Технологии ускоренного доступа к Internet через абонентские окончания телефонных и кабельных сетей

Сегодня многие телекоммуникационные компании разных стран мира начали активно внедрять различные варианты цифровых абонентских линий (DSL), В последнее время наибольшее внимание специалистов привлекла технология асимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL), но помимо нее пользователям предложены также службы симметричной цифровой абонентской линии (SDSL), цифровой абонентской линии с переменной скоростью (Rate Adaptive DSL, RADSL) и сверхбыстрой цифровой абонентской линии (Very high-speed DSL, VDSL).

Цифровые абонентские окончания появились достаточно давно - впервые их ввели первичные сети каналов Т1/Е1, Цифровое абонентское окончание High-speed DSL (HDSL) работает по 4-проводной линии со скоростью до 1,544 или 2,048 Мбит/с. Цифровое абонентское окончание сети ISDN работает по 2-проводному окончанию со скоростью 128 Кбит/с.

Однако сегодня пользователям хотелось бы получить доступ к Internet (и через Internet к своим корпоративным сетям) с помощью стандартного 2-проводного телефонного окончания, установив при этом на своем домашнем компьютере какое-нибудь устройство типа модема. Перечисленные выше технологии позволяют это сделать с помощью специальных модемов.

Эти технологии рассчитаны на высокоскоростную передачу данных на коротком отрезке витой пары, соединяющей абонента с ближайшей телефонной АТС, то есть на решение проблемы «последней мили», отделяющей потребителя от поставщика услуг. В то время как обычные модемы (V.34, V.34+) рассчитаны на работу с полосой пропускания в 3100 Гц через сеть с произвольным количеством коммутаторов, модемы *DSL могут получить в свое распоряжение полосу порядка 1 МГц - эта величина зависит от длины кабеля до АТС и сечения используемых проводов. Отличия условий работы модемов *DSL от обычных модемов показаны на рис. 6.38 на примере ADSL-модемов.

Рис. 6.38. Отличия условий роботы ADSL-модемов от обычных модемов

ADSL-модемы, подключаемые к обоим концам короткой линии между абонентом и АТС, образуют три канала: быстрый канал передачи данных из сети в компьютер, менее быстрый дуплексный канал передачи данных из компьютера в сеть и простой канал телефонной связи, по которому передаются обычные телефонные разговоры. Передача данных в канале «сеть-абонент» происходит со скоростью от 1,5 до 6 Мбит/с, в канале «абонент-сеть» - со скоростью от 16 Кбит/с до 1 Мбит/с. В обоих случаях конкретная величина скорости передачи зависит от длины и качества линии. Асимметричный характер скорости передачи данных вводится специально, так как удаленный пользователь Internet или корпоративной сети обычно загружает данные из сети в свой компьютер, а в обратном направлении идут либо квитанции, либо поток данных существенно меньшей скорости. Для получения асимметрии скорости полоса пропускания абонентского окончания делится между каналами также асимметрично.

На дальнем конце абонентского окончания должен располагаться так называемый мультиплексор доступа ADSL - ADSLAM. Этот мультиплексор выделяет подканалы из общего канала и отправляет голосовой подканал в 3100 Гц на АТС, а высокоскоростные каналы данных направляет на маршрутизатор, который должен находиться рядом с ADSLAM.

Одно из главных преимуществ технологии ADSL по сравнению с аналоговыми модемами и протоколами ISDN и HDSL - то, что поддержка голоса никак не отражается на параллельной передаче данных по двум быстрым каналам. Причина подобного эффекта состоит в том, что ADSL основана на принципах разделения частот, благодаря чему голосовой канал надежно отделяется от двух других каналов передачи данных. Такой метод передачи гарантирует надежную работу канала POTS даже при нарушении питания ADSL-модема. Никакие конкурирующие системы передачи данных не обеспечивают работу обычного телефонного канала столь же надежно. Хотя технологии ISDN и HDSL поддерживают режим обычной телефонной связи, для ее установления они требуют организации специального канала с пропускной способностью 64 Кбит/с.

Маршрутизатор, расположенный в здании АТС, должен соединяться выделенным высокоскоростным каналом с другим маршрутизатором Internet (или другой сети с коммутацией пакетов). Если центральная сеть предприятия подключена к Internet через выделенный высокоскоростной канал, то все удаленные пользователи, у которых установлены модемы ADSL, получают высокоскоростной доступ к сети своего предприятия на тех же телефонных каналах, которые всегда соединяли их с городской АТС.

Широкое распространение технологий *DSL должно сопровождаться некоторой перестройкой работы поставщиков услуг Internet и поставщиков услуг телефонных сетей, так как их оборудование должно теперь работать совместно.

