Доступ к цифровым сетям на базе технологийxDSL

8.4.1Семейство технологий xDSL (DigitalSubscriberLine) – цифровая абонентская линия, появилось в середине 90-х годов XX в. как альтернатива цифровому абонентскому окончанию технологии IDSN.В отличие от технологии IDSN,семейство технологий xDSL, базируется на уже эксплуатируемых физических средах передачи (линиях), в частности, абонентских линиях ТФОП – от абонента до ближайшей АТС. При этом, наряду с возможностью передачи данных, традиционный сервис – передача речи с использованием обычных телефонных аппаратов сохраняется.

Семейство xDSL включает следующие разновидности технологии:

1ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)  – асимметричная цифровая абонентская линия.

2SDSL(SymmetricDigitalSubscriberLine)  – симметричная цифровая абонентская линия.

3 RADSL(RateAdaptiveDigitalSubscriberLine)  – цифровая абонентская линия (абонентское окончание) с адаптируемой скоростью передачи.

4 VDSL(Veryhigh-speedDigitalSubscriberLine)  – высокоскоростная цифровая абонентская линия.

Состав оборудования системы доступа по технологиям семействаADSL приведен на рисунке 8.5.

Рисунок 8.5 – Состав оборудованиясистемы доступа по технологиям семейства ADSL

Для доступа абонентов к сервисам цифровых локальных и глобальных КС на базе технологий xDSL нужны телефонные абонентские окончания, модемы xDSL, частотные разделители (сплиттеры), мультиплексор доступа (DSLAM).

В отличие от коммутируемых модемов, использующих возможности ТФОП и устанавливающих соединения, которые, в свою очередь, проходят через несколько транзитных коммутаторов ТФОП, xDSL-модемы работают толькона абонентском окончании.

Поскольку протоколы доступа у семейства xDSL технологий взаимно сопряжены, а основные различия заключаются в используемой направляющей среде и скорости передачи рассмотрим принципы доступа на примере ADSLчерез ТФОП.

8.4.2Для организации доступа через ADSL, так же как и коммутируемого доступа через IDSN, нужны телефонные абонентские окончания и модемы. Однако в ADSLмодемы работают только на абонентском окончании, в то время как для установления соединения в IDSN требуется коммутация каналов (физических линий) с помощью транзитных коммутаторов, которым адреса передаются по протоколу D, пакетами.

На рисунке 8.6 дан пример детализированной топологии сети доступа, выстроенной по технологии ADSL, для абонентов с пульсирующим трафиком, который характерен для пользователей ПК и ТФОП и большей частью ориентирован на прием, например, трафик пользователя сети Internet.

По этой схеме (Рис. 8.6) обеспечивается совместный доступ пользователей к цифровым и телефонным каналам за счет установки ADSL-распределителей (ADSL-splitter) на ближнем и дальнем концах абонентских телефонных линий. Они выполняют частотное уплотнение (FDM) голосовых сигналов обычного телефона и цифровых сигналов ПК, совместно поступающими в линию. Линия (телефонный канал) соединяет абонента с точкой подключения– POP (PointOfPresents), т.е. с оборудованием оператора сети (провайдером). На стороне провайдера также устанавливается сплиттер для обратного преобразования – разделения (FDM), телефонного трафика и цифрового.

У провайдера голосовой сигнал абонента через фильтр передается нателефонный коммутатор, а цифровой, также после фильтра, – на мультиплексор доступа – DSLAM (DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer), от которого восстановленный посредством демодуляции цифровой сигнал поступает в локальную сеть провайдера и далее через пограничный мультиплексор (шлюз) – в транспортную (опорную) сеть.

Рисунок 8.6 – Топологическая схема системы доступа, построенной на базе технологииADSL

8.4.3Мультиплексор доступа (DSLAM) должен иметь столько ADSL-модемов с полосой пропускания 0,3÷1100 КГц каждый, сколько пользователей удаленного доступа обслуживает провайдер. При этом полоса занимаемых частот в системе доступа распределяется следующим образом:

1 ∆F₁ = 0.3÷4,3125 КГц – телефонный канал (канал 0);

2 ∆F₂ =4,3125÷21,5625 КГц – каналы 1-5 в целях защиты от интерференции сигналов не используются;

3∆F₃= 21,5625÷1100 КГц – 250 каналов доступны для передачи данных, а два из них заняты контролем передачи в обоих направлениях.

