Иерархия цифровых скоростей. Как это делается. Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура

Наверное, никто не станет подвергать сомнению значение магистральных сетей. Именно от их надежной работы зависит функционирование международной и междугородной телефонной связи, Internet, корпоративных сетей многих крупных компаний.

Развитие магистральных сетей по всему миру идет очень быстрыми темпами. В Европе, несмотря на значительное увеличение пропускной способности сетей традиционных операторов, после демонополизации телекоммуникационного рынка появилось и успешно развивается достаточно большое число новых операторов. Они прокладывают волоконно-оптические кабели, создают современные сети и не испытывают недостатка в клиентах.

В последнее время технологии, используемые на магистральных сетях, стали проникать и в городские сети. Соответствующие решения, в названии которых часто встречается слово metro, имеются практически у всех производителей. Скорость передачи в городских сетях порой достигает таких значений, о которых еще несколько лет назад операторы дальней связи могли только мечтать.

Преобладание трафика Internet и других пакетных сетей в суммарном объеме всей передаваемой информации требует совершенно новых подходов к организации каналов связи. Как результат, это ведет к появлению новых технологий, как, например, наделавшая много шума в прошлом году DTP, предложенная компанией Cisco Systems. Производители оборудования SDH не оказались в стороне от новых веяний и стали выпускать интерфейсные платы для непосредственного подключения устройств IP и АТМ.

В данном обзоре не представлено оборудование кросс-коммутации, ни электрической, ни оптической. К сожалению, на данный момент ни один производитель не имеет серийного оборудования, где бы не осуществлялось преобразование из «света» в «электричество» и обратно. Другая причина, по которой мы решили не рассматривать данный тип устройств, - их неактуальность для нашей страны в настоящее время. Каждый из коммутаторов стоит от нескольких сот тысяч до одного и более миллионов долларов, и для окупаемости подобных капиталовложений проходящий через них трафик должен составлять сотни гигабит. Сейчас даже наш фактический монополист дальней связи ОАО «Ростелеком» не может похвастаться таким объемом трафика, хотя и является владельцем единственного кросс-коммутатора в России.

Но сложившаяся ситуация может иметь и свои положительные стороны. Будем надеяться, что к тому времени, когда в России возникнет объективная потребность в коммутации терабитных потоков, кросс-коммутаторы избавятся от нынешних недостатков и ограничений.

Стоит отметить, что компактные модели оптических кросс-коммутаторов с успехом могут применяться вместо традиционных оптических кроссов, поскольку обеспечивают большую надежность и оперативность коммутации. Небольшая по размеру оптическая матрица в этом случае вносит затухание, сравнимое по величине с разъемным соединением.

ВСПОМИНАЯ SDH

Об особенностях технологии SDH и построении на ее основе сетей связи в середине 90-х гг. в нашей телекоммуникационной прессе писалось предостаточно. Я позволю себе кратко напомнить основные ее характеристики, так как с тех пор прошло довольно много времени.

Синхронная цифровая иерархия обладает целым рядом преимуществ, которые позволили ей стать основной технологией цифровых систем передачи на нынешнем этапе развития телекоммуникаций.

Во-первых, это хорошая проработка международных стандартов, описывающих структуру сигналов SDH, функции и электрические параметры аппаратуры, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей. Это позволяет операторам различных сетей без проблем взаимодействовать друг с другом. Технология SDH описывается в рекомендациях ITU-T (G.702, G.703, G.704, G.707, G.708, G.709, G.773, G.774, G.782, G.783, G.784, G.957, G.958, Q.811, Q.812) и ETSI (ETS 300 147). Североамериканская синхронная цифровая иерархия подчиняется системе стандартов SONET, разработанной Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI). Между собой SONET и SDH тесно связаны, а имеющиеся незначительные расхождения обусловлены различиями в североамериканской и европейской шкале скоростей.

Во-вторых, структура сигналов SDH позволяет достаточно легко мультиплексировать и демультиплексировать транспортный поток и получать доступ к любому его компоненту, не затрагивая остальных. Основу этой структуры составляет синхронный транспортный модуль STM-N, где N определяется уровнем SDH. В настоящее время широко используются системы STM-1, STM-4, STM-16 и начали внедряться системы STM-64. Нетрудно заметить, что все они построены с кратностью 4. Иерархия скоростей представлена в Таблице 1.

В-третьих, цикл повторения передачи транспортных модулей любого уровня равняется 125 мкс. Такая унификация обеспечивает простое мультиплексирование потоков нижних уровней в высшие. Транспортный модуль, соответствующий одному циклу, принято представлять в виде прямоугольной таблицы, хотя данные передаются по линии последовательно. Например, цикл базового для SDH модуля STM-1 содержит 9 строк по 270 байт, и первые 9 байт в каждой строке образуют заголовок цикла. При объединении в модуль более высокого порядка побайтное мультиплексирование происходит таким образом, что все блоки секционных заголовков, указатель и полезный сигнал размещаются так же, как и прежде.

В качестве полезной нагрузки сети, построенной на основе SDH, могут передаваться сигналы PDH, ячейки АТМ, любые неструктурированные цифровые потоки, имеющие скорость от 1,5 до 140 Мбит/с. Такая универсальность достигается применением контейнеров, в которых по сети SDH переносятся сигналы полезной нагрузки. Возможные типы контейнеров для модуля STM-1 приведены в Таблице 2.

Этот ряд контейнеров соответствует международным рекомендациям (ITU-T G.709) и объединяет европейскую и североамериканскую схемы системы SDH/SONET. В европейскую иерархию не входит контейнер типа С2. Из-за особенностей формирования контейнеров и их объединения в модуле STM-1 может быть передано или один контейнер С4, или три контейнера С3, или 63 контейнера С12, или комбинация контейнеров С3 и С12.

В технологии SDH используется довольно сложная система указателей и заголовков разного типа. Их рассмотрение не входит в нашу задачу, лишь упомянем, что благодаря им становится возможным доступ к передаваемой информации, а также передача по сети SDH сигналов синхронизации, сетевого управления, мониторинга и технического обслуживания.

ТЕХНОЛОГИЯ DWDM

В отличие от SDH, технология мультиплексирования оптических каналов по длинам волн (Wavelength Division Multiplexing, WDM) стала применяться в сетях связи относительно недавно. Когда речь идет об этой технологии, чаще используют термин DWDM (Dense WDM), подразумевающий мультиплексирование гораздо большего числа длин волн. Далее мы будем использовать именно этот термин.

Потребность в уплотнении в случае медных кабелей вполне очевидна - главная причина заключается в ограниченной полосе пропускания. Как ни странно, на первый взгляд эта же причина послужила толчком к созданию систем оптического уплотнения. В силу ограничений, накладываемых физическими свойствами оптического волокна и приемопередатчиков, оправданным является создание систем связи со скоростью не более 10 Гбит/с. Тем не менее к концу 90-х гг. прошлого столетия в результате стремительного роста объема передаваемой информации, пропускная способность магистральных сетей оказалась на грани исчерпания.

Появление технологии DWDM стало хорошей иллюстрацией к известному философскому постулату, утверждающему, что развитие происходит по спирали. Действительно, если абстрагироваться от деталей реализации, не трудно провести параллели со «старым, добрым» частотным уплотнением (Frequency Division Multiplexing, FDM). И в том и в другом случае по отдельному каналу передается информация, не связанная с данными в аналогичном канале. И в том и в другом случае необходимы дополнительные устройства, осуществляющие ввод и вывод информации в заданный канал. В упрощенной модели обе системы уплотнения можно представить в виде пучка кабелей.

