1. Cel pracy

W warstwie transportowej sieci brak jest zdecydowanej prognozy, w jakim kierunku nastąpi rozwój systemów transportu telekomunikacyj­nego: czy nadal będą rozwijane systemy hierarchii synchronicznej SDH (Synchronous Digital Hierarchy) za­stępujące dotychczasową hierarchię plezjochroniczną PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), czy nastąpi do­minacja przekazów asynchronicznych ATM (Asynchronous Transfer Mode) coraz częściej stosowanych za­równo w sieciach komputerowych, jak i telekomunikacyjnych, czy też będą to sieci IP (Internet Protocol) które mogą służyć zarówno do transmisji danych, jak również do transmisji głosu (Voice over IP), czy też będą to sieci oparte o technikę WDM (Wavelenght Di­vision Multiplexing)? W pracy tej zaprezentujemy logiczne uzasadnienie i kierunek rozwoju sieci zarówno transmisyjnych jak i dostępowych biorąc pod uwagę następujące czynniki:

• zapotrzebowanie na nowe rodzaje usług;

• rosnące zapotrzebowanie na szybkość transmisji;

• protekcję i odtwarzanie;

• koszt i złożoność urządzeń należących do poszczególnych płaszczyzn transmisyjnych i dostępowych;

• dostępność technologii.

Druga zzęść pracy poświęcona sieciom lokalnym i rozległym ma na celu dokonanie analizy najszerzej stosowanych standardów sieci IP oraz ich integralności z innymi systemami. Analiza ta uwzglednia kilka aspektów. Poza bardzo istotnymi aspektami kosztowymi, pod uwagę wzięto również aspekty wydajnościowe określonych rozwiązań technicznych oraz praktyczne możliwości realizacji tych rozwiązań.

2. Wprowadzenie

1. Rozwój telekomunikacji

Początki telekomunikacji sięgają XIX wieku, kiedy to sformułowano funda­mentalne prawa fizyki i dokonano historycznych dla telekomunikacji odkryć. Milowymi krokami w tej dziedzinie były: przekaz sygnałów elek­trycznych telegrafem Morse'a (1832 r.), przekaz głosu za pomocą telefonu Bella (1876 r.), przesłanie pierwszego obrazu wirującą tarczą Nipkowa (1884 r.) oraz najprostsza komutacja połączeń w centralach automatycz­nych Strowgera (1892 r.).

Przekaz analogowy przez wiele lat był podstawą komunikacji na duże od­ległości, do czasu, kiedy łącza cyfrowe z modulacją PCM (Pulse Code Modulation), opracowane przez Reevesa (1938 r.), zaczęły w zasadniczy sposób umożliwiać zwiększanie efektywności przekazu długodystansowego. Pierwsze amerykańskie łącza cyfrowe PCM 24 o przepływności 1,544 Mb/s (1962 r.), a następnie europejskie PCM 30 o przepływności 2,048 Mb/s (1968 r.) za­początkowały długą drogę cyfryzacji sieci telekomunikacyjnych.

Od chwili, gdy Debye (1910 r.) ogłosił teoretyczne podstawy transmisji we włóknach światło­wodu, minęło ponad pół wieku, zanim został uruchomiony (1972 r.) system światłowodowy o atrakcyjnych dla telekomunikacji parametrach, a firma Corning Glass wyprodukowała pierwszy użyteczny światłowód (1975 r.), za pomocą którego była już możliwa optyczna transmisja informacji, oparta na mo­dulacji promienia świetlnego w laserze półprzewodnikowym (1970 r.).

Postęp w zakresie technologii przekazów światło­wodowych pozwala na około 10-krotne zwiększanie przepływności łączy optycznych średnio co 4-5 lat. Tak szybkie zmiany stwarzają zupełnie nowe perspektywy tworzenia szerokopasmowych sieci telekomunikacyjnych, je­szcze niedawno wykorzystywanych wyłącznie do przekazów głosowych.

Dzisiaj połączenia światłowodowe stają się głównym nośnikiem multi­medialnej informacji nie tylko w komunikacji dalekosiężnej, zapewniając wielokrotnie większe przepływności niż uzyskiwane w sieciach przewodo­wych i radiowych. Wykorzystanie wszystkich trzech okien transmisyjnych światłowodu do przekazów o cha­rakterze cyfrowym, prosta instalacja wzmacniaczy optycznych ze strukturami półprzewodnikowymi włóknami domieszkowanymi EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), a przede wszystkim zastosowanie nowych technik zwielokrotnienia falowego WDM i DWDM (Dense Wavelenght Di­vision Multiplexing) są podstawą tworzenia współczesnych łą­czy telekomunikacyjnych o terabitowych przepływnościach.

2. Rozwój technik transmisyjnych

Rosnąca z dnia na dzień ilość przesyłanych wiadomości użytkowych, zwiększana systematycznie o informacje operacyjne różnorodnych systemów telekomunikacyjnych, powoduje ciągłe poszukiwanie nowych, bardziej efektywnych metod transmisyjnych. Tradycyjne przewodowe sieci telekomunikacyjne ewoluują od klasycznych sieci telefonicznych PSTN (Public Switched Telephony Network), zdominowanych przez technikę komutacji łączy CS (Circuit Switched), w kierunku sieci cyfrowych z integracją usług ISDN (Integrated Services Digital Network), stosujących zarówno techniki komutacji łączy, jak i komutacji pakietów PS (Packet Switched). Kolejnym a niekiedy równoczesnym kierunkiem tej ewolucji jest wdrażanie cyfrowych sieci szerokopasmowych z integracją usług, opartych na technologii ATM, a także sieci IP opartych na tym protokole.

Stosowana do tej pory plezjochroniczna hierarchia cyfrowa PDH jest już powszechnie zastępowana hierarchią synchroniczną SDH, znacznie bardziej ekonomiczną przy łączeniu i wydzielaniu sygnałów informacyjnych w poszczególnych węzłach komutacji, a także zapewniającą wyższe szybkości transmisji. Zamiast obecnie stosowanych systemów plezjochronicznych PDH o przepływnościach 2, 8, 34, 140 czy 565 Mb/s sieci transmisyjne ewoluują w kierunku systemów hierarchii synchronicznej SDH zapewniających transmisje, o przepływnościach 155Mb/s, 622Mb/s, 2,5Gb/s oraz 10Gb/s .

Tradycyjnie stosowane klasyczne techniki transmisyj­ne z podziałem w dziedzinie częstotliwości FDM (Frequ­ency Division Multiplexing) - dominujące w systemach analogowych - ustępują miejsca systemom transmi­syjnym z podziałem w dziedzinie czasu TDM (Time Divi­sion Multiplexing), stosowanym głównie w przekazach cyfrowych. W najnowszych technologiach transmisji o charakterze cyfrowym, opartych na zaawansowanych tech­nikach światłowodowych, popularna staje się technika zwielokrot­nienia falowego WDM o kilkunastokrotnym, a nawet kilkudziesięciokrotnym zwiększeniu przepływności w stosunku do nominalnej szybkości transmisji w torze światłowodowym.

Pierwsze przekazy w superszybkiej technice światłowodowej DWDM (Dense WDM) o zwiększonej gęstości upakowania, sięgającej kilkadziesię­ciu (40) kanałów optycznych w jednym włóknie światłowodu, i kolejnej technice wysokiego zwielokrotnienia UWDM (Ultra WDM) są już stosowane komercyjnie przy realizacji kilku projektów globalnych kabli podmorskich łą­czących poszczególne kontynenty (Alcatel, Lucent Technologies). W naj­nowszych łączach tego typu osiąga się przepływność 400 Gb/s w jednym włóknie, co odpowiada łącznej przepływności do 3,2 Tb/s w jednym kla­sycznym kablu optycznym zawierającym osiem włókien światłowodowych. 0 gigantycznej przepływności takiego podmorskiego kabla niech świadczy fakt, że umożliwia on przekaz międzykontynentalnego ruchu generowane­go obecnie przez użytkowników całej sieci Internet.

Nowoczesne urządzenia transmisyjne SDH, stanowiące obecnie pod­stawę warstwy transportowej sieci telekomunikacyjnych, mogą realizować zarówno funkcje stacji końcowych, jak i regeneratorowych w torze transmi­syjnym lub spełniać funkcje przełączające w nowoczesnej sieci telekomuni­kacyjnej, wykorzystując krotnice transferowe typu ADM (Add Drop Multiplexer) bądź automatyczne przełącznice cyfrowe typu DXC (Digital Cross Con­nect).

3. Wzrost zapotrzebowania na nowe usługi

Równolegle z rozwojem platformy sprzętowej, mającej na celu zaspokojenie powszechnego popytu na podstawową usługę telekomunikacyjną POTS (Plain Old Telephone Services), rośnie popularność nowych, innych jako­ściowo usług teleinformatycznych opartych na systemach komutacyjnych. Jedną z nich są usługi telekomunikacyjnej sieci inteligentnej IN (Intelligent Network).

Dzięki stopniowemu udostępnianiu coraz szerszego pasma transmisyjnego w sieciach telekomunikacyjnych następuje wzrost zapotrzebowania na usługi multimedialne, z definicji wymagające większych szybkości przekazu. Do klasycznych usług multimedialnych o największym zapotrzebowaniu, a więc realizowanych w pierwszej kolejności, należą: wideofonia, wideokon­ferencje, telezakupy, teleusługi (bankowe, poligraficzne, medyczne, infor­macyjne i in.), teleedukacja, telepraca, monitorowanie pomieszczeń oraz interaktywna telewizja obejmująca przede wszystkim dwie klasy usług wizyj­nych: wideo na żądanie VOD (Video on Demand) lub wideo prawie na żąda­nie NVOD (NearVOD).

Odrębną grupę stanowią usługi szerokopasmowe ukierunkowane na zastosowania biznesowe, umożliwiające: dostęp do zdalnych baz danych, usprawnianie działalności przedsiębiorstw rozległych i przekaz danych mię­dzy nimi przez dedykowane sieci pakietowe (X.25, Frame Relay), z tenden­cją do przechodzenia na technologię ATM oraz IP. W tym zakresie działalności zna­czącą rolę zaczyna odgrywać technika internetowa (intranety), dostarczają­ca zaawansowane usługi informacyjne w przedsiębiorstwie, przy redukcji kosztów własnych transmisji długodystansowej (równoczesny przekaz gło­su, danych i obrazu). W zakresie zastosowań gospodarczych powstaje no­wa, kolejna internetowa technologia przekazu (extranety) - związana z umacnianiem kontaktów firmy z klientami, przyczyniająca się do popula­ryzacji wielu usług komercyjnych, takich jak: sprzedaż wysyłkowa, powsta­wanie zdalnych biur obsługi klienta czy świadczenie płatnych usług informacyjnych różnego typu.

W wyniku strukturalnych zmian, jakie obecnie zachodzą w telekomuni­kacji, obowiązujący do tej pory podział na usługi głosowe i usługi transmisji danych, a także rozróżnianie sieci publicznych od prywat­nych sieci korporacyjnych przestają mieć istotne znaczenie. Z punktu widzenia użytkownika obydwa rodzaje sieci telekomunikacyjnych zaczynają dostarczać taki sam zestaw i zakres usług, a konkretnego abo­nenta coraz mniej interesują (z wyjątkiem kosztów bądź opłat miesięcz­nych) prawa własności do poszczególnych elementów sieci, stan infrastruk­tury technicznej czy sposoby realizacji oczekiwanych usług o wymaganej ja­kości. Przebiegająca na naszych oczach konwergencja usług i sieci tele­komunikacyjnych, czyli wzajemne zrastanie się funkcji sieci komunikacyj­nych o różnych rodowodach, wśród których dominowały do tej pory prywat­ne sieci pochodzenia komputerowego (dane) i publiczne sieci telekomuni­kacyjne (głos), powoduje, że coraz bardziej zanikają różnice pomiędzy tymi sieciami zarówno w ofercie usług, ich mobilności, jak też w obszarze infra­struktury technicznej.

W środowisku prywatnych sieci komputerowych konwergencja usług telekomunikacyjnych zaczyna być już widoczna przez:

• zastępowanie usług świadczonych dotychczas przez centralki abo­nenckie PABX (Private Automated Branch Exchange) serwerami komunika­cyjnymi telefonii komputerowej CTI (Computer Telephony Integration), za­instalowanymi w sieciach LAN,

• stosowanie przenośnych komunikatorów PDA (Personal Digital Assi­stants) o dużej mocy obliczeniowej, wysokiej inteligencji i efektywnej komu­nikacji, zdolnych do prowadzenia komunikacji głosowej;

• wdrażanie interfejsów technicznych i programowych API (Applica­tions Programming Interface) wyższego poziomu, ułatwiających komunika­cję między system operacyjnym a różnymi aplikacjami programowymi.

Zjawisko konwergencji usług, podobne jak w sieciach komputerowych, zaczyna stopniowo pojawiać się w „klasycznym" środowisku telekomunika­cyjnym, opartym do tej pory na sieciach publicznych, do którego przykłado­wo można zaliczyć:

• przesyłanie głosu i danych przez Internet w coraz bardziej powszech­nej usłudze głosowej VoIP (Voice over IP) i faksowej (wiadomości i dane), po­mniejszając w ten sposób całkowity koszt indywidualnych połączeń długo­dystansowych. Dla przedsiębiorstw korzystających z intranetu taki przekaz stanowi też tani sposób transportu sieciowego dla różnorodnych informacji medialnych;

• wprowadzanie szerokopasmowego dostępu abonenckiego ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), HDSL (Hierachy Digital Subscriber Line) do telekomunikacyj­nej sieci transportowej, rozszerzającego przepływność przekazów głosu, obrazu i danych na poziomie abonenta do 6-8 Mb/s. Niewątpliwie w niedalekiej przyszłości obie tendencje łączenia się sieci (także bezprzewodowych), obserwowane w formalnie odmiennych środowiskach, doprowadzą do jednolitej globalnej oferty usług telekomunikacyjnych opartej o heterogeniczne elementy sieciowe.

1. Trendy w telekomunikacji

Bez wątpienia podstawową przyczyną szybkiego rozwoju telekomunikacji w ostatnim okresie, oprócz zwiększonego zapotrzebowania użytkowników na usługi szerokopasmowe i lepszej ekonomiki tych przedsięwzięć, było wy­kształcanie się nowych technologii komunikacyjnych, wśród których największą rolę odegrały i dalej stanowią o przyszłości tego sektora nastę­pujące trendy:

• cyfryzacja, która stała się kluczem współczesnej technologii w środo­wisku telekomunikacyjnym dla: przesyłania, komutacji, przetwarzania, ko­dowania, kompresji, rozpoznawania i syntezy sygnałów głosowych za po­mocą procesorów sygnałowych DSP (Digital Signal Procesor).

• wzrost inteligencji sieci przez oferowanie nowych usług telekomuni­kacyjnych wspomaganych systemami komputerowymi i zapewniającymi prowadzenie dialogu użytkownik-komputer (IN, CTI, CAN) oraz komputer - ­komputer w przekazach intenetowych z użyciem formatu cyfrowego (e-mail, intranet, extranet).

Według przewidywań Gartner Group rynek przekazów in­ternetowych będzie powiększał się do końca 2001 r. w tempie 12,1 procenta rocznie, stając się podstawą obrotów globalnego handlu elektronicznego na świecie; zapewniając lepsze funkcjonowanie i przystosowanie na potrzeby użytkownika, dzięki sukcesywnemu poszerzaniu pasma transportowego (Gigabit Ether­net, ATM, SDH, WDM, DWDM) i wdrażaniu nowych technologii dostępu (FITL, xDSL, HFC). Powoduje to również stałe obniżanie kosztów komunikacji i transmisji niezależnie od położenia geograficznego abonenta.

3. Sieci teleinformatyczne

Ustabilizowany rynek publicznej sieci telefonii przewodowej wymagał najmniejszych nakładów związanych z rozwojem technologii wynikających głów­nie z adaptacji istniejącej sieci przewodowej i systemów komu­tacji do dodatkowych wymagań narzucanych przez telefonię komórkową, a także wzrostu nakładów na przekazy multimedialne, sieci inteligentne i zwiększanie przepływności dalekosiężnych traktów światłowodowych.

1. Elementy sieci transmisyjnej

1. Wzmacniacze sygnału

Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych podlega tłumieniu zarówno w przestrzeni otwartej, jak też w przewodach miedzianych. Aby przeciwdzia­łać zjawisku tłumienia sygnałów przez medium transmisyjne w celu zwięk­szenia zasięgu transmisji, używa się aktywnych urządzeń wzmacniających sygnały i rozmieszczanych w regularnych odstępach w torze telekomunikacyjnym jako:

• wzmacniacze - stosowane w sieciach analogowych, a powodujące wzmacnianie zarówno sygnału analogowego jak i szumów występujących kanale. W telekomunikacji są to dwukierunkowe wzmacniaki tele­komunikacyjne rozmieszczane co kilkanaście km, obecnie wychodzące z użycia

• regeneratory (repeators) - odtwarzające wyłącznie sygnały cyfrowe i przywracające zniekształconym impulsom ich pierwotną formę. Sposób regeneracji jest zdefiniowany w warstwie fizycznej modelu OSI, nie powodując żadnej modyfikacji informacyjnej sygnałów cyfrowych. Dla torów światłowodowych stosuje się regeneratory optyczne wtrącane w tor co kilkadziesiąt kilometrów, przy czym największym zainteresowaniem cie­szą się wzmacniacze optyczne EDFA.

1. Wzmacniacz światłowodowy

Aktywne wzmacniacze do regeneracji sygnałów optycznych stosuje się w przypadku, gdy długość łącza przekracza odległość regeneracyjną światło­wodu i wymagane jest wzmocnienie G (Gain) sygnału, kompensujące wtrą­coną tłumienność toru 1/G. Z wielu istniejących składników tłumienności największe straty mocy optycznej wnosi absorpcja materiałowa i rozpraszanie Rayleigha. Wzmacniacz optyczny rekompensuje wprawdzie straty mocy (maks. 30 dB) na odcinku kabla światłowodo­wego, zwiększając w ten sposób kilkakrotnie długość odcinka międzyrege­neracyjnego, nie stanowi jednak antidotum na występujące zjawisko dys­persji chromatycznej w medium transmisyjnym światłowodu, powodujące zmianę kształtu impulsu w miarę zwiększania odległości od źródła.

Największe zastosowanie wzmacniacze optyczne znalazły w transmi­syjnych liniach długodystansowych i podmorskich. Systemy transmisyjne najnowszej generacji ze wzmacniaczami EDFA rozmieszczonymi co ok. 80 km i włóknami światłowodowymi o przesuniętej dyspersji umożliwiają transmisję bezpośrednią na odległość do 9000 km.

2. Rodzaje wzmacniaczy optycznych

Łatwość konfigurowania struktury wzmacniaczy optycznych umożliwia włą­czenie ich w różnych konfiguracjach w tor światłowodowy, gdzie spełniają odrębne funkcje jako:

• wzmacniacz mocy optycznej lasera nadawczego,

• wzmacniacz liniowy lawinowy, rozmieszczany okresowo w torze świa­tłowodowym dla kompensacji tłumienności toru, co umożliwia tworzenie sieci przezrocrystej,

• przedwzmacnlacz odbiorcry, zapewniający obniżenie minimalnej mocy, wykrywanej przez fotodetektor odbiornika.

a) schemat łącza światłowodowego
















b) tor światłowodowy ze wzmacniaczem














































































Rysunek 1. Schemat toru światłowodowego oraz toru ze wzmacniaczem

1. Wzmacniacz EDFA

Pomimo opracowania wielu typów optoelektronicznych (półprzewodniko­wych, laserowych) regeneratorów sygnału w praktyce największe nadzieje są wiązane z wzmacniaczem optycznym EDFA, wzmacniającym bezpośrednio sygnał optyczny, bez po­trzeby jego konwersji na postać elektryczną. Szerokie pasmo przenoszenia wzmacniaczy EDFA (od 30 do 50 nm), co odpowiada zakresom częstotliwo­ści od 4 THz do 7 THz, umożliwia równoczesną transmisję na kilkunastu róż­nych długościach fali świetlnej, zwielokrotniając przepływność łącz w systemach ze zwielokrotnieniem długości fali WDM. Uzyskane szybkości transmisji (1991 r.) z zastosowaniem wzmacniaczy optycznych EDFA - bez kompensacji dyspersji chromatycznej - potwierdziły możliwość budowy łączy o pojemności transmisyjnej BL-15 (Tb/s)km:

• na odległość 4500 km przy przepływności 2,5 Gb/s (STM-16),

• na odległość 1500 km przy przepływności 10 Gb/s (STM-64).

Zastosowanie układów korekcyjnych, minimalizujących wpływ dyspersji światłowodu, pozwoliło uzyskać większą pojemność transmisyjną:

• BL-25 (Tb/s)km przy zasięgu 10 000 km i przepływności 2,5 Gb/s

• BL-70 (Tb/s)km prry zasięgu 21000 km i przepływności 2,5 Gb/s

1. Działanie wzmacniacza EDFA

Nowoczesny typ wzmacniacza optycznego EDFA, opartego na światłowodzie z domieszką erbu, pracuje na fali op o długości 1550 nm. Działanie wzmacniacza polega na wtrąceniu w tor światłowodowy kilkumetrowego włókna domieszkowanego erbem (równie innymi pierwiastkami ziem rzadkich, takimi jak neodym, praseodym) zmieniającego charakterystykę absorpcyjną włókna krzemowego. Pompa laserowa (980-1480nm) przez sprzęgacz optyczny energetyzuje jony erbu, które powracając do stanu podstawowego w fazie zgodnej z transmitowanym sygnałem dają efekt wzmocnienia promieniowania w zakresie 20-35 dB.

Zasadniczą zaletą wzmacniaczy EDFA są ich małe straty przy sprzęganiu ze światłowodowym torem transmisyjnym, gdyż opierają się na tej samej geometrii włókna i materiale rdzenia (domieszkowanego erbem) co jednomodowe włókna kwarcowe. Niewrażliwość na polaryzację sygnału oraz duża tolerancja na zmianę długości fali, w połączeniu z prostotą działania i niewielkim poborem mocy (5 mW przy wzmocnieniu od 24 dB), dowodzą celowości stosowania wzmacniacry EDFA w dalekosiężnych łączach transmisyjnych, zwłaszcza przy budowie kabli podmorskich i pojemności transmisyjnej BL. Realizację pierwsrych kabli podmorskich opartych na wzmacniaczach optycznych EDFA rozpoczęto w 1995 r.

1. Krotnice

Procedura łaczenia wielu kanałów komunikacyjnych o zróżnicowanej szyb­kości transmisji w jeden kanał o wysokiej przepływności (i rozdzielania tych kanałów w kierunku odwrotnym) dokonuje się w urzadzeniach cyfrowych zwanych przez informatyków multiplekserami, a przez tradycyjne środowi­sko telekomunikacyjne krotnicami. Funkcje krotnic są zróżnicowane w za­leżności od:

• rodzaju obsługiwanej sieci transmisyjnej,

• krotności,

• konfiguracji krotnic w konkretnej sieci telekomunikacyjnej.

1. Krotnica PCM

Zdalne przesyłanie sygnałów cyfrowych w systemach plezjochronicznych PDH wymaga stosowania urządzeń zwielokrotniających - zwanych krotni­cami PCM. Krotnice PCM sa dwojakiego rodzaju: zwielokrotnienia podstawowego PCM 30 o przepływności binarnej 2048kb/s oraz wyższych rzędów - o zwielokrotnieniu cyfrowym i przepływno­ściach 8448kb/s, 34 368kb/s oraz 139 264kb/s. Systemów PDH o naj­większych przepływnościach, wyższych od 140 Mb/s, nie stosuje się w kra­jowej sieci telekomunikacyjnej.

Zdaniem krotnicy PCM 30 jest zwielokrotnienie w kierunku nadawczym 30 analogowych kanałów telefonicznych w jeden zbiorczy sygnał cyfrowy o przepływności 2048 kb/s lub 31 kanałów cyfrowych, każdy o przepływności 64 kb/s w Jeden sygnał zbiorczy 2048 kb/s i demultipleksacja tych kanałów w kierunku odwrotnym.

Typ urządzenia	Liczba kanałów 64 kb/s	Przepływność (w kb/s)	Zasięg dla żył 0,4 mm (w km)
PCM2	2	160	powyżej 4,5
PCM4	4	336	4,5
PCM8	8	682	3,5
PCM10	10	784	3,0
PCM30	30	2048	1,7

Tabela 1. Systemy abonenckie o małej krotności

Na doświadczeniach systemu PCM 30 powstało wiele cyfrowych syste­mów abonenckich o mniejszej krotności: PCM2, PCM4, PCM8, PCM10. Umożliwiają one z pewnymi ograniczeniami transmisji danych, obsługę od­powiednio dwóch, czterech, ośmiu lub dziesięciu telefonicznych abonentów ­końcowych. Zasięgi i przepływności takich łączy są zróżnicowane.

2. Krotnice wyższego rzędu

Krotnice zwielokrotnienia wyższych rzędów - oznaczane 2/8, 8/34, 34/140 Mb/s - powinny zapewniać zwielokrotnienia cyfrowe 4 wejścio­wych sygnałów składowych o przepływnościach 2048 kb/s, 8448 kb/s lub 34 368 kb/s, w jeden kanał zbiorczy o przepływnościach odpowiednio 8448 kb/s, 34 368 kb/s lub 139 264 kb/s oraz ich rozdzielanie w kierun­ku odwrotnym na sygnały składowe.

W krotnicach wyższego rzędu stosowanych w systemach plezjochro­nicznych PDH, poza multipleksacją, odbieraniem czterech sygnałów skła­dowych i utworzeniem sygnału zbiorczego następuje: przekształcenie sy­gnałów składowych z kodu liniowego na sygnały binarne, odtworze­nie zegara, wykrycie informacji alarmowej i zaniku sygnału składowego, a także odebranie zdalnych alarmów i przetwarzanie sygnału zbiorczego na kod liniowy. Nowe krotnice PCM są do­datkowo wyposażone w zespoły dozoru jakości transmisji, mierzące stopień skupienia błędów w czasie, potrzebny do wprowadzania centralnego, kom­puterowego systemu nadzoru TMN dla całej sieci telekomunikacyjnej.

3. Urządzenia SDH

W synchronicznych systemach cyfrowych SDH, w zależności od zastosowania i pełnionej funkcji można wy­odrębnić następujące rodzaje krotnic:

• końcowe TMX umożliwiające zwielokrotnienie sygnałów plezjochro­nicznych w sygnał zbiorczy STM-n (Synchronous Transfer Mode-n);

• liniowe LMX łączące sygnały SDH niższego rzędu w wyższe (4xSTM-1 w jeden strumień STM-4, 4xSTM-4 w jeden STM-16, 16xSTM-1 do STM-16);

• transferowe ADM zapewniające wydzielanie (i łączenie) dowolnego kanału wchodzącego w skład sygnału zbiorczego STM-n, bez konieczności jego całkowitej demultipleksacji (za pomocą kontenerów VC-4);

• regeneratory REG nie zmieniające funkcji i krotności w węzłach, a służące wyłącznie regeneracji sygnałów cyfrowych;

• synchroniczne przełącznice cyfrowe DXC, SXC spełniające właściwą komutację dróg i ścieżek cyfrowych w sieciach synchronicznych.




Rysunek 2. Interfejsy logiczne krotnicy synchronicznej ADM/ SDH

Krotnice synchroniczne akceptują elektryczne i optyczne sygnały o różnych przepływnościach, z ich konwersją do wymagań toru światłowodowego - zdwojonego po stronie transportowej w celu podniesie­nia niezawodności sieci.

1. Multipleksery

Konstrukcja modułu transportowego STM-1 oraz umieszczonych w nim kontenerów VC jest tak pomyślana, aby ładowanie i rozładowanie informacji z/do kontenerów o dowolnie niższych poziomach przepływnosci, jak również tworzenie modułów wyższych rzędów było możliwe jednostopniowo, za pomocą inteligentnego multipleksera ADM (Add-Drop Multiplexer) z wbudowaną funkcją dołączania lub odłączania wymaganej przepływności. Multipleksery (krotnice synchroniczne) mogą być zdalnie rekonfigurowane z centrali zarządzającej, dostarczając użytkownikowi wymagane pasmo przenoszenia w dowolnym, czasie.

Multipleksery z funkcją ADM upraszczają proces demultipleksowania sygnałów o dużej przepływności, zapewniając równocześnie dużą niezawodność sieci przez automatyczne tworzenie drogi alternatywnej w układzie pierścieniowym.

System zarządzania nadzoruje wszystkie elementy sieci, w razie uszkodzenia automatycznie zmienia kierunek ruchu w torze, odtwarzając ruch aż do momentu naprawy uszkodzonego fragmentu, a ponadto zapewnia precyzyjną identyfikację miejsca, wezła lub odcinka niesprawnego toru przesyłowego.

W multiplekserach ADM stanowiacych integralną częścią systemu SDH są realizowane zarówno funkcje odłączania i zwielokrotniania, jak i zakończenia traktów liniowych. Zastępują one cały zestaw plezjochronicznych krotnic wraz z układami liniowymi dla światłowodowego toru przesyłowego po stronie zbiorczej. Od strony zbiorczej (główny trakt przesyłowy) multiplekser ADM generuje i akceptuje sygnał liniowy o znormalizowanej przepływności STM-N, przy czym ze względów niezawodnościowych interfejs jest podwójny z możliwością nadawania i odbioru sygnałów optycznych w obydwu kierunkach.

Rozróżnia się następujące rodzaje urządzeń w sieci SDH:

• multipleksery liniowe, spełniające funkcje prostych multiplekserów akceptujących sygnały wejściowe STM-1 (155 Mbit/s) i E4 (140 Mbit/s), bez możliwosci alokacji zawartości kontenerów wewnątrz modułu transportowego STM,

• multipleksery inteligentne, akceptujące wszystkie typy sygnałów plezjochronicznych, z możliwością przemieszczenia (rekonfiguracji) położenia kontenerów w module transportowym STM,

• multipleksery końcowe, w przypadku zastosowania na końcu łańcucha lub w połączeniach punkt-punkt (również jako dojście do pierścienia). Multiplekser może być skonfigurowany jako multiplekser końcowy, opcjonalnie z protekcją sekcji multiplekserowej dla portów liniowych i tributary. Jakkolwiek głównym zadaniem multipleksera końcowego jest zwielokrotnienie przychodzącego ruchu składowego (tributary) w pojedynczy liniowy sygnał zbiorczy (aggregate), wewnętrzne możliwości przełączania umożliwiają przeprowadzenie wymiany szczelin czasowych (komutacja czasowa) pomiędzy kontenerami wirtualnymi pomiędzy kontenerami niższego i wyższego rzędu w celu konsolidacji lub rozdzielenia przychodzącego ruchu składowego,

• multipleksery transferowe (add-drop), w przypadku zastosowania w konfiguracji pierścienia lub w transferowym punkcie łańcucha multiplekser wykorzystuje swoją potężną matryce, przełączającą aby umożliwić komutację ruchu pomiędzy dowolnym portem liniowym, a portem tributary, jak również dwoma wybranymi portami tributary, czy dwoma portami liniowymi. W topologii pierścienia można wybrać protekcję ścieżki dla wybranych lub wszystkich kontenerów VC,

• multiplekser węzłowy multiplekser synchroniczny może być zastosowany jako węzeł odgałęziający w topologiach gwiazdy wyłącznie z punktami pierścienia, w których ruch jest kierowany do odległych multiplekserów końcowych bezpośrednio z optycznej karty tributary. Obecność matrycy komutacyjnej w multiplekserze umożliwia dowolne budowanie i konfigurowanie przepływności liniowego sygnału zbiorczego z ruchu pochodzącego z wielu częściowo wypełnionych łączy tributary,

• cross-connect architektura multiplekserów synchronicznych SMA umożliwiająca pełną przełączalność ruchu pomiędzy modułami tributary sprawia, ze znakomicie sprawdzają się jako lokalne systemy cross-connect. Cross-connect można stworzyć posługując się pojedynczym multiplekserem jak również zestawieniem kilku multiplekserów w węźle. Przykładowym zestawieniem może być połączenie czterech multiplekserów SMA, pracujących w pierścieniach STM-N, zapewniające przepływ ruchu między pierścieniami bez udziału dodatkowych zewnętrznych cross - connectów. Powyższa konfiguracja multiplekserów synchronicznych jest bardzo ekonomiczna w porównaniu ze specjalizowanymi systemami cross-connect i stanowi idealne rozwiązanie w wielu aplikacjach.

Złożony proces multipleksownia jest realizowany w krotnicach za pomocą szybkich wyspecjalizowanych mikroprocesorów (zwykle za pomocą procesorów sygnałowych o dużej mocy przetwarzania bitowego).

1. Przełącznice DXC

Bezpośredni dostęp do różnych poziomów przepływności w zbiorczym strumieniu cyfrowym otwiera zupełnie nowe możliwości przez stosowanie elastycznych przełącznic cyfrowych DXC (Digital Cross Connect) realizujących raczej funkcje dotychczasowych central telefonicznych niż zwykłych przełącznic traktów komunikacyjnych. W sieciach synchronicznych SDH przełączanie to polega na okresowym, dynamicznym w czasie ustalaniu półstałych połączeń pomiędzy kanałami o różnej przepływności za pomocą ścieżek (torow) na poziomie kontenerów wirtualnych VC. Istotnym wyróżnikiem w odniesieniu do istniejących systemów komutacyjnych jest realizacja tych połączeń w trakcie sesji komunikacyjnej nadzorowana i zarządzana przez sieciowy system zarzadzajacy TMN (Telecommunication Management Network), a nie przez dysponenta, jakim w zwykłej centrali jest użytkownik/operator sieci telekomunikacyjnej. Rozwiązanie to umożliwia zmianę konfiguracji sieci przez zdalne przeprogramowanie węzłów (krotnic, multiplekserów przełącznic) na alternatywne drogi komunikacyjne, tworząc jeden samonaprawialny (self healing) mechanizm telekomunikacyjny. Z wielu funkcjonalnie odmiennych przełącznic synchronicznych dostosowanych do różnych przepływności transmisyjnych wyróżnia się dwa rodzaje:

• przełącznice typu DXC 4/4 przyjmujące strumienie 155 Mb/s (STM-1), 140 Mb/s (E4) oraz formatujące je do transportu swiatłowodowego o dużej przepływności 622 Mb/s (STM-4) oraz 2.5 Gb/s (STM-16) z przełączaniem kontenerów VC-4. Są one stosowane zwykle do tworzenia rdzenia pierścieniowej sieci SDH wyższego rzędu (regionalnej, krajowej),

• przełącznice typu DXC 4/1 (DXC 4/3/1) przyjmujące zwykłe strumienie cyfrowe o różnych przepływnościach (2 Mb/s, 34 Mb/s, 140 Mb/s, 622 Mb/s), jak również strumienie STM-1 (155 Mb/s) oraz krosowanie strumieni 2 Mb/s na poziomie kontenerów VC-11, VC-12, co zapewnia dużą elastyczność w adaptacji sieci telekomunikacyjnej SDH na niższym poziomie.

1. Urządzenia ATM

Multipleksacja (zwielokrotnianie), jest to prze­syłanie jednym kanałem sygnałów pochodzą­cych z wielu oddzielnych łączy wejściowych. Przedział cza­su, w którym multiplekser przyjmuje dane z jednego łącza, nazywa się szczeliną czasową. Możliwość niewykorzystania szczelin stanowi wadę multiplekserów z podziałem czasu. Takiej wady nie mają multipleksery statystyczne. Niektóre multipleksery kompresują i dekompresują dane. Multiple­kser statystyczny pobiera dane ze wszystkich obsługiwanych łączy wejściowych (kanałów, ścieżek) nie w rotacyjnie przy­dzielanych szczelinach czasowych, lecz dynamicznie, w za­leżności od rzeczywistej aktywności łącza, zbadanej metoda­mi wspieranymi algorytmami z dziedziny statystyki.










Rysunek 4. Multipleksowanie strumienia w systemie SDH (jednokierunkowe)




1. Multiplekser odwrotny

Stosowana w telekomunikacji technika przełączania umożliwia podział strumienia danych (napływających z dużą szybkością) na kilka strumieni o mniejszej szybkości przesyłania, wynikających głównie z istniejących możliwości technicznych łączy. Integrowanie i łączenie torów telekomunikacyjnych o niższych przepływnościach dokonuje się w multiplekserach odwrotnych. Multipleksacja odwrotna pozwala na rezygnację z i (dzierżawy) szybkich i zwykle kosztownych łączy telekomunikacyjnych przez bardziej efektywne wykorzystanie kilku łączy o mniejszej szybkości. Multiplekser odwrotny może być stosowany po obydwu stronach łącza transmisyjnego.

2. Multiplekser statystyczny

Najbardziej charakterystycznym elementem sieci ATM (telekomunikacyjne sieci transmisyjne i sieci komputerowe) jest multipleksacja wielu ścieżek i kanałów wirtualnych w jeden lub kilka strumieni cyfrowych. Takiej multipleksacji dokonują przełączniki zwane węzłami dostępowymi. Działanie multipleksacji statystycznej (etykietowej) w sieci ATM przedstawiono na rysunku 5.

a) strumień fizyczny komórek ATM w sieci








b) model ścieżki wirtualnej z multiplekserami ATM




STATMUX - multiplekser statystyczny

VP - ścieżka wirtualna

Rysunek 5. Działanie multipleksacji statystycznej (etykietowej) w sieci ATM




W technice ATM stosuje się tzw. multipleksację etykietowaną LM (Label Multiplexing), która interpretuje na bieżąco zawartość odpowiednich pól identyfikatorów VPI i VCI w komórkach nadchodzących asynchronicznie z wielu źródeł. Stosowanie multipleksacji statystycznej w odróżnieniu od tradycyjnej multipleksacji z podziałem czasu umożliwia analizę gęstości nadchodzącego ruchu z wielu źródeł wejściowych w celu dynamicznej zmiany przepływności kanałów, także priorytetowanie kierunków, przyspieszając proces transmisji w okresach natłoku. Dzięki temu właśnie uzyskuje się szybką i bez opóźnień obsługę połączeń multimedialnych w sieci ATM. Urządzenia te wymagają zwiększonych pojemności buforów pamięciowych i dużej szybkości przełączania wewnątrz magistrali multipleksujacej. Zwiększenie efektywności konkretnego łącza przy zastosowaniu multiplekserów statystycznych szacuje się na około 30%.

Do największych osiągnięć w tej kategorii urządzeń sie­ciowych zalicza się multipleksery zdolne transmitować w jednym włóknie światłowodu wiele niezależnych promie­ni optycznych o różnych długościach fal świetlnych.

Często jednak zachodzi potrzeba zastosowania kilku ta­nich łączy o niskiej przepływności zamiast jednego łącza wysokiej przepływności. Urządzenie przeznaczo­ne do rozdzielania szerokopasmowego strumienia danych na kilka strumieni o niższych pasmach nosi nazwę multiplekse­ra inwersyjnego lub odwrotnego. Spopularyzowane w ostat­nich trzech latach multipleksery inwersyjne ATM występują pod nazwą AIMUX (ATM IMUX). Dzięki tym urządzeniom operatorzy mogą zaoferować pasmo od kilku do kilkudziesięciu Mb/s.

Multipleksery cyfrowe funkcjonują najczęściej w łączach punkt-punkt, punkt-wielopunkt oraz w sieciach rozległych, których są integralnymi elementami. Ponadto, transportując w jednej linii pakiety danych, głosu i wideokonferencji, two­rzą infrastrukturalną bazę telekomunikacji prywatnej.

Multipleksowanie oraz konsolidacja ruchu telekomunika­cyjnego i informatycznego w liniach cyfrowych przynoszą wymierne korzyści, na przykład redukcję liczby linii dzierża­wionych czy tańszą komunikację WAN.

Jak wynika z tabeli multiplekserów cyfrowych, ich oferta rynkowa prezentuje się niezwykle okazale. Można więc wybrać urządzenia dla każdej konfiguracji:

• multipleksery dla sieci rozległych, charakteryzujące się największą liczbą linii telekomunikacyjnych, setkami kana­łów dla głosu i danych oraz niezawodnym oprogramowa­niem zarządzania sieciami,

• multipleksery dostępu, o niewielkiej liczbie połączeń z sieciami publicznymi (1--4) i przepływności do 2,048 Mb/s, przyłączane do odległych punktów multipleksowanych sieci LAN,

• multipleksery ze skalowalnym wejściem, ułatwiające wybór optymalnej konfiguracji dla ruchu telefonicznego, te­lefaksowego i transmisji danych w strukturach punkt-punkt oraz punkt-wielopunkt na łączach dla danych, głosu i wideo. Ruch asynchroniczny generowany przez terminale lub PC konsolidują tu multipleksery statystyczne o niższych para­metrach,

• multipleksery dla operatorów telefonii komórkowej itp.,

• multipleksery WDM i DWDM dla sieci o najwyższych przepływno­ściach.

