Технолгии физического уровня

1. Технологии физического уровня

Лекции

2. Классификация линий связи

Первичные сети, линии и каналы связи
Звено (link) — это сегмент, обеспечивающий передачу данных между двумя соседними узлами сети.
Звено не содержит промежуточных устройств коммутации и мультиплексирования, но может
включать усилители и регенераторы сигналов.
Каналом (channel) чаще всего обозначают часть пропускной способности звена, используемую
независимо при коммутации. Например, звено первичной сети может состоять из 30 каналов,
каждый из которых обладает пропускной способностью 64 Кбит/с.
Составной канал (circuit) — это путь между двумя конечными узлами сети. Составной канал
образуется отдельными каналами промежуточных звеньев и внутренними соединениями в
коммутаторах. Часто эпитет «составной» опускается, и термином «канал» называют как составной
канал, так и канал между соседними узлами, то есть в пределах звена.
Линия связи может использоваться как синоним для любого из трех остальных терминов.

3. Классификация линий связи

Физическая среда передачи данных
Для передачи информации в компьютерных сетях используются электромагнитные колебания —
взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей. Электромагнитными колебаниями
являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет. Частным случаем
электромагнитных колебаний являются электрические колебания, когда рассматриваются
колебания только электрических величин: силы тока, напряжения, заряда.
Электромагнитные колебания могут распространяться в различных средах, которые делятся на два
класса:
Направленные среды, или проводные среды. В этом случае электромагнитные волны
перемещаются по физически ограниченному пути, например, по медному проводнику (передача
электрического напряжения/тока) или волоконно-оптическому волокну. На основе таких
проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи.
Ненаправленные среды, или беспроводные среды. Электромагнитные волны распространяются
свободно в среде, пропускающей электромагнитное излучение: в земной атмосфере, космическом
пространстве, воде, грунте и т. п.

4. Классификация линий связи

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих
или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. В прошлом такие
линии связи были основными для передачи телефонных и телеграфных сигналов. Сегодня
проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из набора
проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной,
механической и, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами,
позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В
компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля:
коаксиальные кабели с медной жилой;
кабели на основе скрученных пар медных проводов — неэкранированная и экранированная витая
пара;
волоконно-оптические кабели.
Первые два типа кабелей — витую пару и коаксиальный кабель — называют также медными
кабелями.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника
радиоволн. Существует большое разнообразие типов радиоканалов, отличающихся как
используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала.

5. Классификация линий связи

Аппаратура передачи данных(Data Circuit-terminating Equipment, DCE) в компьютерных сетях
непосредственно присоединяет компьютеры или коммутаторы к линиям связи и является, таким
образом, пограничным, или оконечным, оборудованием линии связи. Примерами DCE являются
модемы (для телефонных линий) и устройства для подключения к цифровым каналам первичных
сетей. DCE работает на физическом уровне модели OSI, отвечая за кодирование и передачу
информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и
частоты.
Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и
подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название
оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить
компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.
Устройства DCE и DTE обычно располагаются на коротких расстояниях друг от друга.
Помимо оконечной аппаратуры DCE в линию связи может входить промежуточная аппаратура.
Она решает две основные задачи:
улучшение качества сигнала;
создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

6. Классификация линий связи

В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если
протяженность физической среды — кабелей или радиоэфира — позволяет одному сетевому
адаптеру принимать сигналы непосредственно от другого сетевого адаптера без дополнительного
усиления. В противном случае применяется промежуточная аппаратура, роль которой здесь играют
устройства типа повторителей и концентраторов.
В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояния в сотни
и тысячи километров. Поэтому без усилителей (повышающих мощность сигналов) и
регенераторов (наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов,
исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных через определенные
расстояния, построить территориальную линию связи невозможно.
В первичных сетях, помимо упомянутого оборудования, обеспечивающего качественную передачу
сигналов, необходима промежуточная коммутационная аппаратура — мультиплексоры,
демультиплексоры и кросс-коннекторы (коммутаторы). Эта аппаратура создает между двумя
абонентами сети постоянный составной канал из отрезков физической среды — кабелей с
усилителями.
В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и
цифровые.

7. Характеристики линий связи

Спектральный анализ сигналов на линиях связи
Важная роль при определении параметров линий связи отводится спектральному разложению
передаваемого по этой линии сигнала. Из теории гармонического анализа известно, что любой
периодический процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различных
частот и различных амплитуд.
Каждая составляющая синусоида называется также гармоникой, а набор всех гармоник называют
спектральным разложением, или спектром, исходного сигнала. Под шириной спектра сигнала
понимается разность между максимальной и минимальной частотами того набора синусоид,
которые в сумме дают исходный сигнал.
Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с
непрерывным спектром частот. Для некоторых сигналов, которые описываются аналитически
(например, для последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности и
амплитуды), спектр легко вычисляется на основании формул Фурье.
Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощью
специальных приборов — спектральных анализаторов, которые измеряют спектр реального сигнала
и отображают амплитуды составляющих гармоник на экране, распечатывают их на принтере или
передают для обработки и хранения в компьютер.

8. Характеристики линий связи

Искажение передающей линией связи синусоиды какой-либо частоты приводит в конечном счете к
искажению амплитуды и формы передаваемого сигнала любого вида. Искажения формы
проявляются в том случае, когда синусоиды различных частот искажаются неодинаково. Если это
аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса за счет искажения обертонов —
боковых частот. При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей,
искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют
свою прямоугольную форму и сигналы могут плохо распознаваться на приемном конце линии.

9. Характеристики линий связи

Помимо искажений сигналов, возникающих из-за неидеальных физических параметров линии
связи, существуют и внешние помехи, которые вносят свой вклад в искажение формы сигналов на
выходе. Эти помехи создаются различными электрическими двигателями, электронными
устройствами, атмосферными явлениями и т.д. Помимо внешних помех в кабеле существуют и
внутренние помехи – так называемые наводки одной пары проводников на другую.
Затухание и опорная мощность
Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на
выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии. Затухание (А) обычно
измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:
A = 10 lg Pout/Pin
Здесь Рout — мощность сигнала на выходе линии, Рin — мощность сигнала на входе линии,
измеряемые в ваттах.
Знание затухания линии очень важно — оно позволяет оценить необходимую мощность
передатчика и чувствительность приемника (то есть минимальную мощность сигнала, которую
приемник устойчиво распознает).

10. Характеристики линий связи

Затухание зависит от длины линии связи, поэтому в качестве характеристики линии связи
используется так называемое погонное затухание, то есть затухание на линии связи определенной
длины. Для кабелей локальных сетей в качестве такой длины обычно используют 100 м. Для
территориальных линий связи погонное затухание измеряют для расстояния в 1 км.
Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей меньше, чем мощность
входного, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной.
Типовые зависимости затухания от частоты для кабелей длиной 100 м на неэкранированной витой
паре категорий 5 и 6

11. Характеристики линий связи

Оптический кабель имеет существенно меньшие (по абсолютной величине) величины затухания,
обычно в диапазоне от -0,2 до -3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Для всех оптических волокон
типична сложная зависимость затухания от длины волны, которая имеет три так называемых окна
прозрачности. Из рисунка видно, что область эффективного использования современных волокон
ограничена волнами длин 850 нм, 1310 нм и 1550 нм, каждое окно шириной примерно 100 нм
(соответственно частотами 35 ТГц, 23 ТГц и 19,4 ТГц). Окно 1550 нм обеспечивает наименьшие
потери, а значит, максимальную дальность.

12. Характеристики линий связи

В качестве характеристики мощности сигнала используются абсолютный и относительный уровни
мощности. Абсолютная мощность измеряется в ваттах, относительная – в децибелах. Такая
величина, как относительная мощность, используется при сравнении двух сигналов, например,
сигнала помехи и информационного сигнала. Затухание также является примером относительной
мощности — в этом случае мы сравниваем мощность сигнала на выходе и входе линии связи.
Частным случаем относительной мощности является опорная мощность. При расчете опорной
мощности уровень, на который делится измеряемая мощность, принимается равным 1 мВт, что и
отражается в названии этой единицы мощности, децибел-милливатт, дБм.
p = 10 lg P/1MВт
Здесь Р — абсолютная мощность сигнала в милливаттах.
Несмотря на использование отношения в определении опорной мощности, эта единица измерения
является абсолютной, а не относительной, так как однозначно преобразует абсолютную мощность
сигнала в ваттах в некоторое значение, которое никак не зависит от значения мощности другого
сигнала, как это имеет место при определении децибела. Так, нетрудно вычислить соответствие
некоторых значений мощности сигнала, выраженных в ваттах и дБм:
1 мВ = 0 дБм, 10 мВ = 10 дБм, 1 В = 30 дБм, 100 кВ = 80 дБм.
Опорные значения мощности удобно использовать при расчетах энергетического бюджета линий
связи.