Структурная схема DWDM (см. Рисунок 1) была бы неотличима от FDM, если бы не надписи на функциональных блоках. На передающей стороне с помощью конвертера, или, как его иначе называют, транспондера, данные «переводятся» в один из оптических каналов. По сути, это обычный процесс смены несущей частоты, нередко используемый в радиотехнике. Далее оптические каналы с помощью пассивного оптического мультиплексора объединяются в один поток. На принимающей стороне происходит обратная операция. Практически все производители оборудования SDH для сопряжения с системами DWDM предлагают клиентам так называемые «окрашенные» лазеры, т. е. лазеры, работающие на тех же частотах, что и транспондер. «Окраска» (и само значение термина) определяется смещением несущей в красную или фиолетовую части спектра оптического диапазона. Особенно часто «окрашенные» лазеры входят в состав оборудования уровня STM-16 и STM-64.

Важной характеристикой систем DWDM является так называемый канальный план. Он описывает расположение несущих частот оптических каналов в рабочем диапазоне. Действующая в настоящее время рекомендация ITU-T G.692 предлагает канальный план в окне прозрачности 1550 нм. Несущие располагаются с шагом в 100 ГГц. Использование в качестве единицы измерения для данного шага частоты вместо длины волны, хотя последнее представляется более естественным, вызвано более удобным для восприятия представлением, поскольку в силу округления при расчетах шаг по длине волны варьируется от 0,78 до 0,821 нм. Согласно данной рекомендации, в окне прозрачности 1550 нм можно разместить до 51 оптического канала. На практике разные производители не вполне придерживаются этих указаний. В некоторых системах шаг составляет 200 и 400 ГГц, в последнее время все чаще предлагаются системы с шагом 50 ГГц.

На магистральных линиях с технологией DWDM в целях увеличения расстояния между точками ввода/вывода информации применяют оптические регенераторы. В них не используется преобразование сигнала из «света» в «электричество» и обратно, что позволяет удешевить и упростить систему связи. Правда, в этом случае доступ к передаваемой информации в промежуточных точках оказывается по существу невозможен. Но на практике это и не требуется, так как основной задачей таких систем связи является быстрый переброс больших объемов информации на удаленные расстояния.

ТИПОВЫЕ ТОПОЛОГИИ

Сеть SDH любой сложности можно построить с использованием весьма ограниченного набора функциональных узлов. С их помощью выполняются все операции по передаче информации и управлению сетью.

Основным функциональным узлом SDH является мультиплексор, предназначенный для ввода/вывода цифровых потоков с полезной нагрузкой. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода/вывода. Основное отличие между ними заключается в том, как они располагаются в сети. Ниже, при рассмотрении типовых схем сетей SDH, это различие будет описано.

Кросс-коммутаторы обычно непосредственно не обслуживают ввод/вывод нагрузки, а обеспечивают обмен между транспортными модулями сети SDH. Они применяются при объединении сетей или в случае сложной топологии сети. Кроме специализированных кросс-коммутаторов функции локальной коммутации может выполнять мультиплексор.

Ряд функциональных узлов, таких, как регенераторы, оборудование линейных трактов и радиорелейных линий, обеспечивает функционирование собственно линий передачи сети SDH.

Обязательным функциональным узлом любой серьезной сети SDH является система управления, с помощью которой осуществляется мониторинг и управление всеми элементами сети и информационными трактами.

В настоящее время используются две типовые схемы построения сети SDH на основе мультиплексоров: «кольцо» и «цепь», представленные на Рисунке 2. В схеме «кольцо» применяются только мультиплексоры ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer, ADM), а в схеме «цепь» - еще и терминальные мультиплексоры (Terminal Multiplexer, TM). Как видно из рисунка, каждый мультиплексор имеет по две пары магистральных выходов: одна называется «восток», а другая - «запад». С их помощью обеспечиваются различные схемы резервирования или защиты.

Схемы защиты типа «1:1» и «1+1» формируются за счет организации двух встречных потоков. В первом случае на приеме анализируются сигналы с каждого направления и выбирается лучший для дальнейшей обработки. Во втором случае организуется два «кольца» - основное и резервное. При сбоях в основном кольце в течение 50 мкс происходит переключение на резервное: если «кольцо» разрывается или выходит из строя мультиплексор, то новое «кольцо» создается за счет обращения трафика на границах поврежденного участка.

В последнее время часто упоминается схема сети SDH с полносвязанной организацией соединений. Это стало возможным благодаря появлению DWDM и широкому распространению кросс-коммутаторов. В такой топологической схеме, за счет непосредственного соединения мультиплексоров по принципу «каждый с каждым», можно добиться очень высокой скорости передачи трафика.

На базе рассмотренных типовых схем или их разновидностей можно создать сеть SDH любой архитектуры и любой сложности. На Рисунке 3 представлена абстрактная сеть SDH, включающая в себя магистральный участок большой протяженности и подсети на концах этой магистрали. В городе Б имеется две сети кольцевой архитектуры, объединенные с помощью кросс-коммутатора. Через него информационные потоки могут попадать в магистральную сеть, выполненную по схеме «цепь». В городе А расположена одна сеть кольцевой архитектуры. Обмен данными с магистральной сетью осуществляется с помощью мультиплексора ввода/вывода. Из-за большой протяженности магистральной сети, при отсутствии потребности в промежуточных пунктах ввода/вывода данных, на ней установлены регенераторы для восстановления формы сигнала. Такая схема организации требуется очень редко. Предпочтительнее вместо регенераторов использовать мультиплексоры ввода/вывода, поскольку они также обеспечивают регенерацию цифрового сигнала.

Участок сети между двумя терминальными мультиплексорами называют маршрутом, между двумя соседними мультиплексорами (кросс-коммутаторами) - мультиплексорной секцией, а между двумя соседними регенераторами или между регенератором и мультиплексором (кросс-коммутатором) - регенерационной секцией.

ОБОРУДОВАНИЕ И КОМПАНИИ

Разумеется, в одном журнальном обзоре невозможно охватить всех производителей, выпускающих оборудование SDH и DWDM. Поэтому мы сможем рассказать лишь о части оборудования, представленном на российском рынке. В таблицах приведены основные технические характеристики по нескольким группам оборудования SDH и DWDM. В Таблице 3 представлены наиболее известные модели компактного оборудования SDH, используемые для построения корпоративных сетей и организации высокоскоростного доступа. Таблица 4 посвящена оборудованию SDH уровней STM-1/4/16, а в Таблице 5 дана информация по мультиплексорам уровня STM-64, используемых как точки доступа к оптическим сетям. В Таблицу 6 включено различное оборудование DWDM.

Alcatel. Компания Alcatel представляет на рынке семейство продуктов OPTINEX для операторов связи. В соответствии с принятой концепцией, на периферии сети используется оборудование SDH с интегрированными функциями IP и ATM. На магистральных сетях предпочтение отдается DWDM с поддержкой динамической реконфигурации оптических трактов, а также технологиям SDH. Ряд продуктов DWDM оптимизирован для сетей городского масштаба.

Для создания сетей высокоскоростного доступа может быть использовано устройство Alcatel 1640 FOX, являющееся мультиплексором ввода/вывода уровня STM-1/4. Устанавливаемый дополнительно модуль коммутационной матрицы АТМ и маршрутизатора IP упрощает подключение к глобальным сетям.

С помощью мультиплексора Alcatel 1650 SMC можно создавать локальные и корпоративные сети SDH уровня STM-1/4. Мультиплексор Alcatel 1660 SM предназначен для построения более масштабных сетей уровня STM-1/4/16. Так же, как и предыдущие модели, он поддерживает функциональность АТМ и IP. Если данный мультиплексор используется в сети уровня STM-16, то он может быть оснащен оптическим интерфейсом с «окрашенной» длиной волны, что обеспечивает непосредственное взаимодействие с устройствами DWDM без промежуточных конвертеров.

