, частота и фаза.
Какой диапазон частот используется для передачи речевых сигналов в сети POTS?
Правильный ответ. От 0 до 4 кГц.
На сколько подканалов делится полоса пропускания в методе DMT?
Правильный ответ. 256 подканалов.
Что такое мостовые ответвления?
Правильный ответ. Мостовое ответвление (bridged tap) представляет собой нетер- минированную телефонную линию.
Что такое удлинительная катушка и для чего она служит?
Правильный ответ. Катушка нагрузки (loading coil) представляет собой индуктор, который включается параллельно телефонной линии для имитации увеличения протяженности голосового канала.
Что такое разветвитель сети POTS?
Правильный ответ. Разветвитель POTS является фильтром низких частот (low-pass), который блокирует DSL-сигнал, но допускает прохождение голосового сигнала.
Что такое NEXT?
Правильный ответ. Перекрестная наводка на ближайшем конце (NEXT) появляется, когда смежные сигналы излучают энергию и вносят ошибки в основной сигнал.
Укажите пять методов транспортной инкапсуляции для технологии DSL.
Правильный ответ. RFC 1483 — объединение с помощью мостов, RFC 1483 — объединение с помощью мостов RBE, RFC 1483 — маршрутизация, РРРоА и РРРоЕ.
Что такое NSP?
Правильный ответ. Провайдер сетевых услуг (network service provider — NSP) является частью структуры DSL, которая предоставляет услуги заказчику посредством DSL-сети.
Ответы на контрольные вопросы главы 13
Какой тип фреймирования используется в кабельных IP-сетях на основе стандарта DOCSIS? Какие еще устройства в кабельной сети используют тот же тип фреймирования?
Правильный ответ. В DOCSIS-сетях для передачи IP-пакетов используется фрей- мирование MPEG-2. С помощью фреймирования этого типа передаются также цифровые видеосигналы, цифровые аудиосигналы и другие данные. Дополнительные сведения, касающиеся фреймирования MPEG-2, приведены на Web-сайте mpeg.telecomitalialab.com.
Какие типы модуляции позволяют транспортировать данные в восходящем и нисходящем направлениях? Почему один тип модуляции предпочтительнее другого?
Правильный ответ. В стандартах DOCSIS 1.0 и 1.1 для транспортировки данных в восходящем направлении применяется модуляция QPSK и 16 QAM. Модуляция QAM 64 и QAM 256 применяется для нисходящей передачи. Более низкие профили модуляции обеспечивают большую устойчивость к шуму и помехам, но характеризуются более низкой пропускной способностью.
Перечислите требования к качеству кабельной сети. Почему они являются важными? Какие факторы приводят к низкому качеству сети?
Правильный ответ. Специфические требования приведены в табл. 13.2. Несоответствие сети этим требованиям влияет на качество обслуживания, зачастую достаточно сильное. Факторы, снижающие качество сети — плохие разъемы, вышедшие из строя усилители, корродированная кабельная система, амплитудное ограничение оптического узла, а также множество других, описанных в разделе “Общие проблемы кабельных сетей”.
Какие серверы инициализации требуются согласно DOCSIS-спецификации? Каково их значение?
Правильный ответ. Получить сетевые конфигурационные сведения, точное время и DOCSIS-параметры кабельному модему позволяют DHCP-, TOD- и TFTP- серверы. Без них и предоставляемой ими информации модемы не способны подключиться к линии и зарегистрироваться в сети.
Назовите отличия стандартов DOCSIS и Euro-DOCSIS.
Правильный ответ. Основное отличие заключается в поддерживаемой частотной ширине канала. В стандарте DOCSIS поддерживается канал 6 МГц, а в Епго- DOCSIS — канал 8 МГц.
Какая функция стандарта DOCSIS 1.1 увеличивает эффективность восходящей сигнализации?
Правильный ответ. В стандарте DOCSIS 1.1 предоставляются концентрация, фрагментация, службы UGS и UGS-AD, функция PHS, а также другие функции, увеличивающие сигнальную эффективность восходящих каналов.
Назовите различия между стандартами DOCSIS 1.0 и DOCSIS 1.1.
Правильный ответ. В стандарте DOCSIS 1.0 обеспечивается конфигурация единственного класса обслуживания на каждый кабельный модем. В стандарте DOCSIS 1.1 определена группа SFID-идентификаторов, каждый из которых может быть назначен собственному классу обслуживания. Существуют также еще несколько отличий, которые описаны в главе.
Сколько кабельных модемов можно подключить к единственному DOCSIS МАС-домену? Какое количество рекомендуется подключать?
Правильный ответ. Максимальное теоретическое количество поддерживаемых модемов — более 8 100. Однако при практической реализации желательно подключать от двухсот до шестисот модемов на восходящий канал. Чтобы удовлетворительно ответить на этот вопрос, необходимо понимать и принимать во внимание ограничения пропускной способности, характеристики пользователя, а также другие факторы.
Ответы на контрольные вопросы главы 14
Опишите функции мультиплексора добавления и удаления сигнала.
Правильный ответ. ADM-мультиплексор способен перекрестно соединять и очищать трафик на уровнях DS1 и DS3 без полного демультиплексирования сигнала.
Назовите основное различие между топологиями BLSR и UPSR.
Правильный ответ. В топологии BLSR для двунаправленной транспортировки используются оба волоконно-оптических канала, значит, необходимо резервировать половину полосы пропускания для восстановления после сбоев. В топологии UPSR
используется один волоконно-оптический канал для активной транспортировки и один — для защиты.
Каково назначение байтов Н1 и Н2 в служебной информации канала SONET/SDH-фрейма?
Правильный ответ. Два указанных байга используются для формирования SPE- указателя в заголовке. Байт НЗ применяется для положительного или отрицательного выравнивания блока SPE, который расположен во фрейме в произвольном месте.
Почему в технологиях SONET и SDH применяется мультиплексирование с чередованием байтов?
Правильный ответ. Мультиплексирование с чередованием байтов позволяет осуществить доступ к сигналам более низкого уровня внутри уплотненного потока без необходимости демультиплексирования всего сигнала.
Каково назначение A-байтов в секции служебной информации сегмента?
Правильный ответ. Байты А1 и А2 формируют сигам выравнивания для фрейма STS.
С какой целью применяется технология DWDM?
Правильный ответ. Технология DWDM представляет собой способ мультиплексирования нескольких длин волн световых сигнмов в одном волоконно-оптическом кабеле для более эффективного использования сетевых средств. Технология DWDM, как правило, характеризуется тем, что с ее помощью можно одновременно уплотнить, по крайней мере, 16 различных длин волн. Меньшее уплотнение обычно обозначается термином WDM.
Как можно расшифровать обозначение VC-4-16c?
Правильный ответ. Виртуальный контейнер представляет собой контейнер высокого уровня (VC-4), который транспортируется в концентрированном сигнале STM-16.
ПриложениеПриложениеББ
Приложение
Приложение
Б
Б
Сигнальные сетевые коды стран — SANC
В приведенной таблице перечислены SANC-коды, соответствующие различным странам.