13. Характеристики линий связи

Полоса пропускания
На форму сигнала, передаваемого по линии связи, влияет ограниченность ее полосы пропускания.
Полоса пропускания (bandwidth) — это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не
превышает некоторый заранее заданный предел. То есть полоса пропускания определяет диапазон
частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без
значительных искажений. Полоса пропускания измеряется в герцах (Гц).

14. Характеристики линий связи

Степень затухания мощности синусоидального сигнала зависит от частоты синусоиды, и эта
зависимость также характеризует линию связи.
Часто граничными частотами полосы пропускания считаются частоты, на которых мощность
выходного сигнала уменьшается в два раза по отношению к входному, что соответствует затуханию
в -3 дБ. Как мы увидим далее, ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на
максимально возможную скорость передачи информации по линии связи.
Искажение передающей линией связи синусоиды какой-либо частоты приводит, в конечном счете, к
искажению амплитуды и формы передаваемого сигнала, так как гармоники различных частот
искажаются не одинаково. Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр
голоса за счет искажения обертонов — боковых частот.
При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей, искажаются
низкочастотные и высокочастотные гармоники — в результате фронты импульсов теряют свою
прямоугольную форму, и сигналы могут плохо распознаваться на приемном конце линии.

15. Характеристики линий связи

Помехи
Передаваемые сигналы искажаются из-за несовершенства линий связи, а также из-за внешних и
внутренних помех.
Для электрических сигналов идеальная передающая среда, не вносящая никаких помех в
передаваемый сигнал, должна, по меньшей мере, иметь нулевые значения сопротивления, емкости и
индуктивности. Однако на практике медные провода всегда представляют собой некоторую
распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной
нагрузок. В результате синусоиды различных частот передаются этими линиями по-разному.
импульсы на входе

16. Характеристики линий связи

Помеха может быть как регулярной, так и случайной величиной. В первом случае она может быть
достаточно легко устранена. Сложнее обстоит дело со случайной помехой, которую нельзя заранее
предсказать и скорректировать. Несмотря на защитные меры, предпринимаемые разработчиками
кабелей, наличие усилительной и коммутирующей аппаратуры, полностью компенсировать влияние
случайных внешних помех не удается. Разные виды помех могут по-разному воздействовать на
исходный сигнал. В том случае, когда результирующий сигнал может быть представлен в виде
суммы исходного сигнала и помехи, помеху называют аддитивной помехой или шумом.
Важнейшим параметром, характеризующим работу линии связи в условиях аддитивных помех,
является отношение «сигнал/шум» (signal-to-noise ratio — SNR), равное отношению средней
мощности исходного сигнала к средней мощности шума Рс/Рш.
Помехоустойчивость линии определяет способность линии противостоять влиянию помех,
создаваемых во внешней среде или на внутренних проводниках самого кабеля. Помехоустойчивость
линии зависит от типа используемой физической среды, а также от средств экранирования и
подавления помех самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии. Хорошей
устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические линии,
малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению.

17. Характеристики линий связи

Электрическая и магнитная связь — это параметры медного кабеля, характеризующие воздействие
на него помех. Электрическая связь определяется отношением наведенного тока в цепи,
подверженной влиянию, к напряжению, действующему во влияющей цепи. Магнитная связь — это
отношение электродвижущей силы, наведенной в подверженной влиянию цепи, к току во влияющей
цепи. Результатом электрической и магнитной связи являются наведенные сигналы (наводки) в
цепи, подверженной влиянию. Существует несколько различных параметров, характеризующих
устойчивость кабеля к наводкам.
Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяют устойчивость
кабеля в том случае, когда наводка образуется в результате действия сигнала, генерируемого
передатчиком, подключенным к одной из соседних пар на том же конце кабеля, на котором работает
подключенный к подверженной влиянию паре приемник. Показатель NEXT, выраженный в
децибелах, равен 10lgPout/Pind где Рout — мощность выходного сигнала, Pind — мощность
наведенного сигнала.

18. Характеристики линий связи

Перекрестные наводки на дальнем конце (Far End Cross Talk, FEXT) позволяют оценить
устойчивость кабеля к наводкам для случая, когда передатчик и приемник подключены к разным
концам кабеля. Очевидно, что этот показатель должен быть лучше, чем NEXT, так как до дальнего
конца кабеля добирается сигнал, ослабленный затуханием каждой пары.

19. Характеристики линий связи

Еще одной характеристикой линии связи является достоверность передачи данных. Она
характеризует вероятность искажения каждого передаваемого бита данных. Иногда этот же
показатель называют интенсивностью битовых ошибок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для
линий связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся
кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10-4-10-6,
в оптоволоконных линиях связи — 10-9. Значение достоверности передачи данных в 10-4, к примеру,
говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.
Пропускная способность
Пропускная способность, называемая также емкостью линии связи (capacity), характеризует
максимальную скорость передачи данных, которая может быть достигнута на этой линии.
Особенностью пропускной способности является то, что, с одной стороны, она зависит от
характеристик физической среды (затухания и полосы пропускания), а с другой — способа передачи
данных (кодирования). Следовательно, нельзя говорить о пропускной способности линии связи до
того, как для нее определен протокол физического уровня.

20. Характеристики линий связи

Влияние способа кодирования на пропускную способность
Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию
связи, называется физическим или линейным кодированием. От выбранного способа кодирования
зависит спектр сигналов и, соответственно, пропускная способность линии.
Таким образом, для одного способа кодирования линия может обладать одной пропускной
способностью, а для другого — другой. Например, витая пара категории 5 может передавать данные
с пропускной способностью 100 Мбит/с при способе кодирования стандарта физического уровня
100Base-T, и 1 Гбит/с при способе кодирования стандарта 1000Base-T.
В большинстве способов кодирования используется изменение одного или нескольких параметров
периодического электрического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же уровня
напряжения/тока последовательности импульсов. Эти параметры называют информационными
параметрами сигнала. Периодический сигнал, параметры которого подвергаются изменениям,
называют несущим сигналом. Процесс изменения информационных параметров несущего сигнала
в соответствии с передаваемой информацией называется кодированием или модуляцией.
Измененный в результате кодирования несущий сигнал называют информационным сигналом.

21. Характеристики линий связи

Передача дискретной информации в телекоммуникационных сетях осуществляется тактированно, то
есть изменение информационного параметра сигнала происходит через фиксированный интервал
времени, называемый тактом. Величина, обратная значению такта, является тактовой частотой
линии.
Скорость изменения информационного сигнала равна количеству тактов изменения
информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду. Она измеряется в бодах.
Например, если такт передачи информации равен 0,1 секунды, то сигнал изменяется со скоростью
10 бод.
Скорость передачи информации, которая в данном случае является пропускной способностью,
измеряемая в битах в секунду, может быть как выше, так и ниже скорости изменения
информационного сигнала, измеряемой в бодах. Это соотношение зависит от числа состояний
информационного параметра. Например, если он имеет более двух различимых состояний, то при
равных тактах и соответствующем методе кодирования информационная скорость в битах в секунду
может быть выше, чем скорость изменения информационного сигнала в бодах. Пропускная
способность линии связи тем выше, чем короче такт (выше частота периодического несущего
сигнала) и чем больше устойчивых распознаваемых состояний имеет информационный сигнал.

22. Характеристики линий связи

Соотношение полосы пропускания и пропускной способности
Связь между полосой пропускания линии и ее пропускной способностью вне зависимости от
принятого способа физического кодирования установил Клод Шеннон:
С = F log2 (1 + SNR) или С = F log2 (1 + Рс/Рш).
Здесь С — пропускная способность линии в битах в секунду, F — ширина полосы пропускания
линии в герцах, SNR — соотношение «сигнал/шум», Рс — мощность сигнала, Рш — мощность шума.
Из этого соотношения следует, что теоретического предела пропускной способности линии с
фиксированной полосой пропускания не существует. Однако на практике такой предел имеется.
Действительно, повысить пропускную способность линии можно за счет увеличения мощности
передатчика или же уменьшения мощности шума в линии связи. Обе эти составляющие поддаются
изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведет к значительному
увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных
кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в
передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма непросто. К тому же влияние
мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической
зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямо пропорциональная.