Устройства Alcatel 1670 SM и 1680 SM предназначены для создания высокоскоростных магистральных сетей. Первая модель представляет собой мультиплексор ввода/вывода с поддержкой уровней STM-16/64 и может непосредственно обслуживать трибутарные интерфейсы PDH. Вторая работает исключительно на уровне STM-64 и служит своеобразным шлюзом доступа к оптическому уровню сети.

В семейство OPTINEX входят три модели оборудования DWDM. Alcatel 1686 WM - система с поддержкой 16 или 32 оптических каналов. Каждый из них способен работать на скоростях от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с. Разновидность данной модели категории metro - Alcatel 1686 WM Metro - оптимизирована для городских сетей. Для высокопроизводительных магистральных сетей подойдет модель Alcatel 1640 WM, обеспечивающая мультиплексирование до 80 оптических каналов.

Lucent Technologies. Компания Lucent Technologies выпускает целую гамму оборудования синхронной передачи и оптического уплотнения, объединенных общим названием WaveStar.

Младший модельный ряд SDH состоит из трех моделей мультиплексоров STM-1. Они могут использоваться для создания магистральных сетей и организации доступа. Для решения последней задачи предназначен WaveStar AM-1 Plus. Причем, в зависимости от комплектации, он способен работать и с потоком STM-4. Это небольшое устройство имеет настольную конструкцию, по габаритам и форме весьма схожую с модемами пятилетней давности. В этот мультиплексор можно вставить одну дополнительную плату, расширяющую его возможности по подключению оборудования с различными интерфейсами.

Для сетей иерархий STM-1, STM-4, STM-16 предлагается три модели с индексом ADM. Наиболее мощное устройство в этой группе - интеллектуальный мультиплексор WaveStar ADM 16/1. Он позволяет осуществлять кросс-коммутацию потоков Е1 и получать к ним доступ непосредственно на уровне STM-16.

Если пропускной способности в 2,5 Гбит/с окажется недостаточно, то можно установить высокопроизводительный мультиплексор WaveStar TDM 10G, работающий на уровне STM-64. Но при этом имеющиеся мультиплексоры более низких уровней придется сохранить, так как самым низкоскоростным трибутарным интерфейсом является STM-1.

Оборудование DWDM компании Lucent Technologies включает в себя семейство WaveStar OLS и мультисервисную платформу Metropolis MSX. Наиболее простая система DWDM - WaveStar OLS 80G с поддержкой до 16 оптических каналов в диапазоне 1550 нм. Данная система в модификации WaveStar OLS 400G расширяется до 80 оптических каналов, а в модификации WaveStar OLS 1.6T - до 160 каналов. Каждый из формируемых каналов может передавать информацию со скоростью 10 Гбит/с (STM-64), что соответствует пропускной способности по одному оптическому волокну 1,6 Тбит/с.

Nortel Networks. Оборудование SDH и DWDM этой компании - одно из самых популярных в мире. Линейка устройств SDH представлена моделями TN-1X, TN-16X и TN-64X. Последняя модель выполняла роль точки доступа к оптической сети. Компания предлагает и компактные варианты мультиплексоров SDH, например TN-1C.

Среди оборудования DWDM стоит отметить OPTera Long Haul 1600, обеспечивающее высокую пропускную способность, и OPTera Metro 5000, предназначенное для создания скоростных сетей масштаба города.

Siemens. Так же, как и у других компаний, в арсенале Siemens целое семейство мультиплексоров, под названием TransXpress.

Мультиплексорное оборудование SDH в данном семействе представлено устройствами с поддержкой уровней иерархии от STM-1 до STM-64. Компактная модель SMA1K имеет две модификации, отличающиеся типом корпуса, числом и типами трибутарных интерфейсов. Модель SMA16 позволяет создавать мультиплексоры уровней STM-1/4/16. Такая универсальность обеспечивается большим выбором линейных интерфейсов. В качестве точки доступа к оптическим сетям может выступать устройство SL64, которое объединяет не только сигналы STM, но и Ethernet.

В области DWDM компания Sie-mens предлагает, наверное, самый широкий выбор оборудования для магистральных, региональных и городских сетей. Например, модель MTS2, созданная для магистральных сетей большой емкости и большой пропускной способности, способна передать до 640 каналов по 2,5 Гбит/с на расстояние свыше 1000 км. Для решения менее грандиозных задач можно воспользоваться оборудованием класса WL с поддержкой всего 8 или 16 оптических каналов.

ZTE. Эта китайская компания предлагает на российском рынке целый ряд оборудования SDH и DWDM. Устройство ZXWM-32 представляет собой систему уплотнения DWDM и позволяет достигать суммарной скорости передачи до 400 Гбит/с. Решение ZXSM-150/600/2500 является универсальной системой SDH, поддерживающей работу на уровнях STM-1/4/16.

Huawei Technologies. В последнее время компания Huawei стала проявлять заметную активность на российском рынке. Она работает во многих областях телекоммуникаций, включая создание оборудования для магистральных сетей. Для этого направления разработано семейство OptiX, куда входят мультиплексоры SDH уровней STM-1/4/16/64, оборудование DWDM на 16/32 канала и мультисервисная транспортная платформа MSTP. Последняя объединяет преимущества SDH и DWDM. В настоящее время создано всего три продукта, где реализовано MSTP. Все они предназначены для построения сетей городского масштаба и позволяют интегрировать трафик SDH, ATM и IP.

NEC (Черноголовка). Подмосковный завод научного приборостроения Российской академии наук, расположенный в поселке Черноголовка, уже несколько лет совместно с японской компанией NEC выпускает серию мультиплексоров STM. С их помощью можно создавать магистральные сети различных топологий уровней STM-1/4/16.

ECI Telecom. В январе 2001 г. подразделение, занимающееся соответствующим оборудованием, было преобразовано в компанию Lightscape Networks, входящую в группу компаний ECI Telecom. Этот производитель достаточно широко известен на российском рынке, где предлагает ряд мультиплексоров SDH, работающих на уровнях STM-1/4/16, а кроме того, одноплатный мультиплексор mic-roSDM-1 уровня STM-1.

Недавно Lightscape Networks выпустила новую серию универсальных мультиплексоров XDM, в котором на одной платформе интегрированы функции мультиплексирования DWDM, кросс-коммутации, маршрутизатора IP, коммутатора АТМ и мультиплексоров SDH. В настоящее время потребителям предлагаются три модели. Младшая, XDM 500, является шлюзом доступа из цифровых сетей в сети DWDM. XDM 1000 представляет собой мультисервисный коммутатор оптической городской сети. Старшая модель, XDM 2000, позиционируется компанией как многофункциональный интеллектуальный коммутатор. Все устройства способны манипулировать потоками от Е1 до STM-64.

В ДВУХ СЛОВАХ

Даже этот далеко не полный обзор оборудования SDH и DWDM наглядно показывает, какими бурными темпами идет развитие магистральных сетей связи. Самой важной задачей проектировщика такой сети станет оптимальный выбор устройств, которые позволили бы добиться максимально эффективного использования ресурсов сети и обеспечить ее легкую модернизацию в дальнейшем. Будем надеяться, что информация, изложенная в данной статье, поможет сделать первые шаги в построении современной магистральной сети.

Алексей Полунин - независимый эксперт. С ним можно связаться по адресу: [email protected] .

Прокладка кабеля в грунт.

