Problemy telekomunikacyjne

podstawowe dotyczące

realizacji przewodowego

dostępu do sieci Internet –

media przewodowe

Wykonali

Adam Kucharski

i

Maciej

Patakiewicz

Co to w ogóle jest Internet i jak

powstał?

• Internet (ang. International - globalna,

międzynarodowa; network - sieć, również

spotykany zapis: łac. inter - między, ang. net

- sieć; dosłownie międzysieć) –

ogólnoświatowa sieć komputerowa,

która jest

logicznie połączona w jednolitą sieć adresową

opartą na protokole IP (ang. Internet

Protocol). Sieć ta dostarcza lub wykorzystuje

usługi wyższego poziomu, które oparte są na

funkcjonowaniu telekomunikacji i związanej z

nią infrastrukturze.

• Początki Internetu wiążą się z

powstaniem Internetu ARPANET i
sięgają końca lat 60. XX wieku, gdy
amerykańska firma RAND Corporation
prowadziła badania studyjne nad
możliwościami dowodzenia i łączności
w warunkach wojny nuklearnej. Na
podstawie jej raportów podjęto prace
projektowe nad skonstruowaniem sieci
komputerowej mogącej funkcjonować
pomimo zniszczenia jej części.

• Przyłączenie komputera do Internetu możliwe jest z

wykorzystaniem wielu technologii, które pozwalają

urządzeniu komunikować się z pobliską bramką

posiadającą stałe połączenie z innymi systemami w

Internecie. Typowe rozwiązania wykorzystują linie

telefoniczne (modemy, cyfrowe linie ISDN, modemy

ADSL), inne technologie przewodowe (transmisja

przez sieci energetyczne, telewizję kablową) oraz

bezprzewodowe (GPRS, łącza satelitarne, Wi-Fi).

• Aby pracować w Internecie, komputer musi być w

stanie komunikować się z innymi systemami przez

protokoły z rodziny TCP/IP, a także posiadać

oprogramowanie klienckie pozwalające na

praktyczne wykorzystanie usług oferowanych przez

innych użytkowników.

Modem

• Modem (od ang. MOdulator-DEModulator) -

urządzenie elektroniczne, którego zadaniem

jest zamiana danych cyfrowych na analogowe

sygnały elektryczne (modulacja) i na odwrót

(demodulacja) tak, aby mogły być przesyłane i

odbierane poprzez linię telefoniczną (a także

łącze telewizji kablowej lub fale radiowe). Jest

częścią DCE (Data Communications

Equipment), które w całości wykonuje opisane

wyżej czynności. Nieodzowne do współpracy

jest DTE (Data Terminal Equipment) i to dopiero

stanowi całość łącza przesyłania danych. Dzięki

modemowi można łączyć ze sobą komputery i

urządzenia, które dzieli znaczna odległość.

W najstarszych modemach dane
były zamieniane na przerywane
dźwięki o częstotliwości 5 kHz i
składały się z przetwornika
elektrycznego, głośnika i
mikrofonu. W urządzenie to
wkładało się zwykłą słuchawkę
telefoniczną, która ponownie
przetwarzała dźwięki na impulsy
elektryczne. W tamtych czasach
firmy telefoniczne dopuszczały
przesyłanie torem telefonicznym
tylko sygnałów o przebiegu
sinusoidalnym, co znacznie
ograniczało dopuszczalne
prędkości transmisji, pierwsze
modemy miały prędkość
transmisji 300 bodów.

• Modemy elektryczne

• Współczesne modemy generują wprost impulsy elektryczne,

które przesyłane są bezpośrednio do kabla telefonicznego bez

pośrednictwa jakichkolwiek głośników i mikrofonów.

Współczesne modemy wykorzystujące sieć telefoniczną nie

generują przerywanych dźwięków o stałej częstotliwości lecz

sygnał jest kodowany za pomocą modulowanych fal o

częstotliwości od 5 do 15 kHz. Górna, fizyczna granica

szybkości przesyłu informacji od centrali do abonenta przez

zwykłe łącze telefoniczne to 56 kb/s, co można osiągnąć za

pomocą protokołów takich jak K56Flex i X2. Wartość ta wynika

z tego, że wewnątrz centrali sygnał przesyłany jest cyfrowo w

standardzie: poziom - 8 bitów, częstotliwość 8 kHz, jeden bit

musi być wykorzystany jako zegar i dlatego maksymalna

prędkość transmisji jest równa 56 kb/s.