Таблица Б. 1. Сигнальные сетевые коды стран
SANC-код
Страна
2-000
Лихтенштейн
2-001
Г: Италия "
2-002
Нидерланды
2 003
Италия
2-004
Греция
2-005
Греция
2-006
Нидерланды
2-007
Нидерланды
2-008
Нидерланды
2-009
Нидерланды
2-010
Нидерланды
2-011
Нидерланды
2-012
Бельгия
2-013
Бельгия
2-014
Бельгия
2-015
Бельгия
2-016
Франция
2-017
Франция
2-019
Франция
2 020
Франция
2-021
Франция
SANC-код
Страна
2-022
Франция
2-023
Франция
2-024
Монако
2-025
Австрия
2-026
Австрия
2-027
Испания
2-028
Испания
2-029
Испания
2-030
Испания
2-031
Испания
2-032
Венгрия
2-033
Германия
2-034
Германия
2-035
Германия
2-036
Германия
2-037
Германия
2-038
Германия
2-039
Германия
2-040
Югославия
2-041
Италия
2-042
Италия
2-043
Италия
2-044
Италия
2-045
Италия
2-046
Италия
2-047
Италия
2-048
Италия
2-049
Италия
2-050
Италия
2-051
Италия
2-052
Румыния
2-053
Швейцария
2-054
Швейцария
2-055
Швейцария
2-056
Швейцария
2-057
Швейцария
2-058
Швейцария
2-059
Швейцария
SANC-код
Страна
2-060
Чехия
2-061
Швейцария
2-062
2-063
2-064
Швейцария Швейцария Австрия
2-065
2-066
2-067
2-068
2-069
Австрия
Австрия
Австрия
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-070
2-071
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-072
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-073
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-074
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-075
2-076
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии Дания
2-077
2-078
2-079
2-080
2-081
2-082
2-083
Дания
Дания
Дания
Швеция
Швеция Швеция Швеция
2-084
2-085
2-086
2-087
2-088
2-089
2-090
Норвегия Норвегия
Норвегия Норвегия Финляндия Финляндия Финляндия
2-091
2-092
Финляндия
Эстония
2-093
Италия
2-094
Италия
2-095
Италия
2-096
2-097
Латвия
Бельгия
SANC-код
Страна
2-098
Бельгия
2-099
Бельгия
2-100
Российская Федерация
2-101
Российская Федерация
2-102
Российская Федерация
2-103
Российская Федерация
2-104
Российская Федерация
2-105
Российская Федерация
2-106
Российская Федерация
2-107
Российская Федерация
2-108
Российская Федерация
2-109
Российская Федерация
2-110
Российская Федерация
2-111
Российская Федерация
2-112
Российская Федерация
2-113
Российская Федерация
2-114
Российская Федерация
2-115
Российская Федерация
2-116
Российская Федерация
2-117
Российская Федерация
2-118
Российская Федерация
2-119
Российская Федерация
2-120
Польша
2-121
Германия
2-122
Германия
2-123
Германия
2-124
Германия
2-125
Германия
2-126
Германия
2-127
Германия
2-128
Германия
2-129
Германия
2-130
Германия
2-131
Германия
2-132
Гибралтар
2-133
Австрия
2-134
Польша
2-135
Люксембург
SANC-код
Страна
2-136
Португалия
2-137
2-138
Португалия
Португалия
2-139
Португалия
2-140
Люксембург
2-141
2-142
Люксембург
Нидерланды
2-144
Ирландия
2-145
2-146
Ирландия
Ирландия
2-147
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-148
2-149
Исландия
Франция
2-150
2-151
2-152
Франция Франция Албания
2-153
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-154
2-155
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-156
Мальта
2-157
2-158
Италия
Италия
2-159
Италия
2-160
2-161
Кипр
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-162
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-163
2-164
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-165
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-166
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-167
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-168
2-169
Болгария
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-170
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-171
Турция'
2-172
Турция
2-173
Турция
2-174
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
SANC-код
Страна
2-175
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-176
2-177
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-178
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-179
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-180
Хорватия
2-181
Италия
2-182
Словения
2-183
Италия
2-184
Сан-Марино
2-185
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-186
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-187
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-188
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-189
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-190
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-191
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-192
Швеция
2-193
Швеция
2-194
2-195
Швеция
Швеция
2-196
Андорра
2-197
2-198
Андорра
Нидерланды
2-200
Армения
2-201
Франция
2-202
Франция
2-203
Франция
2-204
2-205
Беларусь
Швеция
2-207
Италия
2-208
Грузия
2-209
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-210
Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
2-214
Украина
2-217
Дания-
2-218
Босния и Герцеговина
2-219
Босния и Герцеговина
SANC-код
Страна
2-220
Югославская республика Македония (прежнее название)
2-221
Франция
2-224
Молдова
2-228
Чехия
2-229
Чехия
2-230
Чехия
2-231
Чехия
2-232
Словакия
2-233
Словакия
2-234
Словакия
2-235
Словакия
2-236
Литва
2-237
Испания
2-238
Испания
2-239
Испания
2-240
Испания
2-241
Испания
2-242
Германия
2-243
Германия
2-244
Германия
2-245
Германия
2-246
Германия
2-247
Германия
2-248
Германия
2-249
Германия
2-250
Германия
2-251
Германия
2-252
Германия
2-253
Нидерланды
2-254
Финляндия
2-255
Финляндия
3-004
Канада
3-005
Канада
3-006
Канада
3-007
Канада
3-008
Канада
3-009
Канада
3-010
Канада
SANC-код
Страна
3-011
Канада
3-012
Канада
3-016
Сен-Пьер и Микелон (общая территория французской республики)
3-018
Гренландия (Дания)
3-020
Соединенные Штаты Америки
3-021
Соединенные Штаты Америки
3-022
Соединенные Штаты Америки
3-023
Соединенные Штаты Америки
3-024
Соединенные Штаты Америки
3-025
Соединенные Штаты Америки
3-026
Соединенные Штаты Америки
3-027
Соединенные Штаты Америки
3-028
Соединенные Штаты Америки
3-029
Соединенные Штаты Америки
3-030
Соединенные Штаты Америки
3-031
Соединенные Штаты Америки
3-032
Соединенные Штаты Америки
3-033
Соединенные Штаты Америки
3-034
Соединенные Штаты Америки
3-035
Соединенные Штаты Америки
3-036
Соединенные Штаты Америки
3-037
Соединенные Штаты Америки
3-038
Соединенные Штаты Америки
3-039
Соединенные Штаты Америки
3-040
Соединенные Штаты Америки
3-041
Соединенные Штаты Америки
3-042
Соединенные Штаты Америки
3-043
Соединенные Штаты Америки
3-044
Соединенные Штаты Америки
3-045
Соединенные Штаты Америки
3-046
Соединенные Штаты Америки
3-047
Соединенные Штаты Америки
3-048
Соединенные Штаты Америки
3-049
Соединенные Штаты Америки
3-050
Соединенные Штаты Америки
3-051
Соединенные Штаты Америки
3-052
Соединенные Штаты Америки
3-053
Соединенные Штаты Америки
SANC-код
Страна
3-054
Соединенные Штаты Америки
3-055
Соединенные Штаты Америки
3-056
Соединенные Штаты Америки
3-057
Соединенные Штаты Америки
3-058
Соединенные Штаты Америки
3-059
Соединенные Штаты Америки
3-060
Пуэрто-Рико
3-064
Виргинские острова (США)
3-068
Мексика
3-069
Мексика
3-070
Мексика
3-071
3-072
Мексика
Мексика
3-073
Мексика
3-074
Мексика
3-075
Мексика
3-076
3-084
Ямайка
Барбадос
3-088
Антигуа и Барбуда
3-092
Каймановы острова
3-096
Британские Виргинские острова
3-100
Бермуды
3-104
Гренада
3-108
Монтсеррат
3-112
Сент-Киттс и Невис
3-116
Сент-Люсия
3-120
Сент-Винсент и Г ренадины
3-124
Антильские острова (Нидерланды)
3-128
Багамы
3-132
Доминиканская республика (содружество наций)
3-136
Куба
3-140
Доминиканская республика
3-144
Республика Гаити
3-148
Тринидад и Тобаго
3-152
Острова Теркс и Кайкос
3-156
