Systemy linii telefonicznych


W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że są dwa rodzaje linii telefonicznych: linie wykorzystywane do publicznych sieci telefonicznych (linie komutowane) i linie dzierżawione, które są dedykowane do długoterminowego użytku prywatnego. Wybranie zamiejscowego numeru telefonicznego powoduje, że komputery w centralach telefonicznych zestawiają tymczasowe połączenie aparatu lokalnego z aparatem o wybranym numerze. W przypadku linii dzierżawionych połączenie ma charakter stały i nie przechodzi przez system przełącznic telefonicznych. Jak zwykle rzeczywiste produkty rozmywają proste definicje, oferując na przykład obwody w sieci komutowanej, które pozornie wyglądają jak linie dedykowane. Są to wirtualne sieci prywatne (virtual private network – VPN) oferowane w USA przez AT&T, MCI, Sprint i inne firmy obsługujące linie międzymiastowe. Sieci VPN umożliwiają operatorom telekomunikacyjnym optymalne wykorzystanie systemów telefonii komutowanej i udostępnienie użytkownikom usług równoważnych stałym łączom dzierżawionym. Standardowych komutowanych łączy telefonicznych można użyć w ten sposób do łączenia oddalonych od siebie sieci lokalnych. Najnowsze szybkie modemy zgodne ze standardem sygnalizacji V.pcm oraz standardem kompresji danych V.42bis umożliwiają przesyłanie na przykład wiadomości poczty elektronicznej z całkiem przyzwoitą prędkością ponad 80 kb/s (kilobitów na sekundę). Inny typ połączeń komutowanych – ISDN – umożliwia przesyłanie danych z prędkością 128 kb/s. Konkurencja w branży połączeń międzymiastowych w Stanach Zjednoczonych spowodowała spadek cen komutowanych usług międzymiastowych, więc wykorzystanie takich połączeń do łączenia sieci LAN to praktyczna alternatywa dla wielu organizacji. Codzienne, kilkugodzinne połączenie międzymiastowe pomiędzy routerami lub mostami w celu aktualizacji bazy danych lub programów użytkowych w sieci LAN to w USA rozwiązanie praktyczne i ekonomiczne. Jednak w wielu innych krajach połączenia międzymiastowe są wciąż drogie, a w niektórych przypadkach stan łączy nie pozwala na efektywne przesyłanie danych z dużą prędkością.

Linie dzierżawione


Dzierżawa linii telefonicznych jest poważnym biznesem firm telekomunikacyjnych od lat 30., ale w Stanach Zjednoczonych sytuacja stała się bardziej złożona po postanowieniu sądu o podziale Bell Telephone System i decyzji Computer II FCC. Obydwa akty prawne stworzyły warunki konkurencji na rynku telefonii międzymiastowej. W rezultacie w wielu regionach USA konkurencja w zakresie usług telekomunikacyjnych objęła wszystkie poziomy usług. Najczęściej klient może wybierać spośród dwóch lub nawet czterech operatorów komórkowych, tuzina operatorów międzymiastowych i przynajmniej dwóch operatorów lokalnych.

