Компьютерные сети

Широкое распространение технологий ADSL должно сопровождаться некоторой перестройкой работы поставщиков услуг Интернета и операторов телефонных сетей, так как их оборудование должно теперь работать совместно. Возможен также вариант, когда альтернативный оператор связи берет оптом в аренду большое количество абонентских окончаний у традиционного местного оператора или же арендует некоторое количество модемов в DSLAM.

Стандарт G.992.1 описывает работу трансиверов ADSL-модемов. Технология ADSL поддерживает несколько вариантов кодирования информации (DMT, САР и 2B1Q). Достижения технологий xDSL во многом определяются достижениями техники кодирования, в которой за счет применения процессоров DSP удалось повысить скорость передачи данных при одновременном увеличении расстояния между модемом и оборудованием DSLAM.

За более чем десятилетнюю историю существования было принято несколько стандартов технологии ADSL, которые повысили верхний предел скорости доступа. Стандарт ITU-T G.991.2, принятый в 1999 году, повысил максимальную скорость нисходящего потока до 12 Мбит/с, а восходящего — до 1,3 Мбит/с, стандарт ITU-T G.991.5, принятый в 2003 году и известный как ADSL2+, повысил скорость нисходящего потока до 24 Мбит/с. В последнем случае такой резкий скачок верхнего предела скорости произошел как за счет усовершенствований в технике кодирования, так и за счет расширения используемой полосы пропускания абонентского окончания до 2,2 МГц.

В 2006 году был принят стандарт ITU-T G.992.3, известный под названием VDSL2 (Very high-speed DSL2 — сверхскоростное цифровое абонентское окончание 2). Этот стандарт позволяет достигать скорости нисходящего потока до 250 Мбит/с, но только на достаточно коротких расстояниях от абонента до точки присутствия оператора, в том же случае, когда это расстояние увеличивается до 1,5 км, скорость передачи данных падает до скорости стандарта ADSL2+.

Нужно подчеркнуть, что новые высокоскоростные стандарты рассчитаны в первую очередь на высококачественные телефонные абонентские окончания; в тех же случаях, когда качество проводки низкое, а расстояние до АТС — значительное, на существенное повышение скорости при применении модема нового стандарта рассчитывать не приходится.

Высокие скорости ADSL-модемов порождают для поставщиков услуг новую проблему, а именно проблему дефицита пропускной способности. Действительно, если каждый абонент доступа через ADSL будет загружать данные из Интернета с максимальной скоростью, например 1 Мбит/с, то при 100 абонентах поставщику услуг потребовался бы канал с пропускной способностью 100 Мбит/с, то есть Fast Ethernet, а если разрешить пользователям работать со скоростью 6 Мбит/с, то уже нужен канал АТМ 622 Мбит/с или Gigabit Ethernet. Для обеспечения необходимой скорости многие устройства DSLAM имеют встроенный коммутатор АТМ или Gigabit Ethernet. Технология ATM привлекает разработчиков DSLAM не только своей высокой скоростью, но и тем, что она ориентирована на соединение. При применении сети АТМ на канальном уровне компьютер пользователя перед передачей данных должен обязательно установить соединение с сетью поставщика услуг. Это дает возможность контролировать доступ пользователей и учитывать время использования и объем переданных данных, если при оплате за услугу эти параметры учитываются.

Технология SDSL позволяет на одной паре абонентского окончания организовать два симметричных канала передачи данных. Канал тональной частоты в этом случае не предусматривается. Обычно скорости каналов в восходящем и нисходящем направлениях составляют по 2 Мбит/с, но как и у технологии ADSL, эта скорость зависит от качества линии и расстояния до оборудования DSLAM. Технология SDSL разработана в расчете на небольшие офисы, локальные сети которых содержат собственные источники информации, например веб-сайты или серверы баз данных. Поэтому характер трафика здесь ожидается скорее симметричный, так как доступ через SDSL потребуется не только к внешним сетям из локальных сетей, но и к таким источнйкам информации извне. В технологии SDSL используется также голосовая часть спектрального диапазона, поэтому при работе SDSL-модема нельзя параллельно с передачей данных разговаривать по обычному телефону, как это делается при работе ADSL-модема.

