Технология Ethernet и кабельные сети

Реализация. Кольцо в кольцевой сети с маркерным доступом состоит из ряда экранированных секций витых пар, связывающих каждую станцию с ее непосредственным соседом. Формирование сети как кольца приводит к потенциальной проблеме: один неработающий или отсоединенный узел может остановить поток нагрузки по всей сети. В конкретной сети возможно следующее решение: каждая станция соединена с автоматическим коммутатором. Этот коммутатор может обойти бездействующую станцию. В то время как станция не работает, коммутатор замыкает кольцо в обход. Когда станция приходит в порядок, сигнал, посылаемый центром сетевой информации, включает коммутатор и включает станцию в кольцо. Для практических целей индивидуальные автоматические выключатели объединены в центр, называемый многостанционным модулем доступа (MAU — Multi Access Unit) (см. рис. 6.17). Один MAU может обеспечить работу до восьми станций. MAU могут быть объединены, чтобы создать большее кольцо.

увеличить изображение
Рис. 6.17. Многостанционный модуль доступа (MAU — Multi Access Unit)

Кольцевая сеть с маркерным доступом EFM - C определяет спецификации и рекомендации необходимые для реализации локальной сети Ethernet через скрученные медные пары. Следует обратить внимание, эта локальная сеть связь по Ethernet осуществляется, без использования технологии ATM, PPP (Point – to- Point Protocol), и так далее. Стандарт определяет две минимальных цели - скорость и расстояние:

• EFM - C на короткое расстояние (EFM – C SR) - локальная сеть Ethernet по меди для короткого расстояния, обеспечивает минимум скорость 10 Мбит до не менее 750 метров.
• EFM - C на большие расстояния (EFM -C LR) - локальная сеть Ethernet по меди обеспечивает как минимум 2 Мбит до 2700 метров.

Эти скорости указывают минимальные значения, и стандарт не ограничивает достижение более высоких скоростей и расстояний. Есть также спецификация для уплотненных пар с небольшим количеством уплотненных каналов. Это используется там, где надо увеличить пропускную способность без применения оптических кабелей. Повторяем, что этот тип соединений, использующий пары не применяет сложных систем, таких как ATM (IMA^{2инверсная технология через ATM технология передачи одного логического канала по нескольким физическим ATM} – Inverse Multiplexing over ATM) или объединение пар, как это делается в SHDSL.

На физическом уровне EFMC (EFMC SR и EFMC LR) использует методы модуляции DSL, на основе опыта работы и большого числа с DSL, установленных во всем мире. Пока рекомендуются для применения не все типы DSL. Чаше всего современные системы EFMC SR реализуется чаще на VDSL (только для протоколов Локальной сети Ethernet), а для EFMC LR по SHDSL ITU-T G991.2 и G.SHDSL.bis (только для протоколов Локальной сети Ethernet). Кроме того, эти типы DSL должны использовать Локальную сеть Ethernet только на канальном уровне (уровень 2) стека протоколов (не разрешается использовать ATM или PPP).

Для физического уровня EFMC стандарта 802.3ah определяются два новых подуровня, которые называются коррекция скорости (rate matching)и агрегация линий (loop aggregation), эти новые подуровни приспосабливаются к технологии DSL. EFMC часть 802.3ah стандарт – хорошее решение для существующих коммерческих фирм и жилых районов, где уже существует широкая сеть из медных линий. таблица 6.2, содержит информацию о некоторых EFMC, соответствующих стандарту 802.3ah EFM

Локальная сеть Ethernet Первой Мили по оптическому волокну Точка-точки (EFMF)

EFMF содержит рекомендации для реализации Локальной сети Ethernet по оптическому кабелю, применяя технологию точка - точка в одномодовом режиме (G 652) и используя либо единственно волокно либо двойное волокно (пара волокон). Использование единственного волокна предоставляет возможность создать двух волновой мультиплексор, который разбивает, сигнал на передачу и приём, и передавать их волнам по различной длины. Волны одной длины пропускает поток вниз ("сеть - пользователь" ) - D, а другая как поток вверх ("пользователь - сеть") - U. Это может оптимизировать работу с оптическим волокном на уровне доступа.

EFMF поддерживает симметричную связь при ширине полосы частот до 100 Mбит/c и 1 Гбит/с, при связи точка-точка по оптоволоконной линии связи расстояние минимум 10 км. EFMF допускает применение более эффективных технологий "волконо к зданию" (FTTB – Fiber to the Building), волокно до распределительной коробки (FTTC– Fiber to the Curb), и волокно на дом (FTTH – Fiber to the Home). Эта часть стандарта 802.3ah определяет две цели для Локальной сети Ethernet скорость и расстояние:

• EFMF 100 Мбит/с SMF-Т использует Локальную сеть Ethernet в одномодовом режиме (SMF – Single Mode Fiber) либо с одним волокном, либо с двумя волокнами. Использования 100 Мбит/с Быстрой Локальной сети Ethernet осуществляется как минимум на расстоянии 10 км.
• EFMF 1000 Мбит/с (1 Гбит/c) SMF - Локальная сеть Ethernet в одномодовом режиме (SMF – Single Mode Fiber) либо с одним волокном, либо с двумя волокнами. Использования 100 Мбит/с Быстрой Локальной сети Ethernet осуществляется как минимум на расстоянии 10 км.