DWDM с подключенными клиентами

Привет!
Я планирую магистральные сети «ВымпелКома» - куда идти, что строить и так далее. Сразу предупрежу – города для нас это как «материальные точки», внутри работают другие люди. В них мы заглядываем только для того, чтобы добраться до своих магистральных узлов.

Протяженность магистральной сети - 137 тысяч километров, пропускная способность уже более 8 Тб/с. Сейчас мы уже перешли Урал, находимся в Сибири, переходим Красноярск и планируем добраться до Читы.

Ниже - ещё фото, рассказ про оборудование и действия при обрывах.

Сеть растёт за счёт прокладки магистральных междугородных кабелей непосредственно «ВымпелКомом», покупки уже готовых каналов связи и аренды сетей там, где нет нашего присутствия. За последние годы строительство сети достаточно сильно активизировалось, так как аренда сетей основных магистральных провайдеров стала достаточно дорогой: требования по ширине канала постоянно растут. Ещё несколько лет назад необходимые ресурсы исчислялись сотнями мегабайт, а сейчас на многих участках уже нужны десятки гигабайт. Это в некоторой степени связано с увеличением количества абонентов, но в большей – с ростом популярности интернет-сервисов. В будущем эксперты предсказывают рост трафика и из-за доступности потокового видео, и из-за роста M2M-устройств типа различных датчиков с SIM-картой внутри.

Конечно необходимость любой стройки определяется экономикой, и, чем больше информационные потоки, тем лучше экономика строительства. К примеру, в сторону Урала из Москвы - сечение 440 Гигабит. Для связи междугородных узлов очень редко используем радиорелейное оборудование (оно осталось ещё кое-где на арендованных участках), в труднодоступных местах используем спутниковые каналы (например, на севере). Чаще всего прокладываем обычный кабель. В основном используется кабель с волокнами производства Corning или Fujikura рекомендации G.652, потом к нему подключаем магистральное DWDM оборудование.

Стойки с магистральным оборудованием DWDM

Ещё стойки с магистральным оборудование DWDM

Уплотнённая передача

Если абонент совершает звонок по телефону, то “голос” идет через контроллер (RNC) на коммутатор. Если он выходит во всемирную сеть, то пакетный трафик (дата) через SGSN и GGSN идет в интернет. Магистральная сеть используется для передачи как голоса, так и пакетного трафика между городами России, причем, независимо от расстояния.

DWDM с подключенными высокоскоростными client

Между узловыми точками (крупными маршрутизаторами) мы используем DWDM - спектральное уплотнение канала, мультиплексирование с разделением по длине волны. Работает это так: данные падают в аппаратуру спектрального уплотнения, через неё пробрасываем IP, выделенные каналы и так далее. Нагрузки соединяются в групповой сигнал и одним «чихом» передаются в другой город. Ключевые элементы этой системы – мультиплексор, объединяющий сигналы, и демультиплексор, осуществляющий «распаковку», самые дорогостоящие элементы – транспондеры. К ним непосредственно и подключаются потребители. Основные производители - Ciena и Huawei.

DWDM Ciena - все работает исправно (о чем свидетельствуют синие лампочки)

Раньше мы использовали SDH, сейчас перешли к гибкой и хорошо масштабируемой DWDM. Переход потребовал глубокой модернизации сети с установкой нового оборудования в точках концентрации трафика, а также на всей протяженности линии.

SDH с ограниченными возможностями и DWDM с «безграничными» возможностями

Кольца

Понятно, что обрыв магистральной сеть означает проблемы для тех, кто остался на изолированном участке. Соответственно, многие соединения закольцованы, то есть имеют как минимум по одному резервному каналу.

Правда, пару лет назад случилось практически невероятное – в двух местах кольца почти одномоментно порвали два канала. Теперь мы строим рассечки, чтобы увеличить надёжность и защититься от двойной или тройной аварии на сети.

Магистральные кабели рвут чаще, чем кажется, в основном - в городской черте. Типичные причины – застройка без разрешений, без проверки того, что закопано на участке, внезапный ремонт без согласований. Обычно вы такие аварии даже не замечаете, потому что практически везде - кольца, и для сети в целом это некритично. Мы выезжаем, ремонтируем.

Лет десять назад много обрывов было в сельской местности: деревенские жители с интересом наблюдали за прокладкой кабеля, для того чтобы выкопать, перерубить его лопатой в поисках меди. Сейчас люди уже догадались, что меди внутри оптических кабелей как-то нет. На моей памяти, за последние 10 лет только дважды обрывы кабеля были вызваны действиями охотников за медью. Ещё вспоминается, как магистраль рвало селевым потоком, как её перебивал экскаватор (вообще экскаватор - враг телекоммуникаций №1). Однажды прямо в кабель забили сваю.

Борьба людей и природы (cель)

Обрывы

В случае обрыва кабеля мы фиксируем аварию, сообщаем обслуживающей организации на месте, с которой заключен договор (режим работы 24/7). Есть сложные случаи, особенно они часты зимой, когда на системе управления сложно определить координаты обрыва кабеля. Тогда на месте инженеры берут рефлектометр и начинают искать обрыв. Рефлектометр - это такая штука, которая подаёт оптический импульс, и измеряет время возврата отраженного сигнала от места излома. Прибор, зная скорость сигнала, рассчитывает расстояние до места аварии. «Стрельнули» с одной стороны, потом с другой – стало понятно, где обрыв. Как правило, место видно – например, как я говорил выше, свая торчит или стоит экскаватор со свежей землёй на ковше. Иногда приходится искать подольше, но найти – не проблема. Под землёй оптоволокно само не рвётся, всегда что-то видно на поверхности.

Бригада делает ремонтную вставку - вырезается испорченный кабель, как правило, 20-120 метров. Понятно, что вставка ухудшает соотношение сигнал/шум, но линии строятся с запасом 3 децибелла (этот запас позволит построить около 15 километров вставок). Есть такие места (например на Кавказе), где на линии произошло уже по 20 аварий, резерва хватает. Скорость передачи данных от вставок не падает, ухудшаются характеристики линии. На практике, такого, чтобы из-за вставок пришлось перекладывать кабель, пока не было.

Укладка муфты в кабельную канализацию

Новый участок

Когда нужен новый участок сети, мы готовим бизнес-кейс, считаем затраты. Плюс добавляем данные по тому, что сэкономим при отказе от аренды, коммерческие специалисты прикидывают, сколько будет дополнительных продаж из-за возможности предоставления более широкого спектра услуг. Отдаём план финансистам, они дают заключение, строим или нет. Дальше делается детальное техническое решение, позволяющее нанять подрядчика и построить.

Ввод оптического кабеля в контейнер связи

Сейчас кабель стараемся по возможности закапывать в защитной полиэтиленовой трубе - это самый благоприятный метод. Не везде получается. Где нет возможности, тянем подвесом, используя опоры энергосетей или городских служб… Между городами – оптический кабель может быть размещен в грозотросе ЛЭП, или же используем самонесущий кабель по столбам освещения. Хорошо защищены кабели связи в метро, но там магистрали как таковой нет, обычные – местные сети, а это уже не моя стихия.

Информационные аншлаги через пару лет после прокладки

Спуск кабеля с опоры ЛЭП

НРП

Запас оптического кабеля на опоре

Укладка оптического кабеля (в ЗПТ) в грунт

Средние сроки реализации магистральных междугородных проектов в зависимости от сложности грунтов, характера землевладельцев составляют от года до двух, трех лет. Финалом строительства Мг магистрали являются: проверка участка сертифицированной измерительной аппаратурой, сдача линии в эксплуатацию. Собирается авторитетная комиссия, оформляется куча актов, документов и разрешений. Все это называется красивым словом – легализация. После этого - ура. Линия заработала.