В версии стандарта ADSL2+ скорость передачи данных по нисходящему каналу варьируетсяот1 до 24 Мбит/с при полосе занимаемых частот ∆F₃= 2,2 МГц за счет применения высокоуровневых методов модуляции (DMT, QAM и др). Полоса частот по восходящему каналу в зависимости от уровня качества предоставляемого сервиса лежит в пределах от 0,256 до 2,0 Мбит/с.

В зависимости от качества абонентской линии ADSL-модемы допускают настройку, позволяющую изменять распределение полосы и скорость передачи данных в каждом направлении.

Трансиверы (передатчики) ADSL-модемов поддерживают несколько вариантов схемкодирования: DMT; CAP; 2B1Q, что позволяет повысить скорость передачи данных. 

8.4.4ТехнологиясимметричногоxDSL-доступа, предназначена дляреализации максимально достижимыхскоростей передачи и протяженностиабонентских линий.

Существуетне стандартизованная технология IDSL(ISDNDSL) –передачи данных по одной медной паре со скоростью 128 Кбит/с. При реализации технологии используются те же модемы или терминальные адаптеры, что и в сетях ISDN, однако технология IDSL в отличие от ISDN, которая является коммутируемой, поддерживает режим постоянного соединения с провайдером по выделенной линии. IDSL может применяться для организации одновременной передачи речи и данных по одной витой паре на большие расстояния (до 40 км), если установить двунаправленные усилители на необслуживаемых переприемных пунктах, обеспечивающих регенерацию ослабленных и искаженных сигналов.

8.4.5Технология высокоскоростной передачи потоков Е1 – HDSL (High-bit-rateDSL), обеспечивает передачу данных со скоростью 2048 Кбит/с по одной, двум и трем витым несимметричным парам (один провод общий).

В технологии используются методы кодирования 2B1Q или КAM-8…КAM-256. Системы передачи на базе HDSL-технологии имеют большую (до 10 км) длину регенерационного участка и поэтому находят широкое применение при организации первичных цифровых трактов Е1, при объединении сегментов LAN, для организации выносов и т.п.

8.4.6Вариант HDSL– технологияSDSL (Symmetrical/singlepairDSL), рассматриваемая как самостоятельная технология, в которой используется для передачи одна симметричная витая пара категорий 3 … 5 и выше.

Реализуемая скоростьпередачи данных – от 128 до 2320 Кбит/с. Оборудование SDSL используется, в частности, для связи сетей LANпо телефонным выделенным симметричным линиям на витой паре (без объединения, т.е. замыкания обратных проводов витых пар в кабелях).

8.4.7Среднескоростной вариант симметричнойSDSL– MDSL(ModeratespeedDSL), работает со скоростями передачи от 384 до 1168 (Кбит/с). В технологии используется линейный код 2B1Q(PAM-5) для повышения скорости передачи данных по линии в выделенной полосе частотв два разаи адаптация скорости передачи к условиям связи по принципу: хуже качество канала (выше вероятность битовой ошибки) – ниже скорость передачи.

 Способ кодирования 2B1Q заключается в выставлении на выходекодирующего устройства уровня сигнала в соответствии с поступающим на вход двух битов. Каждой паре битов соответствует потенциальный уровень сигнала, всего таких уровней четыре. Чтобы осуществлялась синхронизация приёмника с передатчиком, при таком способе кодирования необходимо стараться исключать последовательности одинаковых пар бит, что соответствует постоянной составляющей, при которой возможна рассинхронизация тактовых частот приёмника с передатчиком. В настоящее время испольлзуется в технологиях 1000 Base-T Gigabit Ethernet и в сетях ISDN.

8.4.8Вариант SDSL с линиями на симметричной витой паре– MSDSL(Multirate-SymmetricalsinglepairDSL), обеспечивает работу сисетмы со скоростью передачи данных от 64 до 2320 (Кбит/с). При реализации MSDSL используется многоуровневая (multirate) квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) с адаптацией скорости передачи к условиям связи.

8.4.9Стандартизованная ITU-T (Рек.G.991.2) технология SHDSL (Single-pairHigh-speedDSL), обеспечивает передачу цифровых потоков со скоростью от 192 до 2320 (Кбит/с) по одной симметричной витой паре. Предусмотрена возможность работы по двум витым парам со скоростью от 384 до 4640 Кбит/с. Метод передачи обеспечивает спектральную совместимость при работе по одному кабелю оборудования SHDSL с системами ISDN, HDSL, ADSL. В технологии заложены возможности работы на базе транспортных технологий ATM, IP, FrameRelay.