Profil multiplekserów kształtuje w dużym stopniu ruch pochodzący z różnych sieci lokalnych. Niektórzy producenci wprowadzili moduły routerów dla protokołów IP oraz IPX, sporadycznie dla AppIeTalk. Transport dzwięku poprzez sieć Frame Relay nie jest efektywny z uwagi na to, że multipleksery opierają się na tech­nice cyfrowego, czasowego multipleksowania. Dlatego niektórzy producenci nie wspierają jeszcze głosu przez FR. Rośnie równocześnie liczba multiplekserów z interfejsem do sieci ISDN.

1. Transportowe przełączniki ATM

W publicznych sieciach telekomunikacyjnych wyróżnia się następujące typy przełączników ATM:

• Węzły dostępowe, które dokonują konwersji zróżnicowanych protokołów usługowych sieci lokalnych na jednolity schemat ATM, zapewniający efektywny transport danych przez zasoby publicznych sieci telekomunikacyjnych. Węzły dostępowe cechują się przepływnością na poziomie kilku Gb/s i są wyposażone w wiele interfejsów umożliwiających dołączanie sieci LAN, central PABX oraz terminali indywidualnych użytkowników,

• Przełączniki obszarowe, dokonujące integracji i dystrybucji ruchu w obsługiwanej strefie dzięki wyposażeniu ich sterowania w możliwości sygnalizacyjne. Oprócz standardowych interfejsów PDH i SDH / SONET, umożliwiających współpracę z publiczną siecią podkładową, przełączniki obszarowe są wyposażone w możliwość realizacji typowych usług pakietowych, takich jak: X.25, Frame Relay i SMDS. Przepływności węzłów obszarowych sięgają dziesiątków Gb/s,

• Przełączniki systemowe przeznaczone do kierunkowania zintegrowanych strumieni danych i przenoszące informacje sygnalizacyjne między dołączonymi do systemu segmentami sieci innych typów (N-ISDN, GSM itp.).

Technika ATM staje się obecnie najbardziej rozpowszechnioną technologią szkieletową dla złożonych sieci w korporacjach, miastach i regionach. Sprawdza się ona poza tym bardzo dobrze w warunkach przekazów multimedialnych, przy jednoczesnej transmisji głosu, obrazu i danych. ATM jest szerokopasmową technologią komunikacyjną przeznaczoną do przesyłania danych cyfrowych, głosu, sygnału wizyjnego i danych z dużą szybkością. Polega ona na zestawieniu połączeń między odbiorcą a nadawcą na podstawie informacji zawartej w przesyłanych komórkach informacyjnych o tej samej długości, co pozwala na przydzielenie odpowiedniego pasma przesyłania. Jest to szczególnie ważne przy przesyłaniu informacji głosowych i sygnału telewizyjnego, które wymagają stałego pasma oraz pojawiania się kolejnych komórek u odbiorcy w takiej samej kolejności, w jakiej zostały nadane.

Standard ATM nie definiuje konkretnego medium transmisyjnego między węzłami, lecz zasady komunikacji w sieci. Umożliwia to zastosowanie ATM w oparciu o już istniejącą infrastrukturę.

ATM sprawdza się z powodzeniem w funkcjach sieci lokalne ATM/LAN. Obecnie ATM wydaje się być nieco za drogi, aby konkurować w przypadku sieci lokalnych z Ethernetem. Rzadko kiedy zdarza się, aby możliwość uzyskania przepływności rzędu 2,5Gb/s miała rekompensować wysoką cenę tej technologii, w momencie, gdy znacznie tańszy Ethernet zapewnia już przepustowość 1Gb/s. Jest szansa, że ta technologia w przyszłości bardziej śmiało wejdzie jako technologia sieci lokalnych. Przede wszystkim jest to jednak technologia sieci rozległych.

Jak już wspomniano, komunikacja między dwoma urządzeniami w sieci ATM polega na zestawieniu połączenia. Mówi się tutaj o dwóch rodzajach połączeń wirtualnych. Są to kanał wirtualny i ścieżka wirtualna. Kanał wirtualny jest to jednokierunkowe połączenie logiczne przez sieć między dwiema stacjami końcowymi, ustanawiane i przełączane dynamicznie przez węzły pośredniczące sieci czyli przez fizyczne przełączniki ATM. Ścieżka wirtualna jest to wiązka kanałów wirtualnych przebiegających tą samą trasą i łącząca dwóch użytkowników lub grupę użytkowników zainstalowanych w tych samych węzłach dostępu.

Główną zaletą łączenia kanałów i ścieżek jest prowadzenie połączeń tą samą trasą. Są one razem zgrupowane i mogą być częściowo obsługiwane wspólnie. Proste jest wtedy do zrealizowania dodanie lub ujęcie kanału wirtualnego w ścieżce w razie zmiany zapotrzebowania na przepływność ponieważ nie trzeba powtarzać zestawiania trasy.

Koncepcja ścieżek i kanałów wirtualnych jest realizowana przez przydzielanie im identyfikatorów ścieżki wirtualnej VPI (Virtual Path Identifier) i kanałów wirtualnych VCI (Virtual Channel Identifier) w obrębie każdej ścieżki. Identyfikatory VPI i VCI znajdują się w nagłówku każdej komórki przesyłanej przez sieć ATM i są zwykle dodawane i usuwane w węzłach dostępu do sieci oraz modyfikowane przez węzły pośredniczące. Taka definicja połączeń umożliwia konfigurowanie logicznej struktury sieci niezależnie od jej topologii.

Połączenie dwukierunkowe między dwoma abonentami polega na zestawieniu kanałów lub ścieżek wirtualnych, przy czym połączenia te mogą mieć strukturę jedno lub wielopunktową następujących typów: unicast - dwukierunkowe między dwoma użytkownikami, multicast - z jednego punktu do wielu użytkowników, używane przy obsłudze konferencji lub broadcast - jednokierunkowe rozsyłanie wiadomości z jednego punktu do wielu.

Podstawowa jednostka danych w technologii ATM to komórka. Ma ona długość 53 bajtów (oktetów). Dzięki zastosowaniu pakietów o stałej długości łatwo jest przewidzieć wymagania danej aplikacji na określony zakres pasma i można zagwarantować stałą przepływność danych w określonym czasie.

Istnieją dwa typu pakietów związane a ich różnica polega na odmiennej konstrukcji nagłówka. Pakiety generowane w węzłach dostępu UNI (User to Network Interface) różnią się od pakietów tworzonych w przełącznikach sieciowych ATM polem GFC (Generic Flow Control). Pole to umożliwia korzystanie z jednego interfejsu UNI wielu stacjom roboczym.

Sieci ATM zawierają przełączniki, które - ogólnie rzecz biorąc - są urządzeniami wyposażonymi w wiele portów i realizującymi przełączanie komórek. Po nadejściu komórki do jednego z portów, przełącznik ATM odczytuje dane o jej miejscu przeznaczenia i wysyła do odpowiedniego portu wyjściowego. W przypadku gdy wiele przełączników połączonych jest ze sobą we wspólnej sieci, konieczne jest zastosowanie odpowiedniego protokołu routingu, który umożliwi wymianę między poszczególnymi przełącznikami uaktualnionych tablic połączeń. Wyróżnia się dwa typy przełączników: fabric-type (wyposażone w wiele portów i wykorzystywane w publicznych sieciach komunikacyjnych) oraz bus-based (magistralowe, z mniejszą liczbą portów, które nadają się do zastosowania bardziej w sieciach LAN).

Przełączanie odbywa się z dużą szybkością m in. dlatego, że przełączniki ATM realizują te operację sprzętowo. Przełączniki ATM nie mają warstwy sieciowej (w sensie modelu OSI). ATM jest techniką tzw. szybkiej komutacji pakietów, w tym sensie, że nie obejmuje żadnej kontroli błędów i w związku z tym nie jest spowolniona przez tego rodzaju operacje. Jeżeli jakaś komórka nie dotarła do celu albo została uszkodzona wtedy stacja końcowa musi jej ponownie zażądać od nadawcy. ATM nie odpowiada za ponownie dostarczenie bezbłędnej komórki, gdyż technika ta zakłada, że wykorzystywane będą wysokiej jakości, niepodatne na błędy, urządzenia transmisyjne.

ATM jest protokołem transportowym umiejscowionym mniej więcej w części MAC warstwy łącza danych w odniesieniu do OSI. Dzięki temu może być używany z wieloma różnymi topologiami warstwy łącza fizycznego i jest w stanie przesłać w sieci szkieletowej albo WAN pakiety dowolnego rodzaju po uprzednim ich przekształceniu do obowiązującego formatu 53- bajtowych komórek. Szybkości przesyłania danych w ATM są skalowalne tzn. zależą od możliwości warstwy łącza fizycznego. W ramach ATM nie istnieje żaden standard z góry narzucający szybkość transmisji, jak ma to miejsce np. w FDDI.

1. Urządzenia systemu WDM.

WDM ma zdeterminowany zakres wyboru długości fali i odstępu między falami. Tymczasem w istniejących urządzeniach nadawczych pracują lasery na przypadkowych długościach fal względem dozwolonego pasma WDM z wzmocnieniem. Zmiana laserów w systemie transmisji na 2,5 Gbit/s nie jest łatwa. Sensowne rozwiązania techniczne oferują transpondery czyli półprzewodnikowe konwertery długości fali przedstawione na rysunku 9.



Rysunek 9. Stosowanie WDM z konwersją długości fali pozwala zachować istniejące terminale

Konwertery długości fali to inaczej przełączniki widmowe, które odpowiednio dostrojone transponują roboczą długość fali urządzenia STM-16 na długość fali leżącą w paśmie WDM ze wzmocnieniem. Dzięki takim zabiegom można bez uszczerbku dla realizacji zwielokrotnienia falowego wykorzystać istniejące urządzenia optoelektroniczne. Po stronie odbiorczej przed odbiornikami optoelektronicznymi występuje demultiplekser. Możliwe są dwa warianty demultipleksowania:

1. Zastosowanie tzw. dynamicznej demultipleksji (rysunek 10a) gdzie jako demultiplekser występuje zwykły rozgałęziacz światłowodowy np. 1:4 i wszystkie cztery długości fal są podawane na odbiornik przez selektywny filtr optyczny na stałe ustawiony na roboczą długość fali.

2. Zastosowanie demultipleksji statycznej. W tym przypadku demultiplekser jest „rozgałęziaczem" widmowym, który separuje odebrane widmo optyczne na cztery długości fal podawane na odpowiednie detektory odbiorników optycznych (rysunek 10b).






















a) demultiplekser dynamiczny b) demultiplekser statyczny

Rysunek 10. Rodzaje stosowanych demultiplekserów w technologii WDM.

1. Urządzenia optycznego zwielokrotnienia falowego.

Optyczne zwielokrotnienie falowe wymaga dwóch urządzeń:

1. Multipleksera, który poszczególne długości fal wprowadzi do jednego światłowodu jednomodowego bez zniekształcenia sygnału optycznego. Najprostszym i powszechnie stosowanym urządzeniem jest sprzęgacz światłowodowy N:1. Technologia wykonywania sprzęgaczy jest dość zróżnicowana. Sprzęgacze 4:1 i 8:1 są wykonywane metodą zgrzewania skręcanych 4 (8) włókien, następnie miejsce zgrzania rozciąga się, pocienia, przełamuje w przewężeniu i spawa do pojedynczego światłowodu. (rysunek 10a).

2. Demultipleksera, który separuje poszczególne długości fal. Demultiplekser optyczny może być wykonany jako urządzenie złożone z rozgałęziacza optycznego i selektywnego filtru optycznego środkowopasmowego dostrajanego na zdanej długości fali. Jako rozgałęziacza możemy użyć odwróconego sprzęgacza w relacji 1:4 (rysunek 10b).

Technologia filtrów optycznych jest zróżnicowana . Najprostsze filtry wykonuje się w technologii warstwowej. Tworzy się stos do 20-30 warstw dielektrycznych napylonych i mających różną grubość i różny współczynnik załamania.

Demultipleksery statyczne to głównie siatki dyfrakcyjne odpowiednio profilowane, które separując poszczególne długości fal ogniskują strumienie optyczne na rdzeniach światłowodów lub bezpośrednio na detektorach odbiorników optycznych.

1. Wzmocnienie sygnału.

Regeneratory elektroniczne sygnałów optycznych można stosować tylko w odniesieniu do jednej długości fali optycznej. Wymagają one dokonania konwersji sygnału optycznego na elektryczny (rysunek 8a)



a)





































































b)




Rysunek 8. Regeneratory optoelektroniczne

a) w sieci transmisji jedno falowej z wzmocnieniem optycznym w systemie STM - 16

b ) w sieci transmisji z zwielokrotnieniem cztero falowym z wzmocnieniem optycznym w

systemie 4xSTM - 16.

Regeneracja sygnałów zwielokrotnionych falowo wymaga, demultipleksacji przed każdym regeneratorem i ponownego multipleksowania po regeneracji (rysunek 8b). Regeneratorów sygnału optycznego w odniesieniu do mocy, kształtu i czasu w domenie optycznej na razie nie są dostępne w zastosowaniach technicznych. W odniesieniu do sygnałów WDM regenerator optyczny powinien być szerokopasmowym, odnośnie wzmocnienia i falowo selektywny, odnośnie regeneracji kształtu i czasu trwania sygnału.

Współczesna technologia dysponuje tylko szerokopasmowym wzmacniaczem sygnałów optycznych w paśmie transmisji 1550 nm. Zatem regeneracja w paśmie DWDM w oknie 1550nm jest zapewniona.

Krotnice optyczne

Poniżej zaprezentowana została zasada działania optycznej krotnicy trtnsferowej ze zwielokrotnieniem falowym WDM.




Rysunek 3. Krotnica optyczna OADM (zwielokrotnienie falowe WDM)

1. Sieci transportowe

Architektura nowoczesnej sieci teletransmisyjnej powinna się charakteryzować:

• prostą strukturą hierarchiczną (zaleca się model co najwyżej trójwarstwowy- sieci lokalne, regionalne, szkieletowe)

• możliwościami rozbudowy zarówno elementów sieciowych jak i całych struktur (pierścienie itp.)

• otwartością na nowe technologie wysoką całkowitą przepływnością.

Przykładową architekturę nowoczesnej sieci teletransmisyjnej przedstawiono na rysunku 6 ?????????????.

1. Sieć szerokopasmowa składa się z następujących elementów:

Warstwa dostępu optycznego

• przełącznica optyczna OXCN

• optyczna krotnica transferowa OADM

• obsługa półstałych kanałów falowych ??????????????????

Warstwa transportowa SDH

• przełącznice cyfrowe DXC

• krotnice transferowe ADM

• obsługa półstałych strumieni cyfrowych ???????????????

Warstwa transportowa ATM

• przełączniki ATM

• obsługa kanałów / ścieżek

• kanały i ścieżki (komutowane, półstałe i wirtualne)??????????????

























































































Rysunek 6. Warstwy sieci szerokopasmowej

1. Techniki transmisyjne

1. WDM

Rozwój nowych usług telekomunikacyjnych, takich jak Internet, transmisja danych multimedialnych, wideokonferencje, itd. powoduje znacznie zwiększenie ruchu telekomunikacyjnego i wzrost obciążenia linii, zwłaszcza magistralnych. Tych ostatnich dotyczy zwłaszcza rozwój Internetu, gdyż względna łatwość połączenia z odległymi setwverami, znajdującymi się nawet na innych kontynentach, skutkuje wzrostem obciążenia ruchem linii międzymiastowych i rniędzynurodowych. Wszystkie te czynniki sprawiają, że przepustowość istniejących linii dalekiego zasięgu staje się niewystarczająca.

Operatorzy stanęli przed problemem budowy nowych kablowych linii światłowodowych bądź zwiększeniem przepustowości już istniejących. O ile pierwsze rozwiązanie jest koncepcyjnie proste, o tyle jest bardzo kosztowne, gdyż koszty kabla i jego instalacji stanowi na liniach dalekiego zasięgu większość kosztów (nawet 90%). Pozostała zatem druga możliwość, a mianowicie zwiększenie przepustowości już istniejących linii. Rozwiązaniem wydawałoby się najprostszym jest zwiększenie krotności zwielokrotnienia SDH (lub amerykańskiego odpowiednika SONET) z powszechnie obecnie wykorzystywanych systemów STM-4 (622 Mbit/s) i STM-16 (2.5 Gbit/s) do STM-64 (10 Gbit/s) i dalej. To co wydaje się proste w koncepcji, okazuje się trudne do wykonania w praktyce.

Po pierwsze bardzo trudna jest realizacja elementów elektronicznych pracujących przy tak dużych częstotliwościach. Dostępne komercyjnie systemy STM-64 (10 Gbit/s) pojawiły się dopiero niedawno, a niezbyt zaawansowane próby z elementami systemów 40 Gbit/s, odpowiadaj¢cym hipotetycznej krotności STM-256, są dopiero prowadzone w laboratoriach.

Technologia urządzeń WDM pozwala już teraz wprowadzić 4, 16 i 32 krotne zwielokrotnienie falowe, z równoczesnym wzmocnieniem optycznym. W wyniku rozwoju technologii optycznego zwielokrotnienia falowego, szerokopasmowego wzmocnienia optycznego i optycznego konwertera falowego, udostępniono techniczną możliwość stosowania WDM z wzmocnieniem w relacji transmisji optycznej punkt - punkt w torach transmisji dalekiego zasięgu.

Poza techniczną realizacją transmisji optycznej punkt - punkt, WDM odgrywa istotną rolę w rozwoju koncepcji optycznej sieci przezroczystej, realizując optyczne wejście i wyjście do toru transmisji (add/drop multiplexer), krosownicę optyczną (WDM cros - conect) oraz przełączanie falowe (wavelength routing).

??????????????????????????????????????????????


a)


b)


c)















λ2





Rysunek 7. Alternatywne sposoby zwiększania pojemności informatycznej sieci.

Oznaczenia: MUX - multiplekser WDM, DMUX ­demultiplekser WDM, OA - światłowodowy wzmacniacz optyczny, F - światłowód

U źródeł powstania systemów WDM leżała chęć zwiększenia przepływności linii, jednakże bez zwiększania szybkości transmisji. Zostało to osiągnięte przez niezależną, jednoczesną transmisję sygnałów binarnych o mniejszych krotnościach zwielokrotnienia SDH (STM-4, STM-16) na wielu długościach fal. Schemat blokowy systemu WDM pokazano na rysunku 7.

Dalszy wzrost przepływności może być realizowany przez:

• multipleksację w dziedzinie czasu 4 x 2,5Gb/s = 10 Gb/s (rysunek 7 a),

• multipleksację przestrzenną - instalując dodatkowe kable światłowodowe zwiększając ich liczbę o kolejne cztery włókna 4 x 2,5Gb/s = 10 Gb/s (rysunek 7 b),

• alternatywnym rozwiązaniem jest multipleksowanie falowe, gdzie cztery systemy STM - 16 z transmisją na różnych długościach fali można zmieścić w jednym włóknie (rysunek 7 c).

Jak wskazuje analiza ekonomiczna instalacji doświadczalnych, już zastosowanie cztero falowej multipleksacji przy zachowaniu istniejącej aparatury elektronicznej systemu STM-16, daje ewidentne korzyści ekonomiczne w porównaniu z multipleksacją czasową lub przestrzenną. Technicznie dopracowana technologia WDM już teraz umożliwia stosowanie multipleksacji 4, 8 i 16 falowej. Zapowiadane są technicznie możliwości stosowania zwielokrotnienia 32 i 64 falowego. Można więc uznać technologię WDM jako perspektywiczną w zwiększeniu pojemności informacyjnej istniejących traktów transmisyjnych.

1. Normalizacja międzynarodowa

W celu zapewnienia kompatybilności systemów WDM pochodzących od różnych producentów, Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ITU) prowadzi prace nad zaleceniem 6.692 dotyczącym wielokanałowych optycznych systemów WDM. W zaleceniu tym określono definicje parametrów systemów WDM i różnych ich składowych oraz wyznaczono zakres częstotliwości (długości fal), które mogą być wykorzystywane w systemach WDM.

2. Systemy komercyjne

Oferowane komercyjnie systemy WDM można podzielić na systemy WDM 1310/1550 nm i na tzw. systemy gęste WDM (DWDM) pracujące w oknie 1550 nm.

Te pierwze bazują jedynie na dwóch długościach fal: jednej z okna 1310 nm i drugiej z okna 1550 nm. Przez to wymagania na stabilność laserów są znacznie złagodzone, nie jest też konieczna wewnętrzna modulacja strumienia świetlnego. Systemy tego rodzaju są oferowane już od lat i są stosowane zarówno w światłowodowych sieciach dostępowych (np. niemiecki projekt OPAL) jak i liniach magistralnych (amerykańskie systemy SONET 1310/1550 nm). ??????????????

Drugi typ systemów jest oferowany komercyjnie od około 2 lat i obejmuje systemy 4., 8., 16., a ostatnio również 32. kanałowe w oknie 1550 nm. Ze względu na stosowanie tam zaawansowanych technologii systemy te stosuje się na liniach magistralnych, a koszt pojedynczego przekracza milion dolarów. Sprzęt tej klasy oferuje jedynie kilku producentów na świecie, spośród których można wymienić amerykańskie firmę CIENA, specjalizującą się w tego typu sprzęcie oraz kilka dużych firm takich, jak Lucent, Alcatel, Pirelli.

Przykładem komercyjnego systemu WDM jest system firmy Simens: TransXpress Infinity MTS. Infinity MTS jest elastyczną, modularną, otwartą pod względem interfejsów optyczną platformą wielkich przepływności. Jest perfekcyjnym rozwiązaniem dla aplikacji, które wymagają wysokiej wydajności, elastyczności i przepustowości, lub dla obszarów z ograniczoną liczbą włókien światłowodowych. Ze względu na swoją modułową budowę Infinity MTS umożliwia rozbudowę pojemności sieci wraz ze wzrostem zapotrzebowania na pasmo - "pay as you grow". Platforma transportowa Infinity MTS łączy liniowe wyposażenia końcowe LTE wykorzystując trzy różne typy elementów sieci:

• optyczny terminal transportowy;

• optyczny regenerator linowy;

• optyczny / elektryczny regenerator;

Dzięki zaawansowanemu zarządzaniu dyspersją Infinity MTS umożliwia dostawcom usług stosowanie systemu DWDM, który bazuje na przepływności 10 Gbit/s korzystając z istniejących linii światłowodowych. Infinity MTS jest skalowany do 3,2 Tbit/s. Siemens zaprojektował Infinity MTS jako system umożliwiający transmisję na duże odległości przy jednoczesnym zachowaniu niskich kosztów. Infinity MTS wymaga regeneracji elektrycznej co 600 km - co stanowi połowę wymaganej częstości dla konwencjonalnych systemów transmisyjnych o przepływności 10 Gbit/s. Dodatkowo, Infinity MTS dokonuje regeneracji dla sygnałów 10 Gbit/s w warstwie optycznej, co stanowi ułamek koniecznych do poniesienia kosztów w porównaniu z zastosowaniem regeneratorów SDH/SONET. Możliwe jest więc rozszerzenie długości pojedynczego połączenia do 10 000 km bez regeneracji lub zakończenia sieciowego wykonanego w technice SDH/SONET. Dzięki temu redukujemy nie tylko liczbę regeneratorów, ale także znacząco obniżamy koszty całkowite. ???????????????

Główne cechy:

• MTS to system wielkich przepływności o zasięgu do 600 km bez regeneracji elektrycznej przy transmisji sygnałów o przepływności 10 Gbit/s i przy odległości między wzmacniaczami optycznymi rzędu 100 km.

• przepływność do 320 Gbit/s z możliwością dalszej rozbudowy do 3,2 Tbit/s.

• transmisja dwukierunkowa na bazie pojedynczego włókna światłowodowego zwiększa wykorzystanie infrastruktury optycznej i możliwości przyszłej rozbudowy.

• system Infinity MTS jest zoptymalizowany dla transmisji kanałów o przepływności 10 Gbit/s oraz 2,5 Gbit/s. Możliwe są także aplikacje mieszane.

• Infinity MTS jest w pełni zintegrowany z rodziną produktów DWDM wraz z urządzeniami liniowymi STM-16 i STM-64 oraz z transponderami posiadającymi otwarte interfejsy dla przepływności 2,5 Gbit/s i 10Gbit/s.

1. Sieć transmisyjna WDM musi spełniać następujące kryteria:???????????

• Przezroczystość

• Żywotność

• Zarządzanie

Ograniczenia fizyczne

• Liczba kanałów w światłowodzie

• Liczba kaskadowo połączonych Wzmacniaczy optycznych

• Rozmiaru OADM

• Liczba kaskadowo połączonych węzłów optycznych

Parametry optycznej sieci transmisyjnej WDM przedstawione zostały w Tabeli 2:

Paramter	Dostępna wydajność	Limit
Liczba możliwych długości fali w światłowodzie	16-32	<200
Liczba kaskadowo połączonych wzmacniczy EDFA (2.5 Gbit/s client)	4-6	~30 (strata 20 dB),
Liczba kaskadowo połączonych wzmacniczy EDFA (10 Gbit/s client)	4-6	~15 (strata 20 dB),
Pojemność OADM (liczba add/drop)	4-8	Do pełnej przepustowości
Pojemność OXC	-	128x128
Liczba węzłów optycznych w kaskadzie	6-7	-
Liczba konwertowanych długości fali	1-2	5-10

Tabela 2. Główne parametry optycznego systemu WDM

1...16 x 2.5 Gbit/s	1...16 x 10 Gbit/s
Lmax: 6000 km	Lmax: 1500 km
Liczba kaskadowo połączonych OXC: 10, ze stratą OXC: < 0.2 dB
Liczba kaskadowo połączonych OADM: 10...50

Tabela 3. Główne parametry charakteryzujące maksymalny rozmiar podsieci WDM

1. Podsumowanie

Systemy WDM, również te oferowane komercyjnie, wychodzą już poza konfiguracje typu punkt-punkt poprzez użycie krotnic transferowych OADM, na razie ,jeszcze bez możliwości routingu. Wydaje się jednak, że systemy WDM są etapem przejściowym na drodze do realizacji sieci całkowicie optycznych (przezroczystych optycznie) wykorzyatujących konwersję częstotliwości i routing optyczny. W takich sieciach położenie między węzłami jest przezroczyste dla formatu transmitowanego sygnału. Zastosowanie zwielokrotnienia falowego z wzmocnieniem optycznym rozwiązuje problem zwiększenia pojemności informacji w transmisji dalekosiężnej w relacji punkt-punkt. Technologia WDM nie wymaga zmiany elektronicznych urządzeń systemu transmisji zwielokrotnianego falowo. Dzięki temu jest łatwa i ekonomicznie opłacalna w zastosowaniu do modernizacji istniejących traktów transmisyjnych. Stosując technologię WDM należy staranie zsynchronizować pasmo transmisji światłowodu, pasma wzmacniaczy EDFA, pasma demultiplekserów z długościami zwielokrotnionych długości fal.

1. SDH

Dla zapewnienia współpracy urządzeń SDH różnych producentów, w 1985r. w USA opublikowano standard SONET (Synchronus Optical NETwork). Prace nad tym standardem prowadził Amerykański Instytut Standardów - ANSI (American National Standards Institute). W standardzie SONET określono przepływności, formaty danych, parametry optyczne, protokoły sygnalizacji APS (Automatic Protection Switching -przełączanie na rezerwę) i nadzoru oraz inne parametry. W 1986 r. SONET-em zainteresował się CCITT (International Consultative Committee on Telephony & Telegraphy). W 1989r. opublikowano w Księdze Niebieskiej w zaleceniach G.707, G.708 i G.709 zbiór standardów określonych mianem SDH (Synchronous Digital Hierarchy).

Zalecenie G.707 określa stosowane przepływności binarne na poszczególnych poziomach zwielokrotnienia synchronicznego. W zaleceniu tym określono również strukturę modułu STM-1 oraz strukturę i funkcję nagłówka sekcji SOH. Zalecenie G.707 definiuje między innymi zasady zwielokrotnienia sygnałów składowych różnych poziomów hierarchii plezjochronicznej. Do chwili obecnej trwają prace nad szczegółami dotyczącymi standardów SDH.

Podstawy hierarchii synchronicznej wywodzą sie z amerykańskiego systemu SONET umożliwiającego współpracę swiatłowodowych urządzeń transmisyjnych różnych producentów z sieciami plezjochronicznymi.

W synchronicznej hierarchii cyfrowej zdefiniowano pięć poziomów zwielokrotniania, przy czym tylko trzy najniższe mają certyfikat ITU - T. Jako podstawową na najniższym poziomie przyjęto przepływność binarną  155,52 Mbit/s (dokładnie 155 520 kbit/s) dla modułu transportowego STM-1, umożliwiającą łatwą współpracę z siecią plezjochroniczną PDH o przepływności 140 Mbit/s. Przepływności wyższych poziomów są wielokrotnością poziomu podstawowego uzupełnioną o nagłówki: 

• STM-1 (155 Mbit/s),

• STM-4 (622 Mbit/s),

• STM-16 (2,5 Gbit/s),

• STM-64 (10 Gbit/s).

Stąd też przyjęte przepływności w systemie SDH odpowiadają standardom systemu SONET:

Przeplywność w Mbit/s	Styk optyczny SONET	Styk elektryczny SONET	Moduł transportowy SDH
51.84 OC	1 STS	1 STM	0
155.52 OC	3 STS	3 STM	1
466.56 OC	9 STS	9	-
622.08 OC	12 STS	12 STM	4
933.12 OC	18 STS	18	-
1244.16 OC	24 STS	24	-
1866.24 OC	36 STS	36	-
2488.32 0C	48 STS	48 STM	16
9953.28 OC	192 STS	192 STM	64

Tabela 4. Synchroniczna hierarchia cyfrowa SDH / SONET

• STM - Synchronous Transport Module (ITU-T)

• STS - Synchronous Transport Signal (ANSI)

• OC - Optical Carrier (ANSI)

Proces zwielokrotniania przebiega dwuetapowo. W pierwszym kroku następuje multipleksacja kontenerów wirtualnych VC niższego rzędu do kontenerów wyższego rzędu. W drugim etapie zachodzi łączenie kontenerów wirtualnych VC z nagłówkiem sekcji SOH (Section Overhead) w celu utworzenia modułów transportowych STM (Synchronous Transport Module) o wymaganej przepływności dla strumienia zbiorczego.

Pomimo że rozmiar fizyczny modułu transportowego jest stały i wynosi 125 μs, jego pojemność informacyjna  (i związana z tym przepływność) może rosnąć bez ograniczeń, gdyż zależy wyłącznie od postępu technologicznego umożliwiającego wzrost upakowania kolejnych paczek kontenerów wirtualnych VC-4 w ramach modułu transportowego STM-n przez zwielokrotnienie "n".

Jest to istotna cecha systemu, zapewniająca, że sieci SDH mogą stanowić elastyczny system transportowy dla wielu typów przekazów teletransmisyjnych, wykonanych w różnych technologiach, bez ograniczania górnej przepływności informacyjnej systemu.




Rysunek 11. Struktura zwielokrotnienia w systemie SDH.

1. Zalecana w Polsce struktura zwielokrotnienia

Zalecenia dla struktury zwielokrotnienia w Polsce przewidują odwzorowanie w kontenery jedynie sygnałów o przepływnościach:

• 2 048 kbit/s

• 34 368 kbit/s

• 139 264 kbit/s

Warto zwrócić uwagę, że przepływność 34 Mbit/s powinna być wykorzystana jedynie do transmisji sygnałów telewizyjnych, wideo lub usług szerokopasmowych. Wynika to z kompromisu pomiędzy EUROPĄ i AMERYKĄ, który polega na tym, że kontener VC-3 jest wspólny do przenoszenia strumieni 34 i 45 Mbit/s. Stąd też, pomimo możliwości umieszczenia w module STM-1 czterech strumieni 34 Mbit/s w kontenerach VC-31, faktycznie wprowadzane są tylko trzy, co oznacza przeniesienie łącznie 48 strumieni 2Mbit/s. Jest to więc nieefektywne, bowiem przy bezpośredniej multipleksacji strumieni 2Mbit/s można wprowadzić do ramki STM-1 63 takie sygnały.

Wyposażenie każdego węzła sieci SDH w styk optyczny zgodnie z zaleceniem G.957, umożliwia transmisję bez konwersji elektryczno - optycznej.

Rozbieżnosci w przyjętych sygnałach powodują, że hierarchia systemów cyfrowych kształtuje się inaczej dla systemów amerykańskich i europejskich, jednak standaryzacja struktury i zawartości największych kontenerów wirtualnych VC-3 po stronie amerykańskiej i VC-4 po stronie europejskiej umożliwia umieszczenie ich w przestrzeni użytkowej modułu transportowego STM-1 i po przesłaniu rozładowanie modułu według uzgodnionej procedury.

1. Zalety systemu SDH

• Uproszczenie sieci - pojedyncza krotnica synchroniczna spełnia funkcje całej hierarchii urządzeń w sieci,

• Duża żywotność sieci - funkcje zarządzania w sieci synchronicznej umożliwiają natychmiastową identyfikację uszkodzenia linii lub węzła, a architektura pierścieniowa umożliwia automatyczną rekonfigurację i przełączenie ruchu,

• Sterowanie programowe w sieci - możliwe dzięki utworzeniu kanałów zarządzania wewnątrz modułu STM-N (wykonuje szereg nowych zadań),

• Standaryzacja - oznacza, że urządzenia transmisyjne różnych producentów będą mogły współpracować ze sobą. Operatorzy mogą więc wybierać urządzenia od różnych producentów,

Łączenie elementów sieciowych w podsieci i sieci może odbywać się na różne sposoby w zależności od potrzeb i wymagań (np. niezawodnościowych). Najczęściej stosowaną strukturą SDH jest struktura pierścienia, która pozwala na wprowadzenie skutecznych zabezpieczeń (protekcji) jakości transmisji. Na rysunku 12 a,b,c,d pokazane są stosowane typowe topologie sieci SDH.

a) punkt - punkt




b) punkt - wielopunkt




c) topologia szkieletowa





d) pierścień




PTE - Path Terminal Equipement

ADM - Add Drop Multiplexer

DXC - Digital Cross Connect

REG - Regenerator

MUX - Multiplekser

Rysunek 12. Typowe topologie sieci SDH

1. Bezpieczeństwo transmisji w systemach SDH

1. Protekcja ścieżki

Pierścieniowa struktura systemów SDH i funkcje automatycznego przełączania realizowane przez krotnicę pozwalają na zapewnienie protekcji dla każdego zestawionego połączenia. W pierwszej fazie zestawiamy w systemie SDH drogę podstawową sygnału od portu A do B najczęściej po najkrótszej trasie. Następnie możemy zestawić drogę protekcyjną w odwrotnym kierunku niż droga podstawowa i zakańczamy ją na tych samych portach co drogę podstawową. Zestawiona droga realizuje transmisję w dwóch kierunkach. W wypadku uszkodzenia drogi podstawowej następuje przełączenie ruchu na drogę rezerwową. Mamy tu kilka możliwości przełączania w zależności od ustawień poczynionych przez administratora systemu. W wypadku kiedy zostanie uszkodzona droga dla obu kierunków transmisji przełączona zostaje transmisja w obu kierunkach na drogę rezerwową. Jeśli zostanie uszkodzony tylko jeden kierunek transmisji można wybrać przełączanie obu kierunków lub tylko jednego. Po przełączeniu system cały czas sprawdza czy uszkodzenie nie ustąpiło. Jeśli okaże się, że droga podstawowa została naprawiona (uszkodzenie ustąpiło), można ustawić dwa sposoby reakcji:

• transmisja zostaje ponownie przełączona na drogę podstawową

• transmisja jest kontynuowana po drodze rezerwowej dopóki nie nastąpi jej uszkodzenie

System nadzoru daje możliwość wymuszenia transmisji po drodze uszkodzonej
(z błędami), bądź manualnego przełączania transmisji z jednej drogi na drugą. Przy zastosowaniu protekcji ścieżki niezbędna przepływność w całym pierścieniu SDH jest równa sumie przepływności wszystkich kanałów realizowanych w tym pierścieniu.

1. Protekcja liniowa

Istnieje inna możliwość zapewnienia bezpieczeństwa transmisji - poprzez zwiększenie liczby zainstalowanych kart i połączeń kablowych tzw. protekcja liniowa.
Polega ona na podwojeniu ilości kart liniowych dla każdego kierunku transmisji, oraz połączenie ich kablami ułożonymi po innych trasach. Uszkodzenie dowolnego kabla lub karty liniowej powoduje przełączenie transmisji na zapasowy zestaw kart i inną drogę kablową. Zaletą tej metody protekcji jest dostępność pełnego pasma w każdym fragmencie pierścienia SDH. Jest ona niezastąpiona w wypadku tworzenia protekcji dla połączenia punkt - punkt zrealizowanego z zamiarem dalszej jego rozbudowy.

1. Przykład komercyjnego rozwiązania systemu SDH

1. Zestawienie danych technicznych urządzeń SMA firmy SIEMENS

Siemens w ramach rodziny urządzeń synchronicznych oferuje szeroką gamę multiplekserów synchronicznych wyposażonych w przepływności liniowe STM-1, STM-4 i STM-16. Każdy multiplekser dysponuje modułem komutacyjnym dla zwielokrotnienia i kierowania sygnałów wraz z integralnymi zakończeniami linii oraz bogatym zestawem protekcji dla ruchu liniowego i tributary. Sedno rodziny multipleserów tkwi w optymalnym zestawie dostępnych półek systemowych oraz wspólnym, bogatym zestawie modułów.

SMA-1 udostępnia cztery pozycje tributary dla sygnałów PDH lub STM-1 z pozycją piątą użytą dla zapewnienia protekcji 1:N dla kart tributary 2Mbit/s. Pracując jako multiplekser końcowy lub transferowy SMA-1 umożliwia zestawienie różnych kombinacji modułów tributary w celu stworzenia ruchu o poziomie nie przekraczającym całkowitej pojemności sygnału zbiorczego STM-1 na poszczególnych portach liniowych.

Jako multiplekser węzłowy, SMA-1 może skoncentrować ruch przychodzący z czterech częściowo wypełnionych sygnałów optycznych STM-1 dołączonych do kart tributary budując sygnały zbiorcze o poziomie nie przekraczającym całkowitej pojemności sygnału zbiorczego STM-1 na poszczególnych portach liniowych.

Cross-connect może być utworzony z jednego lub maksymalnie czterech multiplekserów typu SMA-1. Pojedynczy SMA-1 oferuje możliwość przełączenia ruchu odpowiadającego czterem strumieniom STM-1.

Grupa czterech multiplekserów SMA-1 może być połączona, tworząc cross-connect o możliwościach przełączania 8 x STM-1; po dwa liniowe porty STM-1 zainstalowane w każdym z czterech multiplekserów SMA-1.

Multiplekser SMA-1 poprzez wymianę modułów liniowych może być łatwo rozbudowany od STM-1 do STM-4 tworząc wtedy multiplekser SMA-4c. Wykorzystując dostępne mechanizmy protekcji można przeprowadzić rozbudowę minimalnie lub wcale nie przerywając ruchu.

Korzyści z możliwości użycia modułów liniowych jako kart tributary uwidacznia się przy dokonywaniu rozbudowy SMA-1 do SMA-4c. Moduły liniowe STM-1 mogą być ponownie wykorzystane jako moduły tributary w nowym multiplekserze SMA-4c lub w innym multiplekserach sieci.

2. Multipleksery synchroniczne SMA

Multipleksery synchroniczne SMA umożliwiają współpracę systemów o różnej przepływności (STM-1, STM-4 i STM-16). Są to lokalne krotnice krzyżowe (cross-connect) przełączające kontenery VC na wszystkich poziomach hierarchii SDH (z rozdzielczością VC12, czyli 2Mbit/s).

Poniżej przedstawiony został schemat sieci oparty o urządzenia SMA firmy SIMENS:




Rysunek 13. Schemat sieci SDH opartej o urządzenia SMA firmy SIEMENS

Multipleksery SMA1/4c, SMA-4

Multipleksery synchroniczne SMA-1/4c i SMA-4 należą do rodziny urządzeń TransXpress będących podstawowym produktem techniki SDH zaprojektowanym i produkowanym przez firmę SIEMENS. Urządzenia SMA służą do tworzenia sieci SDH transmitujących sygnały na poziomie STM-1 i STM-4.