Широкое применение доступа через xDSL наносит еще один удар технологии ISDN. При применении этого типа абонентских окончаний пользователь получает еще и интегрированное обслуживание двух сетей: телефонной и компьютерной. Но для пользователя наличие двух сетей оказывается незаметным, для него только ясно, что он может одновременно пользоваться обычным телефоном и подключенным к Интернету компьютером. Скорость же компьютерного доступа при этом превосходит возможности интерфейса PRI сети ISDN при существенно более низкой стоимости, определяемой низкой стоимостью инфраструктуры 1Р-сетей.

Доступ через сети CATV

Кабельное телевидение является одной из телекоммуникационных услуг, для которой была создана собственная разветвленная инфраструктура абонентских окончаний. Хотя кабельное телевидение и уступает по распространенности телефонной сети, тем не менее количество коаксиальных абонентских окончаний, соединяющих дома и квартиры с точками присутствия поставщиков услуг, в некоторых странах стало приближаться к количеству абонентских телефонных окончаний. Учитывая, что коаксиальный кабель обладает гораздо более широкой полосой пропускания (как минимум, 700-800 МГц), абонентское окончание

CATV может вполне справиться с одновременной передачей телефонного, компьютерного и телевизионного трафиков.
Схема использования линий CATV в качестве универсальных окончаний для доступа в Интернет, телефонную сеть и сеть кабельного телевидения нами в общих чертах уже рассматривалась. Именно окончание CATV было выбрано в качестве примера на рис. 22.2. Теперь мы остановимся на некоторых деталях этого вида доступа.

Отличием абонентского окончания CATV является то, что к коаксиальному кабелю по схеме монтажного ИЛИ подключаются одновременно несколько абонентов (рис. 22.13). Это может быть несколько десятков домов или же сотен квартир многоквартирного дома. Поэтому абонентское окончание CATV представляет собой классическую разделяемую среду, которая используется, например, в сетях Ethernet на коаксиальном кабеле.

В отсутствии кабельных модемов оборудование CATV служит для широковещательного распространения телевизионных программ до телевизионных приемников абонентов CATV из источника информации, расположенного в точке присутствия поставщика услуг. Для этого занимается диапазон частот от 50 до 550-868 МГц (точное значение зависит от национальной политики выделения частот). Каждой программе CATV выделяется в этом диапазоне полоса в 6 или 8 МГц, сигнал которой шифруется и может быть дешифрирован приемниками тех абонентов, которые подписались на прием определнной программы.

Для использования такого абонентского окончания в помещении каждого абонента высокоскоростного доступа устанавливается распределитель и кабельный модем, а в точке присутствия — головной модем, который еще называют модемной терминальной станцией (Cable Modem Termination Station, CMTS).

Для двунаправленной передачи компьютерных данных кабельные модемы клиентов и станция CMTS занимают неиспользуемые телевизионными программами частоты. Обычно это диапазон относительно низких частот от 5 до 50 МГц, расположенный ниже частот телевизионных программ, а также диапазон высоких частот выше 550 МГц.

Диапазон низких частот используется для менее скоростного восходящего канала, а диапазон высоких частот — для высокоскоростного нисходящего канала. Скорость передачи данных в восходящем направлении может доходить до 10 Мбит/с, а в нисходящем — до 30-40 Мбит/с. Модемы пользователей могут взаимодействовать только со станцией CMTS.
Так как восходящий и нисходящий каналы разделены по частотам, абонентское окончание CATV образует две разделяемые среды.

Для нисходящего канала CMTS является единственным передатчиком информации, поэтому здесь не возникает конкуренции за доступ к среде. Станция CMTS использует нисходящий канал для передачи по нему кадров данных всем абонентам за счет адресации Ethernet и разделения канала во времени.