• Publiczną sieć telefoniczną wykorzystuje się również do

znacznie szybszych połączeń, wymaga to jednak stosowania

odpowiednich urządzeń na centrali telefonicznej.

ISDN

• ISDN (ang. Integrated Services Digital

Network, czyli sieć cyfrowa z integracją

usług).

• Technologia sieci telekomunikacyjnych

mająca na celu wykorzystanie infrastruktury

PSTN do bezpośredniego udostępnienia usług

cyfrowych użytkownikom końcowym (bez

pośrednictwa urządzeń analogowych) (ang.

end-to-end circuit-switched digital services).

Połączenia ISDN zalicza się do grupy

połączeń dodzwanianych (komutowanych).

• Wyróżnia się dwa rodzaje dostępu do ISDN:

• Podstawowy. (ang. Basic Rate Interface - BRI lub Basic

Access - BA) - składający się z dwóch cyfrowych kanałów

transmisyjnych B (ang. Bearer Channel) o przepustowości

64 kB/s każdy i cyfrowego kanału sygnalizacyjnego D (ang.

Control Channel) o przepustowości 16 kb/s,

• Pierwotny - składający się z E1 (lub T1 w USA) oraz jeden D-

channel o przepustowości 64 kb/s

• W Polsce w ramach dostępu pierwotnego stosuje się 30

kanałów danych (głównie dane rozmowy) o przepustowości

64 kb/s każdy (tzw. kanały B), jeden kanał sygnalizacyjny

(kanał D) o przepustowości 64 kb/s oraz kanał służący do

synchronizacji strumienia E1 (również 64 kb/s).

• Na potrzeby obsługi kanałów danych B wykorzystuje się

protokół sygnalizacyjny DSS1, który jest przesyłany w

kanale sygnalizacyjnym D.

Zakończenie sieciowe ISDN

DSL

• DSL (ang. Digital Subscriber Line) – cyfrowa linia

abonencka, rodzina technologii

szerokopasmowego dostępu do Internetu.

Standardowa prędkość odbierania danych waha

się od 128 kb/s do 50000 kb/s, w zależności od

zastosowanej technologii DSL w danym kraju.

Dla technologii ADSL prędkość wysyłania danych

jest niższa od prędkości ich odbierania,

natomiast prędkości te są symetryczne w

technologii SDSL. Wynalazcą modemów DSL był

Joseph W. Lechleitter, pracownik firmy Bellcore,

który zademonstrował projekt budowy tych

urządzeń w latach 80.

• DSL jest główną konkurencją dla modemów

kablowych zapewniającą szybki dostęp do

Internetu użytkownikom domowym w Europie

oraz Ameryce Północnej. W standardzie ADSL

możliwa jest transmisja danych z prędkością 8

Mb/s na odległość 2 km przy użyciu skrętki

przewodów miedzianych. W przypadku dalszych

odległości widać wyraźny spadek maksymalnej

przepustowości. Najnowszy standard ADSL2+

daje możliwość przesyłania strumienia danych z

prędkością do 24 Mb/s, w zależności od

odległości do multipleksera dostępowego

cyfrowych linii abonenckich DSLAM (ang. DSL

Access Multiplexer).

• Według szacunków firmy badawczej Point Topic

pod koniec marca 2004 r. na całym świecie było

73,4 mln użytkowników dostępu do Internetu w

technologii DSL (najwięcej w Niemczech – ok. 15

mln, Chinach – 13,9 mln, Japonii – 11 mln i USA –

ok. 10,5 mln)

Według przeprowadzonego przez GUS badania

wykorzystania technologii informacyjno-

telekomunikacyjnych w gospodarstwach

domowych i przez osoby prywatne w 2006 r. z

szerokopasmowych połączeń internetowych w

technologii DSL korzystało 1,6 mln gospodarstw

domowych (12,7% wszystkich gospodarstw

domowych w Polsce z przynajmniej jedną osobą w

wieku 16-74 lata)

Jak to działa??

• W początkowych okresach działania usługi DSL

instalacja wymagała wizyty technika w lokalu

abonenta. Rozdzielacz sygnału (spliter) był

instalowany blisko punktu rozgraniczenia, z

którym instalowana była wydzielona linia. Dziś

wielu dostawców DSL oferuje abonentowi zestaw –

modem z instrukcjami do samodzielnego montażu.