Стандарт на ADSL-модемы уже принят. Правда, он узаконил только один из реализованных в этой технологии видов кодирования - DMT, в то время как более дешевое САР - кодирование, используемое некоторыми разработчиками этой технологии, пока не является стандартным. Модемы *DSL являются частным случаем модемов, работающих на коротких ненагруженных линиях. Еще до появления технологий ADSL и ей подобных, модемы short range или short haul применялись для связи не очень удаленных между собой сетей и компьютеров. Этот класс модемов включал как очень простые устройства, так называемые драйверы линий, которые не модулировали сигнал, а просто являлись усилителями, так и сложные модемы, способные работать со скоростью до 2,048 Мбит/с (например, модемы компании RAD Data Communications).

Кроме абонентских окончаний телефонных сетей в последнее время для скоростного доступа к Internet стали применять абонентские окончания кабельного телевидения. Для этих целей уже разработан специальный вид модемов - кабельные модемы. В кабельных модемах используется имеющийся коаксиальный 75-омный телевизионный кабель для передачи данных из сети в компьютер со скоростью до 30 Мбит/с, а из компьютера в сеть - со скоростью до 10 Мбит/с. При этом качество передаваемых сигналов очень высокое.

Высокоскоростные абонентские окончания создают для поставщиков услуг Internet дополнительную проблему - им необходимо иметь очень скоростные каналы доступа к остальной части Internet, так как 10 абонентов с трафиком по 8 Мбит/с создают общий трафик в 80 Мбит/с, который качественно можно передать только с помощью технологий SONET/SDH или АТМ. Ведущие поставщики услуг Internet, например UUCP, такие каналы уже имеют.

Выводы

· Удаленный доступ характеризуется использованием глобальных транспортных служб, несимметричностью взаимодействия и большим количеством удаленных пользователей.

· При удаленном доступе в основном используются аналоговые телефонные сети и ISDN - ввиду их распространенности и невысокого уровня оплаты при соединениях небольшой длительности.

· Удаленные пользователи подключаются к специальному устройству центральной сети - серверу удаленного доступа (RAS), которое работает в режиме маршрутизатора или шлюза в зависимости от протоколов, используемых удаленным пользователем.

· Наиболее универсальным режимом удаленного доступа является режим удаленного узла, при котором компьютер пользователя является узлом локальной сети предприятия со всеми его возможностями, но только подключенным к сети через низкоскоростной канал по протоколу РРР.

· Связь с центральной локальной сетью по инициативе удаленного пользователя называется режимом dial-in (основной режим), а по инициативе пользователя центральной сети - dial-out.

· Режимы терминального доступа и удаленного управления позволяют удаленному пользователю подключиться к компьютеру центральной сети в режиме, имитирующем работу локального терминала. Этот режим очень экономно расходует полосу пропускания глобального канала и рекомендуется для тех случаев, когда необходим низкоскоростной канал - 4800 или 9600 бит/с.

· Для удаленного доступа может использоваться режим электронной почты, который автоматически поддерживается многими приложениями, в том числе СУБД, для получения запросов и отправки ответов.

· Для экономичного удаленного доступа в последнее время часто используется двухступенчатая схема доступа, в которой на первом этапе удаленный пользователь подключается через местную телефонную сеть к местному поставщику услуг Internet, а через Internet выполняется второй этап подключения - к центральной сети, расположенной в другом городе или другой стране.

· Для скоростного доступа к Internet через инфраструктуру абонентских окончаний телефонных аналоговых сетей или сетей кабельного телевидения разработаны новые технологии цифрового абонентского окончания - технологии *DSL, из которых наибольший интерес представляет технология асимметричного доступа ADSL.

Вопросы и упражнения

· Чем отличаются модемы от устройств DSU/CSU?

· Предприятие решило создать собственную глобальную сеть. Какой тип глобальных связей будет наиболее эффективен, если предприятию необходимо соединить локальную сеть в штаб-квартире с тремя локальными сетями региональных подразделений, расположенных в разных городах? Средняя интенсивность трафика между сетями подразделений и центральной сетью оценивается диапазоном значений от 500 Кбит/с до 1 Мбит/с.

· Вы убедились, что модем устойчиво работает на выделенном 2-проводном канале как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Какой режим вы предпочтете?

· К устройству какого уровня в терминах модели OSI можно отнести современный модем?

· Можно ли использовать обычное абонентское окончание телефонной аналоговой сети, имеющееся в офисе, для подключения к каналу Е1?

· Каким видом услуг цифровых сетей можно воспользоваться, если необходимо соединить две локальные сети, находящиеся в разных городах, причем интенсивность межсетевого трафика составляет от 100 до 180 Кбит/с?

· Сколько каналов Т1 можно передать в одном канале STS-1?

· Может ли сеть Х.25 работать без устройств PAD?