Гваделупа (французская территория)
3-160
Мартиника (французская территория)
3-164
Аруба
SANC-код
Страна
3-168
3-172
Ангилья
Мексика
3-173
Мексика
3-174
Мексика
3-179
Фарерские острова
3-180
Соединенные Штаты Америки
3-181
3-182
Соединенные Штаты Америки
Соединенные Штаты Америки
3-183
Соединенные Штаты Америки
3-184
Соединенные Штаты Америки
3-185
3-186
Соединенные Штаты Америки
Соединенные Штаты Америки
3-187
Соединенные Штаты Америки
3-188
3-189
3-190
3-191
3-192
Соединенные Штаты Америки Соединенные Штаты Америки Соединенные Штаты Америки Соединенные Штаты Америки Соединенные Штаты Америки
3-193
Соединенные Штаты Америки
3-194
Соединенные Штаты Америки
3-195
3-196
Соединенные Штаты Америки
Соединенные Штаты Америки
3-197
Соединенные Штаты Америки
4-008
4-009
4-020
4-024
4-026
4-028
Индия
Индия
Исламская Республика Пакистан
Афганистан
Демократическая Социалистическая Республика Шри-Ланка
Государственное объединение Мьянмар
4-030
Ливан
4-032
Хашимитское Королевство Иордания
4-033
Хашимитское Королевство Иордания
4-034
Сирийская Арабская Республика
4-036
Ирак
4-038
Кувейт
4-040
Саудовская Аравия
4-042
4-044
Йемен
Султанат Оман
SANC-код
Страна
4-046
Йемен
4-048
Объединенные Арабские Эмираты
4-050
Израиль
4-051
Израиль
4-052
Бахрейн
4-054
Катар
4-056
Монголия
4-058
Непал
4-060
Объединенные Арабские Эмираты
4-062
Объединенные Арабские Эмираты
4-064
Исламская Республика Иран
4-070
Азербайджан
4-072
Королевство Бутан
4-074
Казахстан
4-078
Киргизия
4-079
Киргизия
4-080
Япония
4-081
Япония
4-082
Япония
4-083
Япония
4-085
Япония
4-100
Корея
4-101
Корея
4-104
Вьетнам
4-105
Гонконг, Китай
4-106
Гонконг, Китай
4-107
Гонконг, Китай
4-108
Гонконг, Китай
4-109
Гонконг, Китай
4-110
Макао, Китай
4-112
Камбоджа
4-114
Народно-демократическая Республика Лаос
4-120
Китай
4-121
Китай
4-122
Китай
4-123
Китай
4-124
Китай
4-125
Китай
SANC-код
Страна
4-126
Китай
4-135
Северная Корея
4-140
Бангладеш
4-144
Мальдивы
4-145
Корея
4-146
Корея
4-147
Корея
4-148
Корея
4-149
Корея
4-150
Корея
4-151
Корея
4-152
Республика Корея
4-153
Корея
4-154
Корея
4-157
Таджикистан
4-160
Туркменистан
4-164
Узбекистан
4-170
Тайвань, Китай
4-171
Тайвань, Китай
4-172
Тайвань, Китай
4-173
Тайвань, Китай
4-174
Тайвань, Китай
4-175
Зарезервирован
4-177
Гонконг, Китай
5-004
Малайзия
5-005
Малайзия
5-006
Малайзия
5-007
Малайзия
5-008
Малайзия
5-010
Австралия
5-011
Австралия
5-012
Австралия
5-013
Австралия
5-014
Австралия
5-015
Австралия
5-016
Австралия
5-017
Австралия
5-018
Австралия
SANC-код
Страна
5-019
Австралия
5-020
Индонезия
5-021
Индонезия
5-022
Индонезия
5-030
Филиппины
5-031
Филиппины
5-032
Филиппины
5-033
Филиппины
5-034
Филиппины
5-035
Филиппины
5-036
Филиппины
5-040
Таиланд
5-041
Таиланд
5-042
Таиланд
5-050
Сингапур
5-051
Сингапур
5-052
Сингапур
5-053
Сингапур
5-054
Сингапур
5-055
Сингапур
5-056
Бруней
5-060
Новая Зеландия
5-063
Новая Зеландия
5-065
Новая Зеландия
5-067
Новая Зеландия
5-070
Гуам
5-072
Науру
5-074
Папуа Новая Гвинея
5-078
Королевство Тонга
5-080
Соломоновы острова
5-082
Вануату
5-084
Фиджи
5-086
Валлис и Футуна (французские территории)
5-088
Острова Самоа (Америка)
5-090
Нию
5-092
Новая Каледония (французская территория)
5-094
Французская Полинезия (французская территория)
5-096
Острова Кука
SANC-код
Страна
5-098
Самоа
5-100
5-102
Кирибати
Тувалу
5-105
Маршалловы острова
5-107
5-110
5-113
5-115
5-116
6-004
Микронезия
Палау
Северные Марианские острове (Содружество)
Австралия
Австралия
Арабская Республика Египет
6-006
6-008
6-010
6-012
6-014
Народно-Демократическая Республика Алжир
Марокко
Тунис
Ливия (Социалистическая Народная Ливийская Арабская Джамахирия) Гамбия
6-016
6-018
6-020
6-022
6-024
6-026
6-028
Сенегал
Исламская Республика Мавритания
Мали
Гвинея
Кот-д’Ивуар
Буркина-Фасо
Нигер
6-030
6-032
6-034
6-036
Того Бенин Маврикий Либерия
6-038
6-040
6-042
6-044
Сьерра-Леоне
Гана
Нигерия
Чад
6-046
6-048
Центральноафриканская Республика
Камерун
6-050
6-052
Зеленый Мыс
Демократическая Республика Сан-Томе и Принсипи
6-054
Экваториальная Гвинея
6-056
6-058
Габон
Республика Конго
6-060
Демократическая Республика Конго
SANC-код
Страна
6-062
Ангола
6-064
Гвинея-Бисау
6-066
Сейшельские острова
6-068
Судан
6-070
Руанда
6-072
Федеральная Демократическая Республика Эфиопия
6-074
Сомали
6-076
Джибути
6-078
Кения
6-080
Объединенная Республика Танзания
6-082
Уганда
6-084
Бурунди
6-086
Мозамбик
6-090
Замбия
6-092
Мадагаскар
6-094
Реюньон (французский департамент)
6-096
Зимбабве
6-098
Намибия
6-100
Малави
6-102
Королевство Лесото
6-104
Ботсвана
6-106
Королевство Свазиленд
6-108
Исламская Федеральная Республика Коморские острова
6-110
Южноафриканская Республика
6-114
Эритрея
6-116
Остров Пасхи
7-004
Белиз
7-008
Гватемала
7-009
Гватемала
7-012
Сальвадор
7-013
Сальвадор
7-016
Гондурас
7-020
Никарагуа
7-024
Коста-Рика
7-028
Панама
7-032
Перу
7-033
Перу
7-034
Перу
SANC-код
Страна
7-035
Перу
7-036
Перу
7-043
Аргентина
7-044
Аргентина
7-045
Аргентина
7-046
Аргентина
7-047
Аргентина
7-048
Бразилия
7-049
Бразилия
7-050
Бразилия
7-060
Чили
7-061
Чили
7-062
Чили
7-064
Колумбия
7-065
Колумбия
7-068
Боливарская Республика Венесуэла
7-069
Боливарская Республика Венесуэла
7-072
Боливия
7-076
Гайана
7-080
Эквадор
7-084
Французская Гвиана (французский департамент)
7-088
Парагвай
7-092
Суринам
7-096
Уругвай
Приложение
в
Список рекомендованной литературы
Для возможности получения справочных сведений и дальнейшего обучения в этом приложении приводится список источников, которыми пользовались авторы при написании этой книги.
af-bici-0013.ООЗ, Спецификация межсетевого BISDN-интерфейса, версия 2.0 (интегрированная) (BISDN Inter Carrier Interface (B-ICI) Specification Version 2.0 (Integrated)), 1995.
af-cs-0167.000, Спецификация сигнализации с гарантированной скоростью передачи фрейма (интерфейсы PNNI, AINI, и UNI), версия 1.0 (Guaranteed Frame Rate (GFR) Signaling Specification (PNNI, AIN I and UNI) Version l.O), 2001.
af-sig-0061.000, Спецификация сигналов ATM-интерфейса пользователь-сеть, версия 4.0 (ATM User-Network Interface (UNI) Signalling Specification Version 4.O), 1996.
af-tm-0056.000, Спецификация администрирования трафика, версия 4.0 (Traffic Management Specification Version 4.O), 1996.
af-tm-0121.000, Спецификация администрирования трафика, версия 4.1 (Traffic Management Specification Version 4.0), 1999.
af-uni-0010.002, Спецификация ATM-интерфейса пользователь-сеть, версия 3.1 (ATM User-Network Interface Specification Version 3.1), 1994.
ANSI Tl. 110-1999, Сигнальная система 7. Общие сведения (Signaling System No.7, General Information), 1999.
ANSI Tl.l 11-2001, Сигнальная система 7. Механизм передачи сообщений (Signaling System No.7, Message Transfer Part), 2001.
ANSI Tl.112-2001, Сигнальная система 7. Функциональное описание механизма управления сигнальным соединением (Signaling System No.7, Signaling Connection Control Part Functional Description), 2001.’
ANSI Tl.113-2000, Сигнальная система 7. Пользовательский участок сети ISDN (Signaling System No.7, ISDN User Part), 2000.
ANSI T1.113b-2001, Сигнальная система 7. Пользовательский участок сети ISDN (Signaling System No.7, ISDN User Part), 2001.
ANSI Tl.l 14-2000, Сигнальная система 7. Механизм поддержки транзакций (Signaling System No. 7, Transaction Capability Application Part (TCAP), 2000.
ANSI Tl.410-1992, Металлический интерфейс провайдер-клиент — передача данных со скоростью 64 Кбит/с и кратных (Carrier to Customer Metallic Interface — Digital Data at 64 kbit/s and Subrates), 1992.