Sprzęt SMA-1/4c i SMA-4 cechuje się uniwersalnością, modułową konstrukcją i wymiennością modułów pomiędzy w/w systemami.

Zarówno SMA-1/4c jak i SMA-4 są to lokalne krotnice krzyżowe (cross-connect) umożliwiające przełączanie kontenerów VC wszystkich poziomów (rozdzielczość VC12) ze wszystkich sygnałów przyłączonych do modułu komutacji (switch) za pomocą kart sygnałów podrzędnych (tributary) i głównych (aggregate). Różnica między krotnicą końcową, transferową lub krzyżową polega jedynie na ilości zainstalowanych kart dla sygnałów. Półki, moduły główne, itd. są zawsze te same. Co więcej np. karty interfejsów 21x2Mbit/s, interfejsów elektrycznych i optycznych STM1, STM4 etc. są identyczne w obu systemach stąd rozbudowa i rekonfiguracja posiadanego sprzętu jest zapewniona przy jednoczesnej minimalizacji kosztów (np. zestawu części zamiennych).

Ze względu na unikatową cechę sprzętu jaką jest możliwość zainstalowania kart liniowych (światłowodowych) w pozycjach tributary, rodzina SMA oferuje uniwersalność i elastyczność w planowaniu, eksploatacji i rozbudowie sieci.

Multiplekser SMA-1 można rozbudować do przepływności 622Mbit/s (SMA-4c) poprzez jedynie wymianę kart liniowych.

Nowa wersja multiplekserów rodziny SMA poza opisywanymi powyżej zaletami posiada następujące cechy:

• posiada bogate funkcje protekcji,

• jest bardziej zwarta - posiada karty z 21 interfejsami 2Mbit/s,

• posiada specjalizowane karty liniowe dużej mocy - stąd nie jest konieczne stosowanie dodatkowych urządzeń liniowych,

• zarządzana jest przez ENMS - system zarządzania urządzeniami SDH rel. 2,

• nieblokowalne przełączanie sygnałów na wszystkich poziomach AU4, TU3, TU2, TU12.

Multipleksery serii 2 umożliwiają pracę na jednym włóknie w dwóch kierunkach. W konfiguracji tej SMA są wyposażone w jeden nadajnik wysyłający sygnały w II i III oknie transmisyjnym oraz spliter. Praca na jednym włóknie może być zdefiniowana przez operatora za pomocą odpowiednich komend z poziomu systemu nadzoru LCT (Local Craft Terminal) lub NCT (Network Craft Terminal). Jest to szczególnie interesująca cecha na obszarach ubogich w kable światłowodowe.

1. Urządzenia liniowe SL16

Synchroniczne urządzenia liniowe SL16 służą do transmisji maksymalnie 16 sygnałów cyfrowych STM-1 lub plezjochronicznych. Sygnały są przesyłane światłowodami jednomodowymi na długościach fal 1310 nm i 1550 nm. Urządzenia SL16 mogą również być wyposażone w interfejsy WDM. Przepływność sygnału zbiorczego wynosi 2,5 Gbit/s. Zależnie od konfiguracji urządzenia, do wejść sygnałów składowych można doprowadzić sygnały elektryczne 140 Mbit/s lub STM-1 i sygnały optyczne STM-1, STM-4, STM-16. W fazie testów są już urządzenia liniowe SL64 umożliwiające transmisję sygnału zbiorczego o przepływności 10 Gbit/s.

1. Wymagania techniczno-eksploatacyjne na linię optyczną systemów SDH

????????????????????????????????

2. Parametry transmisyjne światłowodów

Do budowy linii optotelekomunikacyjnych SDH przewidywane jest zastosowanie światłowodów jednomodowych. Tabela 5 przedstawia wymagania światłowodów jednomodowych. Pierwsze z wymienionych są przeznaczone głównie do transmisji w paśmie 1550nm, drugie do transmisji w paśmie 1550nm, a trzeci rodzaj (typu IVc) posiada zmniejszoną tłumienność i przeznaczony jest do jednoczesnej transmisji z podziałem falowym (WDM) w obu pasmach jednocześnie.

Przeznaczenie światłowodu		dla pasma 1310 nm typ IVa	dla pasma 1550 nm typ IVb	dla pasm 1310 nm i 1550 nm typ IVc
Średnica płaszcza		125 um +/- 2,4%	125 um + / - 2,4%	125 um +/- 2,4%
Średnia tłumienność	1310 nm	mniejsza od 0,45 dB/km	mniejsza od 0,5 dB/km	mniejsza od 0,4 dB/km
		1550 nm	mniejsza od 0,25 dB/km	mniejsza od 0,25 dB/km	mniejsza od 0,20 dB/km
Zakres zmian l: współczynnik dyspersji /D/ [ps/nm*km]		1285nm - 1330nm poniżej 3,5 1270nm - 1340nm poniżej 3,5 1525nm - 1575nm poniżej 22	1285nm - 1330nm poniżej 25 1525nm - 1550nm poniżej 2,7 1500nm - 1580nm poniżej 6	1285nm - 1330nm poniżej 3,5 1525nm - 1575nm poniżej 6 1500nm - 1580nm poniżej 20

Tabela 5. Podstawowe parametry transmisyjne światłowodów jednomodowych przeznaczonych do transmisji sygnałów optycznych SDH.

• Światłowód typu IVa powinien spełniać wymagania G652, zgodnie z ITU.

• Światłowód typu IVb powinien spełniać wymagania G653, zgodnie z ITU.

• Światłowód typu IVc powinien spełniać wymagania G654, zgodnie z ITU.

Średnia tłumienność jednostkowa jest wielkością projektową dla linii SDH. W podanej wielkości powinny się zawierać zarówno jednorodne odcinki światłowodu jak i dopuszczalne niejednorodności. Niejednorodność tłumienności nie powinna przekraczać wartości 0.1 dB/km (niezależnie od charakteru niejednorodności).

1. Nominalna długość fali

Przedział zmian długości fali źródła światła jest zależny od zastosowania linii SDH. Pełny zakres zmian długości fali występuje dla połączeń stacyjnych, a dla pozostałych jest odpowiednio węższy, patrz tabela 7, 8 i 9.

• pasmo 1310 nm: zakres zmian długości fal 1270nm do 1360nm

• pasmo 1550 nm: zakres zmian długości fal 1500nm do 1580nm

1. Połączenia światłowodów

Połączenia stałe (zgrzewane) powinny posiadać średnią tłumienność nie gorszą od 0.1 dB, a maksymalną 0.15 dB, jeśli trzy kolejne próby nie umożliwiają osiągnięcia wartości 0.15 dB dopuszcza się wartość poniżej 0.3 dB. Wartość 0.1 dB jest wielkością projektową dla długich odcinków linii optotelekomunikacyjnych.

Połączenia rozłączalne, złącza, powinny posiadać tłumienność nie większą od 0.5 dB. Wymagania techniczno-eksploatacyjne na część optyczną systemów SDH

2. Linie SDH ze względu na długość dzielimy na:

• linie SDH wewnętrzne (połączenia stacyjne) - o długości do około 2km,

• linie SDH krótkie - o długości do około 15km,

• linie SDH długie - o długości od 40km do 60 km.

1. Klasyfikacja linii SDH

Zastosowanie		Połączenia stacyjne	Odcinki linii SDH międzycentralowe
Zasięg systemu		do 2km	krótkie, około 15km		długie
										ok. 40km	ok. 60km
Pasmo pracy		1310nm	1310nm		1310nm	1550nm
Typ światłowodu		IVa	IVa	IVa	IVa	IVa IVc	IVb
Poziom STM	STM - 1	S-1.1	S-1.1	S-1.2	L-1.1	L-1.2	L-1.3
		STM - 4	S-4.1	S-4.1	S-4.2	L-4.1	L-4.2	L-4.3
		STM - 16	S-16.1	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3

Tabela 6. Klasyfikację linii (kod klasyfikacyjny) zależnie od przepływności binarnej (poziomu SDH) oraz zależnie od typu zastosowanego światłowodu. Kod klasyfikacyjny linii SDH zależnie od typu światłowodu, długości fali i rodzaju połączenia.

1. Określenia i oznaczenia parametrów transmisynych.

Poniżej przedstawione są podstawowe pojęcia i określenia występujące w opisie parametrów transmisyjnych systemów SDH. Natomiast parametry transmisyjne zostały zestawione w tabelach 7, 8 i 9.

1. Tor optyczny

1. a - tłumienność toru optycznego, pomiędzy urządzeniem nadawczym i urządzeniem odbiorczym; w tym określeniu powinna się zawierać zarówno tłumienność jednorodnych odcinków światłowodu, tłumienność spojeń i złączy optycznych, ewentualnie tłumików i sprzęgaczy, jak i margines tłumienności linii przeznaczony na starzenie się i naprawy kabla światłowodowego.

2. dyspersja - dyspersja toru optycznego podawana jest w ps/km i określa stopień poszerzenia impulsów światła przy zastosowaniu źródła światła o skończonej szerokości widma; wynika z efektów zmian prędkości grupowej w zależności od długości fali.

3. R_{n max} - maksymalna reflektancja pochodząca od punktowych wtrąceń linii, np od złączy optycznych, mierzona na zaciskach złącza optycznego nadajnika.

4. R_max - maksymalna reflektancja linii.

Tabele 7. 8. i 9. przedstawiają podstawowe wymagania transmisyjne dla systemów STM-1, STM - 4 i STM-16 uzależnione od zastosowania określonego kodem klasyfikacyjnym. Parametry transmisyjne określone są dla stopy błędów 10^-10.

		Jednostki	Wielkości charakterystyczne
Przepływność binarna		kbit/s	STM-1 155,520 kbit/s
Kod klasyfikacyjny			I -1		S-1.1	S-1.2		L-1.1		L-1.2	L-1.3
Zakres zmian długości fali od:		nm	1260		1260	1430	1480	1280	1280	1480	1531 1508	1480
Do:		nm	1360		1360	1576	1580	1335	1335	1580	1566 1580	1580
Tor optyczny
a	od:	dB	0	0	0	0	0	10	10	10	10		10
		do:	dB	7	7	7	12	12	28	28	28	28		28
dyspersja		Ps / nm	18	25	25	296	-	185	-	-	185/29		-
Rn max		dB	-	-	-	-	-	-	-	20	6		-
Rn max		dB	-	-	-	-	-	-	-	25	-		-

Tabela 7. Parametry systemu STM-1.

		Jednostki	Wielkości charakterystyczne
Przepływność binarna		kbit/s	STM-4 622 080 kbit/s
Kod klasyfikacyjny			I -4		S-4.1	S-4.2	L-4.1		L-4.2	L-4.3
Zakres zmian długości fali od:		nm	1260		1293	1430	1296	1280	1480	1480
Do:		nm	1360		1334	1580	1330	1335	1580	1580
Tor optyczny
a	od:	dB	0	0	0	0	10	10	10		10
		do:	dB	7	7	12	12	24	24	24		24
dyspersja		ps / nm	14	14	46/74	-	92/109	-	-		-
Rn max		dB	-	-	-	24	20	20	24		20
Rn max		dB	-	-	-	-27	-25	-25	-27		-25

Tabela 8. Parametry systemu STM-4.

		Jednostki	Wielkości charakterystyczne
Przepływność binarna		kbit/s	STM-16 2 488 320 kbit/s
Kod klasyfikacyjny			I -16	S-16.1	S-16.2	L-16.1	L-16.2	L-16.3
Zakres zmian długości fali od:		nm	1266	1260	1430	1280	1500	1500
Do:		nm	1360	1360	1580	1335	1580	1580
Tor optyczny
a	od:	dB	0	0	0	0	10		10
		do:	dB	7	12	12	10	20		20
dyspersja		ps / nm	12	-	-	-	1194		-
Rn max		dB	24	24	24	24	24		24
Rn max		dB	-27	-27	-27	-27	-27		-27

Tabela 9. Parametry transmisyjne systemu STM-16

1. Podsumowanie

Sieci synchroniczne SDH stały się nowym standardem w telekomunikacji, łącząc zaawansowaną elektronikę z techniką światłowodową i inżynierią oprogramowania. Zapewniły w ten sposób nowoczesny, efektywny i otwarty na zmiany system transportowy o wielu zastosowaniach. Isniejące aplikacje wykorzystujące sieć transportową SDH do instalacji na niej systemow asynchronicznych ATM, komutacji pakietów, połączenia miedzy sieciami LAN, sieci z integracją usług ISDN i szerokopasmowych B-ISDN, a przede wszystkim do współpracy z rozpowszechnionymi sieciami plezjochronicznymi PDH potwierdzają uniwersalność wykorzystania medium telekomunikacyjnego do różnych zastosowań przy jednorazowych nakładach inwestycyjnych na budowę sieci. Rownież możliwość dynamicznego przydzielania przepływności w łączach i węzłach sieci, niezbędna przy usługach multimedialnych oraz przekazach telewizyjnych wysokiej rozdzielczości HDTV (High Density TV), tworzy niewidoczny dla użytkownika elastyczny mechanizm transportowy dopasowujący sieć do aktualnych potrzeb, nie wykluczając dalszego unowocześniania parametrów sieci w przyszłości. Zintegrowane zarzadzanie TMN, wspomagane przez autonomiczne funkcje kontrolne każdego węzła, zmniejsza do minimum koszty eksploatacji i utrzymania sieci, pozostawiając operatorowi funkcje reorganizacji systemu przy jego rozbudowie. Do największych producentów urządzeń SDH możemy zaliczyć firmy Alcatel, Nortel Networks, Marconi, Lucent Technologies, Simens, ECI Telecom.

1. ATM

Technologia ATM powstała w wyniku kompromisu między dwoma już funkcjonującymi technikami cyfrowej transmisji szerokopasmowej: STM i PTM (Packet Transfer Mode), łącząc zalety istniejących technologii przy jednoczesnej eliminacji większości wad tych systemów. Technika STM jest stosowana w sieciach ISDN, PTM zaś w lokalnych sieciach komputerowych. Wywodząca się z telekomunikacji technologia ATM jest coraz częściej postrzegana jako technika łącząca standard przekazów telekomunikacyjnych sieci SDH na poziomie warstwy fizycznej z różnymi sieciami komputerowymi.

Współcześnie tworzone sieci ATM osiągają bardzo duże rozmiary zarówno ze względu na rozpiętość geograficzną, jak też liczbę podłączonych do niej urządzeń końcowych, powodując wzrost komplikacji budowanych struktur. ATM staje się obecnie najbardziej rozpowszechnioną technologią szkieletową dla złożonych sieci kampusowych, korporacyjnych, metropolitarnych i regionalnych.

Podstawowe cechy		Główne zalety		Główne wady	Technika transmisji
Komutacja łączy (szczeliny czasowe) Wymagana faza nawiązania		Duża szybkość transmisji Możliwość pracy w czasie rzeczywistym		Nieefektywna gospodarka zasobami	STM (synchroniczna)
Komutacja pakietów Nie potrzebna faza nawiązania połączenia		Elastyczny przydział zasobów sieciowych Dynamiczny przydział pasma transmisji		Brak możliwości pracy w czasie rzeczywistym	PTM (pakietowa)
ATM (asynchroniczna)??????????????????????????

Tabela 10. Główne cechy charakterystyczne techniki ATM

Technologia ATM jest obecnie jedną z najbardziej efektywnych technologii przekazu z wirtualizacją kanałów komunikacyjnych przeznaczonych do przesyłania usług multimadialnych (głosu, obrazu i danych), a także jest uważana za docelową technikę transmisji w szerokopasmowych sieciach rozległych WAN. Łączy zalety techniki pakietowej z przekazami synchronicznymi przez sieci SDH.

1. Standard ATM

Standard ATM, opracowany pierwotnie jako element specyfikacji BISDN (CCITT, 1988 r.), nie definiuje dokładnie konkretnego medium transmisyjnego między węzłami, lecz zasady komunikacji w sieci. Umożliwia to zastosowanie technologii ATM w różnorodnych już istniejących środowiskach transmisyjnych wykorzystujących jako medium zarówno przewody koncentryczne, przewody UTP (skrętka) (sieci lokalne, sieci rozsiewcze), światłowodowe (sieci LAN, MAN), jak i bezprzewodowe (sieci globalne). Od 1993 r. wszyscy liczący się producenci implementują technologię ATM we własnych urządzeniach przełączających (huby, przełączniki, routery).

Do tej pory ukształtowały się następujące klasy przepływności w sieciach ATM:

• 25 Mb / s (w zaniku),

• 100 Mb / s,

• 155,52 Mb / s (powszechnie stosowane)

• 622 Mb / s

• 2,5 Gb / s dla sieci transportowych SDH.

1. Poniżej przedstawione zostały istotne cechy standardu ATM :

• technologia ATM umożliwia jednoczesne przesyłanie głosu, danych i obrazu, czyli tzw. usług multimedialnych, dzięki temu pozwala ograniczyć liczbę warstw transportowych dla sieci teleinformatycznych do jednej sieci,

• jedna karta sieciowa ATM w terminalu użytkownika zapewnia dostęp do wszystkich usług w sieci ATM. W konsekwencji takie rozwiązanie prowadzi do redukcji kosztów transmisji, komutacji, sterowania i utrzymania sieci,

• dane przesyłane są w postaci stałej długości porcji informacji (ogniw transmisyjnych), o długości 53 bajtów (w tym 48 bajtów stanowy dane użyteczne). Stała długość pakietów ułatwia proces obróbki w węzłach sieci ATM, umożliwia także lepszą kontrolę nad dostępem do sieci.

• najważniejszą cechą ATM wydaje się być jej uniwersalność i jednakowa przydatność do budowy sieci LAN, MAN oraz WAN. W przypadku sieci rozległej ATM połączenie między jej węzłami może odbywać się zarówno po łączach światłowodowych - można wykorzystać do tego celu sieci SDH, jak i po łączach E1 - 2[Mb/s] lub E3 - 34[Mb/s]. Wszystkie połączenia sieci rozległej mogą oczywiście działać w oparciu o łącza dzierżawione,

• warto zwrócić uwagę na fakt, że technologia ATM pozwala na zintegrowanie różnych stosowanych dotychczas technik transferu danych. W obrębie łącza fizycznego ATM może bowiem istnieć wiele połączeń logicznych, które mogą przenosić informacje różnego typu. W sieci ATM każde takie logiczne połączenie może mieć przyznane odmienne parametry, takie jak przepustowość kanału czy jakość usługi.

• można ustalić indywidualną szybkość połączeń w ramach kilku istniejących standardów przepływności (25 Mbps, 100Mbps, 155 Mbsp, 622 Mbps, 2500 Mbps) poprzez podanie liczby komórek do konkretnego połączenia użytkownika

• obsługa transmisji w czasie rzeczywistym (izochronicznych) takich jak głos, obraz ruchomy z opóźnieniem nie większym niż 10ms

• skalowanie przepływności ścieżek i węzłów ATM. Multipleksacja statystyczna poszczególnych kanałów pozwala na efektywne gospodarowanie łączem transmisyjnym

• przekazy są nadawane w trybie połączeniowym czyli przed wysłaniem danych zestawiane jest łącze według parametrów deklarowanych przez użytkownika takich jak typ usługi, przepływność, deklarowany adres. Po zakończeniu przekazu następuje likwidacja łącza

• adaptacja strumienia komórek ATM do dowolnej przepływności medium transmisyjnego przez wprowadzenie komórek pustych pomijanych w węźle docelowym

• przypisywanie komórkom ATM konkretnej usługi, której parametry mogą być dynamicznie zmieniane, zarówno w fazie nawiązywania łącza, jak i w trakcie działania usługi komunikacyjnej

• zapewnienie przezroczystości przenoszenia informacji przez ATM czyli dostosowanie pracy sieci z różnymi protokołami komunikacyjnymi

Za pomocą technologii ATM są świadczone usługi na wielu poziomach:

• Sieci lokalnych ATM/LAN - współpracujących bezpośrednio ze stacjami roboczymi w tradycyjnych technologiach komputerowych (Ethernet, Token Ring, HDDI), tworzenie prywatnych, multimedialnych sieci umożliwiających transmisję z prędkością 155 [Mbps] - integracja istniejących sieci komputerowych wykonanych w technologiach Ethernet, Fast Ethernet lub FDDI z siecią ATM - co zabezpiecza dotychczasowe inwestycje Klienta,

• Sieci rozległych - stosujących różne technologie dostępu (Frame Relay, SMDS) lub ATM, ale zapewniające przepływ danych w formacie ATM do urządzeń sieci publicznej - przesyłanie rozmów telefonicznych między centralami telefonicznymi Klienta,

• Urządzeń sieci publicznej - jako centrale komutacyjne ATM współpracujące z siecią transmisyjną PDH, SDH lub SONET; początkowo jako sieć podkładowa, docelowo jako jednorodna forma transmisji globalnej ATM, z wykorzystaniem łączy dzierżawionych, kanały E1 - 2[Mb/s], E3 - 34[Mb/s], lub łączy w sieciach SDH

• obsługa wymagających grup użytkowników,

• obsługa odległych oddziałów firmy pracujących w technologii ATM, transfer sygnału wideo (obsługa wideokonferencji, telewizja przemysłowa i nadzorcza.

1. Kategorie usług (klasy ruchowe)

Kategorie usług odnoszą się do połączeń w sieci ATM, czyli kanałów wirtualnych VC (Virtual Channels) oraz ścieżek VP (Virtual Paths). W ramach ścieżki wirtualnej kanały wirtualne mogą dzielić asymetrycznie wspólne parametry jakościowe - takie jak CLR (Cell Loss Rate) - przez przyporządkowanie połączeniom odpowiednie kategorii (klasy ruchu), co w istotny sposób wpływa na przesyłanie strumienia komórek przez sieć.

Stowarzyszenie ATM Forum wyodrębniło następujące klasy ruchowe dostarczające usługi ATM:

• CBR (Constant Bit Rate) - odnosi się do usług charakteryzujących się stałym zapotrzebowaniem na pasmo, takich jak emulacja łączy, transmisja głosu bez kompresji i mechanizmu wykrywania ciszy;

• VBR (Variable Bit Rate) - przeznaczona dla usług wymagających zmiennej przepływności, definiowanie przez podanie kilku parametrów. Kategoria ta występuje w dwóch wersjach: jedna z istotnym uzależnieniem czasowym (real-time VBR) odpowiednia dla ruchu o wybitnie nierównomiernym charzkterze (burst), druga bez wyraźnego uzależnienia czasowego (non-real VBR) dla aplikacji wymagających tylko limitowanego czasu reakcji (transakcje bankowe, sygnalizacja w systemach nadzoru in.);

• ABR (Available Bit Rate) - potrzebna podczas przekazu informacji w aplikacjach bez istotnych wymagań czasowych, ale z gwarancją pewnego minimalnego poziomu w dostępie do pasma oraz uzgodnionego poziomu CLR. Kategoria ABR jest stosowana w aplikacjach takich jak: poczta elektroniczna, transfer zbiorów i dostęp dp Internetu, w których można dopuścić niższe wymagania odnośnie parametru QOS;

• UBR (Unspecified Bit Rate) - wskazana dla usług bez jakichkolwiek gwarancji jakościowych, także dla transmisji nie wymagających określenia dpouszczalnego opóźnienia lub jego zmienności. ???????????????????

1. Klasy i typy usług ATM

W szerokopasmowym środowisku ATM zdefiniowano wiele klas i powiązanych z nimi typów usług wynikających ze stosowania różnych kategorii, sposobu przesyłania bitów, wymaganej szerokości pasma i rodzaju połączeń:

• Klasa A - usługi połączeniowe ze stałą chwilową szybkością transmisji CBR przeznaczone do zastosowań multimedialnych w czasie rzeczywistym ( dźwięk, obraz, wideokonferencje),

• Klasa B - usługi połączeniowe wyposażone w mechanizmy umożliwiające przesyłanie głosu i obrazów wideo ze zmienną chwilową szybkością transmisji VBR (Variable Bit Rate), skompresowane sekwencje wideo. Większość usług sieci ATM, działającej w trybie multipleksacji statystycznej, jest określana kategorią VBR,

• Klasa C - usługi połączeniowe ze zmienną szybkością transmisji, bez synchronizacji czasowej (sieci X.25, Frame Relay, TCP / IP),

• Klasa D - usługi bezpołączeniowe, nadające się do zastosowań w środowiskach, w których przepływ danych odbywa się ze zmienną szybkością, nie wymagając synchronizacji czasowej między węzłami końcowymi (sieci LAN, MAN).

Szeroki zakres usług oferowanych przez sieć ATM, spełniający wymagania niemal wszestkich rodzajów transmisji i usług multimedialnych, powoduje likwidowanie różnicy między komutowaniem łączy i komutowaniem pakietów.

1. Routing w sieci ATM

Do zapewnienia właściwego trasowania komórek przez sieci ATM stosuje się jeden z trzech sposobów wyznaczania połączeń: routing centralny, routing rozproszony oraz najnowszą wersję routingu mieszanego - znanego pod nazwą przełączników z protokołem MPOA.

Historycznie pierwszym i nadal jeszcze stosowanym jest routing cenrtalny. Polega on na instalacji w sieci ATM jednego dużego, szybkiego i inteligentnego routera, włączonego jednocześnie do wielu (wszystkich) sieci wirtualnych. Ze względu na ograniczoną wydajność, skalowalność i odporność pojedynczego routera centralnego i jego łącza, rozwiązanie to nie daje się do trasowania w większych sieciach ATM.

Powiązanie protokołem typu OSPF kilku równolegle działających routerów centralnych, rozmieszczonych w różnych punktach sieci ATM, pozwala na zwiększenie niezawodności (odporności na awarię każdego z nich) i wzrost ich wydajności. Brak wiedzy o topologii sieci powoduje, że dane między sieciami wirtualnymi mogą być przesyłane okrężnymi trasami.

Odmiennym i bardziej efektywnym rozwiązaniem jest routing rozproszony, w którym każde urządzenie dostępowe Ethernet / ATM jest jednocześnie przełącznikiem brzegowym (warstwa 2) i routerem (warstwa 3). Każde urządzenie dostępowe z możliwością trasowania jest włączone do wszystkich sieci wirtualnych, w których uczestniczy, a wybór najlepszego routera jest dokonywany protokołem typu OSPF (Open Shortest Path First), stosowanym w sieciach TCP / IP. Wadami routerów rozproszonych są: wysoki koszt urządzeń, trudności w administrowaniu całością sieci oraz konieczność implementacji zabezpieczeń, gdyż routing dokonuje się w wielu niezależnie konfigurowanych węzłach.

Współczesną odmianę routingu rozproszonego jest protokół MPOA (Multi-Protocol Over ATM), mające zalety routingu centralnego, a pozbawiony jego wad. W tym sposobie routingu jedynymi urządzeniami trasującymi (w warstwie 3) są wybrane routery - stosunkowo nieliczne, lecz technicznie zaawansowane - znajdujące się w sieci ATM. Przy niewielkim obciążeniu całość ruchu w sieci jest trasowana przez te ustalone routery. Wzrost przepływności w sieci powyżej wyznaczonego progu powoduje utworzenie połączenia krótszą trasą i bezpośredni przekaz pakietów przez przełączniki ATM, znajdujące się na trasie między użytkownikami, z pominięciem routera trasującego. Po ustalonym czasie nieaktywności urządzenia brzegowe "zapominają " o bezpośrednim połączeniu, a ponowienie komunikacji dokonuje się router trasujący.

2. ATM a usługi telekomunikacyjne.

ATM określa standard komunikacji w sieciach rozległych. Dzięki niemu zniknie bariera pomiędzy sieciami lokalnymi a rozległymi. Barierą tą jest obecnie spadek przepustowości związany z przesyłaniem danych w sieciach publicznych. Inną barierą są urządzenia realizujące połączenia w sieciach WAN, na zasadzie „przechowaj i prześlij” (np. routery).

1. Integracja sieci

1. Integracja technik transmisji IP i WDM - adaptacja IP dla WDM

Istnieje wiele podstawowych metod enkapsulacji IP które mogą być wykorzystywane w sieciach WDM. Chcemy tu porównać różne techniki transmisji pod względem efektywności aby wskazać potencjalny kierunek rozwoju sieci. Istnieje wiele typów transmisji IP poprzez ATM np. klasyczny IP poprzez WDM, emulacja LAN, MPOA itp. Porównanie to obejmuje w tym przypadku jedynie zestandaryzowane elementy czyli klasyczne IP poprzez ATM. Dla długodystansowej transmisji poprzez WDM najlepiej udokumentowanym formatem transmisji jest SDH. Stos protokołów dla transmisji IP poprzez ATM poprzez SDH poprzez WDM przedstawimy w tabeli 11. Na rysunku 14 jest przedstawiona jedna z możliwych architektur sieci IP / WDM, która wykorzystuje do transmisji IP poprzez ATM poprzez enkapsulację SDH.




Rysunek 14. Przykład sieci transmisyjnej IP poprzez ATM poprzez SDH poprzez WDM

W tym przypadku, pakiety IP są w postaci segmentów upakowane w komórkach ATM i przypisane różnym VC (Virtual Connections) połączeniom wirtualnym poprzez karty liniowe wyposażone w interfejsy SDH/ATM umieszczone w ruterach IP. Komórki ATM są pakowane do ramki SDH, która może zostać przesłana poprzez przełącznik ATM lub bezpośrednio do transpondera WDM. Obecnie jedyną drogą zagwarantowania jakości usługi QoS dla transmisji IP jest zapewnienie ustalonego pasma pomiędzy parą ruterów odpowiadającą poszczególnym klientom (zarządzanie QoS w warstwie 2). ATM daje tę możliwość poprzez udostępnienie stałych kanałów wirtualnych (PVC - Permanent Virtual Channels) korzystając z systemu zarządzania ATM lub kierowanych tymczasowych kanałów wirtualnych (SVC Switched Virtual Channels) zestawianych dynamicznie, wszystko w obrębie ścieżki wirtualnej VP. Dodatkowo ATM może wykorzystać statystyczne multipleksowanie aby udostępnić użytkownikowi dostęp do dodatkowego pasma w krótkich okresach. Może to pomóc zagwarantować ściśle określone pasmo zaczynając od pojedynczych Mb/s do setek Mb/s dla wielu różnych użytkowników. Dodatkowo tak duża ziarnistość daje możliwość zgrupowania routerów IP w logiczną sieć co z kolei minimalizuje opóźnienia wynikające z przechodzenia poprzez routery pośredniczące. Kolejnym istotnym atutem techniki ATM jest możliwość użycia zróżnicowanych kontraktów ruchowych, oferujących zróżnicowaną jakość usługi w zależności od wymagań aplikacji. Dla ruchu IP, który jest z założenia bezpołączeniowy, kontrakt ruchowy UBR jest głównie stosowany w obrębie sieci ATM. Jeśli aplikacja wymaga szczególnego QoS, w przypadkach transmisji w czasie rzeczywistym możliwe jest wykorzystanie ATC (ATM Transfer Capability) jako usługi CBR lub VBR - rt (Variable Bit Rate - real time). Odwzorowanie pakietów IP o zmiennej długości do stałej wielkości komórek ATM, nakłada dodatkowy nagłówek w przypadku gdy konieczna jest fragmentacja pakietów. Różnica w wielkości pakietu może również wynikać z konieczności wypełniania pustych przestrzeni w komórkach co wprowadza dodatkowy nagłówek. Jedynym rozwiązaniem pozwalającym uniknąć wypełniania jest umieszczanie pakietów jeden za drugim, co oznacza jednak potencjalne niebezpieczeństwo utraty dwóch kolejnych pakietów w przypadku straty komórki. Transmisja IP poprzez ATM może również być użyta jako implementacja protokołu MPLS. W tym przypadku kanały PVC nie są tworzone poprzez system zarządzania ATM, lecz poprzez protokół MPLS.

IP	Enkapsulacja, rozmiar pakietu pomiędzy 250 a 65553 oktetów
LLC/SNAP	Logical Link Control RFC 1483. Dodawane jest 8 bitów nagłówka do pakietu IP w celu utworzenia ATM „PDU” (Protocol Data Unit) długość maksymalnie 65535 oktetów.
AAL5	ATM Adaptation Layer 5, ITU zalecenie I - 363. Dodawane jest 8 bajtów nagłówka (długość pola oraz 4 bajty CRC) dodatkowo od 0 do 47 bajtów wypełnienia, do utworzenia PDU warstwy AAL5, która zajmuje 48 bajtów w obszarze komórki ATM.
ATM	Do segmentów AAL5 PDU 48 bajtowych dodawany jest 5 bajtowy nagłówek do każdego segmentu w celu uformowania 53 bajtowej komórki ATM.
SDH	Komórki ATM wstawiane są w kontener VC 4 SDH lub wstawiane do kontenera łączonego VC 4 (ITU zalecenie G.707). Dodawany jest nagłówek sekcji SDH (81 bajtów włączając wskaźnik AU) oraz 9 bajtów nagłówka ścieżki VC4 do 2340 bajtów kontenera SDH VC4. Wyjaśnienie znajduje się poniżej.

Tabela 11. Stos protokołów dla klasycznego IP poprzez ATM poprzez SDH

1. Odwzorowanie komórek ATM w kontenery hierarchii SDH

Komórki ATM mogą być odwzorowywane w pola użytkowe kilku typów kontenerów. Najczęściej jednak są spotykane rozwiązania systemów ATM, wykorzystujące kontenery VC-4. Ponieważ komórka ATM składa się z 53 bajtów, a pole użytkowe kontenera wirtualnego VC-4 ma 2340 bajtów, to nie mieści się w nim całkowita liczba komórek ATM. Dokładniej w polu użytkowym mogą być umieszczone 44 pełne komórki ATM. Pojawia się zatem konieczność przenoszenia części komórki do następnego kontenera wirtualnego. Powoduje to zmianę położenia kolejno odwzorowywanych komórek względem kontenera wirtualnego. Czyli komórki ATM nie będą zajmowały stałego miejsca w polu użytkowym kontenera:




Rysunek 15. Odwzorowanie komórek ATM w kontener VC-4.

Początek komórki musi być prawidłowo identyfikowany na wyjściu z sieci transmisyjnej SDH. Można to zrobić dwoma sposobami. Pierwszy z nich opiera się na mechanizmach dostępnych w SDH i polega na przesyłaniu w nagłówku kontenera wirtualnego VC-4 adresu początkowego komórki ATM. Inny sposób identyfikacji początku komórek jest związany nie z systemami SDH, a wynika ze struktury i przeznaczenia nagłówka komórki ATM. W pięciobajtowym nagłówku komórki ATM jeden bajt jest poświęcony kontroli i korekcji błędów. Bajt ten jest wyznaczany jako reszta cyklicznego kodu nadmiarowego dla informacji zawartej w pierwszych czterech bajtach nagłówka komórki. Bajty nagłówka znajdują się zawsze na początku komórki. Jeżeli transmisja nie wprowadziła błędów, to na podstawie czterech pierwszych bajtów nagłówka można dokładnie wyznaczyć jego piąty bajt. W tym celu dla każdych czterech kolejnych bajtów odbieranego strumienia informacji wyznacza się resztę cyklicznego kodu nadmiarowego i porównuje ją z następnym bajtem w sekwencji. W przypadku braku zgodności obliczonej reszty z wartością bajtu operację powtarza się wprowadzając przesunięcie o jeden bajt przy wyborze sekwencji analizowanej. Operację powtarza się tak długo, aż natrafi się na początek komórki. Taki sposób wyznaczania początku komórki jest nazywany delineacją.

Dokładniejsza analiza obu metod dowodzi, że w przypadku dużej bitowej stopy błędów, wprowadzanej w transmisji synchronicznej SDH, delineacja pozwala na skuteczniejsze identyfikowanie początku komórki niż  w przypadku, gdy stosuje się adresowanie położenia komórek za pomocą bajtu H4 nagłówka kontenera wirtualnego. Należy zwrócić uwagę, że pole informacyjne komórek ATM - przed jego odwzorowywanie w kontenerze wirtualnym powinno być poddane operacji skramblowania, a po stronie odbiorczej, tj. przed wprowadzeniem komórek do warstwy ATM, operacji odwrotnej. Operacja skramblowania nie obejmuje nagłówka komórki. operacja skramblowania opiera się na wielomianie generatora x⁴³ + 1 i jest skramblowaniem samosynchronizującym. 
Odwzorowanie komórek ATM w kontener VC-4 jest dopuszczalne również w przypadku kontenera wirtualnego łączonego VC-4-xc:




Rysunek 16 Odwzorowanie komórek ATM w kontener łączony VC-4xc.

We wszystkich przypadkach komórki ATM zajmują całe pole użytkowe kontenera. Nie ma, więc potrzeby zapełniania pola dodatkową bezużyteczną informacją. W tabeli poniżej podano, jaka liczba komórek ATM może być odwzorowana w kontenery.

Kontener	VC-12	VC-2	VC-2mc	VC-3	VC-4	VC-4xc
Liczba komórek	< 1	8	2 m	14	44,1	44,1 x

Tabela 12. Liczba komórek ATM w kontenerach systemu SDH

m - oznacza liczbę kontenerów wchodzących w skład kontenera łączonego VC-2mc

x - oznacza liczbę kontenerów wchodzących w skład kontenera łączonego VC-4xc

Warto zaznaczyć, że odwzorowanie w kontener łączony VC-2mc ma bardzo ograniczony zakres. Wynika to z przyjętej w SDH koncepcji łączenia kontenerów VC-2mc. W europejskiej strukturze zwielokrotniania kontenery te mogą być łączone tylko w procesie tzw. łączenia wirtualnego. Oznacza to, że każdy kontener wchodzący w skład kontenera połączonego jest transportowany oddzielnie, inaczej niż w przypadku łączenia ciągłego, w którym pole użytkowe połączonych kontenerów stanowi jedną całość (w sposób ciągły jest tworzony kontener łączony VC-4xc). We wskaźnikach jednostek składowych TU, przenoszących poszczególne kontenery VC-2, nie ma żadnych danych o łączeniu, a prawidłowość utworzenia ciągu komórek przenoszonych w różnych kontenerach zależy od sprzętu zainstalowanego w węzłach sieci SDH. Muszą to być urządzenia wyposażone w odpowiednie protokoły umożliwiające wirtualne łączenie kontenerów. Ponieważ na razie nie instaluje się takich urządzeń, nie ma możliwości transmisji komórek ATM w kontenerach VC-2mc, łączonych wirtualnie.

W przypadku wykorzystywania sieci SDH do transmisji komórek ATM zegary w węźle ATM i w węźle SDH mogą, ale nie muszą, być zsynchronizowane. Brak synchronizmu oznacza potrzebę stosowania mechanizmów dopełniania przez wskaźnik.

Protokół „Classical IP over ATM" jest prosty koncepcyjnie i łatwy w implementacji. Może on funkcjonować zarówno w sieciach ATM ze stałymi połączeniami wirtualnymi (PVC), jak i komutowanymi (SVC), pozwalając na realizacje połączeń w obrębie tzw. logicznych sieci IP ustawionych w sieci ATM (ang. LIS - Logical IP Subnetwork). Aby efektywnie realizować bezpołączeniowy transfer pakietów (datagramów) protokołu IP, poprzez zorientowane połączeniowo sieci ATM, konieczne staje się odwzorowywanie adresów IP stacji w adresy ATM bądź identyfikatory ID połączeń wirtualnych w sieci ATM (obejmujące identyfikatory ścieżki i kanału logiczno-wirtualnego). Dokument RFC 1577 definiuje też zasady enkapsulacji, bądź „wkładania", pakietów IP w struktury danych ATM oraz opisuje mechanizmy zestawiania i uaktualniania połączeń miedzy stacjami bądź systemami. Zasadnicza cześć specyfikacji IPoATM dotyczy transferu danych w obrębie jednej logicznej sieci LIS. Połączenia miedzy równymi podsieciami LIS muszą odbywać się poprzez routery, nawet wtedy, gdy pomiędzy tymi podsieciami istnieje fizyczne połączenie ATM.

2. Enkapsulacja pakietów LLC/SNAP

IPoATM umożliwia przesyłanie różnego typu pakietów warstwy sieciowej i transportowej, przy wykorzystaniu jednego połączenia w sieci ATM. Dzięki temu ograniczona została liczba utrzymywanych połączeń oraz usunięte opóźnienia związane z każdorazowym nawiązywaniem połączenia.

Aby taka multipleksowana transmisja była możliwa, stacja docelowa musi rozróżniać typy otrzymywanych pakietów. Dlatego każdy pakiet poprzedzany jest polem identyfikacyjnym. W specyfikacji IPoATM przyjęto enkapsulację LLC/SNAP (ang. Logical Link Control/Subnetwork Acces Protocol). Multipleksacja pakietów następuje w podwarstwie LLC. RFC 1577 dopuszcza także inne metody enkapsulacji.