Перечисленные выше устройства могут функционировать в пределах температуры от -40 до +85 градусов Цельсия. Это позволяет развертывать EFMF во внешней среде.

Физический уровень EFMF (PHY) определяет в зависимости от среды новые физические подуровни. Передачу и прием по отдельным оптическим волокнам. Эти подуровени известны как 100BASE-LX10 для 100 Мбит/с и как 1000BASE-LX10 для 1Гбит/c. Для системы из единственного волокона, PHY подуровень для Быстрой Локальной сети Ethernet обозначается - 100BASE-BX10, и для Локальной гигабитовой сети Ethernet - 1000BASE-BX10. Обе эти скорости поддерживаются в одномодовом режиме (SMF) на расстоянии 5 км или в более чем 10 км.

таблица 6.3содержит информацию для некоторых EFMF стандарта 802.3ah.

Локальная сеть Ethernet Первой Мили по Пассивным Оптическим Сетям (EFMP)

Локальная сеть Ethernet Первой Мили по Пассивной Оптической Сети (EFMP) определяет рекомендации реализации Локальной сети Ethernet от точки -ко -многим точкам, по одномодовому волокну (SMF G 652) со скоростью в 1 Гбит/c на расстояние до 20 км. EFMP предусматривает использование пассивных оптических компонентов в сети доступа, которая называется Пассивная Оптическая Сеть Ethernet (EPON).

Метод передачи от точки ко -многим точкам, иногда упоминаемый как пассивный вариант 1:n, позволяет множество абонентских оптических волокон мультиплексировать в поток "пользователь сеть" через единственное волокно, часто называемое "волокно пучка каналов". Это позволяет применять оптический кабель в жилых районах на большие расстояния при боле низкой стоимости, чем в других случаях.

Спецификация ИИЭР 802.3ah для EPON определяет:

• Многоточечный Протокол Управления (MCPC –Multipoint Control Protocol),
• имитация Точка-точка (P2PE – Point to Point Emulation),
• два физических зависимых среды подуровня для 10-километровых и 20-километровых расстояний, используя 1490 нм лазеры для потока "сеть - пользователь" и 1310 нм лазеров для потока "пользователь сеть".

Многоточечный MCPC необходим для того, чтобы создать назначенные ширины полосы частот, опрос ширины полосы частот. EPON сети содержат оптические линейные терминалы (OLT- optical line terminal), который, обычно постоянно находятся у поставщика или в точке привязки. OLT - типичный коммутатор Локальной сети Ethernet с оптическими портами для волокна пучка каналов потока "сеть - пользователь". Данные потока "сеть - пользователь" от волокна пучка каналов к абонентам поступают в разделитель 1:n пассивного оптического, который поставляет копии всех данных по n абонентским оптическим блокам (ONU-Optical Network Unit).

Абонентское ONU идентифицировано уникально и только передаёт поток "сеть - пользователь" только по их адресам системы управления доступом к среде (MAC –Medium Access Control). Данные потока "пользователь сеть" от абонентского ONU достигают комплекта разделителя волокна пучка каналов. Там они распределяются с помощью MCPC –Multipoint Control Protocol в слоты времени и поток "пользователь сеть", который доставляют, используя многостанционный доступ с временным разделением (TDMA - Time Division Multiple Access) к оптическому линейному терминалу (OLT optical line terminal). Далее используется для потока "пользователь сеть" доступ TDMA (TIME Division Multiple Access) для передачи только одному абоненту в топологии точки – ко многим точкам.

Эта часть стандарта 802.3ah определяет две характеристики для Локальной сети на основе протокола CSMA-CD – скорость и расстояние:

• EFMP 1000 Mbps SMF 10 км - Используют Локальную сеть на основе протокола CSMA-CD по одномодовому единственному волокну к пассивному оптическому разделителю (сплитеру) 1:16. Используется скорость 1000 Мбит/с (Гигабитная Локальная сеть на основе протокола CSMA-CD ). Данные передаются по принципу точка – ко - многим точкам, на расстоянии не менее 10-километров.
• EFMF 1000 Mbps SMF, 20 км - Используют Локальную сеть на основе протокола CSMA-CD по одномодовому единственному волокну к пассивному оптическому разделителю (сплитеру) 1:16. Используется скорость 1000 Мбит/с (Гигабитная Локальная сеть на основе протокола CSMA-CD). Данные передаются по принципу точка – ко - многим точкам, на расстоянии не менее 20-километров.

Техническое обслуживание локальных сетей на на Первой Миле, (EFM -OAM).

Чтобы Локальная сеть была удобна для массового использования, она должна быть оборудована хорошей системой технического обслуживания, администрирования и эксплуатации OAM, т.е. автоматизированными или полуавтоматическими средствами, которые позволяют делать установку отдельных частей, контроль, и поиск неисправностей сети. В этом случае, OAM должна быть применима ко всем типам Ethernet (EFM EFMC, EFMF, и EFMP.).