8.4.10Технология VDSL (VeryhighspeedDSL обеспечиваетсверх высокоскоростной режим работы VDSL-систем по симметричным витым парам категорий 3 ÷ 5 и выше, предусмотренный в спецификации стандарта TS 101 270 организации ETSI. Скорость передачи цифровых потоков по обычной медной витой паре при симметричном подключении достигает 13 Мбит/с.

8.4.11Краткая характеристика технологии асимметричного АDSL-доступа представляет интерес в связи с широким применением этого варианта хDSL.

Технология передачи цифровых потоков ADSL (AsymmetricalDSL),обеспечивает, согласно Рек. G.992.1 ITU-T, передачу данныхна расстояние до 2,7 км со скоростями не менее 6,144 Мбит/cв сторону пользователя, и 640 Кбит/с в обратном направлении по несимметричным витым парам.

Использование метода кодирования DMT позволяет обеспечить одновременную высокоскоростную передачу данных и речевых сигналов по одной витой паре. Оборудование ADSL-доступа подключается к транспортным сетям по технологиям SDH и ATM.

Не стандартизованный вариант ADSL– технология RADSL (RateAdaptiveDSL) с адаптацией по скорости, которая позволяет изменять скорость передачи данных в канале по желанию оператора либо по такому критерию, как качество канала связи.

В настоящее время адаптация скорости передачи к параметрам канала связи реализуется во всем выпускаемом RADSL-оборудовании.

Универсальная технология передачи цифровых потоков G.Lite(UniversalADSL), предназначена для передачи потоков данных по обычной медной паре со скоростями (согласно Рек. G.992.2 ITU-T) не более 1,536 Мбит/с в сторону пользователя и 512 Кбит/с в обратном направлении на расстояние до 3,5 км.

Данная технология, в которой используется метод кодирования DMT, разработана для организации доступа в Интернет по витой медной паре как альтернатива довольно дорогостоящему ADSL-доступу (согласно Рек. G.992.1 ITU-T).

Существуют модификации стандартных технологий, вызванные развитием техники связи, такие как:

1 ADSL2– вторая версия технологии асимметричной передачи цифровых потоков по медной паре со скоростями (согласно Рек. G.992.3 ITU-T) не менее 8 Мбит/с в сторону пользователя и 800 Кбит/с в обратном направлении.

Планируется в будущем, что скорость передачи в оборудовании ADSL2 будет достигать 12 Мбит/с при передаче на расстояние до 1,5 км, а при использовании технологии инверсного мультиплексирования совместно с технологией ATM в первичных (опорных) сетях скорость потока, направленного в сторону абонента по 4 витым парам, достигнет 40 Мбит/с.

2 G.Lite2 (второе поколение G.Lite). Более скоростная технология, требования к которой стандартизированы и определены в Рекомендации G.992.4 ITU-T.

3 ADSL2+ Требования к технологии определены в Рекомендации G.992.5 ITU-T, принятой в феврале 2003 г.

Увеличенная полоса используемых частот (до 2,2 МГц) позволяет передавать данные со скоростью до 24 Мбит/с на расстояние около 1 км.

4 VDSL2технология передачи цифровых потоков но медной витой экранированной паре со скоростью до 52 Мбит/с в сторону пользователя на расстояние до 300 м.

5Ethernet-over-VDSL (EoV)–технология передачи Enternet-трафика поверх VDSL позволяет передавать данные по обычной медной паре со скоростью до 10 Мбит/с на расстояние до 1,5 км или до 4 Мбит/с на расстояние до 2,5 км. Топология такой сети – «звезда» или «точка-точка».

8.4.12 Скорости передачи данных в сетях доступа, построенных по технологиям xDSL – семейства цифровых абонентских линий, приведены в таблице8.1.

Таблица 8.1 – Основные параметры технологий семейства xDSL

8.4.13 На физическом уровне модели OSI в системах доступа по технологии ADSL так же, как и в системах аналогового коммутируемого доступа через ТФОП используются модемы и абонентские телефонные окончания – проводные линии от абонента до оконечной АТС.