Osoba, która chciałaby w USA wydzierżawić stałe łącze poza granice stanu, może być w tym celu zmuszona do koordynowania współpracy trzech różnych firm, aby uzyskać łącze, linię lokalną od sprzętu operatora do własnej siedziby oraz niezbędne urządzenia końcowe. Mimo to często czas oczekiwania na linię dzierżawioną nie przekracza kilku dni, najdalej kilku tygodni od złożenia zamówienia. Jednak w niektórych regionach wymagane są dodatkowe studia na technicznymi warunkami przyłączenia, które mogą wydłużyć czas oczekiwania do wielu tygodni. W krajach poza USA pakiet usług związanych z dzierżawą linii uzyskuje się najczęściej od jednej firmy – zwykle monopolisty – jednak powszechnie zdarza się, że trzeba czekać na zamówione usługi miesiącami. Linie dzierżawione na potrzeby transmisji danych są dostępne w różnych klasach usług. Klasa usług odnosi się do prędkości, z jaką mają być transmitowane dane poprzez linie dzierżawioną. Dzierżawione linie danych są specjalnie konfigurowane – „kondycjonowane” – do transmisji danych w kilku zakresach prędkości.
Firmy oferujące usługi międzymiastowej transmisji danych w USA często nazywa się operatorami między-centralowymi (inter-exchange carriers), ponieważ obsługują zwykle łącza biegnące pomiędzy głównymi centralami telefonicznymi. Firmy, które oferują usługi transmisji pomiędzy budynkami biurowymi i mieszkaniami a centralami to operatorzy lokalni (local carriers). W krajach poza Stanami Zjednoczonymi operatorów tych najczęściej nie rozróżnia się. Operatorem międzycentralowym, podlegającym specjalnym regulacjom jest AT&T. Cenniki, czyli „taryfy” tej firmy pozostają pod kontrolą Federalnej Komisji ds. Komunikacji (Federal Communications Commission – FCC). Inni operatorzy międzymiastowi, jak MCI i Sprint, nie muszą rejestrować planu publicznych taryf, ale ich stawki są niemal zawsze konkurencyjne w odniesieniu do publikowanych stawek publicznych AT&T.

Usługi linii T1



Pomiędzy dwoma punktami możliwa jest dzierżawa obwodów dostosowanych do transmisji z prędkościami od 2 500 bitów na sekundę (b/s) do ponad 45 megabitów na sekundę (Mb/s). Podstawową jednostką transmisji używaną przez inżynierów do określenia usługi oraz przez sprzedawców do określania ceny jest kanał T1. Kanał T1 może przesyłać strumień danych z prędkością 1,544 Mb/s i jest zgodny z pewnymi charakterystykami technicznymi dla sygnalizacji i zakończenia obwodów. Możliwe jest zestawienie kanału T1 do przesyłania danych w kompleksie budynków lub w obrębie dużego budynku. Jednak projektanci sieci i menedżerowie myślą najczęściej o kanale T1 jako usłudze przesyłu danych na setki i tysiące kilometrów poprzez linie dzierżawione. AT&T i inni operatorzy pobierają miesięczną opłatę w wysokości około 5 000 USD za dedykowaną linię T1 od długości 1 000 mil (to jest około 1 600 km, dla porównania, według cennika TP SA łącze dzierżawione o długości 300 km i przepustowości 2 Mb/s – tak zwany kanał E1 – kosztuje miesięcznie około 25 000 zł wraz z podatkiem VAT – przyp. tłum.). Łącze T1 o długości tylko 500 mil wciąż kosztuje około 3 000 USD, ale ta sama usługa na dystansie 2 000 mil kosztuje już tylko 8 000 USD, a więc o 20 % mniej za milę niż dla odległości 1 000 mil. Ogólny wzór wygląda tak: koszt = abonament miesięczny + (stawka za kilometr x liczba kilometrów).
Jeśli jest taka potrzeba, dostępne są nawet szybsze usługi transmisji, jednak nie są one tanie. Tak zwane łącze T3 o przepustowości 45 Mb/s kosztuje ponad 50 000 USD miesięcznie dla dystansu 1 000 mil.

Oprócz opłat za linię dzierżawioną, można się również liczyć z miesięcznymi opłatami rzędu kilkuset dolarów za połączenie pomiędzy siedzibą firmy a urządzeniami operatora między-centralowego, a także za urządzenia końcowe. Możliwe jest wykorzystanie całkowitej pojemności obwodu T1 do połączenia dwóch segmentów sieci LAN, jednak urządzenia końcowe pozwalają najczęściej na podzielenie obwodu na kilka części. Na przykład jeden kanał dla transmisji głosowej wymaga przepustowości 64 kb/s. W przypadku dzierżawy obwodu T1 pomiędzy różnymi filiami organizacji, można wydzielić 12 kanałów dla połączeń telefonicznych pomiędzy centralami firmowymi, które pochłoną 768 kb/s z całkowitej pojemności 1,544 Mb/s, zaś pozostałe 768 kb/s użyć do połączenia segmentów sieci LAN poprzez router lub most na każdym końcu łącza.