Pakiety IP są dostarczane do warstwy adaptacji ATM AAL i obsługiwane tam zgodnie z protokołem AAL5, opracowanym z myślą o transferze ruchu o zmiennej szybkości bitowej VBR i asynchronicznego UBR. Jednostki danych tego protokołu (AAL5 PDU) oprócz nagłówka LLC/SNAP, identyfikującego typ pakietu, zawierają oraz pole danych oraz informacje sterujące AAL5 (pole długości jednostki PDU i sumę kontrolną CRC).

Dla protokołu IPoATM przyjęto standardową długość pakietów IP równą 9180 bajtów, pozwalająca na obsługę ramek o maksymalnych długościach stosowanych w sieciach Ethernet, Token Ring, FDDI bez konieczności ich podziału. Jednocześnie IPoATM dopuszcza, zgodnie ze specyfikacją protokołu AAL5, obsługę pakietów o długościach do 64-kilobajtów - wymaga to jednak skonfigurowania wszystkich stacji podsieci LIS tak, aby obsługiwały pakiety o tej samej długości. Zauważmy, że jest to również maksymalny rozmiar pakietów w sieci IP.

W zależności od typu stosowanych połączeń (PVC lub SVC) występują różnice w sposobie odwzorowywania adresów.

3. Połączenia typu PVC

W sieciach ATM, ze stałymi połączeniami wirtualnymi (PVC), adresy IP są odwzorowywane w identyfikatory połączeń wirtualnych (ścieżki VPI i kanału VCI) w sposób manualny. Oznacza to, że użytkownik każdej stacji jest odpowiedzialny za konfiguracje własnej tablicy adresowej, poprzez umieszczenie w niej par: adres IP stacji docelowej i identyfikator połączenia wirtualnego. Tego typu uproszczona konwersja adresowa może być efektywna jedynie w przypadku małych sieci (często jednak bywa jedynym rozwiązaniem).

4. Połączenia typu SVC

W przypadku realizacji w sieci ATM komutowanych połączeń wirtualnych (SVC), stacje końcowe muszą dokonywać odwzorowywania adresów IP na adresy ATM i identyfikatory połączeń wirtualnych w sposób automatyczny, tj. na żądanie. Nieodzownymi elementami protokołu IPoATM stają się wówczas algorytm ATMARP i serwer adresowy ATMARP. Serwer ten staje się centralnym elementem każdej wirtualnej podsieci LIS. Utrzymuje on bazę danych (tablice adresową) odwzorowującą adresy IP w adresy ATM wszystkich stacji w LIS. Kierowane są do niego prośby stacji końcowych, bądź urządzeń brzegowych sieci ATM, o wskazanie nieznanego adresu ATM, odpowiadającego znanemu adresowi IP stacji docelowej.???????????????

W obrębie jednej podsieci LIS stacje komunikują się za pośrednictwem wirtualnych połączeń typu punkt-punkt. Pakiety IP są umieszczane w jednostkach PDU protokołu AAL5 w urządzeniach brzegowych sieci ATM. Komórki ATM tworzone z jednostek PDU są następnie przesyłane przez węzły i przełączniki sieci ATM do miejsca ich przeznaczenia lub urządzenia brzegowego sieci ATM. Tam następuje złożenie komórek w jednostki PDU i utworzenie pakietu IP.

Z punktu widzenia warstwy sieciowej (protokołu IP) transmisja przez sieć ATM jest jednoetapowa, bez względu na liczbę przełączników uczestniczących w przekazywaniu komórek ATM.

5. Rozszerzenia standardu RFC 1577

„Wąskim gardłem” klasycznego IPoATM jest brak możliwości bezpośredniej transmisji miedzy różnymi podsieciami LIS. Problem jest poważny, gdyż routery nie są w stanie realizować funkcji decydujących o atrakcyjności ATM, tj. zarządzania jakością (QoS), minimalnego opóźnienia i dużej przepustowości.

Prowadzone są badania nad bardziej zaawansowanymi implementacjami IPoATM. Grupa MPOA, związana z ATM Forum, pracuje nad osadzeniem takich protokołów jak IP, IPX/SPX czy Appletalk na sieci ATM z pominięciem routerów.

Oddzielnym obszarem prac jest przygotowanie wersji protokołu wykorzystującego mechanizm rozgłaszania komunikatów w sieci ATM (IP multicast over ATM).

2. IP poprzez ATM bezpośrednio poprzez WDM

Ten scenariusz transmisji opiera się na bezpośredniej transmisji komórek ATM poprzez kanał WDM. Jest to scenariusz identyczny z poprzednim z punktu widzenia architektury sieci. Jedyną różnicą jest to, iż komórki ATM nie są poddawane enkapsulacji odwzorowaniu w ramki SDH, zamiast tego są przesyłane bezpośrednio poprzez medium fizyczne wykorzystując komórkową warstwę fizyczną ATM. Komórkowa warstwa fizyczna ATM jest relatywnie nową techniką dla transportu ATM. Oparta jest ona o fizyczne mechanizmy które zostały specjalnie stworzone w celu obsługi protokołu ATM. Ta technika nie wspiera żadnego innego protokołu poza tymi które służą do emulacji w ATM na przykład emulacji LAN poprzez ATM.

Głównymi zaletami fizycznego komórkowego interfejsu (Physical Cell Based Interface) w stosunku do SDH są:

• Prosta technika transmisji dla komórek ATM, które są bezpośrednio przesyłane poprzez medium fizyczne po wykonaniu operacji skramblowania

• Mniejsza wielkość nagłówka dodawanego na poziomie warstwy fizycznej (około 16 razy mniejsza niż w przypadku SDH)

• Ponieważ ATM jest techniką asynchroniczną, nie ma szczególnych wymagań na mechanizmy synchronizacyjne wewnątrz sieci w przeciwieństwie do SDH

Niestety technika ta jest dopiero w fazie rozwoju i może jedynie być stosowana w przypadku komórek ATM. Komórkowa warstwa fizyczna ATM zostały zdefiniowane w zaleceniu ITU I.432.1-2: „B-ISDN User - Network Interface Physical Layer Specification” dla przepustowości 155 Mb/s, 622 Mb/s, oraz poprzez ATM Forum dla przepustowości 622 Mb/s, 2488 Mb/s AF-PHY-0128.000 „622 and 2488Mb/s Cell Based Physical Layer”

1. IP poprzez SDH poprzez WDM, Transmisja pakietów poprzez SONET (POS)

Architektura sieci transmisyjnej transportującej IP poprzez ramki SDH i WDM została przedstawiona poniżej:




Rysunek 17. Przykład sieci IP poprzez SDH poprzez WDM

Możliwe jest wykorzystanie formatu ramki SDH do enkapsulacji pakietów IP w celu dalszej transmisji poprzez WDM przy wykorzystaniu transponderów (adapterów długości fali) lub poprzez enkapsulację pakietów IP do SDH następnie transportowanych poprzez sieć SDH korzystając z kanałów WDM.

SDH jest obecnie używany w celach protekcji ruchu IP poprzez sieć transportową np. przeciwko zerwaniu połączenia fizycznego (kabla) dzięki mechanizmowi automatycznej protekcji przełączania (APS - Automatic Protection Switching). Może to być realizowane również w warstwie optycznej.

Karty liniowe w ruterach IP pozwalają na ramkowanie PPP/HDLC. Sygnał optyczny jest wtedy przystosowany do transmisji poprzez światłowód do elementów sieci SDH sąsiadujących z routerami IP lub transponderów WDM. Istnieją różne typy interfejsów służących do realizacji transmisji IP poprzez SDH na przykład:

• Kontenery VC4 lub kontenery łączone VC4, które umożliwiają agregowanie szerokości pasma bez rozdzielania różnych rodzajów usług IP, które mogą istnieć w obrębie strumienia pakietów,

• Interfejs kanałowy, gdzie wyjście optyczne STM16 może zawierać 16 niezależnych kontenerów VC4, z możliwością separacji usług w każdym strumieniu VC4. Różnego rodzaju kontenery VC4 mogą być wtedy routowane poprzez sieć SDH do routerów docelowych..

Wersja, którą analizowaliśmy wykorzystuje protokół PPP (proces enkapsulacji) i HDLC (proces ramkowania). Znany jako POS lub Packet over SONET. PPP jest standardowym środkiem enkapsulacji pakietów IP i innego rodzaju pakietów w celu transmisji poprzez różnego rodzaju media poczynając od analogowych linii telefonicznych aż do SDH. Ma on również możliwość tworzenia i zakańczania połączeń (LCP). Protokół HDLC jest standardem ISO wersji SDLC - protokołu stworzonego przez firmę IBM w latach siedemdziesiątych. Proces tworzenia ramek w protokole HDLC zawiera znacznik rozgraniczający sekwencje ramek, występujący na początku i na końcu ramki. Ramka zawiera również pole sumy kontrolnej CRC służącej kontroli błędów transmisji.

IP	Datagram, maksymalny rozmiar pakietu 65553 oktetów.
PPP	Enkapsulacja PPP, zgodnie z zaleceniem RFC 1661. Dodawane są 1 lub 2 octety pola protokołu i opcjonalnie wypełnienie. PPP pozwala na ustanowienie połączenia.
HDLC	Proces tworzenia ramek (ramkowanie) zgodnie z zaleceniem RFC 1662. Dodawany jest bajt znacznika określający początek ramki (flaga), dwa dodatkowe bajty nagłówka, oraz dwa bajty FCS (Frame Check Sequence) kontroli ramki dla ramek o długości do 1500 bajtów. PPP wraz z HDLC dodają 7 lub 8 bajtów nagłówka dodawanych do pakietu IP.
SDH	Ramki HDLC są wkładane w kontenery wirtualneVC4, zalecenie RFC 1619. Następnie dodawany jest nagłówek sekcji SDH (81 bajtów wraz ze wskaźnikiem AU) oraz 9 bajtowy nagłówek ścieżki (1 bajt na każdy wiersz kontenera VC4) i umieszczane w kontenerze wirtualnym VC4 SDH o długości 2340 bajtów. Dla wirtualnych kontenerów łączonych VC 4 długość kontenera wirtualnego jest równa X*2340 bajtów. Szczegółowe wyjaśnienie znajduje się powyżej pod tabelą nr XXXXXXXXXXXX. Skramblowanie minimalizuje w tym przypadku ryzyko utraty synchronizacji systemu SDH przy transmisji specyficznej konfiguracji danych uzytkownika.

Tabela 13. Stos protokołów przy transmisji IP poprzez SDH




Rysunek 18. Ramka przy transmisji IP poprzez SDH

1. Skalowalność

POS realizuje połączenia full - duplex typu punkt - punkt pomiędzy interfejsami ruterów wykorzystującymi ramkowanie SDH. Skalowalność takiego systemu jest duża: współpraca pomiędzy SDH i WDM jest wysoka i nie ma ograniczenia na ilość węzłów sieci. Należy jednak podkreślić dwa przypadki:

• W przypadku rutera z interfejsami SDH o przepustowościach większych niż 155 Mbps kontenery wirtualne mają zwykle postać kontenerów łączonych i transmisja poprzez konwencjonalną sieć SDH nie jest możliwa ze względu na to, iż nie wspiera ona łączonych kontenerów wirtualnych.

• Dla każdego połączenia bezpośredniego pomiędzy dwoma ruterami, wymagane jest połączenie SDH co może być ograniczeniem związanym z liczbą interfejsów w ruterze i liczbą wymaganych połączeń SDH.

1. Protekcja i odtwarzanie

Uszkodzenie połączenia kablowego - protekcja OMS / OCH (Optical Multiplex Section/Otical Channel) oraz dodatkowo NIC (Network Interface Card) mogą zostać wykorzystane do wykrycia uszkodzenia właściwie w tym samym czasie tj. różnice nie przekraczają pojedynczych ms. Odtworzenie w warstwie Ethernetu następuje na podstawie algorytmu drzewa rozpinającego, działającego na tej samej zasadzie jak tworzenie tablicy rutingu IP.

2. Wsparcie QoS (Quality of Service) dla sieci opartych o protokół IP

Tradycyjny Internet oparty jest na dostępie wszystkich rodzajów pakietów do zasobów sieci z tym samym priorytetem. Warstwa sieci jest zorientowana na transport pakietów ze źródła do celu korzystając z adresu docelowego zawartego w nagłówku pakietu w oparciu o wpisy zawarte w tablicach routingu. Rozdzielenie routowania (tworzenia, utrzymywania, uaktualniania tablic routingu) od właściwego procesu przekierowania jest istotnym elementem projektowania koncepcyjnego Internetu. Ostatnio IETF zaprezentowała kilka rozwiązań które umożliwiają zapewnienie gwarancji jakości usługi w Internecie. Spośród nich najciekawsze rozwiązania to IntServ/RSVP oraz DiffServ/QoS.

3. (IntServ) Integrated Services Model

RSVP (Resource Reservation Protocol) oraz architektura pozwalająca na realizację połączeń punkt - punkt z gwarancja jakości usługi QoS są wynikiem pracy grupy InterServ. RSVP jest protokołem sygnalizacyjnym służącym do zarządzania (reserwacji) zasobami sieci. RSVP zaopatrzony został w fazę konfiguracji kiedy to zasoby są wstępnie rezerwowane w każdym pośredniczącym routerze (jak ma to miejsce w przypadku rezerwacji pasma lub napięcia w procesorze). InterServ definiuje serwisy i jednocześnie umożliwia użytkownikom rezerwację przesyłania dla trybów unicast i multicast w przypadku aplikacji wymagających QoS. Jeżeli każdy z elementów pośredniczących w transporcie - router uzgodni i zarezerwuje odpowiednie zasoby, użytkownik wyposażony zostanie w dedykowany oraz zarezerwowany strumień o gwarantowanej przepustowości. W innym przypadku sesja zostaje zakończona, a zarezerwowane zasoby zwolnione.

1. DPT (Dynamic Packet Transport)

DPT jest nową techniką transmisji pakietów IP poprzez sieci optyczne zaprezentowaną przez firmę CISCO. Ruch DPT jest przezroczysty w systemach WDM i SDH. Niestety oferuje on jedynie realizację połączeń typu punkt - punkt oraz połączeń w strukturze pierścieniowej. Jednak może on zaoferować jedynie obsługę połączeń typu punkt - punkt jako ruch wchodzący do węzła musi być rozpakowany i przeanalizowany każdy z adresów sprzętowych MAC. Interfejsy DPT są dostępne przeważnie dla przepustowości STM - 4. Karty liniowe wyposażone w te interfejsy mają zasięg do 40 km.

1. Protekcja i odtwarzanie

DPT wprowadza nowy mechanizm IPS (Intelligent Protection System). Jest to bardzo podobny system do APS jednak ma elementy odróżniające go od APS:

• Nie opiera się na bajtach nagłówka SONET/SDH

• Wprowadza 50 ms czas odtwarzania w sieciach IP, dotyczy nawet dużych sieci opartych na 16 węzłach

• Nie jest wymagane dodatkowe zabezpieczenie przepustowości

• IPS wprowadza operacje „Plug and Play”

1. IP poprzez SDL bezpośrednio poprzez WDM

SDL (Simple Data Link) jest procesem ramkowania przedstawionym przez firmę Lucent Technologies Inc. i może on zastąpić ramkowanie HDLC dla pakietów poddanych enkapsulacji PPP. W porównaniu z ramką HDLC ramka SDL nie posiada znaczników (flag) rozgraniczających sekwencje. Zamiast tego ramka zaczyna się od pola długości pakietu. Jest to zaletą przy dużych szybkościach transmisji gdzie uzyskanie synchronizacji przy pomocy sekwencji rozgraniczających (flag) jest bardzo trudne. Format SDL może zostać bezpośrednio umieszczony w strukturze transmisyjnej SDH. SDL może również być bezpośrednio zakodowany do postaci strumienia optycznego. SDL wykorzystuje 4 bajtowy nagłówek, zawierający długość pakietu. Maksymalna długość pakietu wynosi 65535 bajtów. Suma kontrolna CRC - 16 lub CRC - 32 może być opcjonalnie używana w przypadku kiedy pakiety umieszczane są jeden po drugim. Wszystkie bity z wyjątkiem bitów nagłówka podlegają skramblowaniu skramblerem x⁴⁸. Skramblery nadawcy i odbiorcy są zsynchronizowane poprzez dodatkową transmisję pakietów specjalnych. SDL nie zawiera dodatkowych bajtów przeznaczonych do zapewnienia przełączania jak to ma miejsce w przypadku bajtów K1 i K2 w ramce SDH.







Rysunek 19. Struktura ramki SDL

2. IP poprzez Gigabit Ethernet poprzez WDM

Szacuje się że Ethernet stanowi 85 % sieci LAN na świecie. Nowa technika Gigabit Ethernet może zostać zastosowana do rozszerzenia przepustowości obecnie eksploatowanych sieci LAN, MAN, WAN, poprzez zastosowanie Gigabitowych kart liniowych w ruterach IP, które kosztują w przybliżeniu 5 razy mniej niż karty SDH o zbliżonych przepustowościach. Z tego też powodu Gigabit Ethernet może być również atrakcyjny w przypadku transmisji IP poprzez pierścienie WDM, lub na dłuższych odcinkach transmisyjnych wykorzystujących WDM. Również w najbliższej przyszłości zestandaryzowaniu ulegnie 10 Gigabit Ethernet (GbE). Przykład sieci IP opartej na interfejsach Gigabit Ethernet możemy zobaczyć poniżej. Gigabitowe karty liniowe mogą być stosowane w ruterach IP lub w szybkich przełącznikach Ethernetowych warstwy 2. W przypadku sieci opartych o technologię Ethernet o niższych przepustowościach (np. 10 Base - T lub 100 Base - T) może zostać zastosowany tryb half - duplex, gdzie pasmo dostępne do transmisji jest współdzielone przez wszystkich użytkowników i w obu kierunkach transmisji. Została tu zastosowana technika CSMA - CD. Nakłada to jednak ograniczenia na fizyczne rozmiary sieci, w której czas transmisji nie może przekroczyć wartości szczeliny czasowej która określa minimalną długość ramki (512 bitów dla 10 Base - T oraz 100 Base - T). Dla przepustowości 1Gb/s użycie minimalnej długości ramki oznaczałoby, iż sieć Ethernet mogłaby osiągnąć długość jedynie 10 m, z tego to powodu minimalna długość ramki została zdefiniowana jako 4096 bitów dla Gigabit Ethernet. Jednak nadal daje to ograniczeni na długość sieci 100m, dlatego też tryb full-duplex jest tu bardziej atrakcyjny. W przypadku zastosowania techniki Gigabit Ethernet (1000Base -X) w trybie full - duplex, uzyskujemy prostą enkapsulację i ramkowanie pakietów IP i tryb CSMA - CD nie jest wykorzystywany. Przełączniki Ethernetowe mogą również być używane w celu rozbudowy topologii sieci nie tylko w połączeniach typu punkt - punkt.




Rysunek 20. Przykład topologii sieci transportowej IP poprzez Gigabit Ethernet poprzez WDM.

Gigabit Ethernet zapewnia również gwarancję jakość usługi QoS zdefiniowaną w zaleceniu IEEE 802.1Q oraz 802.1p. Uzyskanie gwarancji jakości usługi poprzez Ethernet jest możliwe dzięki zastosowaniu pakietów znacznika definiujących priorytet lub klasę usługi danego pakietu. Znaczniki te umożliwiają aplikacjom komunikację dotyczącą priorytetów pakietów z urządzeniami pośredniczącymi w transporcie pakietów.

Wolne

Preambuła

Znacznik początku ramki

Adres docelowy

Adres źródłowy

Długość ramki

Pole kontroli połączenia logicznego + przestrzeń ładunkowa

Sekwencja kontrolna ramki






Rysunek 21. Ramka Gigabit Ethernet

Przedstawiona na rysunku 21 struktura ramki Gigabit Ethernet udostępnia maksymalną długość przestrzeni ładunkowej 1500 bajtów.

1. Protekcja i odtwarzanie

Istnieją trzy typy protekcji i odtwarzania w architekturze IP / WDM. W zależności od rodzaju awarii możemy się zabezpieczyć przed:

• przerwaniem połączenia kablowego: dotyczy zarówno systemów WDM z optyczną protekcją OMSP (Optical Multiplex Section Protection)

• awarią sprzętu transmisyjnego oraz przerwaniu połączenia kablowego: dotyczy przede wszystkim systemów SDH (kiedy protekcja SDH jest stosowana) i szczególnie zabezpieczonych systemów WDM wyposażonych w OCHP (Optical Channel Protection)

• przed awarią ruterów: dotyczy sieci zawierających rutery IP oraz systemów duplikowanych.

Dopuszczalne jest łącznie zabezpieczeń. Na przykład OMSP może być wykorzystywane do szybkiego przełączania w przypadku uszkodzenia połączenia kablowego, podobnie w przypadku sieci IP posiadających wolne zasoby transmisyjne, ruch może zostać przerutowany w obrębie uszkodzonego węzła-rutera. ????????????

1. Zabezpieczenie przed przerwaniem połączenia kablowego z wykorzystaniem OMSP.

OMSP wykorzystuje przełączniki optyczne w celu przywrócenia grupy n długości fal równocześnie. OMSP może być liniowy (1+1) lub dzielony (OMSPRing). Konfiguracja OMSP przedstawiona jest na rysunku 22.

??????????????? VISiO!!!!!!!!!!!!!!!!!!!





Rysunek 22. Konfiguracja węzła dla protekcji OMSP

2. Zabezpieczenie przed uszkodzeniom urządzeń WDM z wykorzystaniem OCHP.

OCHP - przełączanie jest realizowane poprzez warstwę optyczną co oznacza że każda długość fali wymaga oddzielnego przełącznika. Oznacza to zwiększoną ilość przełączników optycznych ale jednocześnie daje większą selektywność i jednocześnie z łatwością można zrealizować protekcję transponderów dzięki takiej architekturze. Poniższy rysunek przedstawia węzeł wykorzystujący OCHP.





Rysunek 23. Konfiguracja węzła dla protekcji OCH

3. Protekcja i odtwarzanie w obrębie sieci IP

Alternatywą dla protekcji przez przełączanie w systemach SDH i WDM w celu zabezpieczania przeciwko awariom urządzeń transmisyjnych lub uszkodzeń przewodów transmisyjnych jest jedynie odtwarzanie. Rysunek 24 prezentuje przykład niezabezpieczonego systemu WDM z dołączonymi ruterami IP.




Rysunek 24. Zabezpieczenie przeciwko uszkodzeniom ruterów poprzez dublowanie.

W przypadku uszkodzenia połączenia kablowego pomiędzy ruterami A i B ruch IP poprzednio rutowany z A do C poprzez B zostanie przerutowany poprzez D. Odtwarzanie połączenia w sieci IP zawiera aktualizację tablic routingu. W przypadku standardowych protokołów takich jak OSPF lub RIP zachowywany jest zapis o stanie dotychczasowym i uaktualnianie następuje sukcesywnie. Szybkość z jaką może zostać to wykonane uzależniona jest od wielkości sieci i typu algorytmu rutującego. Uaktualnianie 64 MB tablic rutingu w ruterach wewnątrz dużej sieci może zająć kilka godzin zanim sieć osiągnie właściwy poziom wydajności. Rysunek pokazuje dodatkowo strukturę, w której rutery IP są zduplikowane. Każdy z ruterów podstawowych i zapasowych działa na swoim własnym kanale WDM. Rutery podstawowe i zapasowe są połączone bezpośrednio więc w przypadku awarii jednego z nich usługa automatycznie odtwarza połączenie na poziomie IP.

1. Podsumowanie protekcja i odtwarzanie

Tabela prezentuje podsumowanie omówionych technik protekcji.

Typ protekcji	Stopień protekcji	Szybkość odtwarzania	Koszt	Uwagi
WDM OMSP	Połączenie kablowe i wzmacniacze optyczne	Szybka, 50ms	Najniższy w przypadku sieci o dużych przepustowościach
WDM OCHP	Połączenie kablowe oraz wszystkie urządzenia WDM	Szybka, 50ms	Trochę wyższy niż OMSP	Bardziej elastyczny system protekcji niż w przypadku OMSP
SDH	Połączenie kablowe oraz wszystkie urządzenia SDH i WDM	Szybka, 50ms	W zależności od wielkości ruchu Duży lub średni ruch	W pełni rozwinięta technologia.
IP odtwarzanie	Potencjalnie wszystkie uszkodzenia	Od kilku sekund do kilku godzin	Wymaga dużych ruterów Duplikacja dla systemów o wysokim Stopniu zabezpieczenia przed awarią Wzrost kosztów	Precyzyjne wymiarowanie sieci IP zapewniające zapasowe wolne przepustowości. W przypadku zastosowania dublowanych ruterów wymagana jest synchronizacja tablic rutingu
Kombinacje	Potencjalnie wszystkie uszkodzenia	Szybka, 50ms dla uszkodzeń warstwy transportowej	Potencjalnie największy	Może być wymagany dla wysokiej jakości usług wymagających QoS

Tabela 14. Podsumowanie omówionych technik protekcji.

W przypadku IP poprzez ATM poprzez SDH funkcjonalność pod względem protekcji i odtwarzania na poszczególnych warstwach wygląda następująco:

Warstwa	Protekcja				Odtwarzanie
		Typ	Podtrzymywanie	Ziarnistość		Dodatkowy ruch 1
IP	Brak protekcji	-	-	-	Automatyczne odtwarzanie
ATM	VP/VC	tak	≤ STM-1	tak	Automatyczne odtwarzanie1
SDH	VC-4/VC-12 protekcja ścieżki	tak	≤ STM-1	nie	Manualne odtwarzanie
		SNCP	tak	≤ STM-1		nie
		MS	nie	STM-X		nie

Tabela 15. Protekcja i odtwarzanie w poszczególnych warstwach ATM/SDH

* Ruch o niskim priorytecie, 1:1 protekcja kanałów gdy pojemność transmisyjna nie jest wykorzystywana dla celów protekcyjnych ruchu podstawowego. Jeśli wymagana jest protekcja kanałów ruchu podstawowego, ruch dodatkowy jest opróżniany.

* Automatyczne odtwarzanie istnieje gdy Półstałe połączenia wirtualne (Soft PVC's) są stosowane. Jeżeli takie połączenie wirtualne zostanie rozłączone z powodu awarii systemu przełączania lub awarii połączenia kablowego punkt docelowy jest odpowiedzialny za przywrócenie połączenia. Częstotliwość prób przywrócenia połączenia jest uzależniona od implementacji.

	SDH - Sekcja multipleksacji	WDM Optyczna sekcja multipleksacji
Awaria węzła	4.3 ms	7.3 ms
Dwukierunkowa awaria sygnału	5.2 ms	8.2 ms
Jednokierunkowa awaria sygnału	5.8 ms	8.8 ms
Jednokierunkowa awaria połączenia	7.7 ms	13.7 ms

Tabela 16. Czasy przełączania uzyskiwane w systemie SDH oraz w warstwie optycznej WDM

Zauważalny jest trend do upraszczania warstwy SDH, w połączeniu z sekcją odtwarzania w warstwie IP i protekcją w warstwie optycznej WDM.

1. Koszty urządzeń w poszczególnych technologiach

1. WDM

Ceny urządzeń WDM są bardzo zróżnicowane i uzależnione ściśle od konfiguracji, ze względu na duży stopień swobody możemy podać przybliżoną cenę systemu WDM złożonego z terminala WDM obsługującego 32 kanały optyczne, 2 λ, kształtującą się na poziomie 200000 Euro. Zwiększając liczbę lambd zwiększa się cena w przybliżeniu o 40 000 Euro za lambdę. Koszt wzmacniacza ILA wynosi około 100 000 Euro. Koszt modemu WDM (1310/1550nm/45km) waha się na poziomie 2000 Euro, natomiast modem WDM (1550/1310nm/45km) kosztuje 2500 Euro. Jak widać system WDM jest kosztownym systemem transmisyjnym jednak przy dużych odległościach i dużych przepustowościach system jest niezbędny i jak pokazują zaprezentowane wyniki bardzo efektywny, a przy tym niezbyt skomplikowany daje to temu systemowi szerokie perspektywy zastowania w najbliżzej przyszłości. Koszt przesłania 1 Mbit danych możemy szacować na około 0,005 zł.

Urządzenie	Cena
modem WDM (1310/1550nm/45km) E1/G.703	2000 Euro
modem WDM (1550/1310nm/45km) E1/G.703	2500 Euro
Multiplekser (1310nm WDM 45 km )E1/G.703	3000 Euro
Multiplekser (1550nm WDM 45 km )E1/G.703	4000 Euro

Tabela 17. Przyakładowe ceny urządzeń WDM

2. SDH

Sieci synchroniczne SDH są standardem w telekomunikacji zapewniając nowoczesny, efektywny system transportowy o wielu zastosowaniach. Jako przykłady cen urządzeń SDH możemy podać następujące przykładowe rozpiętości cenowe:

Urządzenie	Cena
Modem światłowodowy (1300nm/28 km) E1/G.703	1000 Euro
Modem światłowodowy (1300nm/54 km) E1/G.703	1200 Euro
Modem światłowodowy (1550nm/85 km) E1/G.703	1500 Euro
Multiplekser (1300nm/20 km ELED) 4 x E1/G.703	2200 Euro
Multiplekser (1300nm/50 km LD) 4 x E1/G.703	2500 Euro
Multiplekser (1550nm/85 km LD) 4 x E1/G.703	3000 Euro
Multiplekser (1300nm/28 km ELED) 16 x E1/G.703	5000 Euro
Multiplekser (1300nm/54 km LD) 16 x E1/G.703	5300 Euro
Multiplekser (1550nm/85 km LD) 16 x E1/G.703	5500 Euro
Karty linowe (Tributary) 2 Mbit/s - 21x2 Mbit/s	2000 Euro
Karty linowe (Tributary) 34 Mbit/s	2500 Euro
Karty linowe (Tributary) 45 Mbit/s	2900 Euro
Karty linowe (Tributary) 155 Mbit/s	5000 Euro

Tabela 18. Przyakładowe ceny urządzeń SDH

Jak więc widac ceny urządzeń SDH są dużo niższe od urządzeń WDM i dlatego też stanowią alternatywę dla urządzeń WDM. Koszt przesłania 1Mbit waha się na poziomie 0,003 zł.

3. ATM

Urządzenie	Cena
ESX-2400 Chassis: 4 Slot Modular Chassis	2000Euro
ESX-2400 Starter Kit: 48 10/100TX port module, Network Services Controller-I with TX interface - Switch	25000 Euro
ESX-2400 Starter Kit: 24 10/100TX + 3 1000SX port module, Network Services Controller-I with TX interface Modem światłowodowy (1550nm/85 km) E1/G.703 - Switch	27000 Euro
ESX-2400 Starter Kit: 24 10/100TX port + 3 1000LX port module, Network Services Controller-I with TX interface	30000 Euro
24 ports of 10/100BaseTX and 3 ports of 1000SX	14 995 Euro
24 ports of 10/100BaseTX and 3 ports of 1000LX	16 195 Euro
24 ports of 10/100BaseTX and 24 ports of 100FX	23 295 Euro
24 ports of 100BaseFX and 3 ports of 1000SX	17 595 Euro
4 port E1 network module	5 995 Euro
8 port E1 network module	12 995 Euro
2 port DS3 network module	8 995 Euro
4 port DS3 network module	13 995 Euro
2 port E3 network module	9 195 Euro

Tabela 19. Przyakładowe ceny urządzeń ATM

Wbrew przewidywaniom ATM nie zdobył dużego udziału w rynku komponentów sieci lokalnych. Potencjalnie pozostaje nadal technologią przyszłości. Na razie przyjął się jedynie w bardzo dużych przedsiębiorstwach, gdzie wspiera tylko szkielet o wysokiej przepływności. Panuje na ogół zgodny pogląd, że trudności aplikacyjne ATM są przejściowe i upowszechnienie nie opóźni się zbyt dużo.

Daje się zauważyć stopniowy zmierzch współdzielone­go dostępu do medium i coraz częstsze zastępowanie koncentratorów przełącznikami. Oprócz Ethernetu wielkim zwycięzcą technologicznym jest też przełączanie IP. Technologia ta łączy bardzo silnie inteligencję trasowania i szybkość przełączania komórek. Sukces przełączania IP jest poważny i jednocześnie w ostatnich latach ma największy wpływ na przeobrażanie urządzeń sieciowych - route once, switch many. Technika IP interesuje teraz w najwyższym stopniu te przedsiębiorstwa, które chcą rozwijać intranety i two­rzyć sieci w pełni IP. Przełączanie IP zastąpi z czasem routery w sieciach przedsiębiorstw, a po sukcesach w sieciach lokalnych roz­szerzy się zapewne także na łącza telekomunikacyjne. Na razie większość producentów przełączników nie wspiera standardów trasowania dla sieci telekomunikacyjnych, lecz ogranicza funkcjonowanie swoich przełączników do lokalnych sieci przedsiębiorstw.

Koszty urządzeń i utrzymania maleją wraz z przechodzeniem do struktur o prostszej budowie zapewniających duże przepustowości i prostą architekturę:



















































Rysunek 25. Uzależnienie kosztów od stosowanej technologii.

Porównanie kosztów prezentowanych technik transmisji przedstawiamy na rysunku 26:





Rysunek 26. Przykładowe ceny urządzeń SDH

Na wykresie 26 uwzględnione zostały następujące elemenety:

• Koszt ruterów zawierających karty liniowe

• Koszt urządzeń WDM wraz z elementami OLT, OADM oraz transponderami

• Całkowity koszt urzadzeń

Ceny urządzeń stosowanych w transmisji przy użyciu DPT oraz Gigabit Ethernet były prawie jednakowe podczas gdy POS okazał się 11% droższy od pozostałych systemów. Wynika to z tego iż, DPT wymaga znacznie mniej kart liniowych STM - 16 niż POS oraz karty liniowe systemu DPT są tańsze niż POS. Oczywiście jak widać największą efektywność uzyskuje technika DPT, ze względu na niskie koszty urządzeń zarówno WDM jak i routerów.

1. Porównanie dostępnej przepustowości

Aby porównać metody enkapsulacji należy znać długość transmitwanego pakietu oraz wielkość nagłówka. Dalej zaprezentowano obliczenia wielkości nagłówków dla wybranych 5 technik transmisji i efektywnej szybości transmisji pakietów. Jako podstawę obliczeń przyjęto pakiet IP długości 350 bajtów typu long.




Rysunek 27. Przykład architektury sieci IP over ATM over WDM

	Długość pakietu	Wielkość nagłówka - kumulacyjna (%)	Komentarz
IP packet	350	0 %
LLC/SNAP	358	2 %	Dodawany jest 8 oktetowy nagłówek
AAL5	390	10 %	Dodawany jest 8 oktetowy nagłówek + dodatkowo uzupełnienie ostatniej komórki ATM (średnio co 24 oktet)
ATM	431	19%	Dodawany jest nagłówek ATM: 5 oktetów na każde 48
SDH	447	22 %	Dodawany jest nagłówek SDH
Dla STM - 1 otrzymujemy efektywną szybkość transmisji na poziomie: 121 Mb/s

Tabela 20. Kumulacja nagłówków przy transmisji poprzez IP over ATM over SDH

	Długość pakietu	Wielkość nagłówka - kumulacyjna (%)	Komentarz
IP packet	350	0 %
LLC/SNAP	358	2 %	Dodawany jest 8 oktetowy nagłówek
AAL5	390	10 %	Dodawany jest 8 oktetowy nagłówek + dodatkowo uzupełnienie ostatniej komórki ATM (średnio co 24 oktet)
ATM	431	19%	Dodawany jest nagłówek ATM: 5 oktetów na każde 48
OAM	432	19 %	Dodawana jest jedna komórka dla OAM co każdą 431 komórkę (komórka = 53 oktety)
Dla 155Mb/s otrzymujemy efektywną szybkość transmisji na poziomie: 126 Mb/s

Tabela 21. Kumulacja nagłówków przy transmisji poprzez IP over ATM porzez interfejs fizyczny cell - based

	Długość pakietu	Wielkość nagłówka - kumulacyjna (%)	Komentarz
IP packet	350	0 %
PPP/HDLC	358	2 %	Dodawany jest 8 oktetowy nagłówek
SDH	371	6 %	Dodawany jest nagłówek SDH: 10 kolumn na każde 270
Dla STM - 1 otrzymujemy efektywną szybkość transmisji na poziomie: 146 Mb/s

Tabela 22. Kumulacja nagłówków przy transmisji poprzez IP over PPP over SDH

	Długość pakietu	Wielkość nagłówka - kumulacyjna (%)	Komentarz
IP packet	350	0 %
PPP	352	1 %	2 bajty na każdą ramkę o / h
SDL	360	3 %	Dodawany jest 8 bajtów o / h z kodem CRC 32
Dla STM - 1 otrzymujemy efektywną szybkość transmisji na poziomie: 151 Mb/s

Tabela 23. Kumulacja nagłówków przy transmisji poprzez IP over SDSL over WDM

	Długość pakietu	Wielkość nagłówka - kumulacyjna (%)	Komentarz
IP packet	350	0 %
GbE	388	10 %	GbE bity ramki: 38 bajtów na pakiet
Kod liniowy	485	28 %	8B/10B daje 1,25 Gb /s
Dla 1 Gb otrzymujemy efektywną szybkość transmisji na poziomie: 902 Mb/s

Tabela 24. Kumulacja nagłówków przy transmisji poprzez Gigabit Ethernet (GbE)

Podsumowując możemy przedstawić efektywną szybkość transmisji i procentowy stosunek długości nagłówka do długości pakietu dla różnych metod transmisji:

Enkapsulacja / ramkowanie	Wielkość nagłówka %	Efektywna szybkość transmsji Mb/s
IP/ATM/SDH	22	1944
IP/ATM/Cellbased	19	2011
IP/PPP/SDH	6	2338
IP/SDL	3	2411
IP/GbE	28	902

Tabela 25. Podsumowanie % długości nagłówka w stosunku do wielkości pakietu dla różnych metod enkapsulacji. Dla połączenia STM - 16 dla 4 pierwszych metod i dla GbE z szybkością 1,25 Gb/s

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń możemy z punktu widzenia efektywności transmisji wskazać technikę transmisji IP poprzez WDM jako dominującą. Obecna sytuacja na rynku telekomunikacyjnym powoduje, iż wzrost dostępnych szybkości interfejsów routerów, wzrastająca liczba kanałów optycznych w jednym światłowodzie na których możliwa jest transmisja, przesuwanie routingu do warstw niższych, nowe protokoły umożliwiające bezpośrednie przesyłanie pakietów IP poprzez WDM i w końcu konwersja protokołów pomiędzy elementami sieci wymusza dążenie do uproszczenia struktury sieci, zwiększenia jej efektywności transmisyjnej oraz minimalizacji kosztów. Dążenie to może zostać zrealizowane poprzez zastosowanie techniki transmisji IP over WDM.

4. Lokalne i rozległe sieci komputerowe

Przez ostatnie kilkadziesiąt lat postęp w dziedzinie telekomunikacji i informatyki, pod względem swojej dynamiki był zjawiskiem precedensowym. Budowane sieci transportowe wykorzystujące techniki światłowodowe oparte na standardach PDH/SDH/ATM/WDM przeznaczone były głównie dla potrzeb telekomunikacyjnych. Natomiast sieci komputerowe rozumiano początkowo jako odizolowane praktycznie od sieci telekomunikacyjnych byty. Jednak na przestrzeni ostatnich trzydziestu lat widac jak mylne było to podejście. Wraz z rozwojem rynku informatycznego wytworzyła się potrzeba komunikacji międzysieciowej; struktury informatyczne dużych firm nie tylko z branży IT rozrastały się do tego stopnia, że sieci komputerowe zaczęły „wychodzić” z budynków korporacji. Powstało pytanie: jak najtaniej i najefektywniej połączyć sieci lokalne. Odpowiedź przyszła właśnie ze strony rynku telekomunikacyjnego. Przy wykorzystaniu zdobyczy informatyki, telekomunikacja daje możliwości zaspokojenia zapotrzebowań rynku transmisji danych. W obszarze sieci informatycznych dominującą pozycję posiadają obecnie sieci oparte na protokole IP. W poniższym rozdziale poddano analizie sieci lokalne i rozległe wykorzystujące ten protokół jako protokół warstwy sieciowej modelu OSI (Open System Interconnection). Szczególny nacisk położono na analizę technik budowy sieci IP i kierunki rozwoju tego obszaru rynku teleinformatycznego.