Определения EFM OAM в пределах стандарта 802.3ah заимствуют часть положений существующего Простого Протокола Управления Сети (SNMP –Simple Network Management Protocol) - это основные положения по передаче информации и сигналов управления, но расширяют и приспосабливают их к управлению Локальной сетью на абонентской сети местного доступа. Это помогает контролировать, получать сообщения, производить дистанционный поиск неисправностей, проводить с испытания и так далее. Главные особенности протокола EFM OAM, которые обеспечивают надежное управление Локальной сетью на абонентском участке:

• контроль рабочих характеристик соединений
• обнаружение ошибки и сигнализация об ошибках
• испытания по петле (loopback testing)

EFM OAM спецификация протокола определяет множество блоков данных, названных действиями, администрированием, и обслуживания (OAM – operation, administration, maintenance), выполняющие процессы OAM. Адреса медленного протокола OAM MAC (протокол эксплуатации, управления и технического обслуживания управлением доступа к среде) используется для управления протокольными блоками данных между абонентской локальной сетью и устройствами любого типа, используют ли они топологию сети EFMC, EFMF, или EFMP. Скорость такого обмена не более, чем десять OAMPDUs в секунду. Кадры OAMPDUs – абонентской Локальной сети имеют длину от 64 до 1518 байтов или октетов. OAM играет роль подслоя на уровне 2 между типовым MAC (управлением доступом к среде) и управлением логическим канальным уровнем (LLC – Logic link comtrol). Использование EFM OAM подслой является дополнительным, так что поставщики имеют выбор, чтобы использовать существующие инструменты управления сети или мигрировать к EFM OAM протоколы управления на их специфическом графике времени. EFM OAM спецификации это первый шаг в усовершенствовании управления абонентской локальной сетью в сети местного доступа.

Кабельные абонентские сети.

Структура абонентской кабельной сети.

Для широкополосной связи на абонентском участке применяются кабельные сети. Они строятся на основе коаксиальных и/или оптических кабелей. Для распределения вещательного телевидения абонентские кабельные сети применялись с 1950 года. Широкополосные передача по кабелю данных и предложение сервисов были следующими после телевидения приложениями кабельных сетей на абонентском участке. В 90-ые годы прошлого столетия промышленность и эксплуатация разработали стандарты и предложили идеи, как использовать кабель для транспортировки услуг Интернет на основе протоколов TCP/ IP.

Исторически кабельное телевидение есть сеть вещания, которая распределяет программы по потребителям. Для введения Интернет услуг требовалось только усовершенствовать передачу информации от потребителя к станции (направление "вверх"). Кабельные операторы, которых иногда называют мультисистемные операторы иногда (MSO - Multiple systems operators), как правило, используют для предложения гибридные широкополосные услуги, такие как телевидение с высокой степенью разрешения и передачу данных на высокой скорости по оптокабельным системам (HFC- Hybride Fibre-Coaxial). Для управления информацией по кабелю и расширения диапазона на концах передачи и приема систем устанавливают ( рис. 6.1) кабельные модемы (CMTS –Cable Termination CTMS). CMTS обеспечивает связь "вверх" от абонента к окончанию кабеля к окончанию кабеля и "вниз" от окончания кабеля к абоненту.

увеличить изображение
Рис. 6.18. Абонентская кабельная сеть с применением CMTS

На рис.6.18 показана абонентская сеть с установкой системы кабельных модемов. Она состоит:

• из оборудования абонента – кабельный модем и оборудование для приема речевых и видео сигналов;
• соединительной уплотненной кабельной сети; кабельная сеть также содержит усилители, пассивные элементы (аттенюаторы, сплитеры, отвод, абонентские розетки).
• кабельной головной станции, которая содержит: систему кабельных модемов; маршрутизатор сети Интернет, шлюз для выхода на телефонную сеть.

При соединении "вниз" такая сеть работает как обычная вещательная сеть кабельного телевидения. Она доставляет программы телевидения абонентам, где они фильтруются в соответствии с настройкой домашним модемом. Кабельный модем также отделяет речевую информацию от видео и доставляет её к оконечным устройствам. Эта информация передается по кабелю, который с помощью системы кабельных модемов уплотняется (по методу частотного разделения). При частотном разделении предусматривается и выделение обратных каналов (каналы "вверх"), которые переносят управляющую информацию от абонента в сеть Интернет – поставщика услуги. Состав кабельного модема показан на рис.6.19 .

Рис. 6.19. Система кабельных модемов

Система кабельных модемов содержит:

• частотный преобразователь, в задачу, которого входит преобразование цифрового сигнала в сигналы частотно уплотненного тракта. Он также может включать в себя, преобразование сигналов полученных от спутников, радиосистем и видеокамер;
• шейпер (формирователь трафика) – устройство, следящее за трафиком, устанавливающая очередь пакетных потоков и управление поступающими потоками с целью нормальной работы в условиях перегрузки;
• маршрутизатор – в данном случае позволяющий собирать CMTS в абонентскую сеть типа Ethernet.