Восходящий канал задействуется в режиме множественного доступа всеми кабельными модемами, подключенными к данному абонентскому окончанию. В этой разделяемой среде CMTS играет роль арбитра. Каждый абонентский модем начинает передачу только после того, как получит разрешение на это от головного модема по прямому каналу. Для того чтобы один абонентский модем не занимал канал надолго, CMTS назначает каждому абонентскому модему тайм-слот ограниченного размера. Тайм-слоты распределяются только между активными модемами — это позволяет расходовать ограниченную пропускную способность максимально эффективно. Для вновь подключаемых абонентских модемов предназначены специальные тайм-слоты. При включении абонентский модем использует такой тайм-слот, чтобы оповестить CMTS о своем присутствии в сети. Далее он ожидает, когда ему будет выделен тайм-слот на равных основаниях с другими модемами.

Кабельный модем абонента может иметь разъем для подключения обычного телефона, для которого также выделяется полоса в 4 МГц в нижнем диапазоне частот. В этом случае абонент получает от одного поставщика услуг доступ трех типов: телефонный, компьютерный и телевизионный.
Беспроводной доступ

Мы уже касались особенностей беспроводной передачи данных в предыдущих главах: в главе 10 были рассмотрены общие принципы беспроводной связи, а в главе 14 — технологии беспроводных локальных и персональных сетей. Беспроводная передача данных в последнее время широко используется также для организации доступа, особенно в тех случаях, когда поставщик услуг по какой-то причине не может обеспечить своим клиентам проводной доступ. Чаще всего это случается с альтернативными поставщиками услуг, которые не имеют в своем распоряжении проводных абонентских окончаний к домам клиентов. Другим типичным примером является организация временного высокоскоростного доступа для определенного здания, например при проведении конференции в помещении гостиницы, не оснащенном средствами проводного доступа необходимой пропускной способности.

Беспроводной доступ может быть как фиксированным, так и мобильным.

Фиксированный беспроводной доступ организуется для абонентов, компьютеры которых находятся в пределах ограниченной территории, чаще всего в пределах здания. В таком случае поставщик услуг может использовать направленную антенну и передатчик известной мощности, чтобы обеспечить устойчивый прием высокочастотных сигналов в такой узкой области покрытия, как здание. Если у поставщика услуг имеется достаточно большое количество абонентов фиксированного беспроводного доступа, то он обычно задействует несколько направленных антенн, чтобы покрыть все секторы, в которых находятся его абоненты.

Для беспроводного фиксированного доступа употребляется также термин беспроводное абонентское окончание (Wireless Local Loop, WLL). Этот термин хорошо отражает тот факт, что, несмотря на отсутствие кабелей, абоненты «привязаны» к определенной географической точке, как и в случае проводного абонентского окончания.

Существуют узкополосные и широкополосные беспроводные абонентские окончания. Первый тип не обеспечивает передачу телевизионного сигнала, а только сравнительно низкоскоростной компьютерный трафик (64-128 Кбит/с) и телефонный сигнал. Второй тип обычно основан на системах распространения телевизионного сигнала, поэтому работает с высокочастотными диапазонами и обеспечивает все три вида доступа, причем компьютерные данные передаются обычно со скоростями в несколько сотен килобит в секунду или несколько мегабит в секунду.

К системам последнего типа относятся многоканальная служба распределения (Multichannel Multipoint Distribution Service, MMDS) и локальная служба распределения (Local Multipoint Distribution Service, LMDS). MMDS работает в диапазоне 2,1 ГГц, a LMDS — 30 ГГц в Америке и 40 ГГц в Европе. Обе системы обеспечивают двунаправленную передачу сигналов для абонентов телевизионных, телефонных и компьютерных ус луг. Так как система MMDS работает на существенно более низких частотах, чем LMDS, она обеспечивает гораздо более широкую область покрытия. Одна мачта с направленными антеннами MMDS обычно может обслуживать территорию радиусом в 50 км, в то время как радиус покрытия передатчиков LMDS обычно не превышает 5 км, а в городских условиях он может быть и того меньше. Зато LMDS может обеспечить для своих абонентов более высокие скорости доступа (до 155 Мбит/с).