Их принципиальное отличие состоит в том, что коммутируемые телефонные модемы используют соединения в ТФОП с помощью коммутаторов АТС. При этом сигналы проходят через несколько транзитных коммутаторов вплоть до телефонных модемов, установленных на сервере удаленного доступа (RAS) к цифровым сетям передачи данных.

Модемы системADSLи сплиттерыработают как на стороне абонента, так и на стороне АТС. Для их связи используется проводная линия ТФОП от абонента до АТС

Абонентские ADSL-модемы обмениваются сигналами восходящего и нисходящего потока данных с такими же модемами, установленными в мультиплексоре доступа к цифровым абонентским линиям – DSLAM (DSLAccessMultiplexer).

8.4.14Модем – это устройство, которое осуществляет модуляцию сигналов при передаче и демодуляцию сигналов в процессе приема.

При передаче в процессе модуляции он принимает данные в виде потока битов, поступающего, например, от программного модуля канального уровня, преобразует биты в аналоговый сигнал, модулированный тем или иным способом этими битами, и осуществляет согласование параметров сигнала с параметрами направляющей среды передачи. В процессе приема, при демодуляции, выполняются обратные преобразования.

Протоколы и стандарты модемов определены в рекомендациях ITU-T серии V, которые разделены на три группы:

1. Стандарты, определяющие скорость передачи данных и метод кодирования;

2. Стандарты, определяющие методы исправления ошибок при передаче данных;

3. Стандарты сжатия данных.

Любые модемы, работающие на телефонных линях, могут использовать полосу частот от 0.3 до 3.4 КГц (3.1 КГц). Согласно теоремы дискретизации Котельникова они должны передавать отсчеты сигнала не реже, чем 6,8 КГц. На практике большинство из них делает 2400 отсчетов в секунду (скорость отсчетов 2400 бод).

Если передавать поток данных по одному биту на отсчет, то скорость передачи составит 2400 бит/с. Для повышения скорости передачи данных без расширения спектра сигнала используют многоуровневые виды модуляции несущей. Так, например, если применить квадратную (квадратичную) фазовую манипуляцию (QPSK), которая позволяет придать синусоиде 4-е различных состояния фазы (Φ1÷ Φ4), то с каждым состоянием фазы можно отождествить одно из сочетаний 2-х бит последовательного (унитарного) кода: Φ1= 00; Φ2= 01; Φ3= 10; Φ4= 11. В таком случае, если при модуляции фазу синусоиды менять с частотой 2400 бод (2400 символов/сек), то за счет того, что каждому скачку фазы (символу) соответствует два бита данных,скорость передачи данныхвозрастет вдвое – до 4800 бит/с. 

С развитием технологий модуляции гармонической несущей были достигнуты еще большие скорости передачи данных по каналам тональной частоты. Например, можно достичь скорости передачи 9 600 бит/с (Стандарт V.32),применяя решетчатую (треллис) кодированную моделяциюTCM(Trellis-CodedModulation), суть которой состоит в использовании при передаче 32 символов на отсчет с добавлением контрольного бита для коррекции ошибки. Технология ТСМ была впервые была разработана в1982 годуУнгербоком, в которой примененатехника группового кодирования при передаче и декодер Витерби на приемной стороне.

Следующий шаг в этом направлении – скорость 14 400 бит/с (Стандарт V.32 bis). Последнее достижение – скорость 33 600 бит/с является пределом возможного, поскольку, исходя из теоремы Шеннона, максимальная скорость для телефонных линий не может превышать 35 Кбит/с.

Если передавать данные по телефонной линии (КТЧ) в цифровой форме, то при верхней частоте канала 4 КГц , а, следовательно, такой же допустимой ширине спектра аналогового сигнала частота его дискретизации по стандарту КТЧне может превышать 8 КГц. Если отсчеты представлять 8-разрядными двоичными кодами, то максимально достижимая скорость 64 Кбит/с. В результате появились стандарты V.90 и V.92 регламентирующие скорости передачи с моделяцией ТСМвверх 33.6 Кбит/с и48 Кбит/с соответственнои вниз – 56 Кбит/с.

В телефонной сети в точке входа на АТС, где заканчивается абонентская (местная) линия устанавливается фильтр с полосой пропускания от 0.3 до 3.4 КГц. Полоса пропускания самой проводной линии (витой пары категории 3) гораздо шире и не используется. Идея повышения скорости доступа через сеть ТФОП как раз состояла в том, чтобы обойти этот фильтр – «узкое место» в системе передачи цифровых сигналов (компьютерного трафика).