Технические рекомендации корпорации Bellcore, TA-TSY-000722, выпуск 1, Системные требования к универсальной структуре региональной сети при поддержке коммутируемой многомегабитовой службы передачи данных (Bellcore Technical Advisory, Issue 1, Metropolitan Area Network Generic Framework System Requirements in Support of Switched Multi-megabit Data Service), 1989.
Технический справочник корпорации Bellcore, TR-TSV-000772, выпуск 1, Универсальные требования при поддержке технологии SMDS (Bellcore Technical Reference TR- TSV-000772, Issue 1, Generic Requirements in Support of SMDS), 1991.
Блэк, Юлес и Шарлин Уотерс. SONET и Tl: структуры для цифровых транспортных сетей (Black, Uyless and Sharleen Waters, SONET and TL Architectures for Digital Transport Networks) Prentice Hall PTR, 1997.
Курс no технологии CRIHAN ATM, версии 2.3—2.5, Справочные сведения no администрированию трафика и управлению аналого-цифровым преобразованием (CRIHAN ATM Course, Version 2.3—2.5, Traffic Management and Control A/D Conversion References), 2000.
ESIG-TS-002, Спецификация первого уровня сетевого интерфейса абонента службы SMDS, редакция 1.0 (SMDS Subscriber Network Interface Level 1 Specification, Edition 1.0), 1993.
Стандарт ETS 300 347-1, ETSIV, 1994.
Форум Frame Relay Основное руководство no сетям Frame Relay (The Frame Relay Forum, The Basic Guide to Frame Relay Networking), 1998.
Гаст, Мэтью С. ТЕ учебник по выживанию (Gast, Matthew S., Tl: A Survival Guide) О ’Reilly and Associates, Inc., 2001.
Стандарт GR-303-CORE, выпуск 4, Telcordia, 2000.
Хиоки, Уоррен. Телекоммуникации, четвертое издание (Hioki, Warren. Telecommunications Fourth Edition) Prentice Hall, 2001.
Горак, Рэй. Коммуникационные системы и сети, второе издание (Horak, Ray. Communications Systems and Network Second Edition) M&T Books, 2000.
Стандарт IEEE 802.6, DQDB.
Стандарт ITU-T 1.233, Службы канала-носителя фреймового режима (Frame Mode Bearer Services), 1992.
Стандарт ITU-T 1.363.1, Спецификация уровня адаптации В-ISDN ATM: AAL тип 1 (В-ISDN ATM Adaptation Layer Specification: Type 1 AAL).
Стандарт ITU-T 1.363.2, Спецификация уровня адаптации В-ISDN ATM: AAL тип 2 (В-ISDN ATM Adaptation Layer Specification: Type 2 AAL).
Стандарт ITU-T 1.363.3, Спецификация уровня адаптации В-ISDN ATM: AAL типы 3 и 4 (В-ISDN A TM Adaptation Layer Specification: Type 3/4 AAL).
Стандарт ITU-T 1.363.5, Спецификация уровня адаптации В-ISDN ATM: AAL тип 5 (В-ISDN ATM Adaptation Layer Specification: Type 5 AAL).
Стандарт ITU-T 1.371, Управление трафиком и контроль перегрузок в сети B-ISDN (Traffic Control and Congestion Control in B-ISDN), 2000.
Стандарт ITU-T 1.610, B-ISDN. Принцип действия и обслуживания, функции (В- ISDN Operation and Maintenance Principles and Functions), 1999.
1 European Telecommunications Standards Institute — Европейский институт стандартов по телекоммуникациям. — Прим. ред.
Рекомендация института ITU-T Q.700, Введение в сигнальную систему 7, Комитет CCITT (ITU-T Recommendation Q.700, Introduction to CCITT Signalling System No. 7), 1993.
Рекомендация института ITU-T Q.701, Функциональное описание механизма передачи сообщений сигнальной системы 7(ITU-T Recommendation Q.701, Functional Description of the Message Transfer Part (MTP) of Signalling System No. 7), 1993.
Рекомендация института ITU-T Q.702, Сигнальная система 7. Канал передачи сигнальной информации (ITU-T Recommendation Q.702, Signalling System No. 7 — Signaling Data Link), 1988.
Рекомендация института ITU-T Q.703, Сигнальный канал (ITU-T Recommendation Q.703, Signalling Link), 1996.
Рекомендация института ITU-T Q.704, Функции и сообщения сигнальной сети (ITU- Т Recommendation Q.704, Signalling Network Functions and Messages), 1996.
Рекомендация института ITU-T Q.705, Сигнальная система 7. Структура сигнальной сети (ITU-T Recommendation Q.705, Signalling System No. 7 — Sigtailing Network Structure), 1993.
Рекомендация института ITU-T Q.711, Функциональное описание механизма управления сигнальным соединением (ITU-T Recommendation Q.711, Functional Description of the Signalling Connection Control Part), 1996.
Рекомендация института ITU-T Q.721, Сигнальная система 7. Функциональное описание пользовательских телефонных служб сигнальной системы 7 (ITU-T Recommendation Q.721, Signalling System No. 7 — Functional Description of the Signalling System No. 7 Telephone User Part (TUP)), 1988.
Рекомендация института ITU-T Q.724, Спецификации сигнальной системы 7. Пользовательские телефонные службы (ITU-T Recommendation Q.724, Specifications of Signalling System No. 7 — Telephone User Part), 1988.
Рекомендация института ITU-T Q.761, Сигнальная система 7. Функциональное описание пользовательских механизмов сети ISDN (ITU-T Recommendation Q.761, Signalling System No. 7 — ISDN User Part Functional Description), 1999.
Рекомендация института ITU-T Q.762, Сигнальная система 7. Общие функции сообщений и сигналов пользовательских механизмов сети ISDN (ITU-T Recommendation Q.762, Signalling System No. 7 — ISDN User Part General Functions of Messages and Signals), 1999.
Рекомендация института ITU-T Q.764, Сигнальная система 7. Сигнальные процедуры пользовательских механизмов сети ISDN (ITU-T Recommendation Q.764, Signalling System No. 7 — ISDN User Part Signalling Procedures), 1999.
Рекомендация института ITU-T Q.922, Спецификация канального уровня ISDN для режима передачи фреймов служб канала-носителя (ITU-T Recommendation Q.922, ISDN Data Link Layer Specification for Frame Mode Bearer Services), 1992.
Рекомендация института ITU-T Q.933, Сигнальная система абонентов цифровых служб (DDS) номер 1 в цифровой сети с комплексным обслуживанием — сигнальные спецификации для управления и мониторинга состояния фреймового режима коммутируемых и постоянных виртуальных соединений (ITU-T Recommendation Q.933, Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Signaling System No.l (DSS 1) — Signaling Specifications for Frame Mode Switched and Permanent Virtual Connection Control and Status Monitoring), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q.1210, Структура рекомендаций серии Q.1210 по интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1210, Q.1210-Series Intelligent Network Recommendation Structure), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q.1211, Ознакомление с первым набором возможностей (CS-1) интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q. 1211, Introduction to Intelligent Network Capability Set I), 1993.
Рекомендация института ITU-T Q. 1213, Общая функциональная плоскость для группы CS-1 интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1213, Global Functional Plane for Intelligent Network, CS-1), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q. 1214, Распределенная функциональная плоскость для группы CS-1 интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1214, Distributed Functional Plane for Intelligent Network CS-1), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q. 1215, Физическая плоскость для группы CS-1 интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1215, Physical Plane for Intelligent Network CS-1), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q.1218, Рекомендации no интерфейсам для группы CS-1 интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1218, Interface Recommendation for Intelligent Network CS-1), 1995.
Рекомендация института ITU-T Q. 1220, Структура рекомендаций серии Q.1220 no второму набору возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1220, Q.1220-Series Intelligent Network Capability Set 2 Recommendation Structure), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q.1221, Ознакомление co вторым набором возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1221, Introduction to Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q. 1222, Плоскость обслуживания для второго набора возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1222, Service Plane for Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q.1223, Общая функциональная плоскость для второго набора возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1223, Global Functional Plane for Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q. 1224, Распределенная функциональная плоскость для второго набора возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1224, Distributed Functional Plane for Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q.1225, Физическая плоскость для второго набора возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1225, Physical Plane for Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q.1228, Рекомендации no интерфейсам для второго набора возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1228, Interface Recommendation for Intelligent Network Capability Set 2), 1997.