Целесообразно делить территориальные сети, используемые для построения корпоративной сети, на две большие категории:

· магистральные сети;

· сети доступа.

Магистральные территориальные сети (backbone wide-area networks) используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Магистральные территориальные сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так как на магистрали объединяются потоки большого количества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом готовности, так как по ним передается трафик многих критически важных для успешной работы предприятия приложений (business-critical applications). Ввиду особой важности магистральных средств им может «прощаться» высокая стоимость. Так как у предприятия обычно имеется не так уж много крупных сетей, то к магистральным сетям не предъявляются требования поддержания разветвленной инфраструктуры доступа.

Обычно в качестве магистральных сетей используются цифровые выделенные каналы со скоростями от 2 до 622 Мбит/с, по которым передается трафик IP, IPX или протоколов архитектуры SNA компании IBM, сети с коммутацией пакетов frame relay, ATM, X.25 или TCP/IP. При наличии выделенных каналов для обеспечения высокой готовности магистрали используется смешанная избыточная топология связей, как это показано на рис. 20.5.

Рис. 20.5. Структура глобальной сети предприятия

Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. Если организации магистральных связей при создании корпоративной сети всегда уделялось большое внимание, то организация удаленного доступа сотрудников предприятия перешла в разряд стратегически важных вопросов только в последнее время. Быстрый доступ к корпоративной информации из любой географической точки определяет для многих видов деятельности предприятия качество принятия решений его сотрудниками. Важность этого фактора растет с увеличением числа сотрудников, работающих на дому (telecommuters - телекоммьютеров), часто находящихся в командировках, и с ростом количества небольших филиалов предприятий, находящихся в различных городах и, может быть, разных странах.

В качестве отдельных удаленных узлов могут также выступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных для получения информации о легальных клиентах банка, пластиковые карточки которых необходимо авторизовать на месте. Банкоматы или кассовые аппараты обычно рассчитаны на взаимодействие с центральным компьютером по сети Х.25, которая в свое время специально разрабатывалась как сеть для удаленного доступа неинтеллектуального терминального оборудования к центральному компьютеру.

К сетям доступа предъявляются требования, существенно отличающиеся от требований к магистральным сетям. Так как точек удаленного доступа у предприятия может быть очень много, одним из основных требований является наличие разветвленной инфраструктуры доступа, которая может использоваться сотрудниками предприятия как при работе дома, так и в командировках. Кроме того, стоимость удаленного доступа должна быть умеренной, чтобы экономически оправдать затраты на подключение десятков или сотен удаленных абонентов. При этом требования к пропускной способности у отдельного компьютера или локальной сети, состоящей из двух-трех клиентов, обычно укладываются в диапазон нескольких десятков килобит в секунду (если такая скорость и не вполне удовлетворяет удаленного клиента, то обычно удобствами его работы жертвуют ради экономии средств предприятия).

В качестве сетей доступа обычно применяются телефонные аналоговые сети, сети ISDN и реже - сети frame relay. При подключении локальных сетей филиалов также используются выделенные каналы со скоростями от 19,2 до 64 Кбит/с. Качественный скачок в расширении возможностей удаленного доступа произошел в связи со стремительным ростом популярности и распространенности Internet. Транспортные услуги Internet дешевле, чем услуги междугородных и международных телефонных сетей, а их качество быстро улучшается.

Программные и аппаратные средства, которые обеспечивают подключение компьютеров или локальных сетей удаленных пользователей к корпоративной сети, называются средствами удаленного доступа . Обычно на клиентской стороне эти средства представлены модемом и соответствующим программным обеспечением.

Организацию массового удаленного доступа со стороны центральной локальной сети обеспечивает сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS) . Сервер удаленного доступа представляет собой программно-аппаратный комплекс, который совмещает функции маршрутизатора, моста и шлюза. Сервер выполняет ту или иную функцию в зависимости от типа протокола, по которому работает удаленный пользователь или удаленная сеть. Серверы удаленного доступа обычно имеют достаточно много низкоскоростных портов для подключения пользователей через аналоговые телефонные сети или ISDN.

Показанная на рис. 20.5. структура глобальной сети, используемой для объединения в корпоративную сеть отдельных локальных сетей и удаленных пользователей, достаточно типична. Она имеет ярко выраженную иерархию территориальных транспортных средств, включающую высокоскоростную магистраль (например, каналы SDH 155-622 Мбит/с), более медленные территориальные сети доступа для подключения локальных сетей средних размеров (например, frame relay) и телефонную сеть общего назначения для удаленного доступа сотрудников.

Глобальная сеть Internet - самая крупная и единственная в своем роде сеть в мире. Среди глобальных сетей она занимает уникальное положение. Правильнее ее рассматривать как некоторую надсеть - объединение многих сетей, сохраняющих самостоятельное значение. Действительно, Internet не имеет ни четко выраженного владельца, ни национальной принадлежности. Любая сеть может иметь связь с Internet и, следовательно, рассматриваться как ее часть, если в ней используются принятые для Internet протоколы TCP/IP или имеются конверторы в протоколы TCP/IP. Практически все сети национального и регионального масштабов имеют выход в Internet.

Типичная территориальная (национальная) сеть имеет иерархическую структуру.

Верхний уровень - федеральные узлы, связанные между собой магистральными каналами связи. Магистральные каналы физически организуются на ВОЛС или на спутниковых каналах связи. Средний уровень - региональные узлы, образующие региональные сети. Они связаны с федеральными узлами и, возможно, между собой выделенными высоко- или среднескоростными каналами, такими, как каналы Т1, Е1, B-ISDN или радиорелейные линии. Нижний уровень - местные узлы (серверы доступа), связанные с региональными узлами преимущественно коммутируемыми или выделенными телефонными каналами связи, хотя заметна тенденция к переходу к высоко- и среднескоростным каналам. Именно к местным узлам подключаются локальные сети малых и средних предприятий, а также компьютеры отдельных пользователей. Корпоративные сети крупных предприятий соединяются с региональными узлами выделенными высоко- или среднескоростными каналами.

Иерархическая архитектура Internet может быть представлена так, как на рис. 20.1.

Рисунок 20.1 - Иерархическая структура территориальной сети

Внутри каждой автономной системы (AS) используется некоторый единый внутренний протокол маршрутизации, например IGP. Между AS маршрутизация подчиняется внешним протоколам, например EGP.

Информационная система WWW.

WWW (World Wide Web - всемирная паутина) - гипертекстовая информационная система сети Internet. Другое ее краткое название - Web. Это более современная система по сравнению с Gopher и предоставляет пользователям большие возможности.

Во-первых, это гипертекст - структурированный текст с введением в него перекрестных ссылок, отражающих смысловые связи частей текста. Слова-ссылки выделяются цветом и/или подчеркиванием. Выбор ссылки вызывает на экран связанный со словом-ссылкой текст или рисунок. Можно искать нужный материал по ключевым словам.

Во-вторых, облегчено по сравнению с Gopher представление и получение графических изображений. К 1996 г. в мире насчитывалось около 30 тысяч WWW-серверов.

Информация, доступная по Web-технологии, хранится в Web-серверах. Сервер имеет программу Listener, постоянно отслеживающую приход на определенный порт (обычно это порт 80) запросов от клиентов. Сервер удовлетворяет запросы, посылая клиенту содержимое запрошенных Web-страниц или результаты выполнения запрошенных процедур.