Как в узкополосных, так и в широкополосных беспроводных абонентских окончаниях используются различные методы мультиплексирования сигналов для одновременной работы своих абонентов в одном секторе направленности антенны, а также для разделения телевизионного, телефонного и компьютерного трафиков. Обычно здесь применяется комбинация приемов FDM и TDM. Например, для каждого типа трафика может быть выделен определенный диапазон частот в соответствии с принципами частотного мультиплексирования. Затем внутри диапазона частот, выделенного для компьютерного трафика, может применяться асинхронное временное мультиплексирование с определенным алгоритмом доступа к общей среде, например с центральным арбитром. Для некоторых абонентов, которым необходима гарантированная полоса пропускания, может применяться синхронное временное мультиплексирование с образованием беспроводных каналов PDH/SDH.

К сожалению, технологии WLL до сих пор во многом являются фирменными с несовместимыми оборудованием доступа и центральными станциями. Для устранения этого недостатка был разработан стандарт IEEE 802.16 (известный под названием WiMAX), который определяет некоторые общие принципы использования частотного диапазона, методов мультиплексирования и предоставляемые услуги. Также этот стандарт предусматривает применение разнообразных методов мультиплексирования, как частотного, так и временного синхронного и асинхронного, чтобы учесть интересы разных производителей оборудования WLL и обеспечить максимальную гибкость таких систем.

Технология 802.11 также может использоваться для фиксированного беспроводного доступа. Однако она применяется в этом качестве не так часто, потому что ориентирована исключительно на компьютерный трафик и игнорирует особенности телефонного и телевизионного трафиков, а именно — доступ с постоянной битовой скоростью. Метод доступа CDMA/CA, описываемый в 802.11, не может обеспечить требуемого уровня QoS для чувствительного к задержкам трафика. Тем не менее некоторые поставщики услуг применяют технологию 802.11 для фиксированного доступа в Интернет тех абонентов, которых удовлетворяет неопределенная пропускная способность. Эта технология также популярна для «кочевого» доступа в зонах временного пребывания абонентов, например в аэропортах или на железнодорожных вокзалах.

Беспроводной мобильный доступ в Интернет предоставляется сегодня в основном операторами мобильных телефонных сетей. Мобильная телефония второго поколения обеспечивает доступ в Интернет, используя в качестве транспорта с коммутацией пакетов протокол GPRS (General Packet Radio Service — служба пакетной радиосвязи общего назначения), который работает в сетях D-AMPS и GSM. Однако скорость такого доступа невысока (всего 2400-9800 Кбит/с). В мобильных сетях третьего поколения, которые только начинают разворачиваться, эта скорость должна существенно возрасти (до 2 Мбит/с).

Выводы
Термин «удаленный доступ» применяется в том случае, когда говорят о доступе домашних пользователей или сотрудников мелких филиалов предприятий к ресурсам Интернета или корпоративной сети.

Существуют различные категории клиентов удаленного доступа, отличающиеся используемыми абонентскими окончаниями, наличием или отсутствием домашней локальной сети, требованиями к скорости доступа и типом ресурсов, к которым требуется обеспечить доступ (ресурсы публичного домена Интернета или корпоративной сети).

Поставщик услуг обычно стремится сделать абонентское окончание универсальным, то есть способным передавать трафик трех основных терминальных устройств массового пользователя: телефона, телевизора и компьютера.
Базовым сервисом удаленного доступа является режим удаленного узла, когда компьютер пользователя становится узлом локальной сети поставщика услуг или своего предприятия.