Na marginesie należy wspomnieć, że AT&T koduje w strumieniu danych pewne informacje kontrolne, więc oferuje swoim klientom kanały o pojemności 56 kb/s, jednak stara się powiększyć ich pojemność do „przepisowych” 64 kb/s. Trzeba również wiedzieć, że kilka firm oferuje sprzęt umożliwiający kompresję transmitowanego głosu w kanały 32 kb/s, a nawet 16 kb/s, co sprzyja ekonomiczniejszemu wykorzystaniu przepustowości linii T1. Możliwe jest nawet użycie kanałów 8 kb/s do transmisji głosu, chociaż uzyskiwana jakość odbiega daleko od pojemniejszych kanałów 16 i 32 kb/s. Pomimo tego są firmy, które używają właśnie takiego rozwiązania. Pojawiają się co prawda pewne problemy ze zmianami przydziału pasma do transmisji głosu i danych, ponieważ te dwie usługi mają różną tolerancję błędów i opóźnień, jednak wiele organizacji na bieżąco równoważy wykorzystanie linii T1 na potrzeby transmisji głosu i danych.

Frakcyjny strumień T1


Dzięki pakietowi usług o nazwie frakcyjny strumień T1 możliwa jest dzierżawa łączy o przepustowości mniejszej niż pełna przepustowość kanału T1 1,544 Mb/s. Podstawowa usługa dla frakcyjnego strumienia T1 to kanał komunikacyjny o przepustowości 64 kb/s. Operatorzy między-centralowi oferują najczęściej usługi frakcyjnego strumienia T1 o przepustowości 384, 512 i 768 kb/s. Kanał komunikacyjny o długości 1 000 mil i przepustowości 512 kb/s kosztuje miesięcznie około 2 000 USD plus opłaty za linie i urządzenia końcowe.

Niezawodność


Redundancja jest gwarancją niezawodności. Doświadczeni administratorzy sieci wiedzą, że łącza dalekiego zasięgu są główną przyczyną awarii sieciowych. Routery, mosty i inne urządzenia sieciowe rzadko się psują, ale łączące je linie dzierżawione często ulegają awarii. Najczęściej okres niedyspozycji łącza nie podlega opłacie, jednak nie jest to wielkim pocieszeniem dla użytkowników, którzy nie mogą przesłać danych o kluczowym – z punktu widzenia firmy – znaczeniu. W przypadku dzierżawy kilku pełnych lub frakcyjnych łączy T1 od różnych operatorów, routery mogą automatycznie korzystać z dowolnych dostępnych łączy. Niektóre routery mogą nawet wykorzystywać zwykłe linie komutowane jako rezerwową alternatywę na wypadek awarii linii dzierżawionej. Transmisja danych poprzez różne łącza alternatywne może być wolniejsza niż przez łącze podstawowe, jednak nawet wolna transmisja jest lepsza niż całkowity brak możliwości transmisji.

Podłączenia do szybkich kanałów komunikacyjnych


Karta adaptera w routerze lub moście podłączona do pełnego lub frakcyjnego kanału komunikacyjnego T1 zamienia ruch sieciowy na strumień danych zgodny z jednym z kilku standardów połączeń i sygnalizacji. Może to być standard EIA RS-232, RS-449 lub CCITT V.35. Taki strumień danych wyjściowych musi być podłączony do multipleksera (krotnicy), który bezpośrednio łączy się z szybką linią komunikacyjną.