23. Характеристики линий связи

Близким по сути к формуле Шеннона является другое соотношение, полученное Найквистом, которое
также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума в
линии:
С = 2Flog2 М.
Здесь М — количество различимых состояний информационного параметра.
Если сигнал имеет два различимых состояния, то максимально возможная пропускная способность равна
удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи. Если же в передатчике используется
более двух устойчивых состояний сигнала для кодирования данных, то максимально возможная
пропускная способность линии повышается, так как за один такт работы передатчик передает несколько
битов исходных данных.
Хотя в формуле Найквиста наличие шума в явном виде не учитывается, косвенно его влияние отражается
в выборе количества состояний информационного сигнала. Для повышения пропускной способности
линии связи следовало бы увеличивать количество состояний, но этому препятствует шум на линии.
Количество возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала
и шума по формуле Шеннона, а формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в
том случае, когда количество состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознавания
сигнала приемником.

24. Проводные линии связи

Сегодня как для внутренней проводки, так и для внешней чаще всего применяются три класса проводных линий
связи:
экранированная и неэкранированная витая пара;
коаксиальные кабели;
волоконно-оптические кабели.
Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот вид среды передачи данных очень популярен и
составляет основу большого количества как внутренних, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из
нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар).
Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP) хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних
помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает
пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Экранироваться может как кабель в целом, так и
каждая отдельная пара для уменьшения перекрестных наводок. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель
и усложняет его прокладку, поэтому экранированную витую пару применяют только в тех случаях, когда это
действительно необходимо.
Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP) обеспечивает защиту от внешних помех только
за счет скручивания проводов в пары, что, естественно, не является такой эффективной мерой, как
экранирование, но во многих случаях оказывается достаточной для передачи данных с нужным качеством.
Кабели на основе витой пары разделяются в международных стандартах на категории (от 1 до 7).

25. Проводные линии связи

Все кабели на витой паре независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех
пар кабеля имеет определенные цвет и шаг скрутки. Кабели категорий 1, 2, 3 и 4 сегодня практически не
применяются.
Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Их
характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Существует улучшенная версия категории 5е (5
enhanced), которая была разработана специально для более качественной поддержки протокола Gigabit Ethernet.
Появление технологии 10G Ethernet привело к стандартизации более качественных кабелей категорий 6, 6а, 7 и
8. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 250 МГц, категории 6а — до 500 МГц, а для
кабелей категории 7 — до 600 МГц , категории 8 — до частоты 2000 МГц.
Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом.
Максимальная длина сегмента 10G Ethernet на кабеле категории 6 равна 55 м, а на кабелях категорий 6а и 7 —
100 м, категории 8 — до 30 м.

26. Проводные линии связи

Коаксиальный кабель состоит из несимметричных пар проводников. Каждая пара представляет
собой внутреннюю медную жилу и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой
медной трубой или оплеткой, отделенной от внутренней жилы диэлектрической изоляцией.
Внешняя жила играет двоякую роль — по ней передаются информационные сигналы, и она
является экраном, защищающим внутреннюю жилу от внешних электромагнитных полей.
Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями
применения: для локальных компьютерных сетей, для глобальных телекоммуникационных сетей,
для кабельного телевидения и т. п.
Согласно современным стандартам, коаксиальный кабель не считается хорошим выбором при
построении структурированной кабельной системы зданий. Основные типы и характеристики этих
кабелей.

27. Проводные линии связи

«Толстый» коаксиальный кабель разработан для сетей Ethernet 10Base-5 с волновым
сопротивлением 50 Ом и внешним диаметром около 12 мм. Этот кабель имеет достаточно толстый
внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и
электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц — не хуже 18 дБ/км). Однако этот
кабель сложно монтировать — он плохо гнется.
«Тонкий» коаксиальный кабель предназначен для сетей Ethernet 10Base-2. Обладая внешним
диаметром около 5 мм и тонким внутренним проводником 0,89 мм, этот кабель не так прочен, как
«толстый» коаксиал, зато обладает гораздо большей гибкостью, что удобно при монтаже.
«Тонкий» коаксиальный кабель также имеет волновое сопротивление 50 Ом, но его механические
и электрические характеристики хуже, чем у «толстого» коаксиального кабеля.
Телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом широко применяется в кабельном
телевидении. Существуют стандарты локальных сетей, позволяющие использовать такой кабель
для передачи данных.
Твинаксиальный кабель по конструкции похож на коаксиальный кабель, но отличается
наличием двух внутренних проводников. Такой кабель применяется в новых высокоскоростных
стандартах 10G и 100G Ethernet для передачи данных на небольшие расстояния —
распараллеливание потоков данных между двумя проводниками упрощает достижение высокой
суммарной скорости.

28. Проводные линии связи

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон
(волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее
качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 100
Гбит/с и выше) на большие расстояния (80-100 км без промежуточного усиления), к тому же он
лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу
особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать). Каждый световод состоит
из центрального проводника света (сердечника, или сердцевины) — стеклянного волокна и
стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина.
Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего
слоя оболочки, так как она имеет более низкий коэффициент преломления.

29. Проводные линии связи

В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника
различают:
многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;
многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

30. Проводные линии связи

одномодовое волокно.
Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердцевине кабеля.
В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень
малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все
лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего
проводника. Изготовление сверхтонких качественных волокон для одномодового кабеля
представляет собой сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно
дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра трудно направить пучок света, не
потеряв при этом значительную часть его энергии. Одномодовый кабель обладает очень низким
затуханием — примерно -0,2 дБ/км для окна прозрачности волны размером в 1550 нм.

31. Проводные линии связи

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние
сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем
проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего
проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых
кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим отражения лучей имеет сложный
характер. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, что
приводит к искажениям передаваемых импульсов. По этой причине технические характеристики
многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых.
Учитывая это, многомодовые кабели применяют в основном для передачи данных на скоростях не
более 10 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных
со сверхвысокими скоростями до сотен гигабитов в секунду (при использовании технологии DWDM
— до нескольких терабитов в секунду) на расстояния до нескольких десятков и даже сотен
километров (дальняя связь).
В качестве источников света в волоконно-оптических кабелях применяются:
светодиоды, или светоизлучающие диоды (Light Emitted Diode, LED);
полупроводниковые лазеры (одномодовые), или лазерные диоды.

32. Проводные линии связи

Искажения сигнала в волоконно-оптических кабелях имеют как линейный, так и нелинейный
характер (линейность в данном случае определяется по отношению к интенсивности светового
сигнала).
К линейным искажениям относятся:
Затухание оптического сигнала. Мощность сигнала уменьшается из-за поглощения света
материалом волокна и примесями, рассеивания света из-за неоднородности плотности волокна, а
также из-за кабельных искажений, обусловленных деформацией волокон при прокладке кабеля.
Затухание измеряется в дБ/км, имеет типичные значения от -0,2 до -0,3 (диапазон 1550 нм), от -0,4
до -1 (диапазон 1310 нм) и от -2 до -3 (диапазон 880 нм).
Хроматическая дисперсия (Chromatic Dispersion, CD). Сигнал искажается из-за того, что волны
различной длины распространяются вдоль волокна с различной скоростью. Так как
прямоугольный импульс имеет спектр ненулевой ширины, из-за хроматической дисперсии
составляющие его волны приходят на выход волокна с различной задержкой, и фронты импульса
оказываются «размытыми». Две составляющие вносят свой вклад в хроматическую дисперсию:
материальная, отражающая зависимость коэффициента преломления материала сердечника от
длины волны, и волноводная, вызванная различным поведением волн различной длины на
границе между сердечником и оболочкой, то есть там, где изменяется коэффициент преломления.

33. Проводные линии связи

Поляризационная модовая дисперсия (Polarization Mode Dispersion, PMD). Световая мода имеет
две взаимно перпендикулярные поляризационные составляющие. В волноводе с идеальным
поперечным сечением, то есть представляющим собой окружность, эти составляющие
распространяются с одинаковой скоростью. Так как реальные волноводы всегда имеют некоторую
овальность, то скорости составляющих отличаются, что приводит к поляризационной дисперсии.
Этот вид дисперсии растет пропорционально квадратному корню длины кабеля, поэтому
измеряется в пикосекундах, отнесенных к квадратному корню длины кабеля.
Нелинейные искажения имеют различную природу и обусловлены зависимостью коэффициента
преломления среды от интенсивности света (эффект Керра), а также эффектами рассеяния света в
оптическом волокне (рассеяние Рамана, рассеяние Бриллюэна). Нелинейная зависимость таких
эффектов от интенсивности светового потока затрудняет их компенсацию. На практике это
проявляется в ограничении длины секций волоконно-оптических сетей без преобразования
оптического сигнала в электрический и обратно (такая операция называется регенерацией
оптического сигнала).