1. Ogólna charakterystyka sieci IP

1. Geneza powstania sieci IP

Na początku lat 70-tych w Stanach Zjednoczonych powstała pakietowa sieć ARPANET. Fundatorem ARPANET była agencja ARPA, przekształcona później w DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Sieć ARPANET łączyła ośrodki militarne, rządowe laboratoria naukowe i wyższe uczelnie. Z czasem ewoluowała, stając się siecią szkiele­tową Internetu, a z nazwy ARPANET zrezygnowano oficjalnie w roku 1990. W 1983 roku z sieci ARPANET wydzielono wojskową sieć MILNET. Poza tym, to właśnie z ARPANET-u wywodzi się jeden z najważniejszych obec­nie protokołów: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP).

Pierwsze moduły TCP/IP zainstalowano w 1980 roku. Bardzo istotną rolę w rozwoju TCP/IP odegrał rządowy program testowania i wydawania certyfikatów potwierdzających zgodność tworzonych pro­duktów z opublikowanymi standardami.

2. Transmisja danych w sieciach IP

Protokół IP (obecnie w wersji 4, czyli IPv4) jest podstawowym protokołem dla routingu pakietów w Internecie i sieciach opartych o protokoły TCP/IP. Pozwala na stworzenie systemu ko­munikacji pomiędzy połączonymi sieciami. Protokół ARP (Address Resolution Protocol) wykorzystywany jest w sieciach TCP/IP do odwzorowania adresów IP (Internet Protocol) w fizyczne adresy MAC (Medium Access Control). Adres IP identyfikuje konkretny komputer w podsieci, należącej do sieci złożonej. Jest zatem międzysieciowym adresem wyso­kiego poziomu. Fizyczny adres MAC jest sprzętowo zakodowany i przypisany do karty sieciowej. Adresy MAC używane są wyłącznie przy przesyłaniu ramek między komputerami podłączonymi do tej samej sieci. Nie mogą być stosowane przy przesyłaniu ramek do komputerów podłą­czonych do innych sieci, oddzielonych routerami od sieci nadawcy. Jeśli ramka ma przekroczyć barierę, jaką stanowi router, konieczne jest użycie adresu IP (przy założeniu, że sieć funkcjonuje w oparciu o protokół TCP/IP). Przykładowy transport datagramu IP pomiędzy dwoma hostami (A1 i C1) przedstawia rysunek 27.




Rysunek 27. Transmisja datagramów w sieciach IP

Dla uproszczenia numeryczne adresy hostów, sieci i routerów zastąpiono lite­rami. Np. źródło pakietu w sieci A ma adres Al, a router A/B łączy sieci A i B. Warto zauważyć, że protokół IP świadczy usługi nie wymagające bezpo­średniego połączenia pomiędzy nadawcą a odbiorcą. Protokół wyższego poziomu - TCP, w przeciwieństwie do IP jest zorientowany połączeniowo. IP wykonuje wszystkie działania, niezbędne dla dostarczenia pa­kietów, ale nie może zagwarantować, że nie zostaną one odrzucone lub utracone. Sprawą zapewnienia kompletności pakietów i ich ewentualnego odtworzenia zajmuje się system końcowy. Jego zadaniem jest również ste­rowaniem właściwym przepływem pakietów i ich porządkowanie. Funkcje te realizowane są za pomocą protokołu TCP. Jednostką transmisji danych na poziomie protokołu sieci jest pakiet IP. Należy pamiętać, że długość datagramu (łącznie dane i nagłówek) nie może przekroczyć 65.535 bajtów.

3. Adresowanie w sieciach IP

Każdy element w ramach sieci IP ma swoją jednoznaczną identyfikację. W środowisku TCP/IP istnieją trzy metody identyfikacji systemu hosta w sieci:

1. Adres fizyczny - najczęściej unikalny w skali światowej,

2. Adres IP - unikalny w skali podsieci

3. Nazwa dome­nowa - unikalna w skali domeny

Adres fizyczny jest adresem MAC (Medium Access Control), zaszy­tym w karcie sieciowej komputera. Stosowany jest wyłącznie do adresowa­nia wewnątrz sieci lokalnych (LAN).

Adres IP identyfikuje system hosta w środowisku międzysieciowym. IP jest adresem numerycznym, jednoznacznie identyfikującym system hosta w sieci złożonej. Ma on postać liczby 32-bitowej (4 bajty), która nazywana jest „przestrzenią adresową". Składa się dwóch części:

1. Identyfikator sieci - określa konkretną sieć (grupę komputerów)

2. Identyfikator hosta - określa konkretny komputer w danej sieci

Dla zapisu adresu IP stosuje się notację dziesiętną, w której każdy bajt od­dzielony jest separatorem (kropką). Są trzy sposoby podziału adresu: po pierwszym, drugim lub trzecim bajcie. Uzyskuje się w ten sposób cztery klasy adresów (A, B, C, D). Protokół IPv4 dobrze sobie radzi z obsługą społeczności internetowej, ale jego ograniczona przestrzeń adresowa stała się źródłem narastających pro­blemów w miarę wzrostu liczby połączonych komputerów. Od 1990 roku organizacja IETF (Internet Engineering Task Force) pracuje nad unowocześnieniem protokołu IP. Rezultatem tych działań jest całkiem nowy protokół IPv6, obsługujący wszystkie inne protokoły internetowe, ale niekompatybilny „w dół" z protokołem IPv4. Protokół IPv6 został opisany w biuletynach RFC 1883 i RFC 1887. Najważniejszą cechą protokołu IPv6 jest znacznie powiększona przestrzeń adresowa. Na adres przeznaczono bowiem aż 16 bajtów (w porównaniu do 16 bitów IPv4). Daje to praktycznie nieograniczone możliwości adresowania urządzeń w sieci.

1. Ethernet jako podstawowy system budowy sieci IP

Ethernet jako system budowy sieci powstał w 1970 r. w Palo Alto Research Center firmy Xerox. Jego twórcą był dr Robert Metcalf. Rozwijany w latach osiemdziesiątych we współpracy z firmami DEC i Intel stał się znany jako standard DIX Ethernet - od pierwszych liter nazw wdrażających go firm. Standard IEEE 802.3 określa podobny typ sieci ale różniący się formatem ramki. To wlaśnie standard IEEE 802.3, został on przyjęty przez międzynarodową organizację standaryzacyjną ISO (Interrnational Organization for Standartization) jako standard światowy.

Należy zauważyć, że nazwa Ethernet jest nadawana wszystkim systemom, posługującym się techniką dostępu do medium transmisyjnego z wykry­waniem kolizji CSMA/CD. Obecnie, prawidłową nazwą tego standardu jest IEEE 802.3, lecz ogromna popularność określenia Ethernet powoduje, że większość produ­centów i publikacji wciąż używa tego terminu. Dla wyjaśnienia często sto­suje się nazwę Ethemet 802.3.

Istnieje wiele odmian systemów opartych na specyfikacji IEE 802.3 Ethernet. Są to, m. in., systemy o szybkości 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1Gb/s wykorzystujące jako medium kabel koncentryczny, skrętkę wieloparową, lub światłowody. Naj­popularniejsze obecnie są rozwiązania oparte na skrętce nieekranowanej.

Należy zaznaczyć, że pojęcie Ethernet odnosi się nie do jed­nej, lecz do wielu standardów budowy sieci lokalnych, z których wyróżnić należy trzy podstawowe kategorie:

1. Ethernet i IEEE 802.3 - jest to kilka specyfikacji określających sieci lokalne, z których każda pracuje z przepływnością 10 Mb/s.

2. Ethernet 100 Mb/s - jest to pojedyncza specyfikacja, znana rów­nież jako Fast Ethernet, określająca sieć pracującą z przepływnością 100 Mb/s.

3. Ethernet 1000 Mb/s - jest to pojedyncza specyfikacja, znana rów­nież jako Gigabit Ethernet, określająca sieć pracującą z przepływnością 1000Mb/s.

Obecnie prowadzone sa prace nad nową kategorią Ethernetu - 10Gb Ethernet aczkolwiek rzeczywiste i sprawnie działające implementacje tego systemu nie sa jeszcze praktycznie stosowane.

W sieci Ethernet wszystkie stacje korzystają ze wspólnego medium transmi­syjnego. Dostęp do niego odbywa się za pomocą metody CSMA/CD - wykrywanie nośnej i detekcja kolizji). Metoda CSMA/CD jest efektywna przy małym ruchu w sieci. Przy więk­szym jego natężeniu wzrasta liczba kolizji. Przerywanie transmisji i pona­wianie ich później, kiedy sieć jest stale obciążona, jedynie pogarsza sytuację i doprowadza do obniżenia wydajności i zauważalnego dla użytkowników zwolnienia pracy. Jednym z rozwiązań jest ograniczenie liczby stacji robo­czych w segmencie sieci LAN a coraz częściej stosuje się „inteligentne” przełączniki pracujące w topologii gwiazdy i eliminujące podstawowe wady protokołu CSMA/CD.

Kolizje są zasadniczym powodem limitowania długości magistrali Ethernet. Przy większych długościach pojawia się tak duże opóźnienie propagacji sygnału, że przestaje prawidłowo działać me­chanizm ich wykrywania. Stacja rozpoczynająca transmisję na jednym z końców zbyt długiego kabla może „nie zauważyć", że w tym samym mo­mencie, na drugim końcu, zaczęła się transmisja z innej.

Na rysunku 28 przedstawiono przykładową strukturę: dwie „podsieci", połączone ze sobą przy pomocy routera/przełacznika.


Rysunek 28. Transmisja międzysieciowa w sieciach IP opartych na standardzie Ethernet

Wprawdzie sieci Ethernet i IEEE 802.3 są bardzo podobne, to jednak istnie­ją między nimi różnice wymagające omówienia. Ethernet zapewnia usługi w warstwie fizycznej i w warstwie łącza danych, tymczasem IEEE 802.3 działa w warstwie l oraz częściowo w warstwie 2. Ponadto IEEE 802.3 nie definiuje podwarstwy LLC (Logical Link Control), ale specyfikuje wiele różnych warstw fizycznych, gdy tymczasem Ethernet ogranicza się tylko do jednej. Poniższa tabela przedstawia porównanie podstawowych parametrów najpopularniejszych obecnie wersji Ethernet i IEEE 802.3

Parametr	Wartości dla Ethernetu	Wartości dla IEEE 802.3
				10 Base-5	10 Base-2	10 Base-T	10 Base-FL	100 Base-T
Przepływność (Mb/s)	10	10	10	10	10	100
Maksymalna długość Segmentu	500	500	185	100	2000	100
Medium transmisyjne	kabel współosiowy 50Ω (gruby)	kabel współosiowy 50Ω (gruby)	kabel współosiowy 50Ω (cienki)	UTP	Światłowód	UTP
Topologia	Szyna (Bus)	Szyna (Bus)	Szyna Bus)	Gwiazda	Punkt-Punkt	Gwiazda

Tabela 26. Ogólna charakterystyka systemów opartych na technice budowy sieci Ethernet

1. Protokoły warstwy łącza danych

Bardzo ważna i dosyć charakterystyczna warstwą w sieciach lokalnych opartych na protokole IP jest warstwa łącza danych. W modelu odniesienia OSI warstwa łącza danych znajduje się bezpośrednio nad warstwą fizyczną. A zatem w jej ra­mach zdefiniowane są protokoły, które współpracują z fizycznymi kompo­nentami łącza, takimi jak karty sieciowe i okablowanie. Protokoły warstwy łącza danych dzielą dane na ramki i nadzorują przepływ danych przez łą­cze. Protokoły takie zaprojektowano pierwotnie z myślą o połączeniach dwupunktowych i nadal głównie w ten sposób obsługują one transmisję danych. W sieciach ze wspólnym medium, takich jak Ethernet, konieczne jest zastosowanie dodatkowych protokołów dostępu do medium. W sieciach IP opartych na standardzie Ethernet takim protokołem dostępu do medium jest CSMA/CD. W przypadku intersieci często istnieje konieczność stosowania innych protokołów warstwy łącza danych.

Wybór między połączeniową lub bezpołączeniową metodą komunikacji uzależniony jest od właściwości stosowanej sieci. Jeśli jest to sieć bezprze­wodowa, w której często zdarza się utrata ramek, to preferowanym rozwią­zaniem będzie przesyłanie potwierdzeń już w warstwie łącza danych. Jed­nak w takim przypadku duża część pasma transmisyjnego zajęta będzie przez transmisję potwierdzeń. W niezawodnych sieciach stosowanie połą­czeniowych protokołów łącza danych jest z reguły zbędne.

Poniżej opisane zostały najbardziej popularne i najczęściej stosowane protokoły warstwy łącza danych:

• HDLC (High-levelData Link Protocot). Protokół ten jest oparty na proto­kole SDLC (Synchronous Data Link Protocol), opracowanym przez firmę IBM i będącym częścią architektury IBM SNA (Systems Network Architecure). Wiele innych protokołów używa tych samych procedur i tego samego formatu ramki, co HDLC.

• LLC (Logical Link Control). Protokół ten zdefiniowało stowarzyszenie IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) w ramach swojej rodziny standardów sieciowych 802.x.

• LAP (Link Access Procedurę). Wyróżnia się trzy główne protokoły z rodziny LAP:

• LAPB (LAPBalanced) to protokół obsługujący połączenia dwupunktowe w sieciach pakietowych X.25.

• LAPD (LAP for D Channel) realizuje kontrolę łącza danych w kanale D linii ISDN (Integrated Servi-ces Digital Network).

• LAPF (LAP for Frame-Mode Bearer Services) to protokół kontroli łącza danych w sieciach typu Frame Relay (działających w oparciu o przekazywanie ramek).

• SLIP (Serial Line Interface Protocol). SLIP to mechanizm kontroli łącza danych, służący do przesyłania pakietów IP - zwykle pomiędzy dostaw­cą usług internetowych a domowym użytkownikiem, korzystającym z linii telefonicznej. Protokół SLIP ma pewne ograniczenia, w szczegól­ności nie oferuje żadnych mechanizmów wykrywania i poprawiania błę­dów. Kontrolę muszą nad poprawnością transmisji muszą sprawować protokoły wyższych warstw.

• PPP (Point-to-Point Protocol). Protokół PPP realizuje te same funkcje co SLIP (tzn. jest powszechnie stosowany do obsługi połączeń z Internetem za pośrednictwem linii telefonicznych), z tym że charakteryzuje się więk­szą sprawnością i może transportować różne rodzaje pakietów, a nie tyl­ko IP.

Instytut IEEE opracował standard podziału warstwy łącza danych w sieciach LAN na dwa poziomy. Pierwszy z nich to poziom kontroli dostępu do medium MAC (Medium Access Control), a drugi to poziom kontroli łącza logicznego LLC (Logical Link Control). Oba poziomy przedstawiono na rysunku 29.




Rysunek 29. Struktura warstwy łącza danych w sieciach opartych na standardzie Ethernet

W niższym poziomie MAC zdefiniowana jest metoda dostępu do medium. Może to być metoda CSMA/CD, Token Ring lub inny interfejs fizyczny, zgodny ze standardami IEEE. Poziom LLC pośredniczy w komunikacji między warstwą sieciową a jednym z protokołów warstwy MAC.

1. Elementy sieci

1. Karty sieciowe

Karty sieciowe NIC (Network Interface Card) są to urządzenia umożliwiające komputerowi połączenie z siecią. Stosując nomenklaturę modelu OSI karty sieciowe działają w warstwie fizycznej i tworzą punkt przyłączenia do okre­ślonego rodzaju okablowania sieciowego (kabla koncentrycznego, skrętki lub światłowodu). Karty sieciowe definiowane są poprzez protokoły warstwy fizycznej i warstwy łącza danych. Protokoły fizyczne definiują mechaniczne i elek­tryczne specyfikacje interfejsu, np. fizyczny sposób przyłączania kabli. Spe­cyfikacja elektryczna określa sposoby transmisji strumieni bitów poprzez kabel oraz sygnały sterujące, które zapewniają odpowiednią synchronizację przesyłanych przez sieć danych. Każda karta implementuje określony spo­sób dostępu do nośnika, zgodny z określoną normą.

Transmisja danych z pamięci operacyjnej urządzenia końcowego może być dokonywana zgodnie z kilkoma standardami. Poniżej zostały omówione najważniejsze z nich:

• W metodzie DMA (Direct Memory Access) sterownik bezpośredniego dostę­pu do pamięci przejmuje kontrolę nad magistralą systemową i przesyła dane z karty sieciowej do odpowiedniego miejsca w pamięci komputera, co umożliwia odciążenie procesora.

• W przypadku korzystania z pamięci współdzielonej wspomniana pamięć może być zainstalowana na karcie i bez­pośrednio dostępna dla procesora, lub stanowić wydzieloną część pamięci operacyjnej, do której dostęp ma zarówno procesor komputera jak i karta sieciowa.

• Z kolei w technice bus mastering karta sieciowa może przesyłać dane bezpośrednio do pamięci operacyjnej bez przerywania pracy procesora systemowego.

Większość kart sieciowych wyposażona jest w gniazdo umożliwiające przyłączenie układu PROM, który umożliwia zdalną inicjalizację systemu. Układ ten wykorzystuje się w komputerach bezdyskowych. Komputery bezdyskowe są tańsze od standardowych urządzeń dyskowych. Gwarantują także większy po­ziom bezpieczeństwa.

1. Koncentratory

Koncentrator (hub) jest jednym z istotnych elementów sieci IP. Zasadniczo jego rola sprowadza się do rozgłaszania pakietów wysyłanych z jednej stacji (aktualnie nadającej) do pozostałych stacji podłączonych do portów tego koncentratora. Obecnie raczej odchodzi się od stosowani koncentratorów na koszt wydajniejszych przełączników. Stacje robocze, podłączone do tego samego koncentratora, mogą się wzajemnie i bezpośrednio komuni­kować, ponieważ należą do tej samej domeny rozgłoszeniowej (broadcast domain). Koncentratory „inteligentne” posiadają wbudowane funkcje zarządzające, które mogą wykorzystywać administratorzy, np. do blokady niektórych portów, monitorowania ruchu w sieciach i rozwiązywania problemów.

Koncentratory są również klasyfikowane jako „autonomiczne", „wieżowe" (stackable) i „modularne”:

• Koncentrator autonomiczny przeznaczony jest do pracy z wydzieloną, odległą od innych grupą. Zawiera zwykle port, umożliwiający połącze­nie z innymi hubami.

• Koncentratory „wieżowe" podobne są do autonomicznych, z tym, że możliwe jest zestawianie ich w stosy w tej samej szafie rozdzielczej. Wtedy pracują razem jako jeden koncentrator, tworząc jedną sieć lokalną. Ad­ministrator może również utworzyć na tej bazie wiele sieci LAN i połączyć je poprzez przełączniki/routery.

• Koncentratory „modularne" zbudowane są jako otwarte platformy, wy­posażone w złącza, umożliwiające instalację kart rozszerzających. Karty te mogą pełnić funkcje koncentratorów powtarzających, przełączników, koncentratorów Token Ring , wejść sieci WAN (Wide Area Network) i wiele innych.

Wśród koncentratorów modularnych wyróżnia się kilka głównych typów tych urządzeń. Podstawowym kryterium ich podziału jest rozwiązanie magistrali danych:

• Magistrala standardowa (standard bus). Jest to stosowana w tanich urządzeniach szyna PCI (Peripheral Component Interconnect), taka jak w komputerach osobistych. Wszystkie podłączone do niej moduły sta­nowią jedną sieć lokalną.

• Magistrala zwielokrotniona (multiple bus), W tym rozwiązaniu płyta główna zawiera kilka szyn systemowych, każdą dla sieci LAN określo­nego typu. Karta rozszerzająca wkładana jest do złącza na szynie, skon­figurowanej do danego typu sieci. Połączenie wszystkich sieci odbywa się za pomocą karty routera.

• Magistrala dzielona (segmented bus). W tym wypadku szyna zwielo­krotniona podzielona zostaje na segmenty, spajane poprzez standardowe złącza. Administrator może wydzielić logiczne segmenty sieci lokalnych, konfigurując każdy segment jako należący do określonej sieci. Może to wykonać ręcznie lub z użyciem interfejsu zarządzającego.

• Magistrala multipleksowana (muliplexed bus). Pojedyncza magistrala za pomocą techniki multipleksowania zostaje podzielona na kilka szyn lo­gicznych. Każda z nich jest kanałem w zwielokrotnionym strumieniu danych. Tak jak i przy magistrali dzielonej, logiczne segmenty mogą być dowolnie tworzone w ramach sieci fizycznej.

Dzięki funkcjom zarządzania rejestrowane są informa­cje na temat ruchu pakietów i powstających błędów, które pozwalają na dostrajanie i rozwiązywanie problemów sieciowych. Informacje te są prze­chowywane w specjalnej bazie MIB (Management Information Base).Odpowiednio ustawione alarmy informują go o przekroczeniu wartości progowych pewnych parametrów, co może spowodować problemy w pracy sieci. Najpopularniejszym protokołem zarządzającym jest SNMP (Simple Network Management Protocol).

1. Mosty

Most (bridge) to urządzenie łączące dwa segmenty sieci. Most może służyć do zwiększenia fizycznego zasię­gu sieci LAN albo dzielić dużą sieć na dwie części, tak aby mniejsza liczba stacji konkurowała o dostęp do medium w każdym z segmentów.

Mosty funkcjonują na poziomie LLC (kontroli łącza logicznego). Na rysunku 30 pokazano most, który łączy dwie sieci Ethernet. Ramka sieci Ethernet dociera do jednego portu mostu i wypływa z drugiego portu do przyległego segmentu sieci. Most przesyła dalej tylko te ramki, które adresowane są do drugiego segmentu sieci, co pozwala uniknąć niepotrzebnego dostarczania pakietów do obu sieci.

Omówione funkcje mostów nie odbiegają znacząco od funkcji wzmacniaków (repeater), zasadnicza różnica polega na tym, że mosty prze­syłają ramki, biorąc pod uwagę zapisane w nich adresy MAC (Medium Access Control), czyli adresy fizyczne, przypisane do kart sieciowych. Fil­trowanie ramek eliminuje m.in. wpływ kolizji w jednym segmencie sieci na funkcjonowanie pozostałych segmentów. A zatem mosty mogą wyelimino­wać wpływ problemów, występujących w jednym z segmentów, na pozo­stałe segmenty sieci. Ponadto mosty łączą sieci za pośrednictwem różnych typów łączy, takich jak linie komutowane, łącza światłowodowe, a nawet łącza satelitarne. Typowe zastosowanie mostu przedstawiono na rysunku 30.




Rysunek 30. Przykład sieci połączonych przy pomocy mostu

Należy podkreślić, że obecnie w wielu sytuacjach zaleca się stosowanie w miejsce mostów routery i przełączniki. Urządzenia te zapewniają większą elastyczność konfiguracji sieciowej, a ich ceny znacznie spadły, czyniąc z nich bardzo praktyczny nabytek. Co najważniejsze, routery mogą bez trudu łączyć odmienne sieci.

Połączenia między zdalnymi mostami realizowane są za pośrednictwem linii analogowych, przy użyciu modemu, lub za pośred­nictwem cyfrowych linii dzierżawionych. W przypadku połączeń zdalnych wybór między liniami dzierżawionymi a komutowanymi powinien być uzależniony od charakteru transmisji da­nych. W niektórych przypadkach między ośrodkami przesyłana jest jedynie poczta elektroniczna, aktualizacje plików, kopie zapasowe i temu podobne dane. Dla tego rodzaju transmisji odpowiednia jest często linia z połącze­niem na żądanie - połączenia nawiązywane są wyłącznie w razie potrzeby, co ogranicza opłaty za czas trwania połączenia. Linia dedykowana może okazać się najlepszym rozwiązaniem w przypadku połączeń, w których użytkownicy w dwóch ośrodkach stale komunikują się ze sobą, a ruch jest intensywny i ciągły. W środowiskach sieci kampusowych do łączenia sieci LAN w różnych budynkach stosuje się często prywatne mosty, wykorzy­stujące komunikację radiową lub łącza światłowodowe.

Niektórzy producenci oferują mosty dzielące obciążenie (load-sharing bridges), które potrafią wykorzystać łącza rezerwowe do obsługi części obciąże­nia, nie powodując przy tym powstawania pętli. Most dzielący obciążenie jest najwydajniejszym typem mostu. Wykorzystuje algorytm drzewa czę­ściowego, a jednocześnie używa do przesyłania pakietów podwójnego łą­cza, co zwiększa wydajność komunikacji międzysieciowej.

W sytuacji, gdy sieć Ethernet jest połączona za pośrednictwem mostu z siecią szkieletową FDDI, ramki Ethernet muszą zostać odpowiednio dopa­sowane do warunków transportu w sieci. Realizuje się to na dwa sposoby:

• Hermetyzacja (encapsulation). Metoda ta polega na umieszczeniu kom­pletnej ramki Ethernet w pakiecie FDDI wysyłanym w sieci. Gdy pakiet dotrze do mostu prowadzącego do sieci docelowej, zostaje rozpakowany i wysłany do węzła docelowego. Hermetyzacja jest typową metodą zaimplementowaną w większości mostów łączących sieci Ethernet z FDDI. W rozwiązaniu tym zakłada się, że węzły sieci Ethernet nigdy nie będą musiały komunikować się z żadnymi, prócz mostów, węzłami przyłą­czonymi bezpośrednio do sieci lokalnej FDDI. Ramki poddane hermetyzacji stają się bezużyteczne aż do chwili, w której zostają rozpakowane przez odbierający je most.

• Translacja (tłumaczenie). Most realizujący translację dokonuje konwersji pakietów Ethernet do postaci pakietów FDDI. W rozwiązaniu tym aktu­alna pozostaje większość omówionych wcześniej problemów dotyczą­cych konwersji. Translacja jest mniej efektywna niż hermetyzacja, umoż­liwia jednak komunikację węzłów sieci Ethernet z węzłami sieci FDDI. Jeśli sieć FDDI wykorzystywana jest po prostu jako sieć szkieletowa, to preferowanym rozwiązaniem pozostaje hermetyzacja.

1. Przełączniki

Przełącznik (switch) to urządzenie, po­zwalające zrealizować podobną koncepcję jak most, tyle że na większą skalę. Trady­cyjny most ma dwa porty i pozwala na połączenie dwóch segmentów sieci. Natomiast przełącznik wyposażony jest w całą macierz portów, pozwalającą na łączenie większej liczby segmentów. Jeśli stacja chce wysłać dane do komputera podłączonego do innego portu, przełącznik szybko utworzy tymczasowe połączenie między dwoma portami, tak że wszystkie stacje robocze podłączone do tych portów znajdą się na chwilę w jednym segmencie sieci. Komutacja służy zwiększeniu wydajności sieci LAN poprzez ograniczenie liczby stacji w każdym segmencie. Sam przełącznik przesyła ramki między portami z bardzo dużą szybkością i nie wprowadza w sieci opóźnień. Najlepszą wydajność uzyskuje się w sytuacji, gdy do każ­dego portu podłączona jest tylko jedna stacja. Wówczas w ogóle nie wystę­pują konflikty dostępu do medium. Przełącznik na czas transmisji tworzy połączenie między portem nadawcy a portem odbiorcy.

Przełączniki funkcjonują w warstwie łącza danych modelu protokołów OSI. W związku z tym w literaturze technicznej spotyka się określenie Layer 2 switching, czyli „komutacja w warstwie 2''. Technikę dzielenia sieci LAN nazywa się mikrosegmentacją, gdyż sieć można dzielić na coraz mniejsze segmenty - aż do chwili, gdy pojedynczy port można przeznaczyć do obsługi.

Stosowane przełączniki posiadają wiele portów, przy czym każdy z nich w zasadzie od­powiada segmentowi sieci. Przełączniki mogą błyskawicznie połączyć ze sobą dowolne dwa porty, dzięki czemu przyłączone do nich urządzenia stają się częścią tej samej domeny rozgłaszania (broadcast domain).




Rysunek 31. Przykładowa sieć o strukturze hierarchicznej

Przełączniki umożliwiają łatwe konstruowanie sieci hierarchicznych, której przykład ilustruje rysunek 31. U wierzchołka struktury umieszczony jest przełącznik o dużej wydajności, który obsługuje ruch generowany przez urządzenia niższego poziomu, in­tegrujące lokalne sieci wydziałowe lub grupy robocze. W tak zorganizowa­nej sieci można łatwo zestawić połączenie między dwoma dowolnymi urządzeniami.

Przełączniki są wrażliwe na przeciążenia, ale tradycyjne metody sterowania przepływem danych nie mają tu zastosowania. Problemem bowiem nie jest szybkość przełącznika, ale porty, które nie są w stanie odebrać wszystkich, przesyłanych do nich ramek i komórek.

Przełączniki ATM różnią się zasadniczo pod względem odporności na prze­ciążenia od przełączników sieci lokalnych. Zanim w przełączniku ATM zostanie wysłana jakakolwiek ramka, urządzenie tworzy tak zwane połączenie wirtualne. Dzięki kalkulacji przepływności ustanowionego łącza, przełącznik ATM może zapobiegać przeciążeniom.

Dla kontrastu, w sieciach lokalnych pakiety (ramki) są przesyłane bezpo­średnio do przełączników, bez wcześniejszej konfiguracji połączenia. Jeśli liczba ramek przekroczy możliwości przełącznika, to niektóre pakiety mogą być utracone. Dlatego urządzenia przełączające w sieciach lokalnych są zazwyczaj wyposażone w bufory, które przetrzymują pakiety kierowane do zajętych portów. Metoda jest co prawda skuteczna, ale obniża wydajność urządzenia, gdyż buforowanie danych powoduje przerwy i opóźnienia w transmisji. Najlepszym rozwiązaniem jest po prostu zakup bardzo szyb­kiego przełącznika.

2. Routery

Routery są urządzeniami sieciowymi, przeznaczonymi do łączenia zarówno podobnych, jak i niejednorodnych segmentów sieci. Routery pozwalają każdej podłączonej sieci zachować jej wewnętrzne adre­sy, charakterystyki rozgłaszania itp., ale każde połączenie z inną siecią musi się odbywać za ich pośrednictwem.

Dostępne na rynku urządzenia umożliwiają wybór z całej gamy routerów wyposażonych w interfejsy, dostosowane do wyma­gań każdej sieci lokalnej i rozległej. Standardowy router jest wyposażony w procesor, pewną ilość pamięci i dwa lub więcej interfejsy wejścia/wyjścia. Po otrzymaniu przesyłki, urzą­dzenie przetrzymuje ją chwilowo w pamięci. W tym czasie sprawdza na­główek pakietu, aby określić docelowe miejsce informacji, analizuje, czy przesyłka nie jest uszkodzona oraz sprawdza jej licznik skoków. W przypadku, gdy pakiet nie jest uszkodzony, a jego licznik dopuszczalnych przeskoków jest większy od zera, router przebudowuje nagłówek przesyłki i transmituje ją do kolejnego portu sieci. Przykładowe zastosowania routerów przedstawione są na rysunku 32 oraz 33.


Rysunek 32. Łączenie sieci w oparciu o łącza komutowane




Rysunek 33. Łączenie sieci w oparciu o sieć szkieletową

Za wytyczanie marszruty pakietu odpowie­dzialne są protokoły oraz algorytmy routingu. Routery wykorzystują te protokoły do porozumiewania się między sobą, celem zdobycia wiadomości o topologii sieci. Na podstawie zgromadzonych informacji bu­dują następnie tablice połączeń (routing tables), które pełnią rolę mapy przy przesyłaniu pakietu. Bazując na informacjach zawartych w tablicach połą­czeń, routery wybierają trasę kolejnego etapu na drodze pakietu.

Podsumowując routery realizują następu­jące funkcje:

• Ograniczają przepływ danych nadawanych w trybie rozgłoszeniowym (broadcast) pomiędzy sieciami. Kierując się wbudowaną „inteligencją" decydują o przekazaniu (lub nie) pakietów do innych sieci.

• Pełnią rolę bariery ochronnej (tzn. filtrują dane przepływające między sieciami, analizując ich adresy IP, dane aplikacji, itp.)

• Zapewniają połączenia z sieciami rozległymi.

• Umożliwiają budowę sieci z nadmiarowymi, alternatywnymi torami przepływu danych.

1. Modemy

Modem jest to urządzenie umożliwiające połą­czenie dwóch komputerów poprzez komutowaną, publiczną sieć telefo­niczną bądź łącze dzierżawione zestawione na stałe. Modem przyłączony do urządzenia transmitującego dane (DTE) zamienia jego sygnał cyfrowy na sygnał analogowy, który następnie przekazuje przez sieć telefoniczną. Modem przyłączony do urządzenia odbiorczego z powrotem zamienia sygnał analogowy na cyfrowy.

Wyróżniamy dwa rodzaje modemów:

• Modemy telefoniczne (consumer voicegrade modems). Większość mo­demów dostępnych w sklepach przeznaczona jest do współpracy ze standardowymi liniami telefonicznymi zaprojektowanymi do przekazu głosu.

• Modemy szerokopasmowe (broadband modems). Modemy te służą do realizacji połączeń realizowanych poza publiczną siecią telefoniczną. Przedsiębiorstwa mogą instalować linie prywatne przeznaczone wyłącz­nie do transmisji danych lub posłużyć się techniką mikrofalową, przeka­zując dane pomiędzy umieszczonymi na masztach antenami. W obu przypadkach mogą osiągnąć bardzo dużą prędkość transmisji posługując się modemami szerokopasmowymi.

Połącze­nie modemu z urządzeniem DTE (Data Terminal Equipment) realizuje się zazwyczaj poprzez kabel szerego­wy lub USB (Uniwersal Serial Bus). Modem telefoniczny połączony jest z centralą telefoniczną poprzez linię lo­kalną. W centrali dokonywana jest odpowiednia komutacja łączy, analogicznie jak w przypadku rozmów telefonicznych, w wyniku czego powstaje bezpośrednie łącze pomiędzy modemami.

Przekaz danych poprzez połączenie lokalne podlega pewnym ogranicze­niom. Ustanowiono standard, zgodnie z którym przekaz głosu odbywa się w paśmie
300-3300Hz. Układy komutacyjne odfiltrowują wyższe częstotliwo­ści. Dlatego opracowano wiele technik - np. kodowanie i kompresję - mających na celu przekazanie w paśmie 300-3300Hz możliwie największej ilości in­formacji. Zauważmy, że usługi xDSL (Digital Subscriber Line) pozwalają wykorzystać wyższe częstotliwości, dzięki czemu można uzyskać większą prędkość transmisji w połączeniu lokalnym. Spowodowane jest to omijaniem wspo­mnianych powyżej układów filtrujących.

Modemy mogą działać w trybie synchronicznym, asynchronicznym lub obu. Ogólnie rzecz biorąc modemy synchroniczne są sprawniejsze od asynchronicznych i wykorzystywane są zazwyczaj do ob­sługi linii prywatnych.

Modemy telefoniczne dostępne są w wersjach zewnętrznych i wewnętrznych (w formie kart do komputerów). Modem zewnętrzny łą­czony jest ze złączem szeregowym komputera. Gdy jeden modem łączy się z drugim, ten odpowiada, po czym nastę­puje wymiana sygnałów służąca określeniu parametrów transmisji. Podczas tej fazy wstępnej negocjowana jest maksymalna prędkość przesyłania sy­gnałów oraz możliwość użycia kompresji.

Modem pełnodupleksowy (full-duplex) przetwarza sygnały w obu kierun­kach z tą samą szybkością. Nowsze, szybkie (56kb/s) modemy telefoniczne (np. X2 firmy
U.S. Robotics) są asymetryczne, tj. kanał przyjmujący dane jest szybszy od kanału nadawczego.

Najpopularniejsze standardy modemów przedstawione zostały w tabeli 27:

Standard	Ogólna charakterystyka
V.22	1,2 kb/s, pełny dupleks, kodowanie PSK
V.22 bis	2,4 kb/s, pełny dupleks, kodowanie QAM
V.32	Asynchroniczny/synchroniczny, 4,8/9,6 kb/s, kodowanie QAM
V.32 bis	Asynchroniczny/synchroniczny, 14,4 kb/s, kodowanie TCM
V.35	Definiuje dużą prędkość transmisji poprzez łącza kombinowane
V.42	Definiuje standardy kontroli błędów
V.42 bis	Definiuje sposób kompresji wykorzystujący metodę Lempel-Ziv
V.34	Modemy 28 kb/s, kodowanie TCM
V.34+	Przyśpiesza V.34 do 33,6 kb/s
V.90	56kb/sek, omówione poniżej

Tabela 17. Ogólna charakterystyka modemów wąskopasmowych

W powyższej tabeli użyto następujących skrótów:

FSK (frequency-shift keying), czyli kodowanie w oparciu o przesunięcie często­tliwości

PSK (phase-shift keying), czyli kodowanie w oparciu o przesunięcie fazy

QAM (quadrature amplitude modulation), czyli mo­dulacja kwadraturowo-amplitudowa

TCM (trellis-coded modulation) czyli modulacja z kodowaniem kratowym

W przypadku modemów 56kb/s istnieją dwa rywalizujące ze sobą standardy. Firma U.S. Robotics (wchodząca obecnie w skład 3Com) nazywa swą technologię X2, natomiast Lucent/Rockwell Semiconductor Systems określa swoją ofertę jako K56flex. Modemy typu 56K stały się podstawowym wyposażeniem użytkowników Internetu. Przyczyna jest prosta: wzrost szybkości pobierania danych do 56kb/s (o ile jedna ze stron połączenia pracuje w trybie cyfrowym). Obecnie większość dostawców usług internetowych posiada banki mode­mów typu 56K umożliwiające ich klientom szybki dostęp do Internetu. Jed­nakże z wykorzystaniem tych modemów wiążą się pewne ograniczenia mające wpływ na rzeczywistą szybkość transmisji.

• Na drugim końcu linii musi znajdować się urządzenie pracujące w trybie cyfrowym. W przeciwnym wypadku modem 56K automatycznie przełą­cza się na tryb analogowy i szybkość transmisji spada do 28,8 lub 33,6kb/s.

• Tylko pobieranie danych przebiega z szybkością 56kb/s. Wysyłanie danych odbywa się z szybkością 28,8kb/s lub 33kb/s.

• Na drugim końcu połączenia (czyli np. u dostawcy usług internetowych lub w przedsiębiorstwie) musi być zainstalowany kompatybilny modem umożliwiający transmisję z prędkością 56kb/s.

Należy jednak zauważyć, że standardy określają mak­symalne szybkości przesyłu danych, jednak zakłócenia na linii, odległość i topologia systemu komutu­jącego mogą spowodować redukcję faktycznych osiągów modemów.

Odrębną grupę modemów stanowią modemy wykorzystywane w cyfrowych pętlach abonenckich DSL (Digital Subscriber Line). Zasada działania takich modemów jest zasadniczo podobna aczkolwiek należy zwrócić uwagę na pewne charakterystyczne cechy modemów opartych na technice xDSL:

• Umożliwiają one transfer danych z przepustowością do 52Mb/s (np. w przypadku modemów VDSL)

• Najczęściej wykorzystuje się nie połaczenia komutowane w centralach operatora telefonicznego ale zestawione łącza dedykowane

• W celu zwiększenia przepływnosci wykorzystuje się wiecej niż jedną parę przewodów

• Wykorzystuje się zaawansowane metody modulacji wielowartościowych

Dzięki braku filtracji częstotliwości wyższych niż 3300Hz (jak to ma miejsce w przypadku cyfrowych central telefonicznych) przepływności są aż tak duże w porównaniu ze standardowymi połączeniami komutowanymi. Aczkolwiek dzierżawa linii dedykowanej jest znacznie droższa niż standardowe połączenia komutowane jednak generalnie jest rozwiązaniem relatywnie tańszym od bezpośrednich łączy cyfrowych (zwłaszcza światłowodowych). Analiza cenowa poszczególnych rozwiązań została przedstawiona w kolejnych rozdziałach.

1. Rozwiązania konstrukcyjne sieci teleinformatycznych

1. Lokalne sieci komputerowe

1. USB (Universal Serial Bus)

Uniwersalna magistrala szeregowa USB (Universal Serial Bus) jest standar­dem zewnętrznej magistrali danych, opracowanym przez firmy Intel i Microsoft. Magistrala ta jest interfejsem zewnętrznych urządzeń komputerowo-telefonicznych. Standard USB definiuje zarówno porty, jak i topologię magistrali o szybkości przekazu danych do 12 Mb/s. Wszystkie urządzenia połączone są szeregowo do jednego portu za pomocą pojedynczego przewodu o długości do 5 m. Maksymalna ich liczba wynosi 63 i można je dołączać i odłączać bez konieczności restartowania systemu. Urządzenia połączone są w układzie gwiazdy, przez co można stosować koncentratory umożliwiające realizację połączeń wielokrotnych (czasami koncentratory muszą być zasilane). Złącze USB jest w stanie dostarczyć zasilanie dla niektórych urządzeń, eliminując przewody zasilające lub baterie.