Do prawidłowego działania usługi wymagane jest

wpięcie filtru DSL w każde gniazdo telefoniczne z

wyjątkiem tego, do którego podłączony będzie

modem. Filtr rozdziela pasmo na sygnał o

częstotliwościach powyżej 4kHz, które trafiają do

modemu oraz na sygnał o częstotliwości poniżej 4

kHz dla pozostałych urządzeń.

• W centrali telefonicznej sygnał jest

również separowany. Sygnał cyfrowy
kierowany jest do karty modemowej
a następnie do multipleksera, który
kończy cykle DSL sumując je i
przekazuje do kolejnego transportu.

A może tak trochę bardziej

szczegółowo??

•

W lokalnych centralach telefonicznych mowa jest próbkowana z częstotliwością

8000 Hz, kodowana w formie 8-bitowego sygnału i przesyłana dalej w postaci

strumienia danych 64 kb/s. Zgodnie z twierdzeniem Nyquista każdy sygnał

powyżej 4000 Hz nie jest przepuszczany przez sieć telefoniczną.

•

Przyłącze lokalne łączące centralę telefoniczną z większością abonentów jest

zdolne do przesyłania częstotliwości wyższych niż wynoszący 3,4 kHz limit

POTS. Limit ten może być wyższy w zależności od odległości i jakości przyłącza.

Technologia DSL wykorzystuje to wyższe, nieużywane pasmo przyłącza poprzez

tworzenie kanałów, o szerokości 4312,5 Hz każdy, zaczynających się pomiędzy

10 a 100 kHz, w zależności od konfiguracji systemu. Przydział kanałów jest

kontynuowany na wyższych i wyższych częstotliwościach (dla ADSL do 1,1 MHz)

aż do czasu, gdy nowe kanały będą uznane za nienadające do użytku. Każdy

kanał jest rozszerzony, aby nadawał się do użycia na więcej niż tylko jednej

trasie, jak jest to w przypadku połączeń POTS. Więcej nadających się do użytku

kanałów przyrównuje się do większego dostępnego pasma, dlatego ważnymi

czynnikami są odległość i jakość linii. Pula nadających się do użycia kanałów jest

rozdzielana na dwie grupy strumieni ruchu – wysyłania i odbierania – opartych

na wstępnie skonfigurowanych proporcjach. W założonej grupie odrębne kanały

są spajane w jedną parę cykli, każdy w innym kierunku. Podobnie jak analogowe

modemy, nadajniki DSL stale monitorują jakość kanałów i w zależności od tego,

czy dany kanał jest użyteczny, czy też nie, są one dodawane lub usuwane.

Splitter

• Splitter lub spliter (ang. split - podzielić) to

rodzaj filtru elektronicznego

wykorzystywanego do rozdzielania sygnałów.

Jeżeli w jednym przewodzie przesyłane są

dwa rodzaje fal o różnej częstotliwości, to

splitter pozwala na rozdzielenie ich od siebie.

Zwykle ma on jedno wejście i dwa wyjścia.

Odbiera dwa sygnały o różnych

częstotliwościach nośnych. Wewnątrz splitter

zawiera dwa filtry środkowo-przepustowe. Ich

charakterystyki są tak dobrane, że na każde

z wyjść trafia tylko odpowiedni sygnał.

Splitter od środka

DSLAM – czyli urządzenie, bez

którego nie jest możliwe

podłączenie DSL

• Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM) –

koncentrator cyfrowych linii abonenckich pracujących w

technologii xDSL.

• Jest to urządzenie multipleksujące dane przesyłane od

użytkowników linii DSL w kierunku sieci oraz

demultipleksujące dane przesyłane w kierunku przeciwnym.

Realizuje przyłączenie lokalnych użytkowników linii DSL-owej

do szerokopasmowej sieci szkieletowej. Coraz rzadziej

wykorzystywaną metodą multipleksacji w tych urządzeniach

jest multipleksacja w dziedzinie czasu TDM (ang. Time

Division Multiplexing). Jej miejsce zajmuje jej modyfikacja,

czyli statystyczna multipleksacja w dziedzinie czasu STDM

(ang. statistical TDM). Obecnie DSLAMy posiadają możliwość

obsługi ruchu priorytetowego, kształtowania ruchu w sieci

lub realizowania funkcji przełączających. Mogą pełnić

funkcje mostujące jak i trasujące. Można je wyposażyć we

wbudowane na stałe rutery IP lub przełączniki ATM-owe.