34. Мультиплексирование и коммутация

Для повышения эффективности использования физической линии связи применяют различные
методы разделения этой линии между несколькими логическими каналами (потоками) данных
пользователей сети.
При этом возникают следующие задачи:
мультиплексирование, то есть образование из нескольких потоков общего агрегированного потока;
демультиплексирование — разделение агрегированного потока на составляющие его потоки;
коммутация — переключение потоков между портами сетевых устройств для соединения
пользователей сети.
Очевидно, что способы реализации мультиплексирования, демультиплексирования и коммутации в
одной и той же сети должны быть согласованными и построенными на единых принципах.
Различают следующие методы мультиплексирования:
частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing, FDM);
волновое мультиплексирование (Wave Division Multiplexing, WDM);
временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing, TDM).

35. Мультиплексирование и коммутация

Техника частотного мультиплексирования (FDM) была разработана для телефонных сетей, но
применяется она и для других видов сетей, например беспроводных сетей. Основная идея метода —
в выделении каждому соединению собственного диапазона (полосы) частот в общей полосе
пропускания линии связи.
На основе этого диапазона создается канал. Данные, передаваемые в канале, модулируются с
использованием несущей частоты, принадлежащей диапазону канала. Мультиплексирование
выполняется с помощью смесителя частот, а демультиплексирование — с помощью узкополосного
фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.

36. Мультиплексирование и коммутация

FDM-коммутаторы могут выполнять как динамическую, так и постоянную коммутацию. При
динамической коммутации один абонент инициирует соединение с другим абонентом, посылая в сеть его
номер, и коммутатор выделяет данному абоненту одну из свободных полос своего уплотненного канала на
время сеанса связи. Типичным представителем динамического коммутатора является коммутатор
аналоговой телефонной станции. При постоянной коммутации администратор сети закрепляет полосу за
абонентом на длительный срок.
Принцип коммутации на основе разделения частот остается неизменным и в других, отличных от
телефонных, сетях. Меняются только границы полос, выделяемых отдельному абонентскому каналу, а
также количество низкоскоростных каналов в высокоскоростном канале.
В методе волнового мультиплексирования (технология WDM с ее двумя разновидностями — CWDM и
DWDM) используется тот же принцип частотного разделения каналов, но только в другой области
электромагнитного спектра. Для организации WDM-каналов в волоконно-оптическом кабеле задействуют
волны инфракрасного диапазона длиной от 850 до 1565 нм. В магистральном канале мультиплексируется
до нескольких десятков спектральных каналов.
Отличие сетей WDM от сетей FDM заключается в предельных скоростях передачи информации. Если сети
FDM обычно обеспечивают на магистральных каналах одновременную передачу до 600 разговоров, что
соответствует суммарной скорости в 36 Мбит/с, то сети DWDM обладают пропускной способностью до
сотен гигабитов и даже нескольких терабитов в секунду.

37. Мультиплексирование и коммутация

FDM-мультиплексирование разрабатывалось в расчете на передачу голосовых аналоговых сигналов.
Переход к цифровой форме представления голоса стимулировал разработку новой техники
мультиплексирования, ориентированной на дискретный характер передаваемых данных и носящей
название мультиплексирования с разделением времени или временного мультиплексирования
(TDM).
Принцип временного мультиплексирования заключается в выделении канала каждому соединению
на определенный период времени. Применяются два типа временного мультиплексирования —
асинхронный и синхронный. Асинхронный режим TDM применяется в сетях с коммутацией
пакетов. Каждый пакет занимает канал определенное время, необходимое для его передачи между
конечными точками канала.
Между различными информационными потоками нет синхронизации, каждый пользователь
пытается занять канал тогда, когда у него возникает потребность в передаче информации. Если
такой возможности нет, то пакет целиком буферизуется и ожидает в очереди буфера момента
освобождения канала. Таким образом, данные пользователей сети с коммутацией пакетов разделяют
канал во времени асинхронно, не координируя свои действия друг с другом.

38. Мультиплексирование и коммутация

В синхронном режиме TDM доступ всех пользовательских информационных потоков к
разделяемому каналу синхронизируется таким образом, чтобы каждый информационный поток
периодически получал канал в свое распоряжение на фиксированный и одинаковый для всех
потоков промежуток времени, называемый тайм-слотом. Когда аббревиатура TDM используется без
уточнения режима работы, всегда подразумевается синхронный режим TDM.
Аппаратура разделяемого канала последовательно предоставляет тайм-слот очередному
пользовательскому потоку, который в течение этого кванта времени передает в разделяемый канал
порцию данных. Период времени, в течение которого все пользовательские потоки получат по
одному тайм-слоту доступа к каналу, называется циклом работы канала и аппаратуры, его
образующей. Следовательно, тайм-слот равен величине цикла, деленной на количество
мультиплексируемых пользовательских потоков. Например, при мультиплексировании
оцифрованных голосовых каналов цикл равен 125 мкс, и при 24 абонентских каналах,
обслуживаемых мультиплексором, тайм-слот будет составлять 5,2 мкс.
Данные, принятые от всех пользовательских потоков за один цикл, образуют кадр. Кадр может
включать, кроме информации пользовательских потоков, и служебную информацию, например,
синхробиты или синхробайты, позволяющие устройствам TDM распознавать начало каждого кадра.

39. Мультиплексирование и коммутация

Байт, считываемый из определенного пользовательского потока в каждом цикле, занимает в кадре
всегда одну и ту же позицию. Тем самым порядковый номер байта в кадре (или однозначно
связанные с ним порядковый номер тайм-слота либо номер интерфейса) является адресом
абонентского потока в канале. Именно на этих адресах основана коммутация в сетях TDM.
Мультиплексор входит в состав комбинированного терминального устройства, которое включает
также кодек, который оцифровывает голосовые сигналы абонентов, поступающие в аналоговом виде
на его входы. Кодек и мультиплексор работают согласованно и синхронно, так как являются блоками
одного и того же комбинированного устройства. К моменту завершения первого тайм-слота кодек
производит байт данных второго абонента и помещает его в буфер мультиплексора, отведенный для
данных второго абонента.
Демультиплексирование кадра агрегированного канала выполняется в обратном порядке, за один
цикл работы демультиплексора байты по очереди принимаются из высокоскоростного канала и
помещаются в буферы абонентских каналов. Биты первого байта кадра принимаются в течение
первого тайм-слота, второго — в течение второго тайм-слота и так далее. После принятия
очередного байта кодек производит цифро-аналоговое преобразование кода и передает звуковой
аналоговый сигнал соответствующему абоненту.

40. Мультиплексирование и коммутация

Рассмотрим, каким образом происходит коммутация каналов в сети, работающей по принципу
синхронного TDM.

41. Мультиплексирование и коммутация

«Перемешивая» нужным образом байты в кадре, коммутатор обеспечивает требуемое соединение
абонентов в сети.
Работа TDM-оборудования напоминает работу сетей с коммутацией пакетов, так как каждый байт
данных можно считать некоторым элементарным пакетом. Однако, в отличие от пакета
компьютерной сети, «пакет» сети TDM не имеет индивидуального адреса. Его адресом является
порядковый номер в кадре или номер выделенного тайм-слота в мультиплексоре или коммутаторе.
Сети, использующие технику TDM, требуют синхронной работы всего оборудования, что и
определило второе название этой техники — синхронный режим передачи (Synchronous Transfer
Mode, STM).
Нарушение синхронности разрушает требуемую коммутацию абонентов, так как при этом
изменяется относительное положение тайм-слота, а значит, теряется адресная информация.
Поэтому оперативное перераспределение тайм-слотов между различными каналами в TDMоборудовании невозможно. Даже если в каком-то цикле работы мультиплексора тайм-слот одного из
каналов оказывается избыточным, то, поскольку на входе этого канала в данный момент нет данных
для передачи (например, абонент телефонной сети молчит), он передается пустым.

42. Принципы организации первичных сетей

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, с помощью которой
можно достаточно быстро и гибко организовать постоянный канал обмена данными между двумя
пользовательскими устройствами, подключенными к такой сети.
Основные свойства первичных сетей состоят в следующем:
Они основаны на технике коммутации каналов.
Каналы первичных сетей являются статическими (постоянными), в отличие от динамических каналов
телефонных сетей, предоставляя услугу канала «точка — точка» между двумя определенными
абонентами на протяжении большого промежутка времени — месяц, год.
На основе каналов, образованных первичными сетями, работают вторичные наложенные (overlay)
компьютерные или телефонные сети.
Каналы первичных сетей являются магистральными каналами, они образуют высокоскоростные каналы
— магистрали — между крупными центрами, в которых сосредоточено большое количество
потребителей, которым нужны соединения между этими центрами. Магистральные каналы также
называют агрегатными каналами, так как они агрегируют большое количество пользовательских
потоков данных.

