1.3 Технологии локального уровня

Для организации локальной сети использовались технологии, описанные раннее. Это GPON и Gigabit Ethernet. Наряду с ними использовались Fast Ethernet, , HomePlug, Wi-Fi (802.11b), ADSL.

1.3.1 Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)

а)100BASE-T — общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

б)100BASE-TX, IEEE 802.3u — развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.

в)100BASE-T4 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.

г)100BASE-T2 — стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Мбит/с. Практически не используется.

д) 100BASE-FX — вариант Fast Ethernet с использованием волоконно-оптического кабеля. В данном стандарте используется длинноволновая часть спектра (1300 нм) передаваемая по двум жилам, одна для приёма (RX) и одна для передачи (TX). Длина сегмента сети может достигать 400 метров (1 310 футов) в полудуплексном режиме (с гарантией обнаружения коллизий) и двух километров (6 600 футов) в полнодуплексном при использовании многомодового волокна. Работа на больших расстояниях возможна при использовании одномодового волокна. 100BASE-FX не совместим с 10BASE-FL, 10 Мбит/с вариантом по волокну.

е)100BASE-SX — стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.

ж)100BASE-FX WDM — стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой — на 1550 нм.

з) 100BASE-BX — вариант Fast Ethernet по одножильному волокну. Используется одномодовое волокно, наряду со специальным мультиплексором, который разбивает сигнал на передающие и принимающие волны.

и) 100BASE-LX — 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптического кабеля. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме по паре одномодовых оптических волокон.

1.3.2 Стандарт IEEE 802.11

IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 0.9, 2.4, 3.6, и 5 ГГц.

На базе стандарта IEEE 802.11 существует торговая марка для беспроводных сетей под названием Wi-Fi Alliance. Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа (так называемый режим infrastructure