Именно так и поступили разработчики стандарта xDSL. К сожалению, с увеличением длины местной линии ее пропускная способность быстро снижается. Например, витая пара 3-й категории протяженностью 500 м допускает скорость передачи 40 Мбит/с, а при длине линии 4000 м скорость падает до 5 Мбит/с из-за возрастания реактивных сопротивлений линии – полной индуктивности и паразитной емкости.

8.4.15Службы xDSL разрабатывались с целью удовлетворения следующим требованиям:

1. Использование в качестве направляющий среды передачи местных линий, состоящих из неэкранированных витых пар категории 3;

2. Не влиять на работу традиционного оборудования абонента ТФОП;

3. Скорость работы должна быть выше 56 Кбит/с (в ADSL принята скорость 1.1 Мбит/с);

4. Абоненту предоставляется постоянное подключение за абонентскую плату.

Чтобы удовлетворить техническим требованиям доступный для передачи на местной линии спектр сигнала шириной в 1.1. МГц был разделен на 256 независимых каналов по 4312.5 каждый.

 В первом варианте технологий xDSL – технологии ADSL, предложенной телефонной компанией AT&T (США), частотный диапазон 1.1 МГц был разделен на 3-и части:

1. Канал 0 (0÷4312.5 Гц) отведен для передачи сигналов обычной телефонной сети;

2. Каналы 1 ÷ 5 не используются, чтобы исключить интерференцию речевых сигналов с сигналами передачи цифровых данных;

3. Каналы 6 ÷ 256 доступны для передачи пользовательских данных, за исключением двух из них занятых для контроля передачи восходящего и нисходящего трафика.

Провайдер может сам определять сколько пропускной способности использовать для передачи восходящего и нисходящего трафиков. Обычно это соотношение равно 2:8.

8.4.16Несмотря на то, что последние версии ADSL-стандартов позволяют достигать достаточно высокие скорости передачи данных, например, стандарт ADSL2+ дает возможность передавать нисходящий трафик на скорости 24 Мбит/с, а восходящий – на скорости 2 Мбит/с, провайдеры, как правило, предлагают клиентам следующие скорости:

1. К клиенту – 1 Мбит/с и 256 Кбит/с от клиента (стандартный сервис);

2. К клиенту – 4 Мбит/с и 1 Мбит/с от клиента (улучшенный сервис);

3. К клиенту – 8 Мбит/с и 2 Мбит/с от клиента (премиум-сервис).

Модемы ADSL для передачи данных используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов – OFDM (OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing). Эта техника передачив контексте ADSLполучила название «Дискретная мультитональная модуляция» – DMT (DiscreteMultiTone). Существо ее состоит в следующем:

А). Полоса частот канала передачи разделена на многие поднесущие, в частности, отстоящие друг от друга в ADSL на 4312.5 Гц;

Б). Каждая поднесущая модулируется некоторой «порцией» передаваемых данных;

В). Каждая поднесущая независимо от других «передает» данные сигналом, например, с квадратурной амплитудной модуляцией со скоростью 4000 символов/с (4000 бод);

Г). Качество линии передачи для каждого частотного канала постоянно проверяется и с учетом этого корректируется количество бит данных, приходящихся на передаваемый символ в том или ином канале;

Д). У различных частотных каналов могут быть различные скорости передачи, начиная от 15 бит на символ (15 бит х 4000 бод =60 000 бит/с) в канале с высоким отношением сигнал/шум, и снижаться до 1 бит на символ (4000 бит/с) в канале с низким отношением сигнал/шум;

Е). Поднесущие плотно «упакованы» в пределах полосы частот, занимаемых сигналом с DMT модуляцией, а спектры модулированных сигналов на поднесущих простираются достаточно далеко в смежные частотные каналы;

Ж). Для исключения межканальных помех поднесущие модулируются так, чтобы их спектральные составляющие на поднесущих смежных каналов были равны нулю.

8.4.17Идея OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing) существовала давно, однако на практике она начала использоваться в 90 годы ХХ века, когда появились мощные DCP – процессоры, которые позволяли путем дискретных преобразований Фурьеэффективно распределять передаваемые цифровые данные по всем поднесущим, вместо того, чтобы модулировать каждую поднесущую в отдельности некоторой порцией передаваемых данных, выделить которую было чрезвычайно сложно.