Рекомендация института ITU-T Q.1231, Ознакомление с третьим набором возможностей интеллектуальной сети (ITU-T Recommendation Q.1231, Introduction to Intelligent Network Capability Set 3), 1999.
Рекомендация института ITU-T Q.1236, Третий набор возможностей интеллектуальной сети. Методология и требования к модели управляющей информации (ITU-T Recommendation Q. 1236, Intelligent Network Capability Set 3 — Management Information Model Requirements and Methodology), 1999.
Рекомендация института ITU-T Q. 1290, Словарь терминов, используемый в интеллектуальных сетях (ITU-T Recommendation Q.1290, Glossary of Terms Used in the Definition of Intelligent Networks), 1998.
Клессиг, Роберт и Кай Тесин. SMDS: распределенные сети данных на основе коммутируемой многомегабитовой службы передачи данных (Kiessig, Robert W. and Kaj Tesin. SMDS: Wide-Area Data Networking with Switched Multi-Megabit Data Service) Prentice Hall, 1995.
Ньютон, Гарри. Словарь Ньютона по телекоммуникациям. Издание 18, обновленное и дополненное (Newton, Harry. Newton’s Telecom Dictionary 18th Updated and Expanded Edition) CMP Books, 2002.
Предметный указатель
А
Адаптер
терминальный, 246
Адрес
расширение, 307
Адресация
косвенная, 318
Алгоритм
PCR, 382
SCR, 383
арбитража очередей, 416
виртуального
планирования, 377; 378
двойной группы, 381
компандирования, 162
сегментированного
аппроксимационного, 162
контроля за пропорциональной
скоростью, 371
метода
А, 109
мю, 109
непрерывного отбрасывания ячеек,
378; 379
передачи
ячеек
общий, 377
сканирования частот, 509
уплотнения, 109
Амплитуда, 25
J0/Z0, 549
Л, 553; 560
МО, 552
N1, 560
S1, 552; 560
Z0, 560
Z1, 552
Z2, 552
Z3-Z5, 556
А1/А2, 549
В1, 549
В2, 551
ВЗ, 553
Е2, 552
К, 551
контрольный, 460
Н, 550
НЗ, 557
оператора сети, 232
С2, 553
синхронизирующий, 465
Бит, ПО
ЕА, 248
F, 216; 220
адреса
расширенного, 248
заимствование, 49 индикации
обратный, 65
перегрузки, 371
Б
подуровня сходимости, 385
прямой передачи, 65
Байт, 160
AU-указателя, 559
D, 550; 552
Е1, 549
F1, 550
F2, 553
FEC, 460
G1, 553
Н4, 553
команды, 248
М, 216; 219
межстанционного канала, 166
освобождения последнего запроса,
417
подстановка, 158
Р, 219
С, 216; 220; 225; 228
сигнальный, 164
согласование, 63 стартовый, 127 столовый, 127 фреймирования, 160, 162 X, 216; 219 четности, 389чередования, 232Блоксинхронизации, 535 Блокировкана дальнем конце линии, Бод, 27ВВолокно темное, 543Всплескошибок, 462Выборка, 105; 106 Выравнивание, 214 частотное, 551ГГенераторсинхроимпульсов, 210 Группаканалов, 161D1, 162DID, 165D2, 163D3, 165D4, 165D5, 166стандартовI, 246Q, 246дДемультиплексор, 35 Дескрипторвосходящего канала, 510 Диаметрсердечника, 542 Диапазонголосовой, 106согласование, 63 стартовый, 127 столовый, 127 фреймирования, 160, 162 X, 216; 219 четности, 389чередования, 232Блоксинхронизации, 535 Блокировкана дальнем конце линии, Бод, 27ВВолокно темное, 543Всплескошибок, 462Выборка, 105; 106 Выравнивание, 214 частотное, 551ГГенераторсинхроимпульсов, 210 Группаканалов, 161D1, 162DID, 165D2, 163D3, 165D4, 165D5, 166стандартовI, 246Q, 246дДемультиплексор, 35 Дескрипторвосходящего канала, 510 Диаметрсердечника, 542 Диапазонголосовой, 106Дисперсия мод, 542 Длина волны, 25 кабеля, 128 Доступ
согласование, 63 стартовый, 127 столовый, 127 фреймирования, 160, 162 X, 216; 219 четности, 389
чередования, 232
Блок
синхронизации, 535 Блокировка
на дальнем конце линии, Бод, 27
В
Волокно темное, 543
Всплеск
ошибок, 462
Выборка, 105; 106 Выравнивание, 214 частотное, 551
Г
Генератор
синхроимпульсов, 210 Группа
каналов, 161
D1, 162
DID, 165
D2, 163
D3, 165
D4, 165
D5, 166
стандартов
I, 246
Q, 246
д
Демультиплексор, 35 Дескриптор
восходящего канала, 510 Диаметр
сердечника, 542 Диапазон
голосовой, 106
согласование, 63 стартовый, 127 столовый, 127 фреймирования, 160, 162 X, 216; 219 четности, 389
чередования, 232
Блок
синхронизации, 535 Блокировка
на дальнем конце линии, Бод, 27
В
Волокно темное, 543
Всплеск
ошибок, 462
Выборка, 105; 106 Выравнивание, 214 частотное, 551
Г
Генератор
синхроимпульсов, 210 Группа
каналов, 161
D1, 162
DID, 165
D2, 163
D3, 165
D4, 165
D5, 166
стандартов
I, 246
Q, 246
д
Демультиплексор, 35 Дескриптор
восходящего канала, 510 Диаметр
сердечника, 542 Диапазон
голосовой, 106
нешироковещательный, 446
Е
188Единица
сегментации, 420
3
Заглушка шунтирующая, 155
Задержка, 461; 501 двойная, 465 одиночная, 465 передачи ячеек, 353 разброс, 355
Запаздывание, 501 Затор, 313 Затухание, 103 Защита основная, 515
И
Идентификатор DLCI, 303 SAPI, 248 TEI, 249 зоны географической, 60 канала, 263 виртуального, 333; 418 конечного пункта, 248; 334 подключения канального уровня, 295; 303; 334
профиля службы, 60, 273 пути
виртуального, 333 расширенный, 89 сигнального узла, 60 службы, 503 служебного потока, 504 ■
типа полезной нагрузки, 333; 338
точки доступа к службе, 248
Иерархия
цифровая, 209
плезиохронная, 148
Североамериканская, 148; 210
Индикатор
выполняемого действия, 252
длины, 64
номера, 256
мультифрейма, 232
неисправности, 232
ненумерованной информации, 319
освобождения линии, 195
ошибки, 232
предупреждения, 219
службы, 70
Инициализация, 464
Интервал
канальный, 51; 63; 183; 331
управление, 38
мини, 506
передачи, 506
периодической настройки, 511
полосы пропускания, 506
ретрансляционный, 755
Интерфейс
B-ICI, 333
DB-15, 222
DSX-1, 154
DXI, 439
EIA 530/V.35, 438
EIA 449, 438
NNI, 332
частный, 332
S/T, 245
U, 245
UNI, 332
абонентской сети, 410
межсетевой, 332
обмена данными, 411; 421; 439
основной защиты, 520
пользователь-сеть, 332
последовательный
высокоскоростной, 413; 438
приложений
программный, 383
распределенный
оптический, 331
сетевой, 244
сонаправленный, 183
управления
локального, 296; 306; 316
уровня
основного, 327
цифрового мультиплексирования, 293
четырехпроводный, 126
Интерференция, 473
электромагнитная, 496; 542
Искажение
многомодовое, 542
Исправление ошибок предварительное, 500
Источник
синхронизации, 436
К
Кабель
магистральный, 487
ногомодовый, 542
одномодовый, 542
Канал, 44
D, 240
FX, 275
абонентский, 128; 241; 242
цифровой, 275
асинхронный, 211
В, 240
виртуальный, 291; 301; 335
коммутируемый, 299; 302; 342
перепрограммируемый, 302
постоянный, 299; 302; 342
дельта, 240
диагональный, 56
доступа к среде, 56
ЕЗ, 228
Е5, 235
захват, 195
междугородней связи, 287
межстанционный, 50
мостовой, 56
носителя, 240
общий, 56
связи, 233
перекрестный, 56
расширения, 56
с автоматическим вызовом, 194
сигнальный, 54; 62
выбор, 55
синхронзированный, 253 синхронизация, 63 синхронный, 211 сонаправленный, 183 станционный, 513
Катушка