43. Принципы организации первичных сетей

Каналы, предоставляемые первичными сетями своим пользователям, отличаются высокой
пропускной способностью — до 100-400 Гбит/с, большой протяженностью, составляющей сотни и
тысячи километров, а также высоким качеством, что выражается в очень низком проценте битовых
ошибок. Для обеспечения таких скоростей и таких расстояний в наибольшей степени подходит
оптоволоконный кабель, поэтому название «оптические сети» прочно закрепилось в качестве еще
одного названия первичных сетей, несмотря на то что оптоволоконные кабели применяются и в
других типах сетей, например в сетях Ethernet.
Первичные сети также называют транспортными сетями, так как они предоставляют своим
клиентам только транспортные услуги, передавая пользовательскую информацию «из пункта А в
пункт Б» без ее изменения. Пользовательским оборудованием, использующим каналы первичных
сетей, являются как телефонные станции (для которых эти сети и были первоначально придуманы),
так и пакетные маршрутизаторы компьютерных сетей. Чтобы использовать канал некоторой
первичной сети для соединения двух маршрутизаторов, последние должны иметь физические
порты, соответствующие стандарту данной первичной сети.

44. Принципы организации первичных сетей

Слаженную работу всех устройств первичной сети можно сравнить с работой конвейера — в
каждом такте своей работы конвейер перемещает объект, над которым производятся операции
сборки, от одного рабочего места к другому. Если рабочий не успевает выполнить свою операцию за
время такта конвейера, то объект уходит от него к следующему рабочему месту без какой-то нужной
детали и исправить это уже невозможно. Также и в первичной сети — если очередной байт
пользовательских данных не успел поступить на входной интерфейс мультиплексора сети вовремя
из-за рассинхронизации оборудования пользователя и мультиплексора, то в этом такте работы
мультиплексора очередной байт на выходном интерфейсе появляется с «пустым» содержанием.
Таким образом, он не несет пользовательской информации, а появляется на выходном интерфейсе
только потому, что мультиплексор должен передать байт в этом такте, поскольку это предусмотрено
принципом синхронной работы сети.
Основными узлами такой сети являются мультиплексоры и демультиплексоры, функции которых
часто совмещаются в одном устройстве, называемом также терминальным мультиплексором
(Terminal Multiplexer, ТМ), так как они завершают (терминируют) линию связи.
Порты мультиплексора делятся на агрегатные и трибутарные. Трибутарные порты часто называют
также портами ввода-вывода, а агрегатные — линейными или магистральными портами.

45. Принципы организации первичных сетей

Важно понимать, что понятие «кадр» в синхронной первичной сети не совпадает с понятиями
«кадр» и «пакет» в сетях с коммутацией пакетов. Кадры синхронного TDM являются нарезкой
непрерывного потока данных, передаваемого по составному каналу сети с коммутацией каналов.
Они всегда имеют равную величину и следуют синхронно, без пауз друг за другом. В простейшем
случае кадры могут состоять только из поля данных без какого-либо заголовка. Однако в развитых
технологиях, использующих разделение времени (PDH и SDH), кадры TDM тоже снабжаются
заголовком, который содержит вспомогательную информацию, необходимую для локализации и
исправления ошибок, реконфигурирования сети, мониторинга качества работы сети, а также
синхробайты, необходимые для распознавания начала кадра и его синхронизации.
Важной особенностью кадров первичных сетей является то, что значительная часть информации из
заголовков характеризует не отдельный кадр, а поток кадров в целом, поля заголовка могут
содержать значения, которые не относятся к пользовательским данным, следующим
непосредственно за заголовком.

46. Принципы организации первичных сетей

Существует несколько поколений технологий первичных сетей:
плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH);
синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) — этой технологии в
Америке соответствует стандарт SONET;
уплотненное волновое мультиплексирование (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM);
оптические транспортные сети (Optical Transport Network, OTN), позволяющие определять
способы передачи данных по волновым каналам DWDM.
В технологиях PDH, SDH и OTN данные передаются в цифровой форме, а для разделения
высокоскоростного канала применяется временное мультиплексирование.
В технологии DWDM мультиплексирование выполняется на уровне световых волн, то есть в одном
оптическом волокне проходит несколько десятков волновых каналов, каждый из которых может
переносить информацию независимо от других.

47. Принципы организации первичных сетей

Технология PDH
Сеть PDH это сети с коммутацией каналов, с простейшей топологией двухточечных линий связи, с
мультиплексорами в качестве основного вида оборудования.
Технология плезиохронной цифровой иерархии (PDH) («плезиохронный» означает «почти
синхронный») была разработана в конце 60-х годов компанией AT&Т для решения проблемы связи
крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Начало было положено разработкой
мультиплексора Т1, который позволял в цифровом виде мультиплексировать, передавать и
коммутировать (на постоянной основе) голосовой трафик 24 абонентов. Так как абоненты попрежнему пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в
аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой
8000 Гц и кодировали голос методом импульсно-кодовой модуляции. Для разделения канала
использовалось мультиплексирование с разделением времени (TDM). В кадре Т1 последовательно
передается по одному байту каждого абонента, а после 24 байтов вставляется один бит
синхронизации, итого 24 * 8 + 1 = 193 бита за 125 мкс. В результате каждый абонентский канал
образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с (DS0), а мультиплексор Т1 обеспечивал его передачу
на скорости 1,544 Мбит/с.

48. Принципы организации первичных сетей

В качестве средств мультиплексирования при соединении крупных телефонных станций каналы Т1
имели недостаточную пропускную способность, поэтому была реализована идея образования
каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединили путем побайтного временного
мультиплексирования в канал следующего уровня цифровой иерархии — Т2, передающий данные
со скоростью 6,312 Мбит/с. Канал ТЗ, образованный путем объединения семи каналов Т2, имеет
скорость 44,736 Мбит/с. Канал Т4 объединяет шесть каналов ТЗ, в результате его скорость равна 274
Мбит/с. Описанная технология получила название системы Т-каналов

49. Принципы организации первичных сетей

Аналогом систем Т-каналов в международном стандарте являются каналы типа El, Е2, ЕЗ и Е4 с
отличающимися скоростями — 2,048, 8,488, 34,368 и 139,264 Мбит/с соответственно. Канал Е1
оперирует кадрами длиной в 32 байта, из которых 30 представляют байты 30 пользовательских
потоков 64 Кбит/с, а два байта составляют заголовок кадра, в котором и переносится служебная
информация.
При мультиплексировании нескольких пользовательских потоков в мультиплексорах PDH
применяется техника, известная как битстафинг. К этой технике прибегают, когда скорость
пользовательского потока оказывается несколько меньше, чем скорость объединенного потока, —
подобные проблемы могут возникать в сети, состоящей из большого количества мультиплексоров,
несмотря на все усилия по централизованной синхронизации узлов сети. В результате
мультиплексор PDH периодически сталкивается с ситуацией, когда какой-либо из объединяемых
потоков «опаздывает» и мультиплексору «не хватает» бита для представления этого потока в
объединенном кадре. В этом случае мультиплексор просто вставляет в объединенный поток битвставку и отмечает этот факт в служебных битах объединенного кадра. При демультиплексировании
объединенного потока бит-вставка удаляется из пользовательского потока, который возвращается в
исходное состояние.

50. Принципы организации первичных сетей

Механизмы мультиплексирования/демультиплексирования технологий PDH требуют синхронной
работы всех мультиплексоров сети. В случае небольшой сети PDH, например сети города,
синхронизация всех устройств сети из одной точки представляется достаточно простым делом и
может быть осуществлена от одних точных часов, соединенных проводными линиями связи с
синхровходами каждого мультиплексора. Однако для более крупных сетей, например, сетей
масштаба страны, состоящих из некоторого количества региональных сетей, централизованная
синхронизация всех устройств сети посредством одного источника сигналов точного времени
представляет собой проблему.
Общий подход к решению этой проблемы заключается в организации в сети иерархии эталонных
источников синхросигналов, а также системы распределения синхросигналов по всем
сишронизируемым элементам (СЭ) сети. Такая система образует отдельную сеть синхросигналов, в
мультиплексорах она образуется за счет использования синхробайтов в заголовке кадра STM-1.
Каждая крупная сеть должна иметь, по крайней мере, один очень точный источник синхросигналов
— первичный эталонный генератор (ПЭГ) синхросигналов. В соответствии с требованиями
стандартов он должен быть способен вырабатывать синхросигналы с относительной точностью
частоты не хуже 10-11. На практике в качестве ПЭГ используют либо автономные атомные
(водородные или цезиевые) часы, либо часы, синхронизирующиеся от спутниковых систем точного
мирового времени (GPS или ГЛОНАСС). Обычно точность ПЭГ достигает 10-13.