Особым режимом удаленного доступа является удаленное управление, когда компьютер пользователя эмулирует терминал, подключенный к другому компьютеру. Удаленное управление позволяет пользователю получить полный контроль над другим компьютером и запускать на нем любые приложения. Это удобно для пользователя, но представляет большую потенциальную опасность для корпоративных ресурсов.

Наиболее старым видом удаленного доступа является коммутируемый доступ через аналоговые окончания PSTN. С помощью обычного модема компьютер устанавливает в телефонной сети соединение с сервером удаленного доступа, подключенного к сети с коммутацией пакетов.

Фиксированная полоса пропускания в 4 кГц, выделяемая пользователям телефонной сети, принципиально ограничивает скорость передачи обычных модемов. Модемы V.90 обеспечивают восходящую скорость до 33,6 Кбит/с и нисходящую скорость до 56 Кбит/с, но в последнем случае только тогда, когда все транзитные телефонные коммутаторы от клиента до сервера удаленного доступа являются цифровыми.

Технология ISDN была разработана для создания универсальной сети, оказывающей, в том числе, услуги компьютерного доступа. Однако сегодня ее скорость передачи (128 Кбит/с) считается слишком низкой для доступа массовых клиентов к мультимедийной информации.

Технология ADSL полностью использует полосу пропускания телефонного абонентского окончания, деля ее натри канала: дуплексный голосовой, восходящий (до 1 Мбит/с) и нисходящий (до 24 Мбит/с) компьютерные. Ограничение на полосу пропускания для абонента телефонной сети в 4 кГц не влияет на работу ADSL-модемов, так как компьютерные данные в ближайшей точке присутствия ответвляются в сеть с коммутацией пакетов.

Кабельные модемы работают на коаксиальном абонентском окончании CATV, которое является разделяемой средой для нескольких абонентов, подключенных к одному и тому же кабелю. Широкая полоса пропускания коаксиального кабеля обеспечивает восходящую скорость до 10 Мбит/с, а нисходящую — до 30-40 Мбит/с.

Для фиксированного беспроводного доступа служит множество фирменных технологий, обеспечивающих доставку пользователю телефонной, телевизионной и компьютерной информации. Для предоставления разнообразных услуг такой доступ требует сочетания частотного и временнбго мультиплексирования, а также коммутации каналов и пакетов.

Мобильный доступ пока существует в виде дополнительной низкоскоростной услуги по передаче данных через сотовые телефонные сети второго поколения. Стандарты сетей третьего поколения предусматривают более высокие скорости передачи данных, но их внедрение только начинается.
Вопросы и задания
1. Каким образом может оказывать услуги доступа поставщик услуг, который не владеет кабельными абонентскими окончаниями? Варианты ответов:

а) арендовать абонентские окончания у провайдера, которому они принадлежат;
б) заключить с провайдером, которому принадлежат абонентские окончания, договор на направление трафика пользователей в свою сеть;
в) организовать радиодоступ для клиентов.
2. Какие характеристики клиентов удаленного доступа нужно принимать во внимание при организации такого доступа?
3. Какое абонентское окончание можно назвать универсальным?
4. В режиме удаленного управления:

а) компьютер пользователя работает как монитор удаленного компьютера;
б) невозможно обмениваться файлами с удаленным компьютером;
в) локальный и удаленный компьютеры являются равноправными.
5. Какой вид доступа используется при конфигурировании маршрутизаторов?
6. Почему скорости обычных (коммутируемых) модемов намного уступают скоростям ADSL-модемов и кабельных модемов? Варианты ответов:

а) коммутируемый модем в отличие от ADSL-модема не поддерживает параллельную обработку кадров;
б) полоса пропускания, доступная коммутируемому модему, существенно уже;
в) коммутируемый модем использует телефонную сеть «из конца в конец», а ADSL-модем — нет.
7. К устройству какого уровня в терминах модели OSI можно отнести модем?

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь