Телефонные сети и их использование для передачи данных. Технологии xDSL

Традиционные телефонные сети сокращенно называют ТфОП (телефония общего пользования). В зарубежной литературе они именуются PSTN (Public Switched Telephone Network – коммутируемая телефонная сеть общего пользования) или POTS (Plain Old Telephone Service – старый "плоский" телефонный сервис). Совместимость телефонных сетей на международном уровне обеспечивается благодаря усилиям Международного комитета по стандартизации в области телефонии и телеграфии МККТТ (CCITT, ныне ITU).

Аналоговые телефонные сети относятся к глобальным сетям с коммутацией каналов, которые создавались для предоставления общедоступных телефонных услуг населению. Аналоговые телефонные сети ориентированы на соединение, которое устанавливается до начала ведения разговоров (передачи голоса) между абонентами. Телефонная сеть образуется (коммутируется) с помощью коммутаторов автоматических телефонных станций.

Аналоговая телефонная сеть с коммутацией каналов предоставляет для пакетной сети услуги физического уровня, которая после коммутации является физическим каналом "точка-точка".

Обычная телефонная сеть обеспечивает пропускание голосового сигнала между абонентами с диапазоном частот до 3,1 кГц, что является вполне достаточным для нормального разговора. Для связи с абонентами используется двухпроводная линия, по которой сигналы обоих абонентов во время разговора идут одновременно во встречных направлениях. Телефонное оборудование имеет специальные средства разделения сигналов и эхоподавления (echo cancellation), которые препятствуют прослушиванию абонентом сигнала от собственного микрофона. Кроме передачи звукового сигнала, телефонная сеть поддерживает определенную систему сигнализации, обеспечивающую, по крайней мере, элементарные функции – определение снятия трубки абонентом, отработку набора номера, коммутацию, вызов, установление соединения по ответу абонента (собственно разговор), разъединение. Есть и дополнительные функции (например, определение номера).

Телефонная сеть состоит из множества станций, имеющих иерархические соединения между собой. Коммутаторы этих станций прокладывают путь между АТС вызывающего и вызываемого абонента под управлением информации, предоставляемой системой сигнализации. Магистральные линии связи между телефонными станциями должны обеспечивать возможность одновременной передачи большого количества информации (поддерживать большое количество соединений). Выделять для каждого соединения отдельную линию крайне расточительно, и для более эффективного использования физических линий применяют несколько методов. Раньше всех начали использовать метод частотного уплотнения каналов (FDM – Frequency Division Multiplexing) – по одному кабелю стали передавать множество каналов, в которых низкочастотный голосовой сигнал модулировал сигнал высокочастотного генератора. Каждый канал имеет собственный генератор, и частоты этих генераторов разнесены друг от друга настолько, чтобы передавать сигналы в полосе до 3,1 кГц с приемлемым уровнем разделения друг от друга. Аналоговые схемы уплотнения весьма капризны и критичны к уходу параметров элементов (от изменения температуры, влажности и просто старения), в результате чего страдает качество передачи, возрастает уровень перекрестных помех.

Впоследствии для магистральных передач стали применять цифровые методы. Для этого аналоговый сигнал от абонентской линии на телефонной станции оцифровывается и далее в цифровом виде доставляется на телефонную станцию адресата. Там он обратно преобразовывается и передается в аналоговую абонентскую линию. Для обеспечения двусторонней связи на телефонной станции каждое окончание абонентской линии имеет пару преобразователей – АЦП (аналого-цифровой) и ЦАП (цифро-аналоговый). Цифровые "путешествия" сигналов по сложным телефонным сетям гораздо меньше подвержены помехам, причем качество связи в отличие от аналоговых методов теоретически не ухудшается с увеличением дальности передачи. Для голосовой связи со стандартной полосой пропускания (3,1 кГц) принята частота квантования 8 кГц. Приемлемый динамический диапазон (отношение максимального сигнала к минимальному) обеспечивается при 8-битном преобразовании. Итого получается, что каждый телефонный канал требует скорости передачи данных в 64 кбит/с (8 бит х 8 кГц). Такой способ оцифровки речевого сигнала закреплен стандартом G.711.

Часто для передачи сигнала ограничиваются и 7-битными отсчетами, а восьмой (младший) бит "крадут" для целей сигнализации. В таком случае чисто голосовой поток сокращается до 56 кбит/с. В сетях ISDN преобразователи (ЦАП и АЦП) вынесли в абонентские телефонные аппараты, в результате по всем линиям связи этой сети передается только цифровая информация, что и обеспечивает высокое качество связи (отсутствие помех) практически независимо от дальности (в пределах охвата сети).

Выделенные физические линии имеют полосу пропускания гораздо более широкую, чем коммутируемые. Для них выпускаются специальные модемы, обеспечивающие передачу данных со скоростями до 2048 кбит/с и на значительные расстояния.

хDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

Технологии хDSL появились в середине 90-х годов.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия — Digital Subscriber Loop — цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных. К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL и др. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами.

Пакеты TCP.

TCP (англ. Transmission Control Protocol, протокол управления передачей) — один из основных протоколов передачи данных Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.

Выполняет функции протокола транспортного уровня в стеке протоколов IP.

Механизм TCP предоставляет поток данных с предварительной установкой соединения, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета, гарантируя тем самым, в отличие от UDP, целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.

Реализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере (например, программы для электронной почты, для обмена файлами). TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.

ТСР-сегменты отправляются как IP-дейтаграммы. Заголовок TCP, следующий за IP-заголовком, содержит информацию TCP-протокола.

· Порт отправителя.

· Порт получателя.

· Номер кадра. Номер кадра первого октета данных в этом сегменте.

· Поле номера кадра подтвержденного получения.

· Поле величины смещения данных. Оно содержит количество 32-битных слов заголовка TCP-пакета. Это число определяет смещение расположения данных в пакете.

· Резервное поле.

· Окно. Это поле содержит количество байт данных, которое отправитель данного сегмента может принять.

· Поле контрольной суммы.

· Поле указателя срочных данных. Это поле содержит значение счетчика пакетов, начиная с которого следуют пакеты повышенной срочности.

· Поле дополнительных параметров. Может быть переменной длины.

БИЛЕТ