Клиентские программы WWW называют браузерами (brousers). Имеются текстовые (например, Lynx) и графические (наиболее известны Netscape Navigator и MS Explorer) браузеры. Sun предлагает браузер HotJava. В браузерах имеются команды листания, перехода к предыдущему или последующему документу, печати, перехода по гипертекстовой ссылке и т.п. Из браузеров доступны различные сервисы - FTP, Gopher, USENET, E-mail. Для подготовки материалов для их включения в базу WWW разработаны специальный язык HTML (Hypertext Markup Language) и реализующие его программные редакторы, например Internet Assistant в составе редактора Word или SiteEdit, подготовка документов предусмотрена и в составе большинства браузеров.

Для связи Web-серверов и клиентов разработан протокол HTTP, работающий на базе TCP/IP. Web-сервер получает запрос от браузера, находит соответствующий запросу файл и передает его для просмотра в браузер. Популярными серверами являются Apache Digital для ОС Unix, Netscape Enterprise Server и Microsoft Internet Information Server (IIS), которые могут работать как в Unix, так и в Windows NT, и Netware Web Server, предназначенный для работы в ОС Netware. Все три сервера поддерживают язык CGI, имеют встроенный HTML-редактор. Кроме того, в первых двух из них поддерживается стандарт шифрования SSL (Secure Sockets Layer) для защиты передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа. Опыт показывает, что для крупных серверов предпочтительнее платформа Unix, тогда как для серверов с малым числом транзакций лучше подходит ОС Windows NT.

На базе HTML создан язык виртуальной реальности VRML (Virtual Reality Modeling Language)- в нем дополнительно можно использовать 3D графику.

В новых ОС (например, ОС Cairo) ожидается появление специальных средств поиска информации в серверах Internet. Пример такой технологии RDF (Resource Definition Format) - упорядочение метаинформации наподобие библиотечных каталогов (классификация по содержанию). В настоящее время для облегчения поиска применяют информационно-поисковые системы (ИПС), располагаемые на доступных пользователям Internet серверах. В этих системах собирается, индексируется и регистрируется информация о документах, имеющихся в обслуживаемой группе Web-серверов. Индексируются или все значащие слова, имеющиеся в документах, или только словаиз заголовков. Пользователю предоставляется возможность обращаться к серверу с запросами на естественном языке, с сложными запросами, включающими логические связки. Примером таких ИПС может служить AltaVista. Например, для функционирования AltaVista фирма DEC выделила 6 компьютеров, самый мощный из них - 10-процессорная ЭВМ Alpha-8400, база данных имеет объем в 45 Гбайт. В этой ИПС к 1996 г. была собрана информация с 30 миллионов страниц Web-серверов.

18.Примеры телекоммуникационных сетей . Как сказано выше, крупнейшей международной глобальной сетью (а точнее сетью сетей) является сеть Internet. В 1996 г. к ней уже было подключено несколько десятков миллионов ЭВМ из более чем 140 стран. Сеть работает на протоколах TCP/IP. Сеть гетерогенная, узлы могут быть с ОС Unix, VMS, MS DOS и др. Взаимодействие узлов с разными ОС осуществляется через посредство файловой системы NFS. Unix-узлы подключаются непосредственно, другие узлы должны быть оснащены программами PCNFS или PCTCP. Для электронной почты используется несколько протоколов, один из них SMTP. Именно в Internet бурно развиваются рассмотренные выше технологии WWW, Telnet, FTP, DVE и т.п.

В настоящее время (1998 г.) в США реализуется несколько проектов развития национальных сетей с перспективой перехода в глобальный статус. В частности, это проект Internet2.

С 1995 г. в США функционирует сеть vBNS (Very high-performance Network Service). В этой сети используется технология IP-over-ATM. Корневая сеть построена на ВОЛС с пропускной способностью 622 Мбит/с. Внешние шлюзы представлены ATM-переключателями ASX-1000. К портам ASX-1000 подсоединяются непосредственно или через маршрутизаторы Cisco 7507 cети крупных научных и образовательных центров и автономные системы.

Global Network - планируемая фирмой IBM глобальная сеть ATM. Стратегическая задача - пользователи подписываются на ассортимент приложений и услуг, предоставляемых по сети, вместо покупки и сопровождения собственного программного обеспечения.

Среди множества других сетей отметим следующие.

DECNet - территориальная сеть фирмы DEC. Сеть стала открытой, благодаря сетевому программному обеспечению Pathworks. Pathworks поддерживает такие сетевые технологии, как Novell Netware, LAN Manager, AppleTalk. Могут объединяться сети Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25. Имеются средства для подключения IBM-mainframes. Реализуется спецификация CORBA - с помощью программы ObjectBroker осуществляются распределенные вычисления.

Глобальная сеть пакетной коммутации СПРИНТ (технологии X.25, FR) основана американской корпорацией Sprint Int. и Центральным телеграфом в Москве, в 1995 г. имела около 20 тыс. абонентов, доступ к Internet по TCP/IP.

Relcom/Relarn - широко известная IP-сеть электронной почты в России, имеющая выход на международные сети. Обеспечиваются также телеконференции в режиме off-line. Relcom - коммерческая сеть, услуги Relarn для университетов России бесплатны.

RUNNET - IP-сеть университетов России. Предполагаемые услуги - электронная почта, файловый обмен, доступ к распределенным БД, телеконференции. Благодаря скоростным каналам связи обеспечивается режим on-line. Верхний уровень сети составляют федеральные узлы (ФУ). Всего в первой очереди предполагается иметь 15 ФУ. ФУ в Москве и Санкт-Петербурге соединены между собой волоконно-оптической связью со скоростью до 2048 кбит/с, они являются центральными для остальных 13 ФУ, подключаемых по топологии "звезда" к одному из центральных ФУ по спутниковым каналам связи (64...512 кбит/с). Через центральные ФУ осуществляется выход на международные сети. Так, Санкт-Петербургский узел имеет волоконно-оптический канал связи с Финляндией и через него с другими международными сетями. Используются наземные станции спутниковой связи Кедр-М или Калинка с модемами SDM-650 и SDM-100. В качестве маршрутизатора в опорной сети (между ФУ) используется аппаратура CISCO 4000. Коммуникации с региональными узлами (РУ) осуществляются через коммуникационный сервер на i486 с ОС BSDi UNIX. Серверы приложений реализуются на компьютерах Pentium. Региональные узлы обслуживают отдельные регионы, число РУ - около 50. Скорости обмена РУ с ФУ - не менее 64 кбит/с.

РОСПАК - федеральная государственная сеть общего пользования. Услуги: электронная почта, доступ к БД в режиме on-line, к Internet, телеконференциям. Передача данных по протоколам X.25, TCP/IP, ведутся работы по реализации технологии АТМ. Пользователи сети работают более чем в 200 городах России. Предполагаются 14 магистральных центров коммутации пакетов, в каждом по 200 портов по 256 кбит/с; не менее 300 региональных центров, в каждом до 40 портов по 64 кбит/с. Терминальные центры - до 8 портов по 9,6 кбит/с, телефонные аналоговые линии.

Информационно-вычислительная сеть МГУ MSUnet имеет связи с рядом региональных и международных сетей: с сетью Спринт (выделенная линия 14,4 кбит/с), через нее с сетью Sprint Link в США (спутниковый канал 64 кбит/с); имеется связь с наземной станцией в Лондоне через спутниковый канал Телепорта (суммарная пропускная способность 2048 Мбит/с); планируется подключение к московскому общегородскому волоконно-оптическому каналу Moscow Backbone. С несколькими институтами РАН связь поддерживается по радиорелейным линиям. Локальная часть сети имеет два транспортных (магистральных) волоконно-оптических канала Ethernet, к которым подключаются внутренние локальные подсети. Удаленные пользователи могут работать в сети через сервер доступа по телефонным линиям и модемы.