51. Принципы организации первичных сетей

Стандартным синхросигналом является сигнал тактовой частоты уровня Е1/Т1, то есть частоты 2048 кГц
для международного варианта стандартов PDH и SDH, и 1,544 кГц для варианта этих стандартов,
применяемых США. Синхросигналы от ПЭГ непосредственно поступают на специально отведенные для
этой цели синхровходы магистральных синхронизируемых устройств сети PDH — синхровходы
магистральных мультиплексоров. Если это составная сеть, то каждая крупная сеть, входящая в состав
составной сети, имеет свой ПЭГ.
Для синхронизации немагистральных узлов используется вторичный задающий генератор (ВЗГ)
синхросигналов. ВЗГ работает в режиме принудительной синхронизации, являясь ведомым таймером в
паре ПЭГ—ВЗГ. Обычно ВЗГ получает синхросигналы от некоторого ПЗГ через промежуточные
магистральные узлы сети, при этом для передачи синхросигналов используются биты служебных байтов
кадра. Точность ВЗГ вторичного генератора меньше, чем точность ПЭГ: в стандарте ITU-T она
определяется как «не хуже 10-9».
Иерархия эталонных генераторов может быть продолжена, если это необходимо, при этом требование к
точности генератора каждого более низкого уровня естественно понижается. Генераторы нижних уровней
могут использовать для выработки своих синхросигналов несколько эталонных генераторов более
высокого уровня, но при этом в каждый момент времени один из них должен быть основным, а остальные
— резервными; такое построение системы синхронизации обеспечивает ее отказоустойчивость. Кроме
того, при построении системы синхронизации требуется гарантировать отсутствие петель синхронизации.

52. Принципы организации первичных сетей

Технология SDH
Недостатки и ограничения технологии PDH были учтены и преодолены разработчиками технологии
синхронной цифровой иерархии SDH. В качестве среды передачи данных оборудование SDH
использует одномодовый волоконнооптический кабель, передавая по нему модулированные
световые сигналы с длиной волны 1310 нм или 1550 нм.
Мультиплексоры SDH выполняют операции мультиплексирования и коммутации над электрическими
сигналами — для этого они преобразуют оптические сигналы, пришедшие от оптических портов, в
электрические, а после выполнения необходимых операций выполняют обратное преобразование
сигналов. Такой тип работы называется работой по схеме О-Е-О, от английского термина OpticalElectrical-Optical.
Функциональные уровни SDH
Функции оборудования SDH могут быть разделены на четыре уровня. Эти уровни никак не
соотносятся с уровнями модели OSI, для которой вся сеть SDH представляется как оборудование
физического уровня.

53. Принципы организации первичных сетей

Уровень тракта является самым высоким уровнем — он отвечает за доставку данных между двумя
конечными пользователями сети. Тракт (Path) — это составное виртуальное соединение между
пользователями. На этом уровне выполняется прием данных, поступающих в пользовательском
формате, например формате Е1, и отображение их в блоки данных SDH, соответствующие данному
уровню. В результате этих действий к данным пользователя добавляется заголовок тракта (РОН),
который несет информацию о типе и структуре полученного блока данных SDH, а также
информацию, предназначенную для механизма контроля по четности.

54. Принципы организации первичных сетей

Уровень линии отвечает за передачу данных по линии между двумя мультиплексорами сети, поэтому
линию также часто называют мультиплексной секцией. В функции этого уровня входит выполнение
мультиплексирования и демультиплексирования, ввода-вывода пользовательских данных, а также
реконфигурирование в случае отказа какого-либо элемента мультиплексной секции — оптического
волокна, порта или соседнего мультиплексора.
Уровень секции поддерживает физическую целостность сети. Регенераторной секцией в технологии
SDH называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, который соединяет между
собой такие, например, пары устройств SDH, как мультиплексор и регенератор, регенератор и
регенератор, но не два мультиплексора. На этом уровне компоненты регенераторной секции выполняют
тестирование и администрирование секции, контролируют ошибки.
Фотонный уровень SDH представляет собой модулированный световой сигнал одной волны из диапазона
1310 нм или 1550 нм. В сетях SDH для передачи данных на скоростях до 10 Гбит/с включительно
используется модуляция с двумя состояниями света — «свет включен/свет выключен» (On-Off Keying,
ООК). При этом используется метод кодирования NRZ «без возращения к нулю», когда
последовательность единиц передается непрерывным световым лучом. Для обеспечения
самосинхронизации приемника исходный код скремблируется, так что длинные последовательности
единиц в нем не встречаются. На скорости 40 Гбит/с код ООК приводит к слишком широкому спектру
сигнала, поэтому применяются более сложные коды, использующие амплитудную и фазовую модуляцию
световой волны.

55. Принципы организации первичных сетей

Иерархия скоростей
Так как сети SDH строились как магистральные сети для объединения сетей PDH, то иерархия
скоростей PHD и стала иерархией скоростей, которую SDH поддерживает для соединений со своими
клиентами, а именно: Е1 (2,048), Е2 (8,488), ЕЗ (34,368) и Е4 (139,264) Мбит/с. Поэтому для таких
клиентов, например, коммутаторов телефонных сетей, для которых интерфейсы Е1-Е4 являются
«родными», сеть SDH является эффективным средством передачи данных. Клиенты же других
типов, например, маршрутизаторы компьютерных сетей, должны подстраиваться и либо
обзаводиться подобными интерфейсами или же использовать специальные адаптеры, которые
преобразуют один или несколько интерфейсов Ethernet в интерфейсы PDH.
Иерархия скоростей магистральных соединений SDH начинается там, где заканчивается иерархия
скоростей ее клиента. То есть начальная скорость технологии SDH была выбрана так, чтобы она
могла передавать один поток наивысшей скорости PDH Е4 (139,264 Мбит/с). Эта начальная
скорость и соответствующий ей кадр SDH получили название STM-1 (Synchronous Transport Module
level 1) — синхронный транспортный модуль уровня 1.

56. Принципы организации первичных сетей

Всего было стандартизовано пять уровней скоростей SDH
Обозначение
STM-1 STM-4 (STM-1 х4) STM-16 (STM-1 х 16) STM-64 (STM-1 х 64) STM-256 (STM-1 Х256)
Скорость (Мб/с) 155,520
622,080
2488
9953
39 810
Скорость передачи данных в канале STM-1 (155,520 Мбит/с) выше, чем скорость Е4 (139,264), это
объясняется тем, что при неизменной величине цикла объем данных в кадре увеличился из-за
включения в него дополнительной служебной информации (заголовков). Уровень STM-256 (около
40 Гбит/с) является наивысшим уровнем стандарта SDH.
Трафик компьютерных сетей не считался в 80-е годы чем-то приоритетным, поэтому иерархия
скоростей SDH никак не соотносится с иерархией скоростей Ethernet, а это означает, что пропускная
способность сетей SDH используется неэффективно при передаче компьютерного трафика.
Например, в кадр STM-1 можно поместить только один поток Ethernet 100 Мбит/с, это означает, что
пропускная способность канала связи SDH используется компьютерными данными только на 65%.
Аналогичная ситуация возникает и при передаче компьютерных потоков 1 Гбит/с по каналу STM-16,
когда из 2,5 Гбит/с используются только 2 Гбит/с.

57. Принципы организации первичных сетей

Сети DWDM
Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM)
предназначена для создания первичных сетей на основе оптических магистралей, работающих на
мультигигабитных и терабитных скоростях.
До появления технологии DWDM все оборудование (как компьютерных сетей, так и первичных сетей),
использующее волоконно-оптические кабели в качестве среды передачи информации, использовало
модулированный сигнал одной длины волны — либо 850 нм из первого окна прозрачности при передаче по
многомодовому волокну, либо 1310 нм или 1550 нм при передаче на большие расстояния по
одномодовому волокну. Технология DWDM использует одновременно модулированные сигналы
нескольких длин волн, увеличивая тем самым пропускную способность линии связи в то количество раз,
сколько волн используется.
Оборудование DWDM поступает аналогично призме, расщепляя (демультиплексируя) составной сигнал,
который называют неокрашенным (colourless), на отдельные составляющие сигналы — волны
определенной длины, которые называют окрашенными (coloured). Отличие заключается в том, что
технология DWDM работает с невидимыми для человеческого глаза инфракрасными волнами из
третьего окна прозрачности оптического волокна со средней длиной волны 1550 нм. Это окно
прозрачности выбрано как более «плоское», чем окно со средней длиной волны 1310 нм, то есть при той
же ширине окна в 100 нм все волны этого диапазона затухают почти одинаково, что не наблюдается в окне
со средней волной 1310 нм.