Zadaniem multipleksera jest podział pojedynczego szybkiego kanału komunikacyjnego na wiele kanałów transmisji głosu i danych. Urządzenia tego rodzaju dostarczają firmy, takie jak Network Equipment Technologies, Newbridge Networks, StrataCom i Verilink Corporation. Urządzenie Micom Marathon 5K firmy Micom Communications Corporation pokazane na rysunku 12.1 łączy w jednej obudowie możliwości multipleksera z innymi elementami dla sieci LAN. Jest to przykład produktu odstającego od typowych definicji, stanowiącego wysokiej jakości multiplekser statystyczny, który może łączyć głos, dane i transmisję faksów w jeden frakcyjny strumień T1. Dodatkowo w tej samej obudowie jest miejsce na moduły mostu lub routera, co pozwala na połączenie w ramach jednego urządzenia funkcji routera i multipleksera.

ISDN


Linie dzierżawione doskonale nadają się do stałych połączeń, którymi transmituje się duże ilości danych. Ale świetną alternatywę dla połączeń stałych stanowi system połączeń komutowanych zwany ISDN. Sieć cyfrowa z integracją usług (Integrated Services Digital Network – ISDN) pozwala poprzez standardowe linie telefoniczne przesyłać dane w obrębie firmy, miasta lub kraju. ISDN to więcej niż same obwody, jest to również specyfikacja sygnałów przesyłanych tymi obwodami. ISDN potrzebowało dekady, aby stać się dostępnym rozwiązaniem. Lokalni operatorzy zmuszeni do instalacji sprzętu ISDN napotykali nieprzewidziane problemy z wyszkoleniem instalatorów, zakupem nowego oprogramowania dla komutatorów sieci i określeniem cennika na te usługi. Choć szeroko popularny w Europie i Japonii, ISDN jest wciąż niedostępny w wielu miastach Stanów Zjednoczonych.

Technologia ISDN

Międzynarodowy program cyfrowej sieci z integracją usług określił standardy dla całkowitej digitalizacji systemów telefonicznych w Europie, Japonii i Ameryce Północnej. System opiera się na przekształceniu obecnych obwodów analogowych w obwody cyfrowe, transmitujące zera i jedynki zamiast tradycyjnych sygnałów analogowych. Nie jest to plan aż tak radykalny, jak się wydaje. Współczesne systemy telefoniczne są prawie w całości cyfrowe. Naciskając przyciski na tonowej klawiaturze telefonu, przekazujemy specjalnemu komputerowi w centrali polecenia połączenia z wybranym numerem. Komputer w lokalnej centrali łączy się cyfrowo z inną centralą, aby przesłać głos, tak w połączeniach krajowych, jak i międzynarodowych. Cyfrowe systemy komutacyjne są powszechne w całej Ameryce Północnej. W wielu organizacjach funkcjonują wewnętrzne centrale telefoniczne PBX (private branch exchange), które dokonują konwersji sygnałów analogowych na cyfrowe zera i jedynki już w samym aparacie telefonicznym. Wielu użytkowników już posługuje się w pełni cyfrowymi systemami telefonicznymi.

Czytelnik, który dotarł w lekturze aż tutaj, powinien szybko zapytać: „jeśli cyfrowe centrale są tak powszechne, czemu muszę używać modemu do zamiany cyfrowych sygnałów z peceta na sygnały analogowe w linii telefonicznej?”. Odpowiedź brzmi: współczesne systemy telefoniczne są nowoczesne do najbliższej centrali. Na drodze z centrali do biur i mieszkań następuje powrót do technologii wynalezionej przez Aleksandra Grahama Bella. Linie lokalne, inaczej „pętle lokalne”, zostały zaprojektowane z myślą o analogowych telefonach i sygnałach. Translacją sygnałów analogowych z linii telefonicznej na sygnały cyfrowe w centrali zajmują się specjalne karty liniowe. Dlatego konieczna jest konwersja sygnałów cyfrowych z PC na analogowe dźwięki w starej technologii za pomocą modemu, które następnie zostają poddane odwrotnej konwersji na sygnały cyfrowe w innej formie w centrali.