дополнительной нагрузки, 155
удлинительная, 473
Качество обслуживания, 350; 399
Квантиль, 354
Квантование, 105; 107
Класс
ABR, 368; 400
CBR, 363; 399
GFR, 375
nrt-VBR, 367; 400
rt-VBR, 365; 400
UBR, 373; 400
обслуживания, 338; 351
Классификация
пакетов
нисходящих, 517
потока
восходящего, 517
нисходящего, 518
Кластер, 59
Ключ
закрытый, 521
открытый, 521
шифрования трафика, 521
Код
2B1Q, 271; 451
4ВЗТ, 271
B3ZS, 433
CIC, 77
биполярный
без возврата к нулю, 157 высокой плотности
третьего порядка, 133
с возвратом к нулю, 132; 157
с подстановкой восьми нулей, 133 доступа к службе, 424 идентификации
канала, 55
линии связи, 428
носителя, 76
идентификации канала, 58
канального интервала, 76
коммутатора, 79
области распределения номеров, 79
размещения
альтернативный, 59
соседнего узла, 58
устройства, 45
устройства-отправителя, 58
устройства-получателя, 58
сетевой
сигнальной области, 60
сети, 59
сигнального канала, 55; 74
станции, 79
страны, 424
узла, 59
управляющий, 274
циклический избыточный, 63; 167;
339
Кодирование, 105; 113
в линии, 131
неинициализированное
мультиплексное, 136
повышение эффективности, 463
решетчатое, 467
с инверсией маркеров, 202
с чередованием полярности, 63; 104;
131; 158; 181
сегментное, 114
Колебание
допустимое
опроса, 518
разрешения, 518
Кольцо
двунаправленное
с коммутацией
каналов, 563
однонаправленное
с коммутацией маршрута, 564
оптическое, 562
саморезервирующее, 562
Комбинирование, 524
разреженное, 524
сверхплотное, 524
уплотненное, 524
Коммутатор
SCP, 84
SSP, 45; 57; 84 гибридный, 45 класс, 46 сторонний, 275 транзитный, 46
Контейнер виртуальный, 557 уровня
высокого, 557
низкого, 557
Контроллер
Е1, 190
Е1, 201
ТЗ, 226
Коэффициент компенсационный, 495 неправильной вставки ячеек, 351 ошибок, 351; 355 ошибочных блоков, 351 потери
фреймов, 352 ячеек, 351
предварительная, 341
Маршрут
виртуальный, 335
возвратный \i, 491
искажение, 495
' Метасигнализация, 335
Метка, 171; 422
маршрута, 553
маршрутизации, 72; 73
DUP, 75
TUP, 77
остаточного времени, 385
Метод
С AS, 49
CCS, 50
Микрофильтр, 457
Модем, 31
кабельный, 275
терминальная система, 495
Модуляция
САР, 453
DMT, 454
QAM, 452
адаптивная, 453
амплитудная, 109
квадратурная, 452
Л
амплитудно-импульсная, 107 перекрывающаяся, 468
Линия
LBO, 155
абонентская, 32
цифровая, 38
балансная, 155
двухпроводная, 33
с фазовой синхронизацией, 189
согласование, 155
ТЗ
многоканальная, 212
одноканальная, 212
амплитудно-фазовая, 497
без несущей, 452
дельта, 119
с переменной крутизной наклона, 120
дискретная многочастотная, 452
импульсно-кодовая, 31; 105; 116
дифференциальная, 116
адаптивная, 117
перекрестная, 496
Модуль
2MFT-E1-DI, 192
м
IDLC, 36
нового поколения, 38
Магистраль, 36
IMT, 46
транспортная, 46
Маркер
синхронизации, 232
Маркировка, 341
NM-HDV, 201
РА-МС-ЕЗ, 233
SLC, 36
SSCP, 84
VWIC-2MFT-E1-DI, 190
доступа к службе, 414
канала обслуживания, 128; 168 офисного, 128; 152
контроля линии, 168 многоконтактный, 128; 131 обработки данных, 128 обслуживания канала, 320 сетевого
интерфейса, 32, 221
сигнальный
сообщений, 58; 64
состояния канала, 64
транспортный
синхронный, 347
цифрового канала, 410
Мультиплексирование, 149
Е12, 228
Е23, 230
М12, 214
М13, 221
М23, 218
с временным разделением каналов, 36; 130-, 150; 332
с чередованием байтов, 544
с чередованием байтов, 534
спектральное, 561
высокой плотности, 561
статистическое, 292, 332
Мультиплексор, 35
DSLAM, 456
кратных скоростей, 130
обрыва и вставки, 539
терминальный, 537
Мультифрейм, 185
н
Набор
каналов, 55
номера
двухтональный многочастотный,
33; 48; 137; 198
служб
CS-1, 85
CS-2, 87
CS-3, 94
Нагрузка
распределение, 73
Нарушение биполярности, 132; 134;
159", 189", 222
Номер
абонента, 266
контрольный, 252, 517
переносимость, 89", 94
порядковый
обратный, 65
прямой передачи, 65
служебного потока, 517
сокращенный, 266
О
Обнаружение
ошибок, 63; 342
Оборудование
клиента, 410
оператора связи, 410
терминальное
второго типа, 246
канала, 539
маршрута, 537
первого типа, 246
сегмента, 540
Объект
физический, 82, 84
функциональный, 82; 83
Округление, 109
Оператор
нескольких служб, 485
Операция
XOR, 775
Отбрасывание
безусловное
без маркировки, 382
избирательное, 374
пакетов
заблаговременное, 374
Ответвление
мостовое, 473
Ошибка
LOS, 171
OOF, 171
логическая, 171
на дальнем конце, 552
распределенная, 462
форматирования, 171
п
сегментации и сборки, 345
сходимости, 345
Пара
сопряженная, 47; 56
Пауза, 171
Перегрузка
по питанию, 128
Передача
синхронная, 211
Переключение
автоматическое, 562
Перекрестные наводки, 30
на ближнем конце линии, 30
на дальнем конце линии, 30
Перемежение, 461
Переносимость
местонахождения, 93
провайдера службы, 90
служб, 94
Перерыв
в передаче
данных, 136
служебной информации, 136
Петля
линии,169
обратная, 234
полезной нагрузки, 169
устройства DTE, 169
Плезиохрония, 210
Плоскость
контроля, 345
пользователя, 345
управления, 345
Плотность
единичных импульсов, 133; 158
мощности спектральная, 467
Повторитель, 151
промежуточный, 242
Погрешность
квантования, 109", 111
Подавление
заголовков, 518
пауз, 507
Подуровень
CS, 345; 348
PMD, 345; 346
SAR, 345; 348
ТС, 345; 346
зависимый от служб, 349
общий, 349
управления
каналом, 478
логическим соединением, 442
Поле
CLP, 341
GFC, 334
НЕС, 342
РТ, 338
SIF, 72
ST, 393
VCI, 335
VPI, 334
адреса, 440
выравнивания, 395
длины
данных, 432
заполнения, 395
идентификатора
канала, 387
протокола высокого уровня, 426
сообщения, 420", 431
индикатора
длины,388
общей части, 395
информационное, 429; 440
качества обслуживания, 427
контроля доступа, 429
модуля сегментации, 431
начальное, 389
порядкового номера, 385; 389", 431
признака
конца сообщения, 395
начала сообщения, 395
размера
буфера, 395
расширения заголовка, 427
сборщика/разборщика пакетов, 427
служебной информации, 70
смещения, 389
состояния соединения, 66
типа
полезной нагрузки, 338
сегмента, 390
сегмента, 430
указателя взаимодействия, 388
управления
потоками, 334
сетью, 430
Полоса пропускания, 27
Помехи
перекрестные, 467
электромагнитные, 30
Помехоустойчивость, 458
Преобразователь
аналого-цифровой, 31; 150
цифро-аналоговый, 31
П риемопередатч ик
UART, 281
Приоритет
отбрасывания ячеек, 333
Прирост
рабочих пар, 209
Проводка
внутрення, 244
Прогнозирование
математическое, 116
Протокол
ARP
инверсный, 306
DQDB, 413
DUP, 74
ISUP, 78
МТР1, 62
МТР2, 63
МТРЗ, 73
SMDS
интерфейсный, 413
ТСАР, 82
TUP, 76
зависимый от службы, 349
инициализации сеанса, 413
межсетевого пакетного обмена, 410
передачи сообщений, 57; 62
уровня
второго, 63
первого, 62
третьего, 73
пользовательских сообщений
ISDN, 70