Лекция 8 08.03.2017 4:50:00

Магистральные каналы передачи данных

Аналоговые магистральные каналы

Первые дальние линии передачи данных появились ещё в эпоху телеграфа. С развитием телефонии потребности в передаче данных на большие расстояния резко увеличились. Появилась необходимость в линиях связи, способных обеспечивать одновременное обслуживание нескольких телефонных разговоров. Такие линии связи получили название «магистральных». Первые магистральные линии телефонной связи представляли просто несколько обычных телефонных линий, проложенных параллельно. Это было не самое экономичное решение и в 30-х годах прошлого века появились первые системы уплотнения телефонных сигналов с частотным разделением каналов.

Принцип работы систем с частотным уплотнением следующий: стандартный телефонный канал обеспечивает передачу аналогового сигнала в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц, т.е. имеет полосу пропускания в 3100 Гц. С учетом особенностей человеческого голосового аппарата и возможностей распознания речи такая полоса пропускания обеспечивает понимание не менее 90% слов и 99% фраз. Для уплотнения (или мультиплексирования) несколько низкочастотных голосовых сигналов с помощью модулирования и фильтрации переносятся в более высокочастотный диапазон, причем каждому выделяется своя собственная полоса. Для исключения интерференции каждому сигналу шириной 3100 Гц выделяется полоса в 4000 Гц и они оказываются отделены друг от друга защитной полосой в 900 Гц.

Так первичный групповой тракт К-12 позволяет объединить 12 голосовых каналов и поместить их в диапазоне от 60 до 108 КГц. Вторичный тракт К-60 объединяет 5 первичных в диапазоне от 312 до 552 КГц. Его ширина 240 КГц что соответствует 60 полосам по 4 КГц для голосовых каналов.

Аналоговые магистральные линии разрабатывались задолго до цифровой эры и предназначались только для передачи голосового трафика. Конечно, с помощью модема в каждый голосовой канал можно нагрузить цифровым потоком мощностью в несколько килобит в секунду, но реализовывать столь экзотические схемы не потребовалось по причине прихода на магистральные линии цифровых технологий.

Технология плезиохронной цифровой иерархии (PDH)

Развитие полупроводниковых технологий позволило в начале 60-х годов перейти к цифровым методам передачи, которые имели значительные преимущества по сравнению с аналоговой передачей сигнала (достаточно сказать о возможности практически без потерь восстанавливать цифровой сигнал на регенерационном участке). Для оцифровки речевого сигнала стал применяться метод, названный импульсно-кодовой модуляцией (PCM - Pulse Code Modulation), согласно которому дискретные отсчеты сигнала, взятые с частотой 8 КГц, кодировались 8-ми битной последовательностью (квантовались), что давало цифровой поток 8КГц х 8бит = 64 Кбит/сек. Этот цифровой сигнал получил название DS0 (Digital Signal level zero), и, именно, он является тем строительным "кирпичиком", на базе которого создаются более мощные цифровые системы передач, емкость которых измеряется числом DS0, содержащихся в них.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. .

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24 абонентов. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей . Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерархии - Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал ТЗ, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Аппаратура T1, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре T1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети T1, а также более скоростные сети T2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована для международного применения. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости американской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различиями), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в международном стандарте являются каналы типа El, E2 и ЕЗ с другими скоростями - соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вариант технологии также был стандартизован ANSI.

Несмотря на различия американской и международных версий технологии цифровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения - DSn (Digital Signal n). В таблице приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

Иерархия цифровых скоростей

Или в графической форме:

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей.

Пользователь может арендовать несколько каналов 64 Кбит/с (56 Кбит/с) в канале Т1/Е1. Такой канал называется «дробным» (fractional) каналом Т1/Е1. В этом случае пользователю отводится несколько тайм - слотов работы мультиплексора.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов ТЗ/ЕЗ обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Физический уровень международного варианта технологии определяется стандартом G.703.

Как американский, так и международный варианты технологии PDH обладают несколькими недостатками.

Одним из основных недостатков является сложность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», используемый для этой технологии, говорит о причине такого явления - отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Поскольку мультиплексируемые потоки не были синхронными, их скорости могли различаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов, формирующих битовые последовательности, каждого из них. Поэтому при мультиплексировании таких потоков, необходимо производить вставку либо исключение бит для согласования скоростей.

Наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Так, чтобы извлечь из потока 140 Мбит/сек (Е4) поток 2 Мбит/сек (Е1) необходимо демультиплексировать Е4 на четыре потока 34Мбит/сек (Е3), затем один из Е3 на четыре потока 8 Мбит/сек (Е2), и только после этого можно вывести требуемый Е1. А для организации ввода/вывода требуется трехуровневое демультиплексирование, а затем трехуровневое мультиплексирование (Рис.2). Такой подход был самоочевидным для обслуживания телефонного трафика с его иерархической системой узлов коммутации каналов. Но использование системы PDH в сетях передачи данных требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию.

Другим существенным недостатком технологии PDH является отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень полезны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междугородные и международные сети. В современных сетях управлению уделяется большое внимание, причем считается, что управляющие процедуры желательно встраивать в основной протокол передачи данных сети.

Третий недостаток состоит в слишком низких по современным понятиям скоростях иерархии PDH.

В России федеральные операторы практически монополизировали рынок магистральных сетей Интернет. Они прокладывают самые толстые линии связи, а потом продают местным провайдерам право пользоваться ими. Но жизнь самих федеральных игроков – тоже не малина. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. А это огромные инвестиции, которые неизвестно, когда окупятся и окупятся ли вообще.

Магистральный Интернет в России

Глобальная магистральная сеть Интернет опоясывает всю планету, соединяя континенты, страны и отдельные города. По большому счету магистральная сеть – это те же волоконно-оптические линии связи, которые приносят Интернет в наши квартиры и дома, только с большей пропускной способностью (от 100 Гбит/с до 10 Тбит/с при использовании современного оборудования). Строительством и обслуживанием таких сетей занимаются либо провайдеры, предоставляющие связь напрямую абонентам, либо компании, работающие только с провайдерами и не имеющие дел с конечными потребителями. Первых, конечно же, больше.

В России строить трансграничные магистральные сети и передавать трафик за границу могут только крупные федеральные провайдеры, многие из которых не ограничиваются магистралями внутри страны. Например, оператор RetnNet имеет Интернет узлы и линии не только на западе РФ, но практически по всей Европе. А провайдер «Синтерра», который сегодня принадлежит «МегаФону», связывает Россию только с некоторыми странами восточной Европы, которые находятся недалеко от наших границ. Региональные (охватывающие некую область в РФ) и локальные (охватывающие только один или несколько населенных пунктов) провайдеры не могут строить свои магистрали за границу и вынуждены пользоваться чужими, а плата за трафик «капает» в карман федеральных игроков рынка.

Нажмите, чтобы увеличить

Но при этом если вы думаете, что быть федеральным провайдером легко и выгодно, то вы ошибаетесь. К таким операторам имеются очень высокие требования. В частности, они обязаны присутствовать по всей стране, во всех регионах РФ. В 2014 г. они должны зайти в каждый город с населением от 100 тыс. человек, а к 2018 г. их присутствие обязательно в городах с населением 8 тыс. человек. Во всяком случае, так гласит сегодня закон. Насколько это реально? Даже самым «толстым» провайдерам это крайне трудно сделать. Но зато они монополисты на рынке иностранного трафика.