Bynajmniej nie w celu reklamy operatorów międzymiastowych, należy stwierdzić, że większość szumu w słuchawce telefonicznej pochodzi z analogowych linii lokalnych na obu końcach połączenia. Wystarczy zmienić je na linie cyfrowe i szum zniknie. Rzecz jasna cyfrowe fale prostokątne również ulegają obcięciu i zniekształceniu, ale można je poprawić stosując regeneratory sygnałów cyfrowych na węzłach pośrednich. Natomiast szum analogowy ma charakter addytywny w całym systemie.

Zastosowanie cyfrowych pętli lokalnych oznacza konieczność posługiwania się cyfrowymi aparatami telefonicznymi na obu końcach połączenia. Czy jednak jest to równoznaczne z koniecznością wyrzucenia posiadanych aparatów telefonicznych? Wcale nie. Większość współczesnych adapterów ISDN posiada port o nazwie Plain Old Telephone Service (POTS – tradycyjna stara usługa telefoniczna), umożliwiający integrację sieci ISDN z tradycyjnymi analogowymi urządzeniami telefonicznymi.

Nawet w przypadku cyfrowej pętli lokalnej, komputer PC wymaga podobnego do modemu adaptera, aby mógł współpracować z siecią ISDN. Specjalny system sygnalizacji i poziomów napięcia wymaga użycia cyfrowo-cyfrowego adaptera terminala (terminal adapter – TA) ISDN w każdym komputerze. Przy cyfrowych pętlach lokalnych znika problem z szerokością pasma, który stwarzał konieczność posługiwania się wyrafinowanymi modemami z własnymi procesorami w celu przesłania danych z prędkością większą niż 300 b/s. Dzięki wymy-ślnym technikom kompresji i sygnalizacji współczesne modemy mogą przesyłać dane z prędkością ponad 56 kb/s poprzez łącza komutowane, jednak nie jest to możliwe dla wszystkich łączy ani dla wszystkich danych. W przypadku cyfrowych linii telefonicznych można bez problemu przesyłać dane z prędkością ponad 140 kb/s. Czasami przekształcenie linii analogowych na cyfrowe może powodować problemy. Jeśli zabudowania (domy, biura) znajdują się w odległości 10 do 15 km od centrali, jak powinno być w większości miast i miejscowości, linię lokalną stanowią przewody miedziane. Przewody te mogą z powodzeniem służyć do szybkiej transmisji danych, jednak urządzenia o nazwie cewki pupinizacyjne (loading coil), powszechnie stosowane do minimalizacji zniekształceń sygnałów analogowych, uniemożliwiają przesyłanie danych cyfrowych. A zatem możliwości przekształcenia linii analogowych w linie cyfrowe zależą wyłącznie od możliwości odłączenia cewek pupinizacyjnych.

W przypadku zabudowań bardziej odległych od central telefonicznych stosowano inne techniki, w tym na przykład wtórniki radiowe do przenoszenia sygnałów dźwiękowych. Urządzenia te nie potrafią przesyłać sygnałów cyfrowych, więc nie nadają się do sieci ISDN, jednak ich wymiana jest kosztowna.

Z tych i innych powodów ISDN najpierw rozpowszechniało się w miastach oraz w nowych osiedlach podmiejskich, w których dopiero instalowano nowe linie telefoniczne. Ponieważ początkowy popyt na rynku usług ISDN pochodził od firm posiadających już analogową infrastrukturę sieciową, wzrost obrotów na tym rynku nie przebiegał liniowo. W wielu przypadkach organizacje nie były w stanie uzyskać dostępu do usług ISDN, ani nawet do informacji o taryfach.



Powrót do strony glównej