преобразования адресов, 413
распределения полосы пропускания,
269
сетевых служб, 62
управления
доступом к среде, 414
каналом, 311
высокоуровневый, 162; 439
передачи данных, 247
распределением полосы пропускания, 269
сетью, 407
сигнальным соединением, 61
транзакциями, 61
Процедура
доступа к каналу, 295
сходимости физического уровня,
213
установления соединения, 463
Процентиль, 354
Процессор
DSP, 201
цифровых сигналов, 201
Р
Радиопомехи, 474
Радиус
действия, 469
Разрешение на уничтожение, 314; 315
Разряд
двоичный
младший, 158; 338
старший, 338
Разъем
интеллектуальный, 126; 151
Ранжирование мощности, 510
Регенератор
цифровой, 242
Режим
асинхронной передачи, 327
потоковый, 390
синхронный, 465
сокращенный
раздельный, 466
слитный, 466
сообщений, 390
С
Сверхзаказ, 350
Связка каналов, 38
Сегмент
СРЕ, 475
NAP, 476
NSP, 477
базовый, 280
Сегментация
сети, 490
Сертификат
цифровой, 522
Сеть
IN, 85
ISDN, 240
SS7, 53
интеллектуальная, 48, 82
расширенная, 48
кабельного телевидения, 485
комбинированная оптокоаксиальная, 488
распределительная, 490
региональная, 541
синхронная
оптическая, 277; 329
фидерная, 537
хранения данных, 541
цифровая
с комплексным обслуживанием, 725; 239
широкополосная, 327
Сигнал
Е&М, 34
FEAC, 224
аварийный, 172
желтый, 173
красный, 173
синий, 173
аналоговый, 23; 31; 103
батареи, 34
инверсный, 34
биполярный, 184
блуждание, 172
выравнивания мультифреймов, 186
дрожание, 172
затухание, 27; 184
линии
замыкания, 34
управления, 195
межрегистровый, 195
неисправности носителя, 173
отраженный, 243; 495
предупреждения, 565
световой, 24
синхронный
транспортный, 277; 546
служебный, 44
тревожной индикации, 173; 286
цифровой, 24; 29; 102; 104
Сигнализация
R2, 193; 201
непринудительная, 194
полупринудительная, 194
принудительная, 194
межрегистровая, 198
по каналу
индивидуальному, 44; 48
общему, 44; 49; 50; 182
раздельному, 57
смежному, 57
по участкам, 80
с заимствованием битов, 163
сквозная, 80
Синхронизация, 534
Q.921, 251
каналов, 149
Система
С7, 43
SS7, 43
дуплексной передачи, 563
коммутации, 422
оптокоаксиальная, 38
синхронизации времени, 535
управления службами, 90
местная, 91
фазовой автоподстройки, 133
цифрового
доступа и коммутации, 50", 130", 168
носителя, 242
Скорость
адаптация, 458
всплеска
максимальная, 309
гарантированная, 352
детерминированная, 363
минимальная, 357; 359; 517
непрерывная, 357
передачи
согласованная, 309
переменная, 358
пиковая, 357; 358; 365
постоянная, 358
символьная, 499
средняя, 358
статистическая, 365
текущая, 369
установления вызова, 53
Служба
SW56, 137
UGS с обнаружением активности,
506
передачи цифрового сигнала, 125
перераспределения вызовов, 174; 191
постоянная активная, 275
с незапрашиваемым разрешением, 506
создания служб, 87
телекоммуникационная, 87
тип
85
86
управления службами, 87
Событие
входное, 353
выходное, 353
Соглашение
об уровне обслуживания, 309
по реализации, 294; 327
Соединение
виртуального
канала, 335
маршрута, 335
разрыв, 394
Сообщение
АСМ, 78
IAM, 77
SABME, 253
обслуживания, 513
регистрационного запроса, 513
сигнальное, 199
синхронизационное, 510
тип, 256
управления
вызовом, 75
каналом, 74; 75
маршрутизацией, 74
сигнальным трафиком, 73
Сопротивление
емкостное, 133
Стандарт
421
DOCSIS
.0, 496
496
.0, 497
Е.164, 79; 412
Euro-DOCSIS, 497
Е-серии, 330
F-серии, 330
G.711, 263
G.721, 119
G.991.2, 471
G.992.2, 471
GR-303-CORE, 37
G-серии, 330
Н-серии, 330
297
297
351
246
247
I-серии, 330
1-серии, 330
MPEG, 501
М-серии, 330
NI-1, 272
NTSC, 491
PAL, 491
Q.2110, 349
Q.921, 247
Q.931, 256
Q-серии, 330
SECAM, 491
SONET, 545
T1.413, 464; 471
T1.606, 297
T1.617, 299
T1.618, 298
TR-90, 472
Y-серии, 330
шифрования данных, 520
Субмультифрейм, 188
Субфрейм, 216; 218; 22Q-, 225
Суперфрейм, 49; 161; 163; 165; 185; 203
расширенный, 49; 161; 166; 174; 185;
434
управление, 376
Схема присвоения номеров, 45 распределения номеров североамериканская, 79 расщепленная, 492
Счетчик ошибок сигнальных элементов, 64 синхронизации, 64
У
Уведомление
о заторе неявное, 314 явное
обратное, 314
прямое, 314
о перегрузке, 371
т
Узел, 44 головной, 487
Таймер
N200, 254
N201, 254
N202, 254
Т1, 70
Т2, 69
Т200, 254
Т201, 252; 254
Т202, 251; 254
Т203, 254
ТЗ, 69
Т4, 69
защиты, 255
Теорема Найквиста, 106
Терминал
сигнального канала, 63; 191
Тест
BERT, 168
на обрыв, 76
Тестер
частоты ошибочных битов, 138
Точка
доступа
к сети, 84; 456
к службе, 248
опорная, 245
R, 246
S, 245
Т, 245
U, 245
присутствия провайдера, 541
Трафик
ограничение, 377
основной, 43
разграничение, 377
службы, 84
передачи данных, 85
согласованный, 540
Уплотнение
спектральное, 150
частотное, 150
Управление
доступом, 519
к соединению, 350
параметрами использования, 377
Уровень
AAL, 345; 348
AAL0, 384
AAL1, 384
АМЛ, 387
AAL3/4, 389
AAL5, 396
ATM, 345; 348
адаптации, 383
каналтузд, 429
канала, 548
маршрута, 548
мощности, 466
сегмента, 548
сетевой, 422
синхронизации, 534
физический, 346; 432; 548
Усиление
частотное, 488
Устройство
NT1, 245
NT12, 245
NT2, 245
дополнительное, 84
интеллектуальное периферийное, 84
коммутации службы, 44; 45
передачи сигнала, 44; 47
сигнализации, 44; 48
управления службой, 44
Ф
Фильтр низких частот, 456
Фильтрация, 105; 106
Формат
Е.164, 240
Фрагментация, 507
Фрейм, 149
G.832, 233
информационный, 249
М, 218
маркированный, 375
немаркированный, 375
ненумерованный, 249
омеченный, 375
согласованный, 382
управляющий, 249
Фреймирование, 135; 162; 186; 230
CRC, 186
CRC-4, 187
G.804, 233
G.832, 230
J Н 203
М23, 223
с проверкой четности битов С, 223;
224
Функция
дополнительная, 317
доступа к управлению службой, 83
обычная, 317
предоставления дополнительных
ресурсов, 83
служб
данных, 83
коммутации, 83
проверки, 83
среды создания службы, 83
управления
вызовом, 83
агента, 83
службой, 83
ц
Цикл, 104
ч
Частота, 25; 26; 106
Найквиста, 116
радиодиапазона, 514
Чередование, 500
ш
Шаблон
2047, 139; 170
511, 138
QRW, 140
SP1, 139
SP2, 139
SP3, 139
SP4, 139
единичный, 170
нагрузки, 138
нулевой, 170
тестирования, 138
Шина
DQDB, 409
S/T, 245
двойная с распределенной очередью, 408
Шум, 29
внешний, 494
импульсный, 495
суммирование, 494
э
Экранирование
адресов, 426
Элемент
информационный, 260
вызываемой стороны, 265
вызывающей стороны, 266
многобайтовый, 260
однобайтовый, 260
Эхоподавление, 243
Научно-популярное издание
Брэд Дансмор, Тоби Скандьер
Справочник по телекоммуникационным технологиям
Литературный редактор Н.В. Саит-Аметова
Верстка О. В. Линник
Художественный редактор В.Г. Павлютин
Корректоры З.В. Александрова, Л.А. Гордиенко,
О. В. Мишутина, Л. В. Чернокозинская
Издательский дом “Вильямс”.