58. Принципы организации первичных сетей

Ширина спектра окна прозрачности, в котором работает оборудование DWDM, составляет
примерно 10 000 ГГц. Разбиение этого диапазона на поддиапазоны, выделяемые для каждого
отдельного спектрального канала, называется частотным планом.
Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» (dense) из-за того, что расстояние между
длинами соседних волн в его частотном плане существенно меньше, чем в другой технологии,
использующей тот же принцип мультиплексирования световых волн — технологии грубого
волнового мультиплексирования (Coarse Wave Division Multiplexing, CWDM). В технологии
CWDM ширина спектрального канала равна 20 нм, или 2556 ГГц. Из-за того что волны соседних
спектральных каналов находятся на большом расстоянии друг от друга, сигнал отдельного канала
легче выделять из общего светового сигнала и декодировать. Сегодня CWDM используется в
различных скоростных вариантах технологии Ethernet.
До недавнего времени все частотные планы DWDM были фиксированными, то есть всем
спектральным каналам отводились слоты частот равной ширины. Рекомендацией ITU-T G.694.1 для
систем DWDM определено четыре фиксированных частотных плана с шагом (то есть расстоянием
между центральными волнами каждого слота) в 100, 50, 25 и 12,5 ГГц. Частотный план с шагом 100
ГГц (ДА = 0,8 нм), в соответствии с которым для передачи данных применяется 41 волна в диапазоне от 1528,77
(196,1 ТГц) до 1560,61 нм (192,1 ТГц)

59. Принципы организации первичных сетей

В 2012 году организация ITU-T представила концепцию гибкого частотного плана, в соответствии
с которой волновые каналы могут иметь различную ширину слота в зависимости от требуемой
пропускной способности. Этот план определяет центр частотного слота с дискретностью 6,25 ГГц,
при этом минимальная ширина слота должна быть кратна 12,5 ГГц.
При гибком частотном плане допускается любая комбинация слотов различной ширины, при
условии что они не перекрываются. При реализации гибкого частотного плана в одном волокне
могут сосуществовать каналы с различной шириной полосы пропускания и, соответственно, с
различной пропускной способностью — например, 10 каналов с шириной полосы пропускания 100
ГГц и 60 каналов с шириной полосы пропускания 50 ГГц. Применение гибкого частотного плана
значительно повышает эффективность магистрали DWDM, которая может быть ближе
приспособлена к потребностям конкретной сети по сравнению с сетью, работающей с
фиксированным частотным планом.

60. Принципы организации первичных сетей

Сети OTN
Причины создания сетей OTN (Optical Transport Network)
В конце 90-х годов все больше стали проявляться недостатки технологии SDH, связанные прежде
всего с ее изначальной ориентацией только на голосовой трафик. Основные недостатки технологии
SDH состоят в следующем:
1. Мультиплексоры SDH оперируют слишком «мелкими» единицами коммутации. Наличие таких
клиентских каналов, как 1,5 Мбит/с, 2 Мбит/с или 34 Мбит/с, усложняет оборудование сети.
Когда скорость агрегатного канала возрастает до нескольких десятков гигабит в секунду и канал
переносит при этом сотни индивидуальных виртуальных контейнеров в своих кадрах,
количество операций мультиплексирования и коммутации, которые нужно производить
оборудованию SDH в единицу времени, становится настолько большим, что его процессорные
модули перестают справляться с вычислительной нагрузкой. Примером технологии, которая
пострадала от такой ситуации, является технология ATM. Ее коммутаторы справлялись с
обработкой ячеек данных очень маленького размера в 53 байта, пока скорости передачи данных
были меньше 1 Гбит/с. Барьер в 1 Гбит/с оборудование ATM преодолеть не смогло — для этого
ей потребовались дорогие высокопроизводительные процессоры, в то время как коммутаторы
Ethernet, оперирующие пакетами данных в 1500 байт, справлялись со своей работой, используя
процессоры, обладающие существенно более низкой скоростью и стоимостью.

61. Принципы организации первичных сетей

2. Технология SDH не учитывает особенности трафика различного типа. Разработчиками
технологии SDH принимался во внимание только голосовой трафик, тогда как сегодня
преобладающим является компьютерный трафик. Отображение потоков Ethernet со скоростью
передачи данных 1 Гбит/с и 10 Гбит/с в кадры SDH возможно, но приводит к большим потерям
пропускной способности, а потоки со скоростью передачи данных 100, 200, 400 Гбит/с вообще
превосходят максимальную скорость SDH.
3. Недостаточная интеграция с сетями DWDM. Сети SDH создавались до появления технологии
DWDM, поэтому в них применялось простое кодирование NRZ, имеющее широкий спектр
сигнала. До скорости 10 Гбит/с спектр такой ширины был еще приемлем, но для более высоких
скоростей потребовалось другое решение. Недостаточная интеграция с DWDM проявилась и в
отсутствии стандарта на использование кодов прямой коррекции ошибок FEC. Коды FEC
позволяют не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их.
4. Необходимость централизованной синхронизации всей сети усложняет сети SDH. В то же время
при передаче компьютерного трафика такая централизованная синхронизация вообще не нужна,
достаточно обеспечить синхронизацию между передатчиком и приемником непосредственно
соединенных портов.

62. Принципы организации первичных сетей

Архитектура сетей OTN
Эта технология многое позаимствовала у технологии SDH, в том числе:
иерархию скоростей с коэффициентом умножения 4 при переходе к более высокому уровню
скорости;
побайтное TDM-мультиплексирование кадров более низкого уровня при их передаче в поле
данных кадров более высокого уровня;
четырехуровневую функциональную структуру;
типы оборудования: терминальный мультиплексор, мультиплексор ввода-вывода, коммутатор
(кросс-коннектор), регенератор;
топологии сети: линейная цепь без ввода-вывода в промежуточных точках, линейная цепь с
вводом-выводом в промежуточных точках, кольцо, ячеистая топология.

63. Принципы организации первичных сетей

Иерархия скоростей технологии OTN
Клиентский кадр
Ethernet
Битовая скорость Уровень скорости
клиента (Гбит/с) (индекс к)
1
0
STM-16
STM-64 или Ethernet
10G
STM-256
Ethernet 100G
Ethernet, MPLS,
Fibre Channel
Ethernet 200G, 400G,
n x 100G
[1]
Битовая скорость
кадров OTN (Гбит/с)
-
2,488
1
2,666
9,953 или 9,53
2
10,709
39,813
3
43,018
100
4
111,809
Любая
n х 100
Сn
n х 105,258

64. Принципы организации первичных сетей

Функциональные уровни OTN
В технологии OTN определено четыре функциональных уровня. Функции фотонного уровня SDH
нам уже известны — их выполняет технология DWDM.
Уровень блока пользовательских данных оптического канала (Optical Channel Payload Unit,
OPU) является самым верхним функциональным уровнем технологии OTN. Он ответственен за
отображение пользовательских данных, то есть кадров STM SDH или Ethernet, в блоки OPU.
Заголовок блока OPU ОН (OverHead) содержит информацию о типе пользовательских данных,
переносимых полем данных, а также информацию, позволяющую выровнять скорости
пользовательских данных и блока OTN, передаваемого на выходной интерфейс оборудования OTN.
Уровень блока данных оптического канала (Optical Channel Data Unit, ODU), хотя и является
более низким уровнем, так же, как и уровень OPU, отвечает за передачу данных между конечными
узлами сети OTN. Единицей данных на этом уровне является блок ODU. Заголовок блока ODU ОН
несет данные, необходимые для механизмов мониторинга и администрирования соединения из
конца в конец, например, данные о типе и местонахождении неисправности, о задержке сигналов,
данные, необходимые для работы механизмов отказоустойчивости. В функции уровня ODU входит
также мультиплексирование и демультиплексирование блоков. В этом аспекте уровень ODU OTN во
многом аналогичен уровню мультиплексной секции SDH.
[1]

65. Принципы организации первичных сетей

Уровень транспортного блока оптического канала (Optical Channel Transport Unit, OTU) работает
между двумя соседними узлами сети OTN, которые поддерживают функции электрической регенерации
оптического сигнала. Уровень OTU передает свою единицу данных — блок OTU — на фотонный
уровень, непосредственно в спектральный канал DWDM. Основное назначение этого уровня —
обнаружение и исправление ошибок с помощью кодов FEC. Заголовок блока OTU включает биты
контроля поля данных по четности (они позволяют определить искажение битов, но не исправить их, как
это делает код FEC), бит индикации ошибки, обнаруженной контролем по четности, а также некоторую
другую служебную информацию. Перед заголовком OTU ОН помещены несколько байтов выравнивания,
которые, во-первых, определяют начало кадра, а во-вторых, дополняют первую строку до нужного
количества байтов. Уровень OTU соответствует уровню регенераторной секции SDH. Блок OTU
представляет собой законченный кадр OTN, который передается по одному из спектральных каналов
DWDM. Названия блок OTU и кадр OTN используются как синонимы.
[1]
Уровни ODU и OPU работают с электрическими сигналами, получая их от уровня OTU, который
преобразует оптические сигналы DWDM в электрические, а также выполняет обратное преобразование, то
есть работает по схеме О-Е-О. Как и оборудование SDH, оборудование OTN выполняет все операции над
электрическими сигналами, используя оптические сигналы только для передачи данных между
мультиплексорами. Кодирование оптических сигналов выполняет фотонный уровень.