В целом тенденции развития рынка магистрального Интернета в России следующие: до 2011 г. включительно провайдеры занимались расширением сетей и строительством новых линий, в 2012 г.они приостановили расширение и начали модернизировать сети, увеличивать пропускную способность, расширять каналы, в 2013 г. провайдеры опять переключились на строительство новых магистральных узлов и линий. Та же тенденция сохранится и в текущем 2014 г.

Топ-10 крупнейших магистральных провайдеров России

В России существует два сегмента магистральных сетей связи: внутрироссийские каналы и международные каналы направления «Москва – Санкт-Петербург – Хельсинки – Стокгольм».

В основном, магистральные провайдеры активнее занимаются одним из направлений, затрачивая больше средств и усилий для его развития, чем другого. Это более эффективный путь, поскольку не приходится гнаться сразу за двумя зайцами. Так, например, операторы RetnNet, «Раском», ТТК и TeliaSonera International Carrier Russia направлены на строительство магистралей за границей, а в России имеют лишь несколько линий связи. А вот такие операторы, как «Синтерра», «ВымпелКом», больше внимания уделяют внутрироссийским магистральным каналам.

Представляем вам 10 самых крупных магистральных провайдеров России:

1. «Ростелеком» – 500 тыс. км магистралей;
2. «МегаФон» (включая сети «Синтерра») – 118 тыс. км магистралей;
3. МТС – 117 тыс. км магистралей;
4. «ВымпелКом» – 137 тыс. км магистралей;
5. «ТрансТелеКом» (ТТК) – 76 тыс. км магистралей;
6. «Старт Телеком» – 16 тыс. км магистралей;
7. «Раском» – 8,6 тыс. км магистралей;
8. Orange Business Services – 8,5 тыс. км магистралей;
9. RetnNet – 5,7 тыс. км магистралей;
10. TeliaSonera International Carrier Russia – 2 тыс. км магистралей.

Первая пятерка лидеров – это федеральные российские провайдеры, которые вкладывают огромные средства в развитие своих сетей и являются практически монополистами во многих сегментах рынка высокоскоростного Интернета в РФ. Большинство операторов из второй пятерки не предоставляют услуги частным российским пользователям, а работают больше с другими провайдерами, предоставляя в аренду свои магистрали.

Топ-3 крупнейших магистральных провайдеров Москвы

Естественно, самые «толстые» магистральные каналы тянутся из-за границы в Москву, а уже из столицы по регионам расходятся линии зачастую с меньшей пропускной способностью. Москва – это очень важный узел, через который проходит огромная часть российского трафика, да и уровень проникновения Интернета в столице намного выше, чем в регионах. Вот почему московским провайдерам нужен более широкий канал.

Тройка крупнейших магистральных провайдеров Москвы выглядит так:

1. «Ростелеком» – 80 тыс. км оптоволокна в Москве и Московской обл.;
2. МГТС – 25 тыс. км оптических линий в Москве и Подмосковье;
3. «АКАДО Телеком» – 18,5 тыс. км линий связи по Москве и Подмосковью.

Как прокладывают магистральные линии в РФ. Взгляд обывателя

Как работают магистральные каналы? Какая аппаратура выдерживает те нагрузки, которые нужны для высокоскоростной передачи огромных объемов информации? Как выглядят и где проложены кабеля магистральных сетей? Давайте попробуем во всем разобраться.

Для того чтобы высокоскоростной Интернет появился в Архангельске, Нижневартовске, Нягани или любом другом городе, нужно протянуть в этот населенный пункт кабель. Причем кабель этот должен быть достаточно толстым и надежным, чтобы выдерживать те нагрузки, которые ему придется пережить. А что уж говорить о кабелях, соединяющих континенты... Но как раз этих самых толстых кабелей никто никогда не видел. Ну, во всяком случае, рядовой обыватель не отличит Интернет-кабель от любого другого, да и не особо интересуется этим.

Как работают магистральные каналы

Магистральные каналы, в основном, прокладываются под землей, тем более, что оптоволокно – это достаточно хрупкий материал, который боится сильных ветров, обледенения и падения веток деревьев. То есть непогода крайне негативно влияет на ВОЛС. Как раз поэтому магистральные волоконно-оптические линии закапывают. В отличие от локальных линий оптоволокна, ведущих к многоэтажкам и частным домам. Последние прокладываются по воздуху, по электрическим столбам.

Оптоволоконные магистральные сети состоят из линий (кабелей) и узлов (крупные маршрутизаторы). Большинство магистральных операторов используют сегодня технологию DWDM – спектральное уплотнение канала, мультиплексирование с разделением по длине волны. Информация в одном городе направляется в аппаратуру спектрального уплотнения, где сжимается до пакетов минимальных размеров и в виде сигнала направляется в другой город, где происходит обратный процесс – распаковка и дешифровка данных. Из необходимого для такого процесса оборудования – мультиплексор, демультиплексор, транспондеры (основные производители Cisco, Huawei, Ciena). Данная технология позволяет передавать большие объемы данных практически одним «броском», значительно ускоряя передачу и расширяя канал.

Обрывы кабеля

Магистральные кабели часто страдают от нерадивых строителей и незаконных застройщиков, которые копают котлованы и траншеи, не удосужившись узнать, не проходит ли какая-нибудь линия связи или коммуникаций в этом месте. Поэтому провайдеры подстраховываются, создавая резервные каналы, чтобы пользователи не страдали в случае обрыва кабеля в одном месте.

Поскольку, как уже было сказано, обрывы кабеля – явление частое, то и ремонт обрывов является обычным делом. Бригада приезжает на примерное место поломки и ищет точку обрыва. Обычно ее видно сразу, поскольку само по себе оптоволокно не рвется, всегда есть внешний фактор – экскаватор, стройка, свежая глубокая траншея (ведь кабель закапывают на глубину порядка 2-4 метров). Но если невозможно точно увидеть, где авария, то существует специальный приборчик – рефлектометр, который подает оптический импульс и по времени возврата определяет довольно точно место обрыва. Мастера-ремонтники вырезают поврежденный кусок кабеля и делают вставку нового. При строительстве линии связи закладывается запас мощности сигнала, ведь врезка несколько ухудшает скорость передачи. Кстати, на оптике, проложенной по воздуху, можно увидеть на столбах бухты с запасом кабеля. Они как раз для ремонта обрывов. Чтобы не делать врезки, которые ухудшат качество связи.

Проблемы магистральных сетей в России

Основной проблемой магистральных провайдеров в нашей стране являются, собственно, размеры России. Дело в том, что мало проложить магистраль, нужно еще и поддерживать ее нормальную работу, регулярно модернизировать и ремонтировать. А на такой обширной территории это бывает крайне трудно и дорого. Ведь одно дело – заменить оборудование на сети, протяженностью 100 км, а совсем другое – 100 000 км.

Поэтому провайдеры часто тянут до последнего с модернизацией, пытаясь сэкономить или хоть как-то повысить окупаемость сети. И ремонтируют сеть на некоторых участках десятки раз, до тех пор, пока мощности хватает еле-еле. И только когда уже совсем падает скорость и пропускная способность, заменяют весь участок магистрали.

В России вложения провайдеров в развитие и обслуживание магистральной сети зачастую огромные. Поэтому не судите операторов строго, они стараются сделать максимум, затратив как можно меньше денег. Кроме того, на них давят не только экономические условия, но еще и законодательство, обязывающее каждый год прокладывать все больше новых магистральных линий.

Магистральная сеть компании ОАО «Ростелеком»

Нажмите, чтобы увеличить

Магистральная сеть компании «МегаФон»

Нажмите, чтобы увеличить

Магистральная сеть компании «Синтерра», принадлежащей «МегаФону»