101509, Москва, ул. Лесная, д. 43, стр. 1.
Изд. лиц. ЛР № 090230 от 23.06.99Госкомитета РФ по печати.
Подписано в печать 22.12.2003. Формат 70x100/16.
Гарнитура Times. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 51,6. Уч.-изд. л. 41,9.
Тираж 3000 экз. Заказ № 1440.
Отпечатано с диапозитивов в ФГУП “Печатный двор”Министерства РФ по делам печати,телерадиовещания и средств массовых коммуникаций.
197110, Санкт-Петербург, Чкаловский пр., 15.
Cisco SystemsCisco SystemsСправочник по телекоммуникационным технологиям
Cisco Systems
Cisco Systems
Содержит подробное описание стандартов 1TUОписаны методы сигнализации SS7. типы узлов и интерфейсы SS7Объяснены конфигурация каналов цифровой иерархии в Японии, Е1 и R2Подробно рассмотрены Североамериканские каналы цифровой иерархии ТЗ и Европейские стандарты ЕЗ, а также показано, как на каналах обоих типов можно получить большую пропускную способностьОписаны методы кодирования сигнала в линиях Т1 и форматы фреймов, а также технические требования к каналам при их развертыванииПеречислены спецификации технологии Frame Relay и описаны ее функции и методы конфигурирования'Рассмотрено развитие технологий ATM и B-1SDN и описаны их функцииПредставлена последовательность инициализации систем DOCSIS, их конфигурации и основные топологииРазъясняется протокол SMDS, его конфигурирование, поиск и устранение неисправностей и интерфейс DXIОписаны структуры на основе технологий xDSL, технологии кодирования сигнала, параметры сетей и уровни сигналаПриведено подробное сравнение технологий SONET и SDHСодержит подробное описание стандартов 1TUОписаны методы сигнализации SS7. типы узлов и интерфейсы SS7Объяснены конфигурация каналов цифровой иерархии в Японии, Е1 и R2Подробно рассмотрены Североамериканские каналы цифровой иерархии ТЗ и Европейские стандарты ЕЗ, а также показано, как на каналах обоих типов можно получить большую пропускную способностьОписаны методы кодирования сигнала в линиях Т1 и форматы фреймов, а также технические требования к каналам при их развертыванииПеречислены спецификации технологии Frame Relay и описаны ее функции и методы конфигурирования'Рассмотрено развитие технологий ATM и B-1SDN и описаны их функцииПредставлена последовательность инициализации систем DOCSIS, их конфигурации и основные топологииРазъясняется протокол SMDS, его конфигурирование, поиск и устранение неисправностей и интерфейс DXIОписаны структуры на основе технологий xDSL, технологии кодирования сигнала, параметры сетей и уровни сигналаПриведено подробное сравнение технологий SONET и SDHЭта книга является частью серии Networking Technologies Series, которая ориентирована на профессионалов по работе с сетями, содержит ценную информацию по созданию многофункциональных сетей, поможет в изучении новых технологий, а также будет способствовать карьерному росту.Эта книга является частью серии Networking Technologies Series, которая ориентирована на профессионалов по работе с сетями, содержит ценную информацию по созданию многофункциональных сетей, поможет в изучении новых технологий, а также будет способствовать карьерному росту.Умение ориентироваться в современных телекоммуникационных технологиях, таких как DDS, ISDN, Tl/El, ATM и SONET является необходимым качеством квалифицированного специалиста по информационным технологиям. Этот всеобъемлющий справочник предназначен для специалистов и инженеров, которые работают с WAN-сетями. Он не только содержит описание технологий DDS, ISDN, Т1 и принципов работы физических сред, ио и предоставляет информацию о стандартных международных технологиях, что, несомненно, пригодится инженерам, которые работают с распределенными и транснациональными сетями.
Содержит подробное описание стандартов 1TU
Описаны методы сигнализации SS7. типы узлов и интерфейсы SS7
Объяснены конфигурация каналов цифровой иерархии в Японии, Е1 и R2
Подробно рассмотрены Североамериканские каналы цифровой иерархии ТЗ и Европейские стандарты ЕЗ, а также показано, как на каналах обоих типов можно получить большую пропускную способность
Описаны методы кодирования сигнала в линиях Т1 и форматы фреймов, а также технические требования к каналам при их развертывании
Перечислены спецификации технологии Frame Relay и описаны ее функции и методы конфигурирования'
Рассмотрено развитие технологий ATM и B-1SDN и описаны их функции
Представлена последовательность инициализации систем DOCSIS, их конфигурации и основные топологии
Разъясняется протокол SMDS, его конфигурирование, поиск и устранение неисправностей и интерфейс DXI
Описаны структуры на основе технологий xDSL, технологии кодирования сигнала, параметры сетей и уровни сигнала
Приведено подробное сравнение технологий SONET и SDH
Содержит подробное описание стандартов 1TU
Описаны методы сигнализации SS7. типы узлов и интерфейсы SS7
Объяснены конфигурация каналов цифровой иерархии в Японии, Е1 и R2
Подробно рассмотрены Североамериканские каналы цифровой иерархии ТЗ и Европейские стандарты ЕЗ, а также показано, как на каналах обоих типов можно получить большую пропускную способность
Описаны методы кодирования сигнала в линиях Т1 и форматы фреймов, а также технические требования к каналам при их развертывании
Перечислены спецификации технологии Frame Relay и описаны ее функции и методы конфигурирования'
Рассмотрено развитие технологий ATM и B-1SDN и описаны их функции
Представлена последовательность инициализации систем DOCSIS, их конфигурации и основные топологии
Разъясняется протокол SMDS, его конфигурирование, поиск и устранение неисправностей и интерфейс DXI
Описаны структуры на основе технологий xDSL, технологии кодирования сигнала, параметры сетей и уровни сигнала
Приведено подробное сравнение технологий SONET и SDH
Эта книга является частью серии Networking Technologies Series, которая ориентирована на профессионалов по работе с сетями, содержит ценную информацию по созданию многофункциональных сетей, поможет в изучении новых технологий, а также будет способствовать карьерному росту.
Эта книга является частью серии Networking Technologies Series, которая ориентирована на профессионалов по работе с сетями, содержит ценную информацию по созданию многофункциональных сетей, поможет в изучении новых технологий, а также будет способствовать карьерному росту.
В дополнение к подробным объяснениям практических аспектов реализации каждой из рассматриваемых технологий, Справочник по телекоммуникационным технологиям содержит очерки из истории развития методов передачи данных, которые помогут понять почему и как были разработаны различные технологии, а, следовательно, и как они работают. Благодаря простому и четкому изложению материала, своей строгой логической организации этот бесценный справочник поможет специалисту с любой подготовкой быть па передовом крае современных технологий и отслеживать самые свежие телекоммуникационные новшества. Подробные комментарии, которые написаны опытными экспертами в определенной области, гармонично дополняют основной материал и предоставляют дополнительную информацию из личного опыта специалистов-практиков по рассматриваемым технологиям. Короткие резюме и контрольные вопросы в конце каждой главы позволят читателю обобщить прочитанное, выделить наиболее важные моменты и оценить свой уровень понимания материала.
Брэдли Дансмор — инструктор, занимающийся обучением специалистов технологиям новых сетевых продуктов. Он разрабатывает и устанавливает сетевые комплексы, обучает системных администраторов корпорации Cisco, деловых партнеров и заказчиков. Брэд специализируется на системах SS7 и методах обмена данными в глобальных сетях.
Тоби Скандьер — консультант в корпорации Sprint. Со времени своего первого знакомства с компьютерными и сетевыми технологиями в 1985 г., Тоби основал консалтинговую компьютерную компанию, занимался обучением специалистов в корпорациях Sprint и Cisco, преподавал в государственных колледжах, а также разработал учебные курсы для корпораций Sprint и Cisco.
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.comwww.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.comКатегория:
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.com
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.com
Телефония
Предмет рассмотрения:
Телекоммуникации
1 Их иногда называют ячейками. — Прим. ред.
Cisco Systems
Справочник по телекоммуникационным технологиям
Полный справочник по международным телекоммуникационным стандартам
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.comwww.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.comБрэдли Дансмор Тоби Скандьер
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.com
www.williamspublishing.com www.ciscopress.ru ciscopress.com