66. Принципы организации первичных сетей

В технологии OTN имеется два типа процедур отображения пользовательских данных:
□
□
процедуры отображения синхронного трафика, которые применяются для трафика SDH, в том
числе кадров Ethernet, упакованных в кадры STM, а также других синхронных протоколов,
например, протоколов сетей хранения данных Fibre Channel;
процедуры отображения асинхронного трафика компьютерных сетей.
Отображение потоков SDH
Кадры STM-N по своим размерам превышают размер поля данных кадра OTN. Кадр STM-16 имеет
размер 16x9x270 байт = 38 880 байт, в то время как поле данных кадра OTN имеет размер 15 232
байта, то есть для переноса одного кадра STM-16 необходимо примерно 2,5 кадра OTN. Решение
состоит в том, что данные кадров STM размещаются в поле данных кадра OTN сплошным потоком,
без учета границ между кадрами OTN. При доставке кадров OTN до конечного мультиплексора
данные пользовательских кадров STM также извлекаются сплошным потоком, предоставляя
пользовательскому оборудованию самому разбирать этот поток на пользовательские кадры,
используя для этого признаки начала кадра STM.
[1]

67. Принципы организации первичных сетей

Выравнивание потоков SDH
Для помещения пользовательских данных (кадров STM-N) в поля данных OPU, а также для
выравнивания их скоростей в стандарте OTN определены две процедуры:
□
BMP (Bit-synchronous Mapping Procedure) — процедура бит-синхронного отображения нагрузки;
□
AMP (Asynchronous Mapping Procedure, AMP) — процедура асинхронного отображения
нагрузки.
Процедура BMP синхронизирует прием байтов из пользовательского потока, используя
синхробайты из заголовка кадра STM-N. В этом случае механизм выравнивания фактически
простаивает, так как скорость передачи данных всегда равна скорости их поступления.
Процедура АМР используется, если мультиплексор OTN синхронизируется от собственного
источника синхроимпульсов, который не зависит от пользовательских данных. В этом случае
рассогласование скоростей неизбежно и необходим механизм выравнивания. Для выравнивания
скоростей в кадре OTN используются два байта: байт возможности отрицательного выравнивания
NJO (Negative Justification Opportunity), находящийся в заголовке OPU ОН, а также байт
возможности положительного выравнивания PJO (Positive Justification Opportunity), размещенный в
поле пользовательских данных, сразу после байта NJO.

68. Принципы организации первичных сетей

Существует только три возможных варианта выравнивания скорости:
скорость пользовательских данных и скорость мультиплексора равны, в этом случае скорость
выравнивать не нужно, мультиплексор помещает все пользовательские байты в поле данных,
используя в том числе байт PJO. Байт NJO остается пустым байтом выравнивания;
скорость
пользовательского потока выше скорости мультиплексора, лишний байт
пользовательских данных помещается в поле NJO — то есть происходит отрицательное
выравнивание. В этом случае в оба байта, NJO и PJO, загружены данные;
скорость пользовательского потока меньше скорости мультиплексора, и ему не хватает байтов
для заполнения поля данных. В этом случае в байт PJO вставляется «заполнитель», который
представляет собой байт с нулевым значением, — так выполняется положительное выравнивание.
Таким образом, в данном случае оба байта, NJO и PJO, оказываются пустыми.
Чтобы конечный мультиплексор сети мог правильно выполнить демультиплексирование
пользовательских данных, ему нужна информация о том, как обстояло дело с выравниванием, были
ли заполнены байты NJO и PJO данными или они находятся в своем исходном нулевом состоянии.
Такую информацию мультиплексор извлекает из специально предназначенного для этих целей
байта управления выравниванием (Justification Control, JC).

69. Принципы организации первичных сетей

Отображение и выравнивание компьютерного трафика
Компьютерный трафик имеет, как мы знаем, пульсирующий характер, хотя данные внутри каждого
кадра (например, кадра Ethernet) поступают с постоянной битовой скоростью, из- за случайных пауз
между кадрами средняя скорость поступления данных в мультиплексор OTN может колебаться в
больших пределах, от нуля на некоторых периодах (периоды молчания) до битовой скорости
протокола на других.
Для выравнивания такой неравномерности процедура отображения компьютерных данных вставляет
в периоды молчания пустые компьютерные кадры — кадры, состоящие только из заголовка, в
котором указывается нулевая длина поля данных.
Для того чтобы эта процедура была прозрачной, то есть не зависела от протокола компьютерной
сети, исходный компьютерный кадр упаковывается в кадр формата обобщенной процедуры
инкапсуляции данных GFP (Generic Framing Procedure), специально разработанного ITU-T для
единообразного обрамления пользовательских кадров любого формата.
Заголовок GFP состоит из четырех байтов, два из которых отводятся для хранения длины его поля
данных (ноль, если это пустой кадр, и длина инкапсулированного кадра в противном случае), а еще
два — для контрольной суммы поля данных.

70. Принципы организации первичных сетей

Процедура GFP поддерживает два режима работы: GFP-F (кадровый режим, или Frame Mode) и
GFP-Т (прозрачный режим, или Transparent Mode). Режим GFP-F предназначен для инкапсуляции
компьютерных кадров, а режим GFP-T — для инкапсуляции данных синхронного чувствительного к
задержкам трафика, отличного от SDH, например, протокола сетей хранения данных Fibre Channel.
Особенностью режима GFP-Т является то, что исходный синхронный поток байтов разбивается на
блоки равной длины и к ним добавляется заголовок, который позволяет распознать начало блока и
корректность данных в нем по контрольной сумме блока. Заголовки кадров режимов GFP-F и GFP-Т
имеют одинаковый формат.
Итак, пусть на входной порт мультиплексора OTN поступает очередной кадр компьютерной сети.
Перед передачей его в составе поля данных в сеть он полностью буферизуется, так как асинхронный
характер компьютерного трафика это позволяет; для него вычисляется контрольная сумма,
добавляется заголовок GFP. Упакованный таким образом компьютерный кадр размещается в поле
данных кадра OTN и побайтно передается на выходной порт мультиплексора OTN. Если к моменту
окончания передачи всех байтов этого компьютерного кадра следующий кадр компьютерной сети
еще не поступил в буфер, то в поле данных кадра OTN помещается пустой кадр GFP, то есть
четырехбайтный заголовок с указанием нулевой длины поля данных. Тем самым выравниваются
скорости поступления пользовательских данных и передачи кадра OTN.

71. Принципы организации первичных сетей

Организация сетей OTN
Сети OTN первого поколения имели достаточно простую архитектуру. Они строились на основе
транспондеров DWDM, которые, наряду с операцией преобразования длин волн, выполняли и
операцию отображения пользовательских данных в кадры OTN, а также модулирование цветной
волны DWDM в соответствии с требуемой скоростью. В первых сетях OTN не выполнялись ни
мультиплексирование, ни коммутация — каждая волна DWDM переносила данные только одного
пользователя. В этой связи технология OTN получила название «цифровой оболочки» DWDM,
поскольку выполняла только функцию передачи цифровой информации — функцию, которую
аналоговая технология DWDM выполнять не способна. Коммутация пользователей происходила в
оборудовании SDH или в маршрутизаторах компьютерных сетей, а сеть OTN предоставляла этим
пользователям только каналы «точка —точка».
Следующим этапом стало наделение блока транспондеров OTN/DWDM функцией
мультиплексирования. Появились так называемые макспондеры (muxponder), способные объединить
несколько пользовательских портов скорости ODU1 или ODU2 в один более скоростной выходной
порт формата OTU3, а затем выполнить модуляцию одной из цветных волн частотного плана
DWDM

72. Принципы организации первичных сетей

Модуль транспондеров включал мультиплексор OTN и транспондер DWDM. Сеть OTN/ DWDM,
построенная с использованием макспондеров, намного более экономно расходовала волны
магистрального канала DWDM. Такой вариант сети позволял реализовать схему «оператор
операторов», в соответствии с которой сеть телекоммуникационного оператора более высокого
уровня служит магистралью сетей операторов нижних уровней. Тем не менее сервис OTN попрежнему представлял собой набор каналов «точка —точка» — коммутация пользователей OTN
средствами OTN не выполнялась.
И только примерно с середины 2010-х годов начало появляться оборудование OTN, выполняющее
функции кросс-коннектора, то есть позволяющее коммутировать данные пользователей как между
трибутарными, так и агрегатными портами.