ТехникаOFDM используется в беспроводных сетях, кабельных сетях и сетях линий электропередачи. Поскольку при OFDM высокоскоростной поток данных разделяется на множество низкоскоростных потоков. Они модулируются с помощью обычных методов FSKили PSK,а затемпередаются параллельно на поднесущих частотах в отдельных полосах частот. При этомс дефектами каналов передачи (линий) в сетях легче справиться на уровне поднесущих. Так, например, если в каналах на некоторых поднесущих наблюдаются большие искажения сигналов или сосредоточенные по спектру помехи, то эти каналы могут быть исключены, а их парциальные информационные потоки перенесены на зарезервированные поднесущие, которые принимаются хорошо.

Типичная организация линий ADSLпоказана на рисунке (Рис.8.5). В помещении абонента устанавливается разветвитель, в котором содержится устройство сопряжения с сетью (NID – NetworkInterfaceDevice), содержащее интерфейсы подключения разветвителя к линии.

Это устройство фиксирует окончание зоны ответственности телефонной сети и начало абонентского участка. Разветвитель содержит аналоговый фильтр, отделяющий полосу телефонного канала от каналов данных. Через него телефонный сигнал отправляется на телефонный или факсимильный аппарат, а все остальные через свой фильтр передаются на ADSL – модем.

Поскольку большинство ADSL-модемов – модемы внешние, то требуется организовать высокоскоростное соединение модема с системным блоком компьютера. Для этого используются либо сетевые карты Ethernet, либо USB-порт, либо беспроводное соединение Wi-Fi.

На противоположном конце абонентской проводной линии (на вводе в АТС) также устанавливается разветвитель, с одного выхода которого речевой сигнал поступает на телефонный коммутатор, а сигнал данных, на частотах выше 26 КГц, отправляется на устройство доступа к цифровой сети провайдера. Этим устройством являетсяDSLAM (DSLAccessMultiplexer –DSLмультиплексор доступа), в состав которого входит такой же DSP – процессор, что и у абонента. По мере извлечения битового потока из приходящего DTM сигнала (демодуляции сигнала) формируются пакеты данных, которые отсылаются в локальную сеть провайдера.

Стандартизованный вариант ADSL – G.lite отличается тем, что разветвить заменен микрофильтром, который подключается к телефонному аппарату, а в ADSL-модем встроен фильтр, вырезающий полосу частот от 0 до 26 КГц . Этот вариант менее надежен и обладает меньшей скоростью, зато дешевле.

8.4.18На канальном уровне ADSL общая схема работы протоколов (протокольных сущностей – программных модулей) системы доступа к Internet показана на рисунке 8.7.

Рисунок 8.7 – Структура стека протоколов ADSL

От ПК по короткому кабелю к модему ADSL (высокоскоростное соединение) поступает IP-пакет в формате, предписанном технологией Ethernet. В ADSL-модеме принятый кадр Ethernetобрабатывается согласно протоколам PPP, AAL5, ATM, ADSL и по абонентской линии в формате контейнеров АТМ через сплиттеры в виде DTM– модулированных сигналов предается на мультиплексор доступа DSLAM. В мультиплексоре доступа полученные данные от ADSL-модема в обратном прядке передаются на уровень протокола IP, а затем IP-пакеты, в соответствии с адресами сетевого уровня, маршрутизируются в сеть поставщика услуг Internet.

12.4.19Поступивший в модем в составе кадра EthernetIP – пакет, передается протоколу PPP. Протокол РРР (Point-to-PointProtocol – протокол взаимодействия точка-точка) – это байт-ориентированный протокол, который является улучшенной версией протокола SLIP(SerialLineInternetProtocol – интернет-протокол для последовательной линии), который выполняет:

1 Обнаружение ошибок

2 Формирование кадров с метками начала и конца

3 Управление каналом путем реализации протокола LCP – LinkControlProtocol, который позволяет устанавливать, включать и выключать, тестировать каналы связи

4 Переговоры о параметрах передачи на сетевом уровне, реализацию сетевого протокола управления NCP – NetworkControlProtocol.

Формат кадра протокола РРР, реализуемого в технологии ADSL, показан на рисунке 8.8

Рисунок 8.8 – Полный формат кадра РРР для работы в ненумерованном режиме

Поля кадра ADSL имеют следующее назначение:

1 Байты «Флаг» в начале и конце кадра позволяют отделить на приеме один кадр от другого.