· Какие устройства необходимо применить для подключения мэйнфрейма, имеющего только интерфейсы RS-232C, к локальной сети Ethernet, если известно, что сетевые адаптеры Ethernet для этого мэйнфрейма не выпускаются?

· Каким образом пользователь может подключиться к встроенному устройству PAD через телефонную сеть, если он работает за терминалом, который не поддерживает процедуры вызова абонента через телефонную сеть автоматически?

· Какую услугу ISDN целесообразно использовать, если к этой сети подключены с помощью терминальных адаптеров два персональных компьютера и им нужно постоянно обмениватьсяданными со скоростью 2400 бит/с с пульсациями до 9600 бит/с, причем величины задержек пакетов не являются критичными?

· Какую услугу ISDN целесообразно использовать, если к этой сети подключены с помощью маршрутизаторов две локальные сети, причем межсетевой трафик имеет интенсивность от 100 до 512 Кбит/с в течение длительного периода времени?

· Сравните количество кадров, которое порождает обмен двумя сообщениями TCP (посылка данных и получение квитанции) между двумя конечными хостами, соединенными одним промежуточным коммутатором для случаев, когда этот коммутатор является коммутатором Х.25 и когда этот коммутатор является коммутатором frame relay?

· В каком случае процент дошедших кадров через сеть frame relay до конечного узла будет выше: когда услуга заказана на основании параметров CIR, В_с и B_e или когда услуга заказана на основании только параметров CIR и В_с (подразумевается, что значения параметров CIR и В_с в обоих случаях совпадают). Сеть frame relay недогружена, а узел-источник отправляет данные со скоростью, часто значительно превышающей CIR?

· Если у вашего предприятия появилась необходимость соединить многочисленные сети филиалов с центральной сетью и между собой, но в распоряжении имеются только выделенные аналоговые каналы с установленными синхронными модемами 19,2 Кбит/с, то какую технологию из следующих вы выберете: Х.25, frame relay или АТМ? Обоснуйте факторы, которые повлияют на ваше решение.

· Для какой из категории услуг сеть АТМ явно управляет потоком данных? Почему для других категорий услуг управление потоком данных не используется?

· Вы хотите вручную настроить постоянный виртуальный канал в двух корпоративных сетях АТМ, соединенных публичной сетью АТМ. Вы не хотите, чтобы ваши номера VCI зависели от номеров виртуальных каналов, используемых администратором в публичной сети АТМ. Какой вид коммутации вы закажете у поставщика услуг публичной сети АТМ?

· Вы купили модем V.90 и связываетесь по телефонной сети со своим знакомым, который также использует модем V.90. Вы уверены, что все АТС на пути между вами и вашим знакомым работают в цифровом режиме. На какой скорости вы получите соединение со своим знакомым?

· В каких случаях выгоднее использовать для удаленного доступа: сеть ISDN с интерфейсом B+D, выделенный цифровой канал 64 Кбит/с, постоянный виртуальный канал frame relay с CIR=64 Кбит/с?

· Вы соединили две локальные сети удаленным мостом, работающим через постоянный виртуальный канал в сети frame relay. Сессия протокола NetBEUI между компьютерами разных сетей часто разрывается, в то же время в том случае, когда компьютеры принадлежат одной локальной сети, их взаимодействие протекает без проблем. В чем может быть причина такой ситуации?

Средства анализа и управления сетями

Любая сложная вычислительная сеть требует дополнительных специальных средств управления помимо тех, которые имеются в стандартных сетевых операционных системах. Это связано с большим количеством разнообразного коммуникационного оборудования, работа которого критична для выполнения сетью своих основных функций. Распределенный характер крупной корпоративной сети делает невозможным поддержание ее работы без централизованной системы управления, которая в автоматическом режиме собирает информацию о состоянии каждого концентратора, коммутатора, мультиплексора и маршрутизатора и предоставляет эту информацию оператору сети. Обычно система управления работает в автоматизированном режиме, выполняя наиболее простые действия по управлению сетью автоматически, а сложные решения предоставляя принимать человеку на основе подготовленной системой информации. Система управления должна быть интегрированной. Это означает, что функции управления разнородными устройствами должны служить общей цели обслуживания конечных пользователей сети с заданным качеством.

Сами системы управления представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, поэтому существует граница целесообразности применения системы управления - она зависит от сложности сети, разнообразия применяемого коммуникационного оборудования и степени его распределенности по территории. В небольшой сети можно применять отдельные программы управления наиболее сложными устройствами, например коммутатором, поддерживающим технику VLAN. Обычно каждое устройство, которое требует достаточно сложного конфигурирования, производитель сопровождает автономной программой конфигурирования и управления. Однако при росте сети может возникнуть проблема объединения разрозненных программ управления устройствами в единую систему управления, и для решения этой проблемы придется, возможно, отказаться от этих программ и заменить их интегрированной системой управления.