Koszty takiego rozwiązania są relatywnie niskie. Najczęściej porty USB są wbudowane w płyty główne komputerów. Obecnie praktycznie nie konstruuje się komputerów klasy PC bez obsługi USB. Poza tym wszystkie nowe systemy operacyjne bezproblemowo obsługują kontrolery USB (poza Windows NT 4.0). Natomiast w przypadku łączenia się z ISP (Internet Service Povider) istnieje możliwość podłączenia modemu. Obecnie jednak bardzo rzadko wykorzystuje się magistralę USB celem wymiany danych między komputerami w sieci. W przypadku użycia modemu (np. Microcom USB 56k travel) koszty takiego rozwiązania wynoszą ok. 360 PLN. Należy do tego doliczyć jeszcze koszty wynikające z taryfikacji operatora telekomunikacyjnego (w Polsce ok. 6,6 PLN za godzinę połączenia plus miesięczny abonament). Pomimo relatywnie niskich kosztów uzyskiwana przepływność nie przekracza 56kb/s. W ofercie producentów modemy 56k wyposażone w porty USB stanowią bardzo znikomą ofertę. Na rynku polskim oferowanych jest tylko kilka modeli wykorzystujących ten typ złącza. Może to wynikać z faktu że magistrala USB jest stosunkowo niedawno wprowadzoną techniką oraz z faktu bardzo dużej popularności modemów wewnętrznych montowanych na złączach ISA/PCI lub zewnętrznych łączonych poprzez interfejsy RS232/V.24. Natomiast pewną popularność zyskał standard USB w łączeniu w małe grupy robocze stacji klasy PC poprzez koncentratory USB. Koszt takiego urządzenia np. siedmioportowego wynosi ok. 170 PLN co jest dosyć tanim sposobem łączenia stacji roboczych w mini sieć. Wadą rozwiązań opartych na technice USB jest praktycznie zerowy poziom zabezpieczenia - uszkodzenie magistrali w jednym punkcie odcina znajdujące się za nim urządzenia. Wykorzystanie koncentratorów USB poprawia nieco protekcje jednak newralgicznym elementem rozwiązania staje się element centralny.

2. Ethernet (10Mb/s)

Poniżej przedstawiona została analiza rozwiązań konstrukcyjnych opartych na standardzie budowy sieci Ethernet 10Mb/s (nie mylić z Fast Ethernet). Pod uwagę wzięto techniki budowy i funkcjonalność tych rozwiązań. Szczególny nacisk położono na porównanie kosztów realizacji poszczególnych rozwiązań.

1. Ethernet 10Base-2

Jest to oparta na kablu koncentrycznym, bardzo popularna w latach osiem­dziesiątych, wersja standardu Ethernet. Poprzednio stosowano powszechnie odmianę l0Base-5, lecz cienki kabel koncentryczny okazał się tańszy i łatwiejszy w użyciu, niż „gruby" Ethernet. Te oczywiste zalety kompen­sowały nawet znacznie mniejszy zasięg (tylko 186m maksymalnie dla segmentu). Na rysunku 34 pokazano przykładową konfigurację sieci opartą na standardzie 10Base-2.




Rysunek 34. Typowa konfiguracja sieci opartej na standardzie 10Base-2

Podstawowe komponenty wymagane do budowy sieci w standardzie 10Base-2 to:

• Karta interfejsu sieciowego. Większość kart Ethernet jest dostosowana do okablowania grubego lub cienkiego. Karta powinna mieć złącze BNC, ale może posiadać również złącze do „grubego" Ethernetu. Kabel magistrali podłączony jest do rozgałęźnika typu T (trójnika), a ten do męskiego złącza BNC z tyłu karty sieciowej.

• Cienki przewód Ethernet (Thin Ethernet Cable). Używany jest tu przewód koncentryczny o średnicy 5 mm typu RG-58 A/U lub RG-58 C/U. Przewody wykonywane są jako: niepalny-osłonięty, nieosło­nięty-wnętrzowy, podziemny i napowietrzny.

• Złącza BNC. Złącza te muszą być zamontowane na końcach wszystkich odcinków kablowych.

• Złącze BNC-T (rozgałęźnik). Rozgałęźnik mocowany jest do złącza BNC z tyłu karty sieciowej Ethernet. Umożliwia przyłączenie przewodu wchodzącego i wychodzącego. Rozgałęźnik konieczny jest w każdej sta­cji roboczej - również ostatniej w magistrali, gdzie wolne złącze zamyka­ne jest terminatorem BNC 50Ω.

• Tulejowe złącza BNC. Złącza tego typu służą do łączenia dwóch odcinków przewodu.

• Terminator BNC. Każdy segment okablowania musi mieć na obu końcach
  50-omowe terminatory BNC. Jeden z nich powinien być uzie­miony.

Przy projektowaniu i budowie sieci lokalnych opartych na standardzie Ethernet, należy wziąć pod uwagę ograniczenia wynikające ze specyfikacji standardu. Jednym z takich ograniczeń jest maksymalny zasięg takiej sieci - długość segmentu nie może być większa niż 186 m, a jeden segment może zawierać maksymalnie do 30 stacji. Pewną poprawę sytuacji daje stosowanie repeaterów - używając ich można łączyć do pięciu segmentów w jedną magi­stralę jednak maksymalna długość magistrali nie może przekroczyć 910m. Dodatkowo w sieci składającej się z pięciu segmentów stacje robocze mogą pracować jedynie w trzech z nich; pozostałe służą do przedłużenia magistrali. Warto zauważyć, że po zmontowaniu segmentu można odłączać rozgałęźniki od kart sieciowych, nie powodując przerwy w pracy całej magistrali. Jednakże odłączenie kabla od rozgałęźnika doprowadzi do jej unierucho­mienia. Jednak systemy oparte na standardzie 10Base-2 mają zasadniczą wadę wynikającą z topologii magistrali. Co prawda odłączenie jednej stacji nie unieruchamia całego systemu jednak uszkodzenie magistrali powoduje awarie całej sieci. Praktycznie nie ma tu możliwości protekcji sieci.

Obecnie jest to praktycznie „wymierający” standard stosowany tylko w bardzo małych sieciach. Obecnie w nowych sieciach tej techniki praktycznie się nie stosuje. Koszty stworzenia takiej sieci to głównie koszt koncentratorów. Ogólne koszty sprzętu i okablowania są trudne do oszacowania, gdyż praktycznie wiele z czołowych firm wycofało z produkcji sprzęt i okablowanie bazujące na standardzie 10Base-2. Koncentrator 10 portowy kosztuje ok. 250 PLN, karty sieciowe są w cenie ok 40 PLN. Aczkolwiek zakup takich urządzeń jest prawie niemożliwy (karty sieciowe nie są już praktycznie produkowane).

1. Ethernet 10Base-T

Standard ten jest następcą 10 Base-2 wykorzystującym jako okablowanie skrętkę nieekranowaną. Wadę poprzedniego standardu związaną z protekcją i efektywnością wyeliminowano poprzez budowę sieci w topologii gwiazdy. Przykładową strukturę sieci opartej na standardzie l0Base-T pokazano na rysunku 35.




Rysunek 35. Typowa struktura sieci w standardzie 10 BaseT

Stacje robocze są podłączane do centralnego koncentratora pracującego jako repe­ater. Możliwe jest budowanie hierarchicznej konfiguracji wzajemnie połączonych koncentratorów. Stacje robocze są do nich podłączone za pośrednictwem nieekranowanej skrętki (UTP -Unshielded Twisted Pair) o długości do 100 m. Do połączeń używa się kabla kategorii 3 ze złączem typu RJ-45. Wykorzystane są dwie pary: jedna do transmisji a druga do odbioru.

W standardzie 10Base-T wymagane są następujące podstawowe komponenty systemu:

• Karta interfejsu sieciowego ze złączem l0Base-T RJ-45.

• Koncentrator. Posiada na ogół 8 do 32 portów. Jeden z nich prze­znaczony jest do łączenia z innymi koncentratorami (zwykle ostatni). Bardziej zaawansowane urządzenia mają również wbudowany port dla łącza światłowo­dowego,
  l00Base-T lub l0Base-2.

• Skrętka (twisted-pair cable). Jest to kabel ze złączem RJ-45.

• Szafa i moduły dystrybucyjne - jest to specjalna homologowana szafa, w której montowane są moduły dystrybucyjne. Moduły dystrybucyjne zawierają od 8 do 32 portów RJ-45. Służą do łączenia koncentratorów ze stacjami rozmieszczonymi w odległości 100m (np. na terenie biura).

Budując system okablowania Ethernet 10Base-T należy mieć na względzie specyfikację standardu. Jako okablowanie należy używać nieekranowanej skrętki kategorii 3,4 lub 5. Najczęściej stosuje się skrętkę kategorii 5. Ma ona dwie podstawowe zalety. Po pierwsze pozwala na ła­twe przejście w kierunku systemów o większej wydajności
(np. l00Base-TX). Po drugie koszty okablowania kategorii 5 i kategorii 3 różnią się nieznacznie. Niedogodnością systemów opartych na standardzie 10Base-T jest odległość koncentratora do stacji roboczej, która nie może prze­kraczać 100 m.
W porównaniu z 10Base-2 nowy standard oferuje większą skalowalność, co wynika z hierarchicznej budowy sieci. W celu powiększenia liczby stacji w sieci można do głównego koncentratora/przełacznika podłączyć maksymalnie 12 koncentratorów podrzędnych. Dodatkowym atutem w porównaniu z 10Base-2 jest liczba stacji w segmencie. Można zbudować sieć o pojemności 1024 stacji bez potrzeby stosowania mostów. W porównaniu z poprzednią wersją standardu poprawiono wydajność i efektywność sieci poprzez stosowanie topologii gwiazdy. W przypadku uszkodzenia okablowania odcięta zostaje od sieci tylko jedna stacja a pozostałe pracują bez żadnych utrudnień. W dodatku zastosowanie gwiaździstej lub rozproszonej topologii sieci pozwala na grupowanie stacji roboczych. Chociaż maksymalna długość segmentu jest tutaj mniejsza, topologia hierarchiczna daje korzyści, kompensujące tę niedogod­ność.

W przypadku szacowania kosztów budowy sieci opartej na tym standardzie można już dość dokładnie określić ceny poszczególnych elementów. Jedynym „problemem” jest obecnie fakt, że praktycznie nie sprzedaje się na rynku okablowania kategorii trzeciej i czwartej, więc szacunkowe obliczenia zostaną oparte na okablowaniu kategorii 5. Szacunkowe koszty elementów takiej sieci przedstawia tabela 28.

Sprzęt	Koncentratory (cena za port)	13 - 50PLN
	Przełączniki (cena za port)	160-240PLN
	Karty sieciowe	40-250PLN
Okablowanie	Kabel kat. 5/mb	1PLN
	Złącza RJ45	2PLN

Tabela 28. Koszty sieci opartej na standardzie 10BaseT

Podsumowanie

Sieci lokalne budowane w oparciu o standard Ethernet mogą być zbudowane w topologii magistrali (kabel koncentryczny) lub gwiazdy (skrętka). W drugim przypadku, centralnym punktem, z którego rozchodzą się kable do wszystkich stacji jest koncentrator (hub) lub przełącznik (switch). Uszkodzenie jednego kabla nie skutkuje awarią całej sieci (jak przy magistrali). Topologia gwiazdy jest podstawą systemów okablowania struktu­ralnego.




Rysunek 36. Sieć w postaci jednej domeny rozgłoszeniowej

Prosty koncentrator jest w zasadzie repeaterem. Wszystkie podłączone do niego stacje należą do tej samej domeny rozgłoszeniowej. Na rysunku 36 pokazano hierarchiczną sieć zbudowaną przy użyciu kilku podobnych koncentratorów, dzięki czemu można zwiększyć zasięg teryto­rialny i liczbę stacji.




Rysunek 37. Sieć oparta na przełączniku ramek zmniejszającym rozmiar domen kolizyjnych

Na rysunku 37 przedstawiono zmodyfikowaną wersję systemu. Łatwo zauważyć, że fizyczne topologie, przedstawione na rysunku 36 i 37 pomimo tego, że wyglądają podobnie, zasadniczo różnią się pod względem efektywności. Stosowanie przełączników zmniejsza domeny kolizyjne, a co za tym idzie zwiększa wydajność sieci. Stosowanie topologii magistrali jest bezcelowe przede wszystkim ze względu na protekcję i wydajność sieci. Ograniczenie rozległości sieci standardu 10BaseT w porównaniu z 10Base-2 jest eliminowane poprzez hierarchiczną strukturę sieci. Poza tym standard 10Base-T daje łatwość i niższy koszt migracji do standardów takich jak Fast czy Gigabit Ethernet

1. Fast Ethernet (100Mb/s)

Standard Fast Ethernet jest oparty na tej samej metodzie dostępu CSMA/CD, co poprzednie wersje systemu. Zasadnicza różnica polega na większej szybkości - wynosi ona tutaj 100Mb/s, podczas gdy w podstawowej wersji tylko 10Mb/s. Na samym początku prac nad nowym standardem pojawiły się dwa różne rozwiązania. Jedno z nich, przedstawione przez firmy Grand Junction Networks, 3Com i Intel, stało się standardem IEEE 802.3 Fast Ethernet.

Standard Fast Ethernet, nazywany również jest ogólnie l00Base-T. Standard l00Base-T posiada wszystkie zalety skalowalnej struktury sieci typu CSMA/CD.

Druga propozycja, znana obecnie jako 100VG-Any LAN, podlega komitetowi IEEE 802.12. Jako metodę dostępu do medium zastosowano tu technikę dostępu na żądanie (Access On Demand), zamiast CSMA/CD.

Poniżej zostały opisane właściwości funkcjonalne trzech podstawowych odmian standardu Fast Ethernet oraz przedstawiona została analiza rozwiązań konstrukcyjnych opartych na standardzie Fast Ethernet. Pod uwagę wzięto techniki budowy i funkcjonalność tych rozwiązań. Szczególny nacisk położono na porównanie kosztów realizacji poszczególnych rozwiązań.

1. 100Base-T

Ta wersja wykorzystuje dwie pary skrętki nieekranowanej (UTP - Unshielded Twisted Pair) lub ekranowanej (STP - Shielded Twisted Pair). Do trans­misji używa się jednej pary, a drugiej - do wykrywania kolizji. Można sto­sować dwa rodzaje kabla: UTP kategorii 5-tej lub STP typ l (wg IBM). Kabel kategorii 5 zawiera cztery pary, więc pozostałe dwie pozostają wolne. Nie zaleca się jednakże, aby były one wykorzystywane przez inne sieci o dużych przepustowościach.

Specyfikacja IEEE 802.3u dla sieci 100Base-TX zezwala na zainstalowanie szeregowo najwyżej dwóch hubów przy maksymalnej średnicy sieci nie przekraczającej 200 m. Segment łącza, definiowany jako połączenie punkt-punkt między dwoma interfejsami MMI (Medium Independent Interface) urządzeń, może mieć długość najwyżej 100 m.

W przypadku szacowania kosztów budowy sieci opartej na tym standardzie można już dość dokładnie określić ceny poszczególnych elementów. Przy projektowaniu sieci lokalnych opartych na standardzie 100BaseTX najoptymalniejszym pod względem wydajnościowym rozwiązaniem jest podłączanie stacji końcowych nie do koncentratorów, ale do przełączników pracujących w warstwie 2 modelu OSI. Daje to rzeczywisty wzrost efektywności z racji mniejszej ilości kolizji i efektywniejszego wykorzystania sieci. Aczkolwiek stosowane są rozwiązania oparte tylko i wyłącznie na koncentratorach jednak jest to rozwiązanie najmniej optymalne pod względem wydajnościowym i niewiele różni się od topologii magistrali. Ma jednak tę zaletę, że jest to rozwiązanie najtańsze. Często spotykanym rozwiązaniem ze względu na ograniczenie kosztów i kompromis efektywnościowy są struktury bazujące na koncentratorach obsługujących grupy robocze (np. departamenty korporacji) oraz szybkich przełącznikach łączących te koncentratory. Szacunkowe koszty elementów takiej sieci przedstawia tabela 29.

Sprzęt	Koncentratory (cena za port)	90-150PLN
	Przełączniki (cena za port)	131-400PLN
	Karty sieciowe	64-320PLN
Okablowanie	Kabel kat. 5/mb	1PLN
	Złącza RJ45	2PLN

Tabela 29. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie 100BaseT

2. 100Base-T4

Standard 100Base-T4 wykorzystuje cztery pary kabla, co oznacza możliwość użycia systemów UTP kategorii 3, 4 i 5. Do niedawna, okablowanie katego­rii 3 było bardzo popularne, co w wielu przypadkach pozwala na bezpo­średnią implementację systemu 100Base-T4. Wszystkie pary pracują w systemie półdupleksowym. Trzy z nich służą do transmisji i odbioru da­nych, czwarta zaś - do wykrywania kolizji. Rozdzielenie sygnału o częstot­liwości 100MHz na trzy pary zmniejsza wymagania co do parametrów ka­bla i pozwala uzyskać dużą szybkość przesyłania na kablu niższej kate­gorii. Zastosowanie trzystopniowego kodowania (w przeciwieństwie do dwustopniowego, używanego przy innych mediach), umożliwia obniżenie częstotliwości zegara do 25MHz.

Generalnie, do przyszłych zastosowań, zalecane są kable umożliwiające transmisję z większymi szybkościami (np. kategorii 5), lecz można też wykorzystać istniejące kable kat.3. Podobnie jak w standardzie 100Base-T, maksymalna odległość pomiędzy koncentratorem a stacją roboczą wynosi l00m, a całkowita średnica sieci nie może przekroczyć 200m. Również klasyfikacja koncen­tratorów jest taka sama: klasa I pozwala na łączenie różnych wersji standar­du Fast Ethernet, zaś klasa druga pracuje tylko z urządzeniami 100Base-T4. Wykorzystuje się wszystkie osiem przewodów w kablu. Specyfikacja IEEE 802.3u dla 100Base-T4 zezwala na budowę sieci najwyżej z dwoma hubami i średnicą nie przekraczającą 200 m.

Obecnie jest to technika stosowana sporadycznie. Firmy zajmujące się budową sieci strukturalnych nie podejmują się budowy sieci opartych na tym standardzie. Popularność technik 100Base TX była tak przytłaczająca, że zaprzestano produkcji i rozwijania tego standardu. W ofercie na polski rynek nie ma praktycznie ani kart sieciowych ani koncentratorów/przełączników pracujących w tym standardzie.

3. 100Base-FX

100Base-FX jest implementacją systemu Fast Ethernet na łączach światłowo­dowych. Jest ona idealna do budowy sieci szkieletowych, ze względu na maksymalną długość kabla wynoszącą 2 km (przy wykorzystaniu światłowodu jednomodowego). Standardowo stosowany jest jednak światłowód wielomodowy pozwalający na tworzenie segmentów o średnicy do 400m. Kabel ten nie jest podatny na zakłócenia, zapewnia więc większe bezpie­czeństwo (szczególnie gdy jest prowadzony przez tereny ogólnie dostępne). Ponadto można w przyszłości wykorzystać go do szybszych transmisji.

Klasyfikacja koncentratorów jest analogiczna, jak w systemie 100Base-TX. Ogólnie rzecz biorąc, koncentratory klasy I dokonują translacji sygnałów, jeśli jest to konieczne, a klasy II są tylko wzmac­niaczami, rozsyłającymi odbierane sygnały do wszystkich portów. 100Base-FX opiera się na specyfikacji TP-PMD (Twisted Pair-Physical Medium De­pendent) X3T9,5 dla sieci FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Specyfikacja IEEE 802.3u dla sieci 100Base-FX zezwala na łącze o długości 400 m między urządzeniami DTE (Data Terminal Equipment) i zastoso­wanie jednego koncentratora przy długości 300 m. Na rysunku 38 przedstawiono ograniczenia zasięgu sieci opartych na standardzie 100Base-FX.




Rysunek 38. Ograniczenia zasięgu sieci opartych na standardzie 100 Base FX

W przypadku decyzji o wyborze i późniejszym projektowaniu sieci lokalnych opartych na standardzie 100Base FX należy wziąć pod uwagę dwie następujące cechy takiego rozwiązania. A mianowicie większą wydajność sieci w porównaniu ze standardem 100Base TX (praktycznie nie ma koncentratorów 100Base-FX - stosuje się tylko efektywniej działające przełączniki) oraz medium fizyczne jakim jest światłowód głównie wielomodowy.

Wymienione wyżej cechy są bardzo istotne ze względu na późniejszą ewentualną migrację do szybszych standardów takich jak Gigabit Ethernet. Wystarczy wówczas tylko wymiana niektórych urządzeń a infrastruktura okablowania strukturalnego pozostaje ta sama. W przypadku sieci hierarchicznych przełączniki 100Mb/s mogą zostać wykorzystane jako elementy spinające małe grupy robocze z wysokowydajnym przełącznikiem Gigabit Ethernetowym. Szacunkowe koszty elementów takiej sieci przedstawiono w tabeli 30.

Sprzęt	Przełączniki (cena za port)	775-1325 PLN
		Karty sieciowe	520-1000 PLN
	Okablowanie	Światłowód wielomodowy stacyjny Jednoparowy /mb	5-15 PLN
		Złącza SC/ST (para)	40-100 PLN

Tabela 30. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie 100BaseFX

Podsumowanie

Standard Fast Ethernet posiada wszystkie zalety skalowalnej struktury sieci typu CSMA/CD. Został zaprojektowany na wzór standardu l0Base-T i dlatego może być implementowany w postaci hierarchicznej topologii gwiazdy. Taka konfiguracja jest kompatybilna ze specyfikacjami okablowania strukturalnego TIA/EIA Stuctured Cabling Standards.

Podstawową sprawą dla twórców standardu l00Base-T było zachowanie stosowanej w l0Base-T metody dostępu do medium (CSMA/CD) przy znacznie zwiększonej szybkości transmisji. Pozostawiono również ten sam format ramki. Dzięki temu, można zastosować nowy standard w wielu „starych" instalacjach Ethernet. W większości przypadków można bowiem wykorzystać istniejące okablowanie strukturalne, wykonane kablem skrętkowym. Obydwa systemy mogą również funkcjonować jednocześnie i ze sobą współpracować. Wymiana ramek pomiędzy nimi polega jedynie na zmianie szybkości, co jest realizowane przez koncentrator/przełącznik. Wiele urządzeń ma również wbudowaną możliwość rozpoznawania szybkości pracy sieci i odpowiedniego dostrajania się (autonegocjacja).

W technice 100Base-T stosuje się specyfikację IEEE 802.3 oraz metodę dostępu CSMA/CD. W rezultacie 100Base-T zachowuje format i rozmiar ramki IEEE 802.3 oraz mechanizm detekcji błędów. Ponadto, co jest niezwykle ważne, zapewnia pełne wykorzystanie wszystkich aplikacji i oprogramowania sieciowego działających w sieciach IEEE 802.3. 100Base-T umożliwia pracę z dwiema przepływnościami (Duał Speeds): 10 Mb/s i 100 Mb/s.

100Base-T i l0Base-T mają wiele wspólnych cech: używają tej samej me­tody dostępu (określonej przez IEEE 802.3), mają taki sam format i rozmiar ramki. Główną różnicą między l00Base-T a l0Base-T (poza wartością prze­pływności) jest średnica sieci. Należy pamiętać, że dla l00Base-T maksy­malna średnica sieci wynosi około 205 m, a dla 10 Mb/s Ethernetu ponad 10 ra­zy więcej.

Przyczyna mniejszej średnicy sieci l00Base-T tkwi w metodzie dostępu do medium (mechanizm detekcji kolizji). W technologii l0Base-T ograniczenie rozmiaru domeny definiuje się w ten sposób, że dowolna stacja sieciowa, transmitując ramkę o najmniejszej le­galnej długości 64 bajtów, dowiaduje się o wystąpieniu kolizji pochodzącej od innej stacji transmitującej w tym samym czasie i ulokowanej w najodle­glejszym punkcie domeny.

W technice l00Base-T w celu osiągnięcia zwiększonej przepływno­ści w stosunku do przepływności uzyskiwanej w standardzie l0Base-T rozmiar domeny ko­lizyjnej musi zostać zmniejszony. Po prostu stacja transmitująca 10 razy szybciej musi pracować na kablu 10 razy krótszym. W rezultacie każda sta­cja w pierwszych 64 bajtach dowiaduje się o wystąpieniu ewentualnej koli­zji spowodowanej przez inną stacji.

Standard l00Base-T wspiera opcjonalny mechanizm zwany automa­tyczną negocjacją (Autonegotiation), umożliwiający stacji sieciowej i hubowi wymianę informacji o ich możliwościach technicznych, co stwarza optymalne warunki dla komunikacji. Automatycz­na negocjacja wspiera szereg możliwości funkcjonalnych, takich jak: dobór szybkości pracy dla urządzeń pracujących z przepływnością 10 Mb/s i 100 Mb/s, włączanie pełnego dupleksu w urządzeniach o takich udogodnie­niach i z automatyczną konfiguracją sygnalizacji dla stacji 100Base-T4 i 100Base-TX. W tabeli 31 przedstawiono ogólną charakterystykę mediów stosowanych w standardzie 100base -T

Element charakterystyki	100Base-TX	100Base-FX	100Base-T4
Kabel	UTP 5 kat. lub Typ 1i 2 STP	62,5/125 mm wielomodowy światłowód	UTP kat. 3, 4 lub 5
Liczba par	2 pary	2 włókna	4 pary
Złącza	J-45 (ISO 8877)	Duplex SCmedia- interfejs connector (MIC) ST	ISO 8877 (RJ-45)
Maksymalna długość segmentu	100 m	400 m	100 m
Maksymalna średnica sieci	200 m	800 m	200 m

Tabela 31. Ogólna charakterystyka mediów w standardzie Fast Ethernet

Wersje systemu, oparte na skrętce, mogą pracować w trybie pełnego duplek­su, co pozwala uzyskać jeszcze większe szybkości transmisji. Jeśli stacja robocza jest podłączona bezpośrednio do koncentratora przełączającego (switch) - umożliwia zestawienie indywidualnego kanału i żadna inna sta­cja nie użytkuje równocześnie tego kanału, to mechanizm detekcji kolizji i pętli zwrotnej może zostać wyłączony.

Ograniczenia odległości w standardzie l00Base-T są bardziej rygorystyczne niż w oryginalnym l0Base-T (w wariancie z kablem skrętkowym). Mają one na celu zachowanie prawidłowych zależności czasowych pomiędzy sygna­łami przy zwiększonej szybkości transmisji. W starszej wersji systemu ogra­niczenia te wiązały się raczej z tłumieniem sygnału.




Rysunek 39. Ograniczenia długości okablowania systemu 100 Base-T.

Maksymalna odległość pomiędzy systemami końcowymi w jednym segmencie rozgłoszeniowym specyfikacji l00Base-T wynosi 200-250m (w zależności od sprzętu i konfiguracji, co należy sprawdzić u dostawców). Jednocześnie maksymalna odległość pomiędzy koncentrato­rem a systemem końcowym wynosi l00m, co pokazano na rysunku 39. Aby wykorzystać maksymalnie dopuszczalną rozpiętość sieci można połą­czyć ze sobą dwa koncentratory. Chociaż w porównaniu z systemem l0Base-T ograniczenia te wydają się bardzo restrykcyjne, nie są one aż tak istotne, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że we współcześnie budowanych sieciach strukturalnych okablowanie szkieletowe zostało znacznie zredu­kowane, a koncentratory umieszczane są w szafkach kablowych, niedaleko systemów końcowych.

Na podstawie powyższej analizy można stwierdzić, że na poziomie dostępu do stacji do stacji końcowych w sieciach lokalnych dominującym standardem będzie Ethernet 100BaseT. Jedyny jego konkurent - 100BaseFX jest relatywnie zbyt drogi a przepustowość 100Mb/s jest i prze długi czas będzie w zupełności wystarczająca dla końcowego użytkownika. Zastosowanie światłowodowego dostępu do stacji końcowych jest zbyt drogie a migracja do GigabitEthernetu (jedna z podstawowych zalet 100BaseFX) jest obecnie również opracowywana z wykorzystaniem okablowania kategorii 5 i 6. Natomiast w porównaniu z pozostałymi standardami sieci LAN, zaletą FastEthernetu, jest pełna kompatybilność z 10MbEthernetem. Wymienione zalety
a przede wszystkim wysoka popularność jaką zyskały obydwa te standardy oraz skalowalność (ewentualna migracja do Gigabit Ethernetu), techniki budowy sieci lokalnych oparte na Ethernecie będą podstawowymi jeśli nie jedynymi rozwiązaniami spotykanymi w przyszłości.

2. 100VG-AnyLAN

100VG-AnyLAN bazuje na technice opracowanej przez firmy AT&T i Hewlett Packard, a obecnie pilotowanej przez komitet 802.12 IEEE. Stan­dard ten wykorzystuje skrętkę czteroprzewodową. Uży­wać można kabli kategorii 3, 4 lub 5 (nieekranowana skrętka, UTP). Obecnie standard dostosowywany jest także do skrętki dwuprzewo­dowej nieekranowanej i ekranowanej (STP) oraz kabli światłowodowych. W standardzie 100VG-AnyLan wprowadzono także nową metodę dostępu na żądanie, która zastąpiła używaną w starszych odmia­nach standardu technikę wykrywania kolizji - CSMA/CD.

W 100VG-AnyLan wykorzystuje się transmisję kwartetową z wykorzystaniem czterech par przewodów. Transmisja kwartetowa odbywa się z tą samą częstotliwością co w l0Base-T, ale sygnał 25MHz przesyłany jest każdą z czterech par przewodów. Uży­wany w l0Base-T system kodowania „Manchester" został zastąpiony przez 5B6B. Zastosowanie niskiej częstotliwości i rozdziału sygnału pomiędzy przewody pozwalają utrzymać emisję zakłóceń radiowych na dopuszczal­nym poziomie, przy zastosowaniu kabli telefonicznych. 10Base-T przesyła sygnał o częstotliwości 20MHz, wykorzystując dwie pary przewodów.

W standardzie 100VG-AnyLAN użyto nowej metody kontroli dostępu .do medium, zwanej „priorytet na żądanie". Zastępuje ona znaną ze starszych wersji standardu Ethernet metodę CSMA/CD. W nowym systemie stacja może odbierać informację w tym samym czasie kiedy sama nadaje. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu skrętki czteroparowej i transmisji kwartetowej.

Metoda dostępu z priorytetowaniem opracowana została dla potrzeb nowe­go typu sieci Ethernet, umożliwiającej transmisję z szybkości 100 Mb/s. Ten standard sieci nazwano 100VG-AnyLAN. W metodzie dostępu z priory­tetowaniem wykorzystano-charakterystyczny dla topologii l00VG-AnyLAN - model okablowania strukturalnego i koncepcję sieci opartą na zastosowa­niu koncentratorów. Różnicę między metodą dostępu z priorytetowaniem a metodą CSMA/CD zilustrowano na rysunku 40. Stacja robocza, która chce nadawać, wysyła do kocentratora odpowiednie żądanie. Jeśli sieć jest akurat wolna, to stacja uzyskuje zezwolenie na nadawanie. W systemie priorytetu na żądanie to koncentrator decyduje kiedy i jak stacja będzie mogła uzyskać dostęp do sieci. Pozwala to na zwiększenie wydajno­ści, gdyż w zasadzie wyeliminowane zostają konflikty dostępu do medium. Jedną z najważniejszych zalet standardu 100VG-AnyLAN jest dostępność trybu transmisji izochronicznej, w którym dane, które muszą być przesyłane w czasie rzeczywistym (np. obraz video i dźwięk), mogą uzyskać wyższy priorytet. Dzięki temu dźwięk i obraz może być przesyłany bez opóźnień powodujących zniekształcenia. Stacja robocza musi poinformować koncen­trator, że przesyłane dane muszą uzyskać wyższy priorytet. Koncentrator przydzieli wówczas stacji odpowiedni czas na transmisję danych. Jeżeli takiego samego priorytetu zażądają jednocześnie dwie stacje - obie obsługiwane są naprzemiennie.




Rysunek 40. Porównanie metod dostępu z priorytetowaniem i CSMA/CD

Taka metoda organizowania transmisji wy­kazuje przewagę nad CSMA/CD, gdzie rywalizacja o dostęp do kabla od­bywa pomiędzy samymi stacjami, a nie pod kontrolą centralnego koncen­tratora. Dodatkową zaletą transmisji z priorytetem na żądanie jest to, że informację przesyła się, poprzez koncentrator, tylko do stacji docelowej, a nie do wszystkich stacji, co ogranicza możliwość dostępu do danych osobom nie­powołanym.

Ponieważ topologie sieci 100VG-AnyLAN i l0Base-T są podobne, karty i pozostałe komponenty sieci mają w obu systemach wiele cech wspólnych. W nowym standardzie zachowano topologię gwiazdy i zasady okablowania strukturalnego, a także format ramki, obowiązujący dotychczas w sieciach Ethernet. Dzięki temu sieci
100VG-AnyLAN można łączyć z istniejącymi sieciami Ethernet za pośrednictwem prostego mostu. Założono, że 100VG-AnyLAN ma wykorzystywać te same kable co l0Base-T.

Obecnie standard 100VGAnyLAN stosowany jest sporadycznie. Firmy zajmujące się budową sieci strukturalnych nie podejmują się budowy sieci opartych na tym standardzie. Praktycznie popularność technik 100Base TX jest tak duża, że należy się liczyć z zanikiem tego standardu. W ofercie na polski rynek nie ma praktycznie ani kart sieciowych ani koncentratorów/przełączników budowanych w oparciu o ten standard.

3. Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet jest rozszerzeniem standardu IEEE 802.3 do szybkości przesyłania 1Gb/s. Gigabit Ethernet opiera się na popularnym standardzie Ethernet, mającym wielką ilość implementacji. Stosuje ten sam mechanizm dostępu do medium CSMA/CD, taki sam format i rozmiar ramki. Większość istniejących już elementów sieciowych (w tym oprogramowanie stacji roboczych) nie wymaga żadnego uaktual­nienia. Również dotychczasowe inwestycje w osprzęt sieciowy (koncentra­tory, przełączniki, okablowanie) w większości wypadków nie zostaną stra­cone. Można będzie nawet zachować oprogramowanie zarządzające, cho­ciaż analizatory sieci będą wymagały aktualizacji ze względu na większą szybkość transmisji.

Gigabit Ethernet rywalizuje ze standardem ATM jako rozwiązanie dla sieci szkieletowych o bardzo dużej przepustowości. Obecnie uważa się ATM za lepszy wybór dla rozwiązań integrujących transfer danych, głosu, wideo i inne rodzaje transmisji czasu rzeczywistego. Wynika to stąd, że w standardzie tym zaimplementowany jest system zapewniania odpowiedniego po­ziomu usług QoS. Istotne są również dodatkowe właściwości systemu, jak np. gwarancja jako­ści usług (dzięki zastosowaniu protokołu RSVP - Resource Reservation Protocol).

Prace nad specyfikacją standardu Gigabit Ethernet prowadzi Grupa Tema­tyczna IEEE 802.3z (IEEE 802.3z Task Group), która w 1996 r. przedstawiła zasadnicze propozycje dotyczące systemu. W efekcie prac prowadzonych przez IEEE zdefiniowano następujące specy­fikacje, nazywane ogólnie 1000Base-X:

• 1000Base-LX Wykorzystuje do transmisji światło długofalowego lasera; długość segmentu wynosi 550m dla światłowodu wielomodowego i 3000m dla światłowodu jednomodowego

• 1000Base-SX Wykorzystuje do transmisji światło krótkofalowego lasera; długość segmentu wynosi 300m dla światłowodu wielomodowego 62,5μm i 550m dla światłowodu wielomodowego 50μm.

• 1000Base-CX Przeznaczony do łączenia urządzeń na krótkich odległo­ściach (w obrębie tej samej szafy kablowej); wykorzystuje kabel miedzia­ny (skrętkę)
  o długości do 25m.

• 1000Base-T Proponowany standard wykorzystujący skrętkę miedzianą kategorii 5 o długości segmentu do l00m. Obecnie trwają prace nad implementacjami Gigabit Ethernetu na okablowaniu UTP kategorii 6.

W standardzie Gigabit Ethernet możliwa jest praca w trybie pełnego du­pleksu przy połączeniach pomiędzy przełącznikami i pomię­dzy przełącznikami a stacjami końcowymi. W sieciach zbudowanych w oparciu o przełączniki (korzystających z pełnego dupleksu) nie ma potrzeby stosowania mechani­zmu detekcji kolizji, gdyż transmisja pomiędzy stacjami odbywa się kanałem dedykowanym (data pipe). Metoda CSMA/CD została jednak zachowana aby utrzymać kompatybilność z poprzednimi wersjami standardu Ethernet.

Jak już wspomniano, standard ten został zaprojektowany dla sieci kampusowych i szkieletowych w budynkach. Twórcy standardu w trakcie jego opracowywania stworzyli możliwość migracji do Gigabit Ethernet z innych standardów (głównie 10/100Mb Ethernetu).




Rysunek 41. Sieci hierarchiczne budowane w oparciuo standardy 100/1000B Ethernet

W przypadku poprzednich wersji Ethernetu istniejąca sieć szkieletowa, pracująca w standardzie Fast Ethernet, zostaje zamieniona na Gigabit Ethernet poprzez wymianę central­nego przełącznika. Zwiększa to szybkość wymiany danych pomiędzy sieciami lokalnymi pracującymi z przepustowością 10 Mb/s lub 100 Mb/s. W tym celu należy wymienić karty sieciowe NIC (Network Interface Card) w wysokowydajnych serwerach na nowe - w standardzie Gigabit Ethernet. Na rysunku 41 pokazano połączenie takich ser­werów z przełącznikiem Gigabit Ethernet. Serwery wyposażone w tak szybkie karty sieciowe muszą obsługiwać przynajmniej milion pakietów na sekundę
(a więc i tyleż przerwań). Aby temu zaradzić, opracowano spe­cjalny rodzaj karty sieciowej, odciążającej serwery od obsługi takich ilości przerwań. Jeśli bowiem serwer jest zajęty, karta przyjmuje przychodzące pakiety do bufora, a następnie przesyła do serwera korzystając z jednego tylko przerwania. Natomiast przełączniki 100Mb pozostają jako jednostki obsługujące grupy robocze. Stosowanie przełączników Gigabit Ethernetowych do obsługi bezpośredniej grup roboczych jest obecnie bezcelowe (komputery klasy PC nie są w stanie obsłużyć i wykorzystać tak wysokiej przepustowości).

W przypadku migracji do standardu Gigabit Ethernet na bazie istniejącej sieci FDDI następuje wymiana sprzętu z wykorzystaniem istniejącego okablo­wania światłowodowego. Realizuje się to poprzez zamianę odpowiednich urządzeń transmisyjnych. Pozwala zachować istniejącą strukturę fizyczną okablowania szkieletowego, zwiększając znacznie jego przepustowość.

Gigabit Ethernet jest relatywnie nowym standardem borykającym się z pewnymi trudnościami w warstwie dostępowej sieci LAN. Wynikają one poza względami technicznymi także z powodów cenowych. Analiza cenowa przedstawiona poniżej nieco obrazuje sytuację standardu Gigabit Ethernet. Nowy standard może być z dużym powodzeniem stosowany w hierarchicznych sieciach zbudowanych w oparciu o wcześniejsze wersję Ethernetu wykorzystując już istniejącą infrastrukturę sieciową (okablowanie kategorii 5). Koszt migracji jest stosunkowo niewielki. Najoptymalniejszym pod względem wydajnościowym oraz względnie tanim rozwiązaniem jest rozwiązanie oparte na standardzie Fast i Gigabit Ethernet. Wymienia się karty sieciowe (głównie 10Mb) na karty FastEthernetowe w stacjach końcowych. Poza tym wysokowydajne serwery sieciowe wyposaża się w specjalne dedykowane karty sieciowe GigabitEthernet-owe. Przełączniki FastEthernet-owe oparte na standardzie 100Base TX obsługujące grupy robocze pozostają niezmienione. Jedynym ważnym nowym elementem są moduły GigabitEthernet-owe służące do transmisji danych miedzy grupami roboczymi i wymienianych z serwerami sieciowymi (głównie bazodanowymi/intranetowymi). Jest to rozwiązanie coraz liczniej stosowane ze względu na najoptymalniejsze dostosowanie do aktualnych potrzeb większości średnich i dużych korporacji. Ceny poszczególnych podzespołów wykorzystywanych do budowy sieci zebrane sa w tabeli poniżej:

Sprzęt	Przełączniki (cena za port)	2600- 4000 PLN
	Karty sieciowe	1900-4000 PLN
Okablowanie	Światłowód wielomodowy stacyjny Jednoparowy /mb	5-15 PLN
	Złącza SC/ST (para)	40-100 PLN

Tabela 32. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie Gigabit Ethernet

Obecnie trwają prace nad nowa wersją zwaną 10GigabitEthernet będącą przedmiotem zainteresowania zwłaszcza operatorów sieci miejskich (MAN). Jednak standard w praktyce nie wyszedł jeszcze poza laboratoria i konstrukcje testowe. Urządzenia 10Gigabit Ethernet nie pojawiły się jeszcze na rynku w ofercie żadnego z wiodących producentów sprzętu sieciowego.

1. ATM

ATM to standard budowy sieci szybkiej transmisji danych, przeznaczony do stosowa­nia zarówno w sieciach lokalnych, jak i rozległych. Operatorzy sieci mają zasadniczo kilka interfejsów (DXI, UNI, ICI), za pomocą których mogą łączyć elementy sieci ATM co zobrazowane jest na rysunku 42.

W poprzednich rozdziałach omówiono sposoby wykorzystania ATM przez operatorów do budowy rozległych sieci transmisyjnych. Standard ATM można jednak zastosować również do budowy prywatnych sieci. We­wnętrzna sieć LAN może działać całkowicie w oparciu o ATM. W takim przypadku stacje robocze - z zainstalowanymi kartami sieciowymi ATM - podłącza się do przełącznika ATM. Jednak sieci, działające wyłącznie w oparciu standard ATM, spotyka się obecnie stosunkowo rzadko. Częściej wy­stępują rozwiązania, w których sieci Ethernetowe, podłączone są do głównego koncentratora ATM.




Rysunek 42. Interfejsy ATM

Obecnie zasadniczy problem wynika ze stosowanych mechanizmów emula­cji sieci LAN, które z reguły ukrywają własności sieci ATM przed protoko­łami wyższych warstw oraz aplikacjami działającymi na komputerze użyt­kownika. Z tego względu aplikacje nie mogą określić wymaganej jakości usług. Producenci wraz z organizacją ATM Forum, opracowują już nowe strategie emulacji, które zniosłyby powyższe ograniczenie.




Rysunek 43.

Migrację do standardu ATM przeprowadza się zwykle etapowo, tak aby zacho­wać zgodność z istniejącymi sieciami, np. Ethernet. Na rysunku 43 i 44 przedstawiono przykładowe etapy takiego procesu. W pierwszym etapie przełącznik ATM instaluje się w charakterze głównego koncentra­tora skupionej sieci szkieletowej. Istnieją­ce sieci pracujące w oparciu o inne standardy podłączone są do tego głównego koncentratora za pośrednictwem routerów.




Rysunek 44.

Kolejnym etapem najczęściej jest instalacja węzłów komutacyjnych (przełączników) na różnych poziomach w hierarchii sieci (rysunek 44). Serwery podłącza się do głównego przełącznika, wyposaża w wysokowydajne specjalizowane karty sieciowe dzięki czemu stają się lepiej dostępne dla użyt­kowników.

Podłączanie istniejących sieci LAN do sieci ATM jest trudnym zadaniem. Spowodowane jest to m.in. tym, że tradycyjne sieci lokalne funkcjonują bez-połączeniowo, a komunikacja w sieciach ATM ma charakter połączeniowy. Problem roz­wiązano wprowadzając mechanizmy emulacji sieci LAN w środowisku ATM. W 1995 roku organizacja ATM Forum zdefiniowała specyfikację LANE (LAN Emulation).

Aby rozwiązać problem kojarzenia adresów IP z łączami, w ramach specy­fikacji LANE zdefiniowano funkcję serwera LES (LAN Emulation Server). Serwer ATMARP (ATMAddress Resolution Protocol) sprawuje pieczę nad tabelą, w której przechowywane są adresy IP wraz z przypisanymi im łączami ATM.

Inny problem wynika z faktu, że w sieciach Ethernet wiele operacji realizuje się z wykorzystaniem rozgłaszania (broadcast) i przesyłania grupowego (multicast). Jeśli sieć Ethernet ma być połączona z siecią ATM, to operacje takie nadal muszą być możliwe do zrealizowania. W tym celu wprowadzono funkcję serwera BUS (Broadcast/Unknown Server), który utrzymuje połą­czenia ze wszystkimi stacjami i może realizować operacje rozgłaszania i przesyłania grupowego.

LANE nie stanowi ostatecznego rozwiązania, które zapewniłoby usługi ATM w połączeniach między stacjami końcowymi. Nie wystarczy bowiem samo połączenie systemów klienckich LAN do sieci szkieletowej ATM. Potrzebna jest jeszcze metoda, która pozwoliłaby im określić żądaną jakość usług (QoS) ATM. Jak już wspomniano, specyfikacja LANE ukrywa własno­ści ATM przed aplikacjami, dzięki czemu istniejące oprogramowanie klienckie może działać bez żadnych modyfikacji. Jed­nak aplikacje nadal widzą tylko zwykłą sieć LAN i nie mogą komunikować się z siecią ATM, a tym samym - wybrać poziom usług, dostępny w takiej sieci. Organizacja ATM Forum pracuje nad rozwiązaniem tego problemu, które ma znaleźć się w specyfikacji
LANE 2.0.

W praktycznych realizacjach można spotkać dwie grupy rozwiązań sieci lokalnych opartych na standardzie ATM: ATM25 i ATM155 różniące się maksymalnymi przepływnościami. Trendy na rynku pokazują, że obydwia standardy mają niewielką szansę na przetrwanie jako techniki realizacji sieci lokalnych. Standardy Fast i Gigabit Ethernet zyskały już zbyt dużą pozycję na rynku i nie wygląda na to by przy spadkowej tendencji cen tych technologii pozwoliły sobie odebrać prymat realizacji sieci lokalnych i metropolitalnych. Podstawową i chyba dla wielu odbiorców najistotniejszą bolączką standardów ATM 25/155 jest poza problemami omówionymi na wstępie niniejszego podrozdziału ich cena. W tabelach 33 i 34 przedstawiono analizę cenową obydwu standardów budowy sieci. Relatywnie duży rozrzut cen w przypadku tak jednej jak i drugiej wersji standardu wynika w przypadku przełączników z faktu, że każde tego typu urządzenie posiada tzw. uplinki do łączenia z siecią szkieletową. W najprostszej konfiguracji dla przełączników ATM25 są to dwa linki 155Mb/s. Co do specyfikacji okablowania to specyfikacja dopuszcza stosowanie w sieciach LAN skrętkę nieekranowaną kategorii 5 lub kable światłowodowe (głównie wielomodowe). Dopuszczalna jest realizacja (przy zachowaniu odpowiednich parametrów odległościowych) na okablowaniu UTP kategorii 3 i 4.

Sprzęt*	Przełączniki (cena za port)	1000-2160 PLN
	Karty sieciowe	300-860 PLN
Okablowanie	Światłowód wielomodowy stacyjny Jednoparowy /mb	5-15 PLN
	Złącza SC/ST (para)	40-100 PLN
	Kabel kat. 5/mb	1PLN
	Złącza RJ45	2PLN

Tabela 33. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie ATM25

• Do ceny każdego z urządzeń komutacyjnych należy doliczyć koszt licencji systemu operacyjnego - ok. 3000-8000PLN zależnie od klasy urządzenia komutującego.

Sprzęt*	Przełączniki (cena za port)	2000-6332 PLN
	Karty sieciowe	3000-4800 PLN
Okablowanie	Swiatłowód wielomodowy stacyjny Jednoparowy /mb	5-15 PLN
	Złacza SC/ST (para)	40-100 PLN
	Kabel kat. 5/mb	1PLN
	Złącza RJ45	2PLN

Tabela 34. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie ATM 155

• Do ceny każdego z urządzeń komutacyjnych należy doliczyć koszt licencji systemu operacyjnego - ok. 3000-8000PLN zależnie od klasy urządzenia komutującego.

Należy jednak zauważyć, że konfiguracja i utrzymanie rozwiązań opartych na ATM25/155 nawet według sprzedawców rozwiązań opartych na tej technice (cytat handlowca z ATM S.A.) jest trudniejsze a same sieci o wiele droższe niż Fast/Gigabit Ethernet. Dlatego w najbliższej przyszłości nie należy się spodziewać spektakularnych sukcesów tych technik jako wiodących standardów budowy sieci lokalnych. Natomiast w sieciach szkieletowych i transmisyjnych operatorów krajowych być może będzie to standard wykorzystywany z dużym powodzeniem.

1. Sieci rozległe

1. FDDI

Standard FDDI (Fiber Distibuted Data Interface) opracowany został przez komitet X3T9.5 Amerykańskiego Instytutu Normalizacyjnego ANSI. Pierwotnie był przeznaczony do zastosowań z wykorzystaniem kabla świa­tłowodowego (stąd nazwa), lecz obecnie istnieje również wersja wykorzystująca kable miedziane (na znacznie krótszych dystansach). Bywa stosowany w sieciach kampusowych. Pracuje w topologii podwójnego pierścienia, zawierającego do 500 węzłów. Maksy­malna długość pierścienia wynosi 100 km, a szybkość transmisji 100 Mb/s. Te parametry kwalifikują standard FDDI do zastosowań w sieciach metro­politalnych MAN (Metropolitan Area Network) i WAN (Wide Area Network).

Istotną zaletą FDDI jest wyższa w stosunku do innych standardów protekcja sieci. Podwójna pętla pierścienia daje zabezpieczenie (redundancję) na wypadek awarii. W takiej sytuacji pierścień rekonfiguruje się, a cała sieć nie przerywa pracy. Każda stacja posiada przekaźniki, które zamykają pierścień w razie jego uszkodzenia lub omijają stację w przypadku jej awarii.




Rysunek 45. Typowa topologia siecii FDDI (podwójny pierścień)

Standard FDDI jest często wykorzystywany w charakterze sieci szkieletowej. Segmenty sieci lokalnych (LAN), wraz z systemami minikomputerowymi, mainframe i innymi, dołączane są do takiego szkieletu. W przypadku bardzo małych sieci, zawierających pojedyncze segmenty LAN, bardziej celowe może być zastosowanie, jako szkieletu, kabla koncentrycznego Ethernet. Standard FDDI jest jednak zdecydowanie lepszy w przypadku sieci z wieloma segmentami LAN, o znacznym natężeniu ruchu, pochodzącego od szybkich lub graficznych stacji roboczych. Warto zauważyć, że szybkie wersje standardu Ethernet (Fast Ethernet i 100VG-AnyLAN) są tak samo funkcjonalne, jak FDDI, lecz ich ogranicze­nia odległościowe nie pozwalają na zastosowania w sieciach szkieletowych o dużym zasięgu. Konkurencją tu niewątpliwie będzie GigabitEthernet budowany w oparciu o światłowody jednomodowe (zwłaszcza na odległościach do kilku kilometrów).

Typowe rozwiązanie sieci teleinformaytcznej w oparciu o standard FDDI przedstawiono na rysunku 46. Urządzenie podłączone do obydwu pierścieni może zamknąć je w przypadku przerwy w dowolnym punkcie, czego nie potrafi stacja podłączo­na tylko do jednego z nich (za to jest tańsza). Jeśli uszkodzeniu ulegnie komputer podłączony do koncentratora FDDI, ten ostatni zapewnia cią­głość pierścienia (nie zależy ona od karty w komputerze).




Rysunek 46. Typowe rozwiązanie sieci teleinformaytcznej w oparciu o standard FDDI

Standard FDDI wykorzystuje kable optyczne (jednomodowe i wielomodowe), jak również kable miedziane - skrętkę nieekranowaną UTP oraz ekranowaną STP. Wersje pracujące na kablu miedzianym należą do standardu CDDI (Copper Disributed Data Interface), którego zasięg jest ograniczony do l00m. W standardzie FDDI uzyskuje się dostęp do medium metodą token passing (przekazywanie znacznika).

Standard FDDI-II został opracowany dla sieci, w których konieczne jest przesyłane dużych ilości danych w czasie rzeczywistym. Jest to taka mody­fikacja systemu FDDI, aby możliwe było przenoszenie synchronicznych danych. Konieczne jest, aby wszystkie węzły sieci posiadały interfejs FDDI-II, w przeciwnym wypadku będzie ona pracować jak podstawowy FDDI. Funkcjonujące stacje FDDI powinny zostać podłączone do oddzielnej sieci. Standard FDDI-II nie został jednak powszechnie przyjęty ze względu na brak kompatybilności z używanym do tej pory FDDI. Poza tym, systemy Fast i GigabitEthernet oraz ATM oferują w większości wypadków podobne bądź lepsze rozwiązania.

Alternatywną techniką okablowania w standardzie FDDI może być zasto­sowanie miedzianej skrętki nieekranowanej (UTP). Taka wersja systemu nosi nazwę CDDI. Sieć taką, realizowa­ną za pomocą kabla do transmisji danych kategorii 5 oraz ekranowanej skrętki IBM typ l (STP), określa standard ANSI TP-PMD (Twisted-Pair-Physical-Medium-Dependent). Poza długością kabla, zachowane są w tym przypadku wszystkie parametry FDDI. Skrętka nieekranowana (UTP) umożliwia lokalizację węzłów sieci w odległości do 100 m, podczas gdy światłowód - do 2km.

Jest to standard, który powoli traci na popularności na rzecz FastEthernetu i GigabitEthernetu. Kart sieciowych opartych na standardzie FDDI praktycznie się nie spotyka a jeżeli już to firmy mają pojedyncze egzemplarze w celach serwisowych i nie prowadzą ich sprzedaży. Natomiast spotyka się jeszcze ten standard w sieciach kampusowych i metropolitalnych. Aczkolwiek w tym środowisku jest to również standard zanikający. Wypierany jest z rynku głównie przez ATM oraz GigabitEthernet - standardy dające większa skalowalność i kompatybilność z istniejącymi standardami. Ceny poszczególnych (dostępnych w ofercie producentów na rynek polski) podzespołów wykorzystywanych do budowy sieci zebrane są w tabeli 35.

Sprzęt	Przełączniki (cena za port)	664- 1800 PLN
	Koncentratory	Brak cen
	Karty sieciowe	Brak cen
Okablowanie	Swiatłowód wielomodowy stacyjny Jednoparowy /mb	5-15 PLN
	Złacza S.C./ST (para)	40-100 PLN

Tabela 35. Ogólne koszty budowy sieci opartej na standardzie FDDI

2. PPP (Point to Point Protocol)

Społeczność internetowa przyjęła dwie metody hermetyzacji i przesyłania datagramów protokołu IP (Internet Protocol) poprzez szeregowe połączenia typu "punkt z punktem". Jednym z nich jest protokół SLIP (Serial Line Internet Protocol), drugą - protokół PPP (Point-to-Point Protocol). O ile pierwotnie używano SLIP, jednak obecnie dominuje protokół PPP, gdyż umożliwia współpracę z innymi protokołami, np. IPX (Internetwork Packet Exchange). PPP zdefiniowano w raportach IETF (Internet Engineering Task Force) RFC o numerach od 1661 do 1663.

Protokół PPP zapewnia połączenia routera z routerem, komputera z routerem i komputera z komputerem. Jest on powszechnie wykorzysty­wany do nawiązywania łączności z Internetem poprzez linie telefoniczne.

Na przykład użytkownicy pracujący w domu mogą zadzwonić do swojego lokalnego dostawcy usług internetowych (ISP). Gdy modemy nawiążą połą­czenie, pomiędzy komputerem użytkownika i ISP tworzona jest sesja PPP. Proces ten może obejmować weryfikację tożsamości użytkownika oraz przypisanie mu numeru IP. Zasadniczo od tej chwili komputer użytkowni­ka staje się rozszerzeniem sieci IP obsługiwanej przez dostawce usług inter­netowych. Port szeregowy i modem użytkownika posiadają ten sam zakres funkcjonalności jak karty sieciowe przyłączone do sieci ISP. Protokół PPP hermetyzuje pakiety protokołów wysokiego poziomu i przesyła je poprzez łącze.

Warstwa fizyczna protokołu PPP umożliwia transmisję poprzez łącza asynchroniczne i synchroniczne przy pomocy różnych protokołów, np. EIA-232-E, EIA-422, EIA-423 oraz CCITT V.24 i V.35. Warstwa łącza danych oparta jest na strukturze ramki typu HDLC (High-level Data Link Control). Do tworzenia i kontroli kanału łączącego dwie maszyny wykorzystuje się protokół LCP (Link Control Protocol).

Koszty takiego rozwiązania są relatywnie niskie i porównywalne z techniką USB. Technikę tę masowo stosuje się do korzystania z usług ISP. Zasadniczo koszt modemu jest uzależniony kilku czynników:

• maksymalnej przepływności która można przy jego pomocy uzyskać,

• interfejsu wymiany danych z komputerem (PCI/ISA/zewnętrzny RS),

• funkcji dodatkowych (własny procesor sygnałowy, fax, sekretarka),

• firmy go produkującej.

Obecnie praktycznie nie stosuje się modemów o przepływnościach mniejszych niż 56kb/s a ich ceny mają tendencję spadkową. Koszty takiego rozwiązania przedstawiono w tabeli 36.

Sprzęt	Modem 56K	50 - 500 PLN
Koszty łącza	Abonament	26 PLN
	Godzina połączeń	6,6PLN

Tabela 36. Koszty elementów sieci opartych na technice PPP

Podane ceny odzwirciedlają oczywiście polską specyfikę rynku telekomunikacyjnego oraz podane są przy założeniu, że połączenie z serwerem ISP jest w ramach taryfikacji połączeń lokalnych. Oczywiście istnieją metody dostępu do ISP zwane CallBack jednak nie odbiegają one praktycznie kosztowo od standardowego rozwiązania opartego na PPP.

1. L2TP

L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) jest jednym z protokołów stworzonych pod kątem ninimalzacji i redukcji kosztów połączeń z sieciami odległy­mi poprzez linie telefoniczne. Najtańszym rozwiązaniem jest oczywiście Internet i usługi oferowane przez jej operatorów ISP (Internet Sevice Provider). Kluczowe znaczenie ma tutaj właśnie protokół L2TP, stworzony na podstawie protokołu L2F (Layer 2 Forwarding) firmy Cisco.

Firmy Microsoft i Cisco Systems opracowały podobne protokoły wirtualnych połączeń komutowanych, stawiając sobie jednak odmienne cele. Obydwa rozwiązania pozwalają na przekazywanie usług zdalnego dostępu operatorom ISP. Z uwagi na fakt, iż firma Cisco jest przede wszystkim producentem sprzętu, stosowanie jej protokołu L2F wy­maga rozbudowy bazy sprzętowej - zarówno po stronie operatora, jak i usługobiorcy - o urządzenia z nim kompatybilne. Protokół L2F obsługuje szereg protokołów warstwy 3, natomiast protokół L2TP jest rozszerzeniem L2F - nie wymaga dodatkowego sprzętu, umożli­wiając ponadto kontrolę przepływu danych.

Typowe połączenia internetowe, nawiązywane przez użytkownika linii komutowanych, dokonywane są przy użyciu protokołu komunikacji mię­dzy dwiema stacjami - PPP (Point-to-Point Frotocol).L2TP zwiększa możliwości protokołu PPP - oferując zdalnemu użytkowni­kowi możliwość przedłużenia łącza PPP, poprzez Internet, do serwera in­stytucji/firmy. Z reguły w takiej sytuacji tworzony jest tunel łączący (poprzez Internet), sprzedawcę usług internetowych z instytucją. Gdy tunel zostaje utworzony użytkownik może komunikować się z siecią korporacyj­ną poprzez łącze, które symuluje zwykłe, bezpośrednie połączenie komu­towane.

Takie rozwiązanie znajduje uzasadnienie z kilku powodów:

• Zamiast nawiązywać połączenie międzymiastowe (do bezpośredniego skomunikowania się z korporacyjnym serwerem zdalnego dostępu NAS), użytkownik odległy łączy się jedynie z lokalnym operatorem internetowym.

• Protokół realizuje wirtualne łącze komutowane (virtual dial-up), ponie­waż użytkownik nie nawiązuje połączenia z siecią korporacyjną przez łącze komutowane. Połączenie realizowane w rzeczywistości tylko sy­muluje (udaje) łącze komutowane.

• Dzięki hermetyzacji w ramkach protokołu PPP, użytkownik odległy może uzyskiwać dostęp do komputerów swej firmy/instytucji używając różnych protokołów - np. IP, IPX, SNA.

• Protokół L2TP zapewnia przezroczystość systemów końcowych. Ozna­cza to, że zarówno odległy użytkownik jak i serwer korporacyjny, nie wymagają - by bezpiecznie usługę tę realizować - specjalnego oprogra­mowania.

• Instytucja może korzystać z własnych metod autoryzacji użytkowników, niezależnych od operatora internetowego

Połączenie pomiędzy klientem odległym a siecią korporacyjną działa jak zwykłe połączenie PPP. Protokół L2TP realizuje zadanie identyfikacji tożsamości użytkownika, jed­nak dane przesyłane przez Internet nie są kodowane. Istnieje więc tu pewna luka jeżeli chodzi o bezpieczeństwo danych. W tym celu stosuje się rozwinięcia protokołu IP, np. IPSec realizujący procedurę kodowania danych dla różnych protokołów tunelowych.

Niewątpliwie jest to rozwiązanie znacznie obniżające koszty połączeń o zasięgu globalnym i światowym. Korzystając ze standardowego połączenia PPP, w warunkach polskich uzyskuje się 18-krotne (!!!) obniżenie kosztów połączenia. Aczkolwiek zakres stosowania tego rozwiązania ma sens jedynie wówczas (warunki polskie) gdy w tradycyjnym połączeniu PPP musielibyśmy skorzystać połączeń międzynarodowych. Kolejnym mankamentem tego rozwiązania są ograniczenia pasma takiego kanału wynikające z samej specyfiki połączeń komutowanych. Maksymalnie jesteśmy w stanie przesłać do 56K używając wąskopasmowych modemów analogowych. Wynika to z ograniczenia pasma przez operatora telekomunikacyjnego na wejściach urządzeń komutujących w centralach. Stosowanie modemów szerokopasmowych nie spowodowałoby poprawy sytuacji. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę zmniejszenie przepustowości rzeczywistej wynikającej z informacji dodanych samego protokołu oraz z faktu czasowych przeciążeń w sieciach internetowych. Kosztowo rozwiązanie kształtuje się praktycznie identycznie jak standardowe rozwiązania PPP. Należałoby jedynie dodatkowo doliczyć koszty licencji oprogramowania.

Sprzęt	Modem 56K	50 - 500 PLN
Koszty łącza	Abonament	26 PLN
	Godzina połączeń	6,6PLN

Tabela 37. Ogólne koszty transmisji danych opartej na standardzie L2TP

1. xDSL

Technika cyfrowej linii abonenckiej DSL (Digital Subscriber Line) może zdecydowanie poprawić efektywność wykorzystania rzeczywistego pasma transmisyjnego istniejącej sieci abonenckiej. DSL umożliwia osiągnięcie szybkości dochodzących do 52 Mb/s.

Stosowanie technik DSL poprawia efektywność wykorzystania istniejących połączeń wykonanych w oparciu o skrętkę miedzianą, poprowadzonych między lokalną centralą a większością abonentów. Szerokość pasma częstotliwości w takim prze­wodzie jest ograniczona i możliwe jest tylko transmisja danych z szybkością 64kb/s. Wprawdzie sama skrętka umożliwia transmisję z większą szybkością, jednak urządzenia zainstalowane w centralach telefonicz­nych zawężają pasmo uniemożliwiając uzyskanie szybkości większej niż 64kb/s. Dzieje się tak w przypadku łączy komutowanych. Jednak miedzy innymi w Polsce operatorzy telekomunikacyjni umożliwiają zestawianie linii dzierżawionych omijających cyfrowe urządzenia komutujące. Daje to szerokie pole dla wykorzystywania technik XDSL, które są w stanie wykorzystać praktycznie szersze pasmo linii dzierżawionych niż ma to miejsce w przypadku połączeń komutowanych realizowanych w warstwie dostępowej na bazie tego samego medium fizycznego (skrętka nieekranowana).

Linie DSL mogą być symetryczne (dane przepływają z tą samą szybkością w obu kierunkach) lub asymetryczne (szybkość przesyłania danych do abonenta jest większa niż od abonenta do sieci). Łącza asyme­tryczne dobrze nadają się do komunikacji z Internetem, gdyż z reguły użyt­kownicy więcej danych pobierają niż wysyłają.

Należy pamiętać, że wraz ze wzrostem szybkości transmisji, zmniejsza się jej maksymalny zasięg. Linia dedykowana na stałe łączy abonenta z siecią FrameRelay, ATM lub punktem dostępu do Internetu (ISP). Abonent musi dysponować odpowiednim modemem DSL, a operator - od­powiednio wyposażoną centralą.

Bliższego omówienia wymagają główne typy techniki DSL najszerzej stosowane w sieciach teleinformatycznych:

• HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line). HDSL to najczęściej spoty­kany i najbardziej dojrzały wariant usług DSL. Zapewnia szybkości transmisji odpowiadające przepustowości linii Tl (1.544Mbit/s) w liniach o maksymalnej długości 3.6km. Praktycznie technika HDSL umożliwia transmisję danych z większymi szybkościami (np. 2048Mb/s) aczkolwiek jest to w dużej mierze uzależnione od parametrów linii (długości, parametrów fizyczne samej skrętki: izolacji, średnicy żył miedzianych, itp.). W literaturze spotyka się opisy, że linie dedykowane powinny być oddzielone fizycznie od łącz telefonicznych. Jednak w warunkach praktycznych i nowych modemach HDSL warunek ten nie jest konieczny do spełnienia.

• SDSL (Symmetrical Digital Subscriber Line). SDSL to symetryczna, dwu­kierunkowa linia DSL, podobna do HDSL lecz zrealizowana w postaci pojedynczej pary przewodów (skrętki). Wykorzystuje częstotliwości wykraczające poza pasmo głosu, dzięki czemu w tym samym przewodzie można przesyłać głos i dane.

• ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line). ADSL ma największe szansę zdobycia popularności jako szybka technologia telekomunikacyj­na, przeznaczona do użytku w pętli lokalnej, tj. między abonentem a centralą. Jest to technika asymetryczna, co oznacza że transmisja do użytkownika odbywa się znacznie szybciej niż transmisja do sieci. Odpowiada to potrzebom typowego użytkownika Internetu, który więcej informacji pobiera z serwerów WWW niż do nich wysyła. ADSL wykorzystuje częstotliwości wykraczające poza pasmo głosu, a zatem ten sam kabel może być używany przez oba systemy tele­komunikacyjne. Szybkość transmisji od użytkownika do sieci mieści się w przedziale od 16kb/s do 640kb/s, natomiast w drugim kierunku od 1,544Mb/s (5,5km linii) do 8,448 (2,7km linii).

• VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line). VDSL to technologia podobna do ADSL, lecz zapewniająca znacznie większe szybkości transmisji danych. Ma charakter asymetryczny, a zatem transmisja do użytkownika odbywa się szybciej niż transmisja do sieci. Usługi VDSL mogą być realizowane przy wykorzystaniu przewodów sieci telefonicz­nej i ISDN. Szybkości transmisji od użytkownika do sieci mieszczą się w przedziale od 1,6 Mb/s do 2,3Mb/s., natomiast w drugim kierunku od 12,96Mb/s (1,4 km linii) do 51,84 (0,3km linii)

• RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line). Usługi zbliżone do ADSL, lecz zapewniające dodatkowo możliwość dopasowania szybkości transmisji do jakości i długości linii. Przy nawiązaniu połączenia szyb­kość transmisji ustala się, korzystając z techniki odpytywania linii (line polling).

W przypadku abonentów instytucjonalnych, linia ADSL może bezpośrednio przesyłać komórki ATM do przełączników ATM operatora. W komórkach ATM, przesyłanych linią ADSL, umieszcza się pakiety IP. Firma Arial Corporation opracowała kartę ATM, umożliwiającą bezpośrednie - bez użycia modemu - podłączenie stacji roboczej do linii ADSL.

W systemach ADSL stosuje się obecnie dwie konkurencyjne metody kodo­wania (modulacji) sygnału. Pierwsza metoda nosi nazwę DMT (Discrete MultiTone) i ma status standardu ANSI. Za alternatywną techniką - CAP (Carrierless Amplitude and Phase) - opowiada się wielu producentów. W modemach ADSL, wykorzystujących technikę modulacji DMT, stosowa­ne jest multipleksowanie z podziałem częstotliwości, co pozwala na utwo­rzenie trzech oddzielnych kanałów. Są to kanały odpo­wiednio dla: transmisji głosu (telefonicznych), wolnych transmisji od użyt­kownika do sieci i szybkich transmisji z sieci do użytkownika. Łącze do transmisji głosu jest dzięki odpowiednim filtrom odizolowane od kanałów ADSL i zapewnia gwarantowaną, ciągłą obsługę rozmów telefonicznych. Separacja kanałów głosu i danych zachowana jest także w centrali telefo­nicznej, co pozwala na ograniczenie zatorów w sieci telefonicznej.

W przypadku rozwiązań opartych na technice xDSL należy wziąć pod uwagę warunki polskie (tylko takie w istocie nas interesują). Dzierżawa łącz dedykowanych poza obszarem lokalnym mija się praktycznie z celem. Wynika to ze specyfiki rozwiązań sieci transmisyjnych polskich operatorów telekomunikacyjnych. Połączenia lokalne w ramach aglomeracji najczęściej prowadzone są z użyciem par miedzianych. Natomiast w przypadku połączeń strefowych i międzystrefowych połączenie klient - operator jest realizowane przy wykorzystaniu skrętki miedzianej jednak potem w przypadku przesyłania między- i strefowego połączenie wchodzi na trakty SDH o określonej przepustowości (dla telefonicznych usług standardowych 64Kbs/). Dlatego też techniki xDSL maja zastosowanie w dwóch przypadkach:

1. System końcowy musi leżeć w ramach tej samej aglomeracji gdzie istnieje możliwość poprowadzenia skrętki miedzianej bez wprowadzania sygnału na przełącznice cyfrowe ,

2. Systemem końcowym jest operator telekomunikacyjny będący jednocześnie dostawcą usług (np. ISP).

Koszty takiego rozwiązania podzielić można na dwie grupy: sprzęt wraz z montażem i opłaty miesięczne za dzierżawę takiej linii. Koszty te zostały przedstawione w tabeli 38.

Sprzęt	Modemy HDSL	4000-6000 PLN
		Modemy SDSL	3500-3800 PLN
		Modemy ADSL	3300-3500 PLN
Montaż (1linia)	Montaż linii	565 PLN
Koszty miesięczne	Opłaty abonamentowe	Od 29 PLN + 14PLN za km łącza W przypadku połączeń miejscowych Do 341 PLN + 9PLN za km łącza W przypadku połączeń dłuższych niż 100km*

Tabela 38. Ogólne koszty transmisji danych opartej na technice xDSL

*należy wziąć pod uwagę, że w większości przypadków połączenia strefowe wprowadzane są na trakty transmisyjne SDH, stąd zastosowanie techniki xDSL nie przyniesie spodziewanych rezultatów.

1. ISDN

Sieci ISDN, stosowane początkowo w prywatnych, a następnie publicznych cyfrowych sieciach telekomunikacyjnych, umożliwiają nie tylko przekaz głosu, tekstu, grafiki i obrazów ruchomych, ale mają zdolność współpracy zarówno z sieciami komputerowymi LAN, jak i z różnymi typami sieci rozległych. Są także podstawą do tworzenia bardziej zaawansowanych sieci szerokopasmowych BISDN.

Pierwsze koncepcje przekazów cyfrowych prowadzone przez CCITT zaowocowały zbiorem standardów i zaleceń przedstawionych w końcowej formie przez CCITT/ITU-T (1981-1988). Warunki działania sieci ISDN określają następu­jące główne standardy ITU-T:

• Q.700 - Signaling System Number 7,

• Q.921 - Layer 2: Link Access Procedure D Channel,

• Q.931 - Layer 3: User Network Interface,

• V.110 - 6 channel Procedure (Europe),

• V.120 - 8 channel Procedure (North America).

Dodatkowym atrybutem sieci ISDN jest możliwość transmisji w dwóch trybach pracy, przez integrację techniki przełączania obwodów (komutacja linii) z przełączaniem pakietów (transmisje pakietowe). Sieć ISDN jest jed­nak bardziej ukierunkowana na klasyczne przełączanie obwodów, co do­brze służy aplikacjom izochronicznym, jak też aplikacjom asynchronicznym typu pakietowego dla stosunkowo dużych porcji danych. Transmisje z prze­łączaniem pakietów są natomiast bardziej korzystne dla aplikacji transak­cyjnych i efektywnego prowadzenia sygnalizacji.

Użytkownik ma możliwość wyboru jednego z dwóch sposobów dostępu do sieci cyfrowej ISDN. Dla niewielkiego ruchu generowanego przez pojedyn­czy terminal (lub najwyżej kilka terminali użytkownika) wystarcza dostęp podstawowy BRA (Basic Rate Access), natomiast dostęp pierwotnogrupowy PRA (Primary Rate Access) uwzględnia znacznie bardziej intensywne generowanie strumieni pochodzących z sieci lokalnych (np. z Ethernetu), intranetów, serwerów wideokonferencyjnych czy centralek abonenckich PABX.

W dostępie podstawowym BRA, oznaczanym 2B+D, maksymalna przepływność 144kb/s (2x64kb/s + 16kb/s) jest oferowana przez dwa kanały B po 64kb/s w każdym oraz jeden kanał D z prze­pływnością 16kb/s. Kanałami informacyjnymi B przesyła się głos w posta­ci cyfrowej, telekopie i inne dane cyfrowe, natomiast kana­łem typu D sekwencje sygnalizacyjne, nadzór nad przebiegiem transmisji w kanałach B i inne infor­macje serwisowe. Kanały B można wykorzystywać niezależnie i pojedynczo (po 64kb/s) lub łącznie (128kb/s), bądź z integracją kanału D (razem 144kb/s), jeśli nie jest on zajęty sygnalizacją połączenia. W niektórych sy­tuacjach wydzielony kanał D może być używany jako kanał infor­macyjny użytkownika do prowadzenia transmisji pakietowej. Jako medium transmisyjne w dostępie BRA stosuje się pospolitą miedzianą skrętkę tele­foniczną o minimalnej przepływności kanałowej 192kb/s.

W dostępie pierwotnym, oznaczanym 30B+D, oferta obejmuje 30 kanałów B, a maksymalna przepływność wynosi 1984kb/s. W systemie amerykańskim i japońskim (23B+D) przepływność ta jest mniejsza i wy­nosi tylko 1536kb/s. Łączem fizycznym w dostę­pie pierwotnym PRA jest zwykle skrętka miedziana wykonana w technologii HDSL (2048kb/s), także kanał radiowy bądź światłowód o podobnych własnościach.

Pełne wykorzystanie oferty usług sieci cyfrowej wymaga stosowania urządzeń i terminali (także telefonów) cyfrowych i uaktywnienia nowych usług w systemie komutacyjnym, dostępnych przez istniejącą do tej pory, dwuprzewodową linię telefoniczną między abonentem a centralą. Telefony analogowe przyłączone do sieci ISDN przez odpowiedni adapter komunikacyjny mogą funkcjonować tylko w ograniczonym zakresie usług.

Rekomendacja serii I.400 dla sieci ISDN przewiduje agregowanie wie­lu kanałów typu B, oznaczanych jako kanały typu H, a działające zarówno w trybie komutacji obwodów jak i pakietów, raczej ze wskazaniem na przekaz z komutowaniem obwodów (komutacja łączy). Dzięki temu użytkownik ma dostęp do różnorodnych przepływności strumienia cyfrowego o wielo­krotności 64kb/s, definiowanych indywidualnie przez niego w miarę po­trzeb.

Standard ISDN przewiduje wyposażenie istniejącej sieci publicznej po stro­nie abonenta w zakończenie sieciowe NT (Network Termination) ze stykami S i U lub zakończenie sieciowe NTl ze stykami T i U zapewniającymi dopa­sowanie elektryczne i falowe dwuprzewodowej zewnętrznej linii telefonicz­nej (styk U) z czteroprzewodową, dwuparową wewnętrzną magistralą abo­nenta (styk S lub S/T). Adaptacja niestandardowych interfejsów typu R obejmuje nie tylko konwersję sygnałów elektrycznych (prądy, poziomy napięć, złącza, styki), ale przede wszystkim adaptację programową (kody transmisyjne, algorytmy pracy, rodzaje transmisji, konwersję szybkości, sy­gnalizację) w odniesieniu zarówno do kanałów przesyłających informację (B), jak i kanałów sygnalizacyjnych (D). Konstrukcja urządzeń pośredniczących typu NT zwykle zapewnia kilka typów interfejsów, dostosowanych do wielu niestandardowych urządzeń końcowych.

W strukturze dostępowej sieci cyfrowej ISDN wyróżnia się pięć punktów od­niesienia R, S, T, U, V, z których tylko trzy styki R, S, T są objęte standaryza­cją międzynarodową, a pozostałe związane z rodzajem linii i typem centra­li komutacyjnej pozostają w gestii operatora sieci lub producenta centrali.

Kalkulacja kosztowa opiera się na kilku rozwiązaniach w zależności od potrzeb użytkownika. Należy przy tym uwzględnić realia polskiego rynku i dominującą rolę operatora narodowego TP S.A. Jest on praktycznie największym operatorem w własną publiczną siecią usług w standardzie ISDN. Najczęściej wszystkie rozwiązania opierają się na zasadzie DialOnDemand. Zasada jest podobna jak w przypadku PPP. Natomiast realizacja na poziomie sprzętu i protokołów jest tu odmienna.

Po pierwsze można oprzeć się na wydajnej stacji klasy PC wyposażonej w kartę ISDN. Jest to stosunkowo tania metoda w porównaniu z rozwiązaniem w postaci routera z modułami WAN obsługującym standard ISDN. Można również wykorzystać zewnętrzny modem ISDN najczęściej łączony przez porty RS lub USB. Koszty takich rozwiązań przedstawia tabela poniżej:

Sprzęt	Karta ISDN (do PC)	170-400 PLN
		Modem ISDN USB	220 PLN
		Router z portem ISDN ADSL	1200-4000 PLN
Montaż (1linia)	Montaż linii	800 PLN (*) 6400 PLN (**)
Koszty miesięczne	Opłaty abonamentowe	35-45 PLN (*) + 6,6PLN/h*** 600 PLN (**) + 6,6PLN/h***

Tabela 39. Ogólne koszty transmisji danych opartej na ISDN

* dla dostępu podstawowego

** dla dostępu pierwotnego

*** taryfikacja TP S.A. przy połączeniach lokalnych

Najoptymalniejszym rozwiązaniem, zwłaszcza przy łączach międzyoddziałowych lub w przypadku dostępu do ISP na poziomie podstawowym (2B+D) jest zastosowanie wydajnej stacji wyposażonej w kartę ISDN. Karty ISDN mają funkcjonalność modemu wraz z usługami dodanymi (fax, sekretarka, itp.). Stacja PC daje nam funkcjonalność urządzenia DTE a przy maksymalnym przepływie na poziomie 142kb/sek jej wydajność jest w zupełności wystarczająca. Natomiast w przypadku dostępu pierwotnego lub mieszanego najlepszym rozwiązaniem jest router oraz urządzenia agregujące strumienie ISDN.

1. Frame Relay

System Frame Relay jest rozwiązaniem dla sieci metropolitalnych i rozległych, wykorzystującym technikę komutacji pakietów. System ten wywodzi się z ISDN (Integrated Services Digital Network). Po­czątkowo był to jeden z elementów ISDN, który jest obecnie oferowany jako samodzielna usługa. O ile jednak sieć ISDN jest zorientowana połączenio­wo, sieć Frame Relay została zaprojektowana jako zorientowana pakietowo, tzn. ma na celu przekazywanie pakietów pomiędzy urządzeniami połączo­nymi przez routery, skracając jak najbardziej czas utrzymywania połączeń pomiędzy nimi.

Do stworzenia sieci korporacyjnej łączącej kilka oddziałów przy rozwiązaniach tradycyjnych zaistniałaby potrzeba budowy łączy dedykowanych pomiędzy oddziałami na zasadzie każdy z każdym (ewentualnie stworzenie sieci w topologii magistrali) co jednak jest bardzo kosztowne. Dlatego tez stosuje się sieci pakietowe, dzięki którym można uzyskać znaczną redukcję kosztów budowy sieci teletransmisyjnej. Zamiast dalekosiężnych linii dzierżawionych, wystarczą dedykowane linie miejscowe, umożliwiające połączenie z dostawcą usług.

Koszty korzystania z sieci Frame Relay lokalnego operatora są zależne od kilku parametrów takiego łącza:

• CIR (Committed Information Rate) - umowny wskaźnik informacji służy do określenia wielkości zamówionego przez klienta pasma transmisyjnego. Jest to wartość gwarantowana przez operatora dla każdego połączenia wirtualnego PVC (Permanent Virtual Circuit),

• CBIR (Committed Burst Information Rate) - maksymalna przepustowość kanału.




Rysunek 47. Schemat ogólny sieci opartej na Frame Relay i łączach dedykowanych

Transmisja z przepływnościami w zakresie pomiędzy CIR a CBIR jest możliwa i najczęściej chwilowe przekroczenie wartości CIR nie wymaga uiszczania dodatkowych opłat. Natomiast transmisja na poziomie większym niż CBIR nie gwarantuje poprawności przesyłu danych (ramki mogą być tracone bądź odrzucane np. w sytuacji przeciążenia sieci) bądź ruch ten jest dodatkowo taryfikowany przez operator według wyższych stawek.

Działanie systemu Frame Relay jest analogiczne jak sieci z komutacją pakie­tów, lecz odbywa się w niższej warstwie modelu OSI - w warstwie łącza danych. W środowisku Frame Relay ramki są przekazywane pomiędzy pracującymi w sieci urządze­niami przełączającymi. Połączenie odległych punktów w systemie Frame Relay daje w efekcie prywatną sieć wirtualną VPN (Virtuał Private Network).




Rysunek 48. Schemat struktury sieci opartej na standardzie Frame Relay

Na rysunku 48 przedstawiona została sieć oparta na standardzie Frame Relay. Dostęp do sieci z przełączaniem ramek umożliwia urządzenie FRAD (Frame Relay Access Device). Najczęściej do tego celu używane routery obsługujące protokół Frame Relay, które poprzez urządzenie DCE (np. modem) dołączone są do linii dzierżawionej.
Z drugiej strony znajdują się przełączniki brzegowe Frame Relay (Edge Switch). Operatorzy zestawiają dla swoich klientów łącza wirtualne PVC (Permanent Virtual Circuit) wewnątrz sieci Frame Relay. Przebiegają one pomiędzy odpowiednimi urządze­niami FRAD. Są to rzeczywiście prywatne łącza, o przepustowości uzgod­nionej pomiędzy dostawcą i użytkownikiem. Połączenie pomiędzy urządzeniem FRAD a przełącznikiem wejściowym sieci Frame Relay jest statystycznie multipleksowane, co pozwala na uzyskanie wielu oddzielnych kanałów na tej samej linii. Jeśli klient potrzebuje trzech własnych linii wirtualnych (PVC), wychodzących z jednego biura, mogą być one zestawione za pomocą tego samego urządzenia FRAD. W sieciach Frame Relay stosuje się statystyczną metodę multipleksowania, pozwalającą na dynamiczne przydzielanie szczelin czasowych innym użyt­kownikom, jeśli łącze nie jest w pełni wykorzystane. Dynamiczne przydzielanie pasma jest jedną z najmocniejszych stron sieci z komutacja pakietów.

Standard Frame Relay umożliwia konsolidację wszystkich usług telekomuni­kacyjnych (telefonia, transmisja danych, telekopia) w jednej sieci. W przeszłości jakość transmisji głosu była na niskim poziomie ze względu na opóźnienia, jak i niedoskonałość urządzeń do jego kompresji. Opracowana nowa metoda kompresji o nazwie ClearVoice pozwala na zachowanie wysokiej jakości transmisji głosu przy niewielkiej zajętości pasma.

Przy analizie kosztowej głownie rozumieć będziemy Frame Relay w ujęciu dostępowym do sieci operatora. Najczęstszym i najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest struktura oparta na stałych łączach dedykowanych. Po obu ich stronach najczęściej umieszcza się modemy (zwykle szerokopasmowe). Modemy łączy się bezpośrednio z urządzeniami DTE. Po stronie klienckiej najczęściej są to routery obsługujące standard Frame Relay. Ich cena jest silnie zróżnicowana i waha się od 3200 PLN do 8000 za routery oddziałowe do nawet 100tys. PLN za routery zakładowe (Enterprise). Do zastosowań praktycznych wystarczają tańsze routery oddziałowe, natomiast do wysokowydajnej sieci, np. portalu internetowego potrzebny jest już router wysokiej klasy a co za tym idzie dosyć kosztowny.

Natomiast w ujęciu operatorskim najczęściej sygnał z modemu przesyłany jest do przełączników Frame Relay. Ich ceny wahają się zależnie od maksymalnej prędkości i dla np. multipleksera z 2Mb łączami telekomunikacyjnymi wynoszą od 6000 do 12000. Oczywiście należy liczyć się z tym, że ceny te rosną wraz ze wzrostem funkcjonalności, przepływności i ilości łącz telekomunikacyjnych. Oddzielną kwestią jest koszt samych łącz telekomunikacyjnych. Dokładna analiza tych kosztów jest dosyć skomplikowana. Jako uzasadnienie można przytoczyć praktyczny przykład: koszt położenia światłowodu jednomodowego, dwunastowłóknowego na odległości 3km po duktach TP S.A. dwie różne firmy oszacowały na dwóch skrajnie różniących się poziomach cen - 100tys i 300tys PLN.

Sprzęt	Routery	3200-8000 PLN
		Modemy	3000-6000 PLN
	Połączenia	Montaż linii	800-2400PLN
		Opłaty abonamentowe	800-1670PLN
		Ołaty w zależności od CIR	20-160PLN 240-1920PLN*

Tabela 40. Ogólne koszty transmisji danych opartej na sieciach Frame Relay

* zależnie od tego czy wykorzystywane są routery brzegowe opeartora czy jest to łącze niekomutowane w ramach sieci operatora Frame Relay

Przy porównaniu wzięto więc pod uwagę głównie koszt sprzętu (multipleksery, routery, modemy). Analiza taka może dać nam sensowne porównanie głównie w przypadku gdy łącza sieci szkieletowej Frame Relay są dzierżawione od operatora krajowego dysponującego łączami np. SDH o wysokich przepływnościach. Wówczas wyniki takiej analizy mogą dawać praktyczne wyniki. Przy projektowaniu sieci wykorzystujących połączenia WAN oparte na Frame Relay w warunkach Polskich należy wziąć pod uwagę fakt, że operatorzy sieci teleinformatycznych pokrywają cenę modemów potrzebnych do zestawienia łącza klient-centrala. Dlatego najczęściej koszty klienta są pomniejszone o druga pozycje w tabeli (koszt modemu). Aczkolwiek część tych kosztów wliczona jest w cenę montażu a sam modem jest jedynie dzierżawiony przez klienta.

Przy opracowaniu wymagań odnośnie usług sieci Frame Relay należy wziąć pod uwagę

• Czy dostępne są kanały komutowane, umożliwiające dowolne zestawia­nie połączeń? Czy są jednocześnie dostępne wirtualne kanały internetowe? Czy możliwe są połączenia foniczne?

• Jaki jest możliwy rodzaj dostępu do sieci? Zależy to głównie od odległo­ści do najbliższego punktu wejścia i często stanowi główną część kosz­tów usługi Frame Relay(w wielu wypadkach nawet 50%)

• Jak przebiegają ścieżki kanałów wirtualnych w sieci? Dobrze jest popro­sić operatora o mapę, aby przekonać się, czy nie wchodzimy w obszary i tak już zagrożone przeciążeniem.

• Należy ustalić wymaganą dla naszych potrzeb wielkość CIR (Committed Information Rate) i uzyskać zapewnienie od operatora co do obsługi na tym poziomie.

• Czy istnieje możliwość opłat w formie niskiego, miesięcznego abona­mentu plus kwota zależna od ilości przesłanych informacji? Zwykle ustalane są również opłaty maksymalne.

5. Analiza wyników i wnioski

We wczesnych latach dziewięćdziesiątych panowało przekonanie, że ATM odniesie sukces jako powszechnie stosowana technologia sieciowa. Zakła­dano nowe firmy, zajmujące się projektowaniem i sprzedażą przełączników ATM oraz adapterów do publicznego i wewnętrznego użytku. Jednak ATM upowszechnia się powoli. Wiele z rozwiązań wciąż jeszcze nie przybrało ostatecznego kształtu. W szczególności klienci i producenci nadal poszukują sposobów integracji ATM z istniejącymi technologiami sieci lokalnych. W międzyczasie pojawiły się sieci Gigabit Ethernet o przepustowości jednego Gigabita, które praw­dopodobnie będą stanowiły konkurencję dla technologii ATM. Oferują bo­wiem dużą przepustowość przy jednoczesnej zgodności z istniejącymi sie­ciami Ethernet.

Należy pamiętać, że obecnie coraz wygodniej jest instalować w budynkach okablowanie, które będzie mogło obsługiwać zarówno transmisję głosu, jak i danych. Wybór technologii ATM jest w takim przypadku oczywisty z uwagi na wbudowane mechanizmy QoS. Jest to ponadto technologia skalowalna, zapewniająca transmisję z prędkością od 25Mbit/s do 2.46Gbit/s, łatwo dająca się integrować z sieciami telekomunikacyjnymi.

Skalowalność ATM ma szczególne znaczenie dla rozwijających się firm. ATM nie hamuje rozwoju przedsiębiorstwa. Rosnące wymagania w odnie­sieniu do łączy przesyłających dane i głos mogą być spełniane przez zwięk­szanie szerokości pasma. Obecnie coraz szerzej upowszechniają się rozwiąza­nia multimedialne, takie jak wideofony i wideokonferencje, odbywające się za pośrednictwem sieci. Instytucje, które nie będą korzystać z tego rodzaju usług nie sprostają konkurencji. Nie wolno zapominać, że jeszcze kilkanaście lat te­mu w wielu instytucjach powszechnie używano maszyn do pisania. Komunikacja jest kluczem do konkurencyjności, a usługi takie jak poczta elektroniczna, wspólne korzystanie z dokumentów, oprogramowanie do pracy grupowej, oprogramowanie sterujące obiegiem dokumentów i in. z pewnością wspomagają komunikację międzyludzką. W miarę upowszechniania się tego rodzaju usług, zwiększać się będzie za­potrzebowanie na pasmo transmisyjne. Z tego powodu technologie takie jak ATM. Gigabit czy 10Gigabit Ethernet, które są technologiami skalowalnymi, umożliwiającymi stopniowy rozwój sieci, tak by sprostać rosnącym wyma­ganiom.

Natomiast po dokładnej analizie standardów teleinformatycznych sieci lokalnych można wysunąć wnioski, że dominującym standardem budowy tych sieci będzie Fast oraz XGigabitEthernet. Poza bardzo istotnym aspektem cenowym należy wziąć pod uwagę popularność tego standardu i fakt, że gro aplikacji sieciowych i internetowych oparta jest na protokole IP. A bądź co bądź żaden z analityków nie wybierze standardu droższego dającego porównywalną wydajność. Analizując ceny rozwiązań sieci lokalnych wzięto pod uwagę tylko koszty urządzeń sieciowych i okablowania. W tym przypadku nie ma sensu nawet próba wliczania kosztów montażu. Żadna z firm zajmujących się montażem okablowania strukturalnego nie podaje oficjalnych cen. Uzależnia je od ilości punktów przyłączeniowych i praktycznej możliwości ralizacji. Dlatego przy porównaniu aspektów cenowych rozwiązań dostępnych na polskim rynku

wzięto pod uwagę pewien określony na potrzeby niniejszej pracy współczynnik. Jest to mianowicie koszt 1Mb danych przy podłączaniu stacji końcowej oddalonej o 100m od koncentratora/przełącznika. Wyniki takiej analizy przedstawia wykres i tabela poniżej:

Rozwiązanie		Koszt 1Mb [PLN]
USB	Koncentrator	17,6
Eth 10BaseTX	Koncentrator	28,1
	Przełącznik	44,9
Eth 100BaseTX	Koncentrator	4,14
	Przełącznik	5,61
Eth 100BaseFX	Przełącznik	29,5
GigabitEthernet	Przełącznik	7,3
ATM 25	Przełącznik	90,5
ATM 155	Przełącznik	52,7

Tabela 41. Koszt 1Mb danych przy różnych rozwiązaniach sieciowych


Wykres 1. Koszt 1Mb danych przy różnych rozwiązaniach sieciowych

Powyższy wykres może nasunąć pytanie: czy technologia Ethernet10 jest droższa niż Ethernet100. Otóż odpowiedź jest stosunkowo prosta. Przy obecnej sytuacji rynkowej i relatywnie dużej podaży urządzeń Fast Ethernet ich ceny są wyższe od urządzeń Ethernet10. Różnica cen jest jednak niewspółmierna do różnicy uzyskiwanej przepustowości - dla FastEthernetu jest ona dziesięciokrotnie wyższa. Podobnie sytuacja ma się z Gigabit Ethernetem - tam przpustowość jest stukrotnie wyższa niż w Ethernet10. Natomiast jest to standard stosunkowo nowy i ceny urządzeń na skutek relatywnie mniejszego popytu są wyższe. Generalnie jednak panuje tendencja rynkowa sztucznego zawyżania cen produktów wykorzystujących jako media światłowody. Natomiast budowanie sieci lokalnych w oparciu o Gigabit Ethernet ma jeszcze jedną dosyć istotną wadę. Obecnie konstruowane stacje końcowe klasy PC wyposażane w dyski ULTRA-ATA i przy prędkościach magistrali rzędu 100MHz, nie nadążają za postępem w teletransmisji i nie są w stanie obsłużyć takich przepustowości. Przeprowadzone badania wykazały, że wykorzystanie przepustowości w transmisji punkt-punkt przy zastosowaniu Gigabit Ethernetu i stacjach końcowych klasy PIII 500MHz jest na poziomie kilkunastu (15-17) procent. Na zastosowanie Gigabit Ethernetu do łączenia stacji roboczych będziemy musieli jeszcze poczekać. Natomiast standard ten sprawdza się perfekcyjnie w przypadku realizacji sieci szkieletowych rozwiązań kampusowych czy wewnątrz oroporacyjnych.

Może nasuwać się również pytanie o przyszłość ATM 25/125. Podstawowy problem w tej technologii tkwi w stosunkowo silnej pozycji Ethernetu oraz małym popycie na te urządzenia a co za tym idzie wyższą ceną. Poza tym sam proces konfiguracji i utrzymania tej sieci jest stosunkowo trudniejszy niż w przypadku Ethernetu. ATM jako standard budowy sieci będzie miał zastosowanie w przypadku systemów transmisji danych wymagających określonych przepustowości (real time services), takich jak głos czy wideo ale w przypadku realizacji sieci lokalnych nastąpi zanik tego standardu.

W przypadku sieci rozległych (tu: nie mylić z sieciami operatorskimi) analiza dotyczy głównie analizy kosztów dostępu do sieci operatorskich i rozległych połączeń korporacyjnych (np. ISP, połączenia między oddziałami firmy). W zasadzie rozważane są połączenia punkt-punkt, które podzielono w celu lepszej analizy na dwie grupy:

• połączenia stałe (Frmae Relay, XDSL)

• połączenia dodzwaniane (PPP, L2TP, ISDN)

W ramach grupy połączeń dodzwanianych analizie poddano tutaj standardy PPP, L2TP raz ISDN. Tabela 42 obrazuje koszty montażu (instalacji) łącz opartych na tych standardach i korzystania z nich przy transmisji na poziomie 64Kb/sek..

Rozwiązanie	Koszt sprzętu klienta (modem)	Koszt instalacji	Koszt 56Kb/sek [PLN]
						Abonament	Taryfikacja
PPP/L2TP	275 PLN	500 PLN*	26	6,6
ISDN	285PLN	350 PLN	20	5,7

Tabela 42. Składowe kosztu transmisji 56kb/s w przypadku połączeń dodzwanianych

Jak widać są to koszty transmisji są podobne w obydwu przypadkach. Można dokonać pewnej hierarchii technologii pod kątem ich funkcjonalności oraz przydatności do konkretnych zapotrzebowań. Technologię PPP stosuje się masowo jako metodę dostępu do ISP (Internet Service Provider). Można ją również stosować do połączeń pomiędzy oddziałami firmy ale tylko w przypadku bardzo małego ruchu centrala <-> oddziały. Jeżeli pomiędzy oddziałami dane wymieniane są na zasadzie Not Real Time Services (np. transfer plików, poczta elektroniczna, wysyłanie sprawozdań dziennych, itp.) to zastosowanie standardu PPP jest celowe. W przypadku L2TP sytuacja jest podobna aczkolwiek daje prawie 18 krotne (!) obniżenie kosztów w przypadku gdy oddziały firmy znajdują się poza granicami Polski. Zastosowanie obu tych metod jest sensowne ale tylko w przypadku gdy cały sumaryczny transfer danych jest na poziomie maksymalnie kilku Mb. Inaczej przestaje się to opłacać ze względu na to, że połączenie musi być wówczas zestawiane a tym samym i taryfikowane przez stosunkowo długi kres czasu.


Wykres 2. Składowe kosztu transmisji 56kb/s w przypadku połączeń dodzwanianych

Natomiast usługi ISDN mają tę przewagę nad klasyczną telefonią, że rzeczywiście mamy do dyspozycji w przypadku dostępu podstawowego 128Kb/sek. Jednoczesne wykorzystanie obu daje nam możliwość posiadania na jednej linii łącza telefonicznego oraz łącza danych o przepustowości 64kb/sek. Poza tym że nie blokujemy sobie linii telefonicznej na czas transmisji jak to ma miejsce w przypadku PPP/L2TP. Dodatkowo są to kanały cyfrowe a co za tym idzie mamy rzeczywiście 64kb/sek a nie jak w PPP/L2TP <64kb/sek. W przypadku PPP/L2TP należy liczyć się z faktem, że linie analogowe realizowane na skrętce w zależności choćby od jakości montażu i warunków pogodowych zmieniają swoje parametry i w rzeczywistości uzyskujemy czasem dużo mniejsze (nawet o połowę) faktyczne przepustowości takich linii. Dodatkowo ISDN ułatwia dosyć proste skalowanie - możemy agregować obydwa kanały B i stawiając po obu stronach routery uzyskać połączenie na poziomie 128kb/sek.

Natomiast w przypadku grupy połączeń stałych dokonano porównania dwóch najszerzej stosowanych w Polsce rozwiązań konstrukcyjnych. Są to standardy Frame Relay oraz xDSL. Należy zauważyć, że w warunkach polskich istnieje pewna nieścisłość w przypadku tych dwóch rozwiązań. Wynika ona z faktu, że operatorzy sieci Frame Relay de facto stosują standardy xDSL jako metodę realizacji łącza dostępowego do operatorskiej sieci Frame Realy (TP S.A., Telbank). Poniższa tabela i wykres obrazują porównanie kosztów obydwu rozwiązań.

Rozwiązanie	Koszt sprzętu klienta (modem)	Koszt instalacji	Koszt miesięczny 64 Kb/sek [PLN]
						Abonament	Dodatkowe
XDSL	8400 PLN	565 PLN	29	14/ km
FrameRelay	-	1600 PLN	1240	160 (CIR)

Tabela 43. Składowe kosztu transmisji 64kb/s w przypadku FR i xDSL

Porównanie funkcjonalno cenowe jest tutaj utrudnione. Wynika ono przede wszystkim z baraku liniowości wzrostu opłat za usługi Frame Relay w zależności od parametrów łączy (CIR, odległość punktów końcowych). Dlatego na potrzeby niniejszej analizy przyjęto pewne założenia. Teoretyczna linia ma zasięg 5km a ceny odnosimy do 64 kilobitowego łącza transmisyjnego. Dodatkowo w przypadku łączy stałych za kilometr łącza płacimy opłatę abonamentową zawsze a w przypadku Frame Relay tylko wtedy gdy mamy do czynienia z łączem długim (np. Warszawa-Poznań a nie wewnątrz metropolii).


Wykres 3

xDSL jest jak można zauważyć optymalną techniką w przypadku realizacji łącz transmisji danych na odległościach rzędu kilku kilometrów. Wykorzystuje ona sytuacje rynkowo techniczną polskiego ogólnopolskiego operatora telekomunikacyjnego
(TP S.A.). Przeważająca ilość połączeń miedzianych umożliwia im jeszcze zestawianie bezpośrednich linii dedykowanych na krótkich kilkukilometrowych odległościach. Wraz z postępem i wymianą infrastruktury telekomunikacyjnej podstawowym medium stanie się światłowód i wykorzystywanie tego typu łącz stanie się niemożliwe. Dlatego obecnie pomimo rozwoju technologii xDSL coraz szerzej mówi się o modemach światłowodowych. Jest kwestią bezdyskusyjną, że operacje kodowania i kompresji dają znaczne zyski klientom dzierżawiącym linie (można zamówić tańsze łącze o mniejszej przepustowości). Jednak przez najbliższe kilkanaście lat technologie xDSL będą wiodły prym w swojej klasie zastosowań. Kolejnym krokiem będzie wymiana istniejących torów na łącza cyfrowe operatora lokalnego/krajowego. Jednak ceny tych łącz są o wiele wyższe niż rozwiązań opartych na technice xDSL. Natomiast wymiana skrętki na światłowód w strefie dostępu do klienta przez bardzo długi okres będzie nieopłacalna dla operatora i dostęp szerokopasmowy do sieci operatorskiej będzie realizowany w technologii xDSL. Natomiast w kwestii sieci Frame Relay to istniejąca infrastruktura jest i będzie wykorzystywana przez najbliższe lata. Jednak znacząca pozycja ATM w dziedzinie sieci transmisji danych może mieć wpływ na proces utraty rynku przez standard FrameRelay. Jednak w porównaniu z techniką xDSL i rozwiązaniach rozległych (np. krajowych) jest relatywnie tańszą techniką niż dzierżawa kanałów cyfrowych. Poza tym daje elastyczność nie zapewnianą przez dzierżawione łącza cyfrowe. Jednak w opinii autorów zostanie wyparta przez standard ATM dający lepszą funkcjonalność i skalowalność. ATM daje też bardziej optymalniejsze i efektywniejsze wykorzystanie zasobów sieci operatora telekomunikacyjnego oraz znacznie lepsze możliwości utrzymywania jakości usług dzięki zaimplementowanym mechanizmom QoS. Rozwiązania oparte o ATM dodatkowo nie wymagają zmiany infrastruktury dostępowej. Nowe łącza dostępowe o większej przepustowości budowane są w oparciu o technikę światłowodową lub xDSL (ATM over xDSL).

6. Podsumowanie:

Nie wiadomo, czy to rynek, czy technologia są siłami napędowymi integracji różnych procesów zachodzących na pograniczu informacji i telekomunikacji, a określanych pojęciem konwergencji.

Termin konwergencja, stosowany m.in. do opisania nowych tendencji występujących w środowisku technologii ICT (Information and Communication Technologies), Syndrom konwergencji sieci i usług powrócił ze zwielokrotnioną siłą za sprawą Internetu, a zwłaszcza projektu jego najnowszej wersji - Internet 2 - której różnorodne funkcje wymykają się dotychczasowej klasyfikacji. Zjawisko konwergencji, definiowane pierwotnie jako zbieżność (przenikanie się) pewnych trendów rozwojowych, w dziedzinie teleinformatyki jest postrzegane jako zrastanie się funkcji i technologii sieci komunikacyjnych o różnych rodowodach, wśród których dominują stosowane do tej pory prywatne sieci korporacyjne pochodzenia komputerowego (transport danych) i publiczne sieci telekomunikacyjne (przekaz głosu), dostarczające od ponad stulecia rozmówne połączenia globalne. Radykalne zmiany widoczne w ostatnich latach w dziedzinie telekomunikacji dotyczą nie tylko światowej liberalizacji rynku, globalizacji sieci oraz wprowadzania efektywnych technologii transportowych, ale także - a może nawet przede wszystkim - oferty nowych usług, dostępnych w wyniku przenikania się wielu zbieżnych procesów komunikacyjnych. W celu ich odróżnienia od klasycznych, dotychczasowych usług ukuto nawet termin "usług konwergentnych" - CNS (Converted Network Services) - zaspokajających w założeniu wszystkie potrzeby klienta (przedsiębiorstwa, urzędu, korporacji, abonenta) w zakresie pełnej transmisji głosu, obrazu i danych, niezależnie od rodzaju sieci i odległości między abonentami (przekazy lokalne i długodystansowe). Nowe usługi CNS spowodują prawdopodobnie migrację użytkowników z sieci prywatnych do skalowanych, oferowanych przez dostawców świadczących nowe, bardziej przyjazne aplikacje. Usługi telekomunikacyjne, oferowane do tej pory w odrębnych typach sieci, istotnie różniących się ze względu na rodzaj dostarczanych funkcji, zaczynają stopniowo ulegać integracji, stają się zbieżne (podobnie jak ich sieci), czyli konwergentne. Często integracja ta obejmuje wyłącznie transmisję głosu, obrazu i danych, stając się sposobem na dostarczanie przekazów multimedialnych, świadczonych dotychczas w różnych niespójnych typach sieci: stacjonarnych i komórkowych, naziemnych i satelitarnych, prywatnych i publicznych, szeroko- lub wąskopasmowych, komputerowych czy telekomunikacyjnych.
W trochę szerszym pojęciu jest to sieć do przekazów multimedialnych, transmitująca jednocześnie głos dane i obraz ruchomy (sieć konwergentna, czyli zbieżna). Wprawdzie nie ma jeszcze tak funkcjonującej sieci globalnej - w pełni działającej w czasie rzeczywistym - jednak wiele jej elementów już znajduje się w fazie realizacji, a do ich pełnego współdziałania jest już nie daleko.

Chociaż do tej pory nie zadecydowano, która z technologii szybkiego transportu (ATM czy IP) zwycięży w przyszłości przy tworzeniu sieci konwergentnej, na podstawie przeprowadzonych przez nas analiz, dominującym protokołem użytkowników końcowych będzie protokół IP oraz sieci oparte o ten protokół, a w szczególności technika Gigabit Ethernet i 10 Gigabit Ethernet. W początkowej fazie rozwoju (do 2003 r.) usługi CNS mają być dostępne zarówno w sieciach ATM, jak i IP. W infrastrukturze teleinformatycznej znane są od niedawna procesy integrujące bądź usprawniające integrację głosu z danymi, a obejmujące różne technologie multipleksowania: czasowego TDM (Time Division Multiplexing), częstotliwościowego FDM (Frequency Division Multiplexing), falowego WDM (Wave Division Multiplexing), pakietowego FPM (Fast Packet Multiplexing), jak również odmienne technologie przekazu informacji cyfrowych (głos wraz z danymi) w sieciach: zintegrowanych, synchronicznych SDH, asynchronicznych ATM, skalowanych dynamicznie DTM czy też w sieciach pakietowych Frame Relay. Nie są one traktowane jednak jako procesy konwergencji, lecz jako elementy do integracji przekazów czy usług cyfrowych. Procesy konwergencyjne są wyższą formą integracji i tworzą jedną całość (sieci telekomunikacyjne + sieci komputerowe), działając w bardziej ujednolicony sposób (wyższe warstwy modelu OSI), ujawniając się bezpośrednio na stanowisku użytkownika i dostarczając mu nowych przyjaznych aplikacji .

1. Nowe technologie i protokoły.

Wprawdzie obecny stan technologii nie umożliwia jeszcze tworzenia w pełni konwergentnych (głos, obraz, dane) sieci szerokopasmowych, ale coraz to pojawiające się innowacje i standardy rokują ich powstanie w najbliższych 2-6 latach. Niewątpliwie należy zaliczyć do nich najnowsze rozwiązania obejmujące: szerokopasmowy dostęp w pętlach lokalnych (xDSL, B-ISDN), zdolność do efektywnych terabitowych transmisji (powyżej 1 Tb/s w 2000 r.) w sieciach szkieletowych i korporacyjnych typu backbone (technologie WDM, DWDM), usprawnianie multimedialnego dostępu komórkowego przez sieć Internetu (standard WAP), świadczenie usług szerokopasmowych przez sieci kablowe (specyfikacja DOCSIS), wdrażanie szerokopasmowych technologii kodowania (WCDMA, WB-CDMA) oraz dalszą stabilizację transmisji głosowych za pomocą przekazów pakietowych (VoFR, VoIP). Wszystkie te elementy stanowią dopiero pierwsze technologiczne szczeble drabiny konwergencji.

W tym samym kierunku podąża także modernizacja protokołów transportowych, umożliwiających wzajemne komunikowanie się różnych urządzeń (każdy z każdym), co dobrze jest widoczne w Internecie. I tak na przykład wersja protokołu IP-4, nie mająca możliwości relokowania zasobów sieciowych (m.in. w celu prowadzenia rozliczeń taryfikacyjnych), została zastąpiona wersją IP-6, już mającą takie cechy, co jest punktem wyjściowym do dalszego rozwoju sieci konwergentnych przez IP.

2. Redukcja kosztów.

Idea transmisji mowy w pakietach (jako danych cyfrowych) zapowiada całkowitą rewolucję przekazów głosowych. Zgodnie z nowoczesnymi algorytmami kodowania głosu przez sieci pakietowe głos można kompresować bez istotnego obniżenia jego jakości do przepływności 8 kb/s (zamiast stosowanych do tej pory 64 kb/s w sieciach PCM), a ponadto w chwilach ciszy (gdy abonent nic nie mówi) transmisja pakietów głosowych w ogóle jest zbędna. Dzięki temu wymagana szerokość pasma do przeprowadzenia jednej rozmowy w kanale głosowym zajmuje niewiele ponad 10 proc. szerokości dotychczasowego kanału, a resztę pasma (prawie 90 proc.!) można przeznaczyć na transmisją danych.

Takie rozwiązanie pozwala dostawcom wielokrotnie zmniejszyć (ponad 10-krotnie) koszty przekazów informacji na odległość, przy czym nie jest istotne, czy w transmitowanych pakietach znajdują się oddzielnie dane, głos lub obraz, czy też jest to przekaz multimedialny. Konsekwencją tego rozwiązania jest ujednolicenie infrastruktury sieciowej (dalsza redukcja kosztów), uproszczenie urządzeń do transmisji danych oraz radykalne obniżenie kosztów eksploatacji sieci telekomunikacyjnej. Przewidywana znaczna redukcja kosztów eksploatacyjnych przez przyszłą sieć Internetu, a także akceptacja europejskiej wersji tego projektu stwarzają nadzieję, iż usługi te będą powszechne i tanie.

Transmisja IP poprzez ATM / SDH / WDM są szeroko stosowanymi technikami w dzisiejszych sieciach szkieletowych. ATM jest techniką dobrze zestandaryzowaną. Zapewnia wiele elementów funkcjonalnych zapewniając m.in. gwarancję jakości usługi QoS. Jednak pomimo wielu zalet nie wydaje się ona być techniką na której oparte będą przyszłe sieci szkieletowe. Ze względu na dużą złożoność systemu oraz duże wartości związane z enkapsulacją pakietów, a także ograniczoną skalowalnością pod względem przepustowości interfejsów i niezbyt wysokiej funkcjonalności np. protekcja i odtwarzanie, które są punktami krytycznymi tego systemu technika ATM nie znajdzie zastosowania w przyszłych sieciach szkieletowych. Natomiast znajdzie szerokie zastosowanie w sieciach transmisji obrazu i dźwięku w sieciach dostępowych i sieciach korporacyjnych wymagających gwarancji usług. Stopniowo wypierany będzie poprzez nową wersję protokołu IPv6 i sieci opartych o ten protokół.

POS (Packet over SDH/SONET) jest rozwiązaniem efektywnym które zrealizowane zostanie poprzez szybkie rutery połączeniowe. W oparciu o istniejącą infrastrukturę SDH zostanie z łatwością zintegrowane z obecnym stanem sieci. Szczególnie przy wsparciu MPLS.

DPT (Dynamic Packet Transmission)- propozycja pierścieni w oparciu o technikę DPT prezentuje dobrą funkcjonalność która jest odpowiednia dla sieci lokalnych oraz MAN. Jednak nie jest to technika która znajdzie zastosowanie w sieciach szkieletowych.

Gigabit Ethernet - jest technologią zestandaryzowaną i mającą szerokie zastosowanie w sieciach LAN. Głównym aspektem popularności tego rozwiązania jest atrakcyjna cena. Karta liniowa Gigabit Ethernet jest 5 razy tańsza niż karta liniowa SDH o tej samej przepustowości. Dlatego też, Gigabit Ethernet jest dobrym rozwiązaniem również dla sieci WAN. Jest to bardzo efektywne pod względem kosztów rozwiązanie dla szybkich ruterów w sieciach szkieletowych.

Ponieważ trafik IP narasta wykładniczo (w przybliżeniu liczba użytkowników razy szerokość zajmowanego przez nich pasma), przeprowadzanie istotnych zmian w długodystansowej przepływności optycznej opartej na WDM ma swoje uzasadnienie. Standardowe rozwiązania oparte na złożonych sosach protokołów są zastępowane poprzez struktury uproszczone pomijające warstwę ATM lub SDH jakkolwiek przy założeniu że funkcjonalność pozostaje nie zmieniona. Efektywny transport pakietów IP poprzez sieci oparty jest i dąży do skupienia się na technologiach: POS (Packet over SDH), DPT (Dynamic Protocol Transport) którego właścicielem i twórcą jest firma CISCO oraz Gigabit Ethernet. Głównymi funkcjami sieci które są uwzględniane przy projektowaniu sieci są to funkcje związane z zapewnieniem protekcji i odtwarzania w ramach sieci. W przypadku ruchu wymagającego transmisji w czasie rzeczywistym tj. głosu i dźwięku i obrazu jedyną kombinacją mogącą zapewnić wysoką jakość jest kombinacja technik IP oraz ATM, która dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu sieci pozwala uzyskać niskie wartości opóźnień oraz wprowadza wysoki stopień kontroli przepustowości. W najbliższej przyszłości dostępne będą systemy zapewniające gwarancję jakości usługi QoS w sieciach zarówno z ruchem w czasie rzeczywistym jak i nie wymagających ruchu w czasie rzeczywistym gdzie w sieci transmisja IP w połączeniu z ramkowaniem np. Gigabit Ethernet będzie mogła być bezpośrednio transportowana poprzez warstwę WDM wykorzystując technikę MPLS. Jednak dla SDH w warstwie szkieletowej sieci, zapewniającej wysoki stopień protekcji i odtwarzania, nie ma na obecnie alternatywy mogącej zagrozić jej pozycji na rynku teleinformatycznym.

7. Bibliografia

1. http://www.ietf.org

2. http://www.spp.umich.edu/telecom/technical-info.htm

3. http://www.100vg.com

4. http://www.iol.unh.edu/consortiums/vganylan

5. http://www.cs.tamu.edu/research/realtime/atm.html

6. http://www.telechice.com.xdslnewz

7. http://www.techfest.com

8. Cenniki usług FrameRelay, ISDN, dzierżawy łącz - Telekomunikacja Polska S.A.

9. Net World, Wydanie Specjalne, „Przegląd produktów sieciowych”, Warszawa 2000

10. Cennnik produktów sieciowych firmy Marconii, lipiec 2000, ATM S.A.

11. http://www.cisco.com/whitepapers

12. http://www.xdsl.org/doc

13. IEEE Std. 802.3x, 802.5 - materiały wewnętrzne Alcatel Polska

14. ITU-T G.703 (10/98) - materiały wewnętrzne Alcatel Polska

156

Źródło światła

Detektor świetlny

O / E

E / O

Światłowód

Złącza

WY

WDM

WE

Pompa laserowa

Filtr optyczny

EDF

1/G

Detektor

Żródło

E

E

E

E

Przedwzmacniacz

Wzmacniacz mocy optycznej

Odbiornik

Wzmacniacz EDFA

Nadajnik

ATM / SDH

140 Mb / s

34 Mb / s

8 Mb / s

6 Mb / s

2 Mb / s

1,5 Mb / s

ATM

NISDN

BISDN

Styk elektryczny STM - 4

Styk elektryczny STM - 1

Styk optyczny STM - 4

Styk optyczny STM - 1

zarządzanie

Sterowanie, struktura, bufory

i synchronizacja kontenerów

Istniejące moduły transportowe:

STM-1 (155,52 Mbit/s)

STM-4 (622,08 Mbit/s)

STM-16 (2488,32 Mbit/s)

STM-32 (4976,64 Mbit/s)

STM-64 (9953,28 Mbit/s)

Zbiorczy sygnał optyczny STM-u

Dwukierunkowe układy liniowe

z rezwerwą

Regenerator

lokalny

Regenerator

transferowy

Regenerator

lokalny

Regenerator

transferowy

Regenerator

lokalny

Multiplekser ADM

Multiplekser ADM

Multiplekser ADM

STM - 1 Strumień cyfrowy 155 Mb/s

Droga alternatywna strumienia

AA

BA

BA

CA

AA

DA

Ścieżka sygnałowa

A,B,C,D użytkownicy (abonenci)

Warstwa ścieżek sygnałowych

Warstwa multiplekserów

Warstwa regeneratorów

Węzeł dostępu

Przełącznik sieciowy

HUB

ROUTER

HUB

Przełącznik ATM

Przełącznik ATM

Ścieżka wirtualna

LAN1

LAN2

LAN3

Źródła syganłu cyfrowego

Sieć dostępowa

Sieć fizyczne ATM

VP1

VP2

VP3

VP4

STATMUX

BUFORY

DE

MUX

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

MUX

2.5-Gb/s

transponder

2.5-Gb/s

transponder

2.5-Gb/s

transponder

2.5-Gb/s

transponder

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

STM-16

nadajnik

4 x 16 x STM -1

4 x 16 x STM -1

Rx

Spliter 1:4

Rx

Rx

Rx

Rx

DEMUX

Rx

Rx

Rx

16 x STM 1

16 x STM 1

STM-16

odbiornik

STM-16

regenerator

STM-16

nadajnik

STM-16

regenerator

16 x STM 1

16 x STM 1

STM-16

odbiornik

STM-16

nadajnik

STM-16

odbiornik

STM-16

regenerator

STM-16

nadajnik

16 x STM 1

16 x STM 1

STM-16

odbiornik

STM-16

regenerator

STM-16

nadajnik

16 x STM 1

16 x STM 1

λ 1

λ 2

λ 3

λ 4

λ 1

λ 2

λ 3

λ 4

λ 3

λ 3

Włókno światłowodu

Warstwa dostępu optycznego

WDM







OXCN

OADM

OADM




1. OADM

OXCN







OADM




Warstwa transportowa

SDH




DXC

DXC







ADM

DXC

ADM




DXC

Warstwa transportowa

ATM






















10-Gb/s

nadajnik

10-Gb/s

regenerator

10-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

2.5-Gb/s

DE

MUX

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

2.5-Gb/s

odbiornik

MUX

2.5-Gb/s

nadajnik

2.5-Gb/s

nadajnik

2.5-Gb/s

nadajnik

2.5-Gb/s

nadajnik

λ1

λ1

λ2

λ2

λ3

λ3

λ1 λ2 λ3 λ4

λ1 λ2 λ3 λ4

λ4

λ4

PTE

PTE

REG

PTE

PTE

ADM

REG

REG

MUX

MUX

ADM

REG

REG

REG

REG

MUX

MUX

ADM

ADM

ADM

ADM

Długość pakietu

CRC-16

Pakiet

Pakiet

Wielkość całkowita nagłówka: 38

12

7

1

6

6

2

4

Rysunek przedstawia protekcję przeciwko uszkodzeniu:

• Połączenia kablowego

• Wzmacniacza optycznego

Nie zabezpiecza przed uszkodzeniami:

• Multiplekserów

• Transponderów

• Kart liniowych ruterów IP

Taka konfiguracja pozwala na protekcję przeciwko uszkodzeniom:

• Transponderów

• Wzmacniaczy optycznych

• Multiplekserów

• Opcjonalnie kart liniowych w ruterach IP

Nie zabezpiecza przed uszkodzeniami:

• Routerów

B-ISDN

IP over SDH/SONET

IP over ATM

IP

IP over WDM

ATM

IP

IP

SONET

SONET

ATM

IP

OPTICAL

OPTICAL

OPTICAL

OPTICAL

Niższy koszt urządzeń oraz niższe koszty eksploatacyjne

Architektura

Koszt urządzeń

---