2 Байт адрес состоит из единиц и это означает, что такой кадр должны принимать все станции.

3 В управляющем поле по умолчанию записывается значение 00000011, что означает ненумерованный кадр.

4 Поле «Протокол» (2 байта) определяет тип пакета данных, содержащихся в поле «Данные», например, если номер начинается с 0, то это данные протокола сетевого уровня, такой как IPv4 или IPv6, если начинается с 1, то это данные конфигурационных протоколов типа NCP.

5 Поле «Данные» может быть переменной длины, но не более 1 500 байт (максимальная длина пакета Ethernet).

6 Контрольная сумма представляет собой код CRC – CyclicRedundancyCheck (циклический избыточный код), который занимает 4 байта, но может быть и 2-х байтовым.

8.4.20 Протокол РРР является механизмом формирования и передачи кадров, которым можно пользоваться независимо от вида среды передачи, и который поддерживает (может совместно работать) с различными протоколами, в которых PDU – протокольные единицы данных, просто помещаются в поле данных кадра РРР, о чем сообщается соответствующим кодом в поле «Протокол».

При установлении, использовании и разъединении линии передачи данных по протоколу РРР можно выделить следующие фазы:

1. Начальное состояние – линия отключена, т.е. соединения на физическом уровне нет;

2. Устанавливается физическое соединение и начинаются переговоры между взаимодействующими узлами о параметрах передачи с помощью протокола LCP путем обмена LCP – пакетами, которые содержатся в поле «Данные» кадра РРР;

3. При договоренности о параметрах передачи протокол инициирует фазу «Идентифицировать», в которой осуществляется проверка кем является абонент;

4. Если аутентификация прошла успешно, начинается обмен пакетами по протоколу NCP для настройки сетевого уровня взаимодействия. Например, для протокола IP – это присвоение IP-адресов узлам (абонентам) на обоих концах линии передачи;

5. В фазе «Линия открыта» кадры РРР пересылаются получателю;

6. По окончании передачи кадров линия переходит в состояние «Завершение», а затем в состояние «Отключена».

На рисунке 12.5 приведены  протоколы, работающие в канале ADSL, начинаются с низшего, физического уровня ADSL. Между ADSL и РРР находятся протоколы АТМ (AsynchronousTransferMode)  – режим синхронной передачи, и AAL5 (ATMAdaptationLayer 5)  – уровень адаптации АТМ 5.

8.4.21Технология АТМ и соответствующие протоколы взаимодействия представляют канальный уровень, основанный на пересылке ячеек (cells) – порции данных фиксированной длины. Ячейки пересылаются асинхронно, т.е. тогда, когда есть информация для передачи. АТМ – технология, ориентированная на соединение. Для пересылки ячейки в ее заголовок встраиваетя идентификатор, который служит для пересылки ячеек по установленным соединениям.

Размер ячейки составляет 53 байта из которых 5 байт – заголовок, а 48 байт – полезная «нагрузка». Поэтому для пересылки потока данных по протоколу АТМ их следует разбить на последовательность ячеек при передаче (сегментировать), а на приемной стороне осуществить обратную операцию (собрать). Эта операция называется адаптацией к АТМ и для разных служб (протоколов) существует несколько разновидностей этой операции – уровней адаптации. Для передачи пакетных данных в АТМ используется AAL5 – ATM Adaptation Layer 5 (уровень адаптации АТМ 5).

Кадр, который формируется на этом уровне, чтобы потом быть разбитым на ячейки АТМ, представлен на рисунке 8.9

В этом кадре роль заголовка (идентификатора) используются три последних поля. Полезная нагрузка – это кадр РРР, а заполняющие биты от 0 до 47 используются для дополнения этого кадра до длины, кратной 48 битам (длина поля данный в ячейке АТМ), с тем, чтобы такой кадр можно было бы поделить на целое число ячеек.

Рисунок 8.9 – Структура кадраAAL5, содержащего данные протокола РРР

Полезная нагрузка AAL5 включает только поля «Протокол» и «Данные» из кадра протокола РРР.

Поле «Протокол» в кадре AAL5 сообщает устройству, например DSLAM, является ли полезная нагрузка IP-пакетом, или пакетом протокола LCPи др.

В каналах ADSL применяется кодирование на физическом уровне с помощью кода Рида-Соломона для исправления ошибок. Для выявления оставшихся ошибок применяется 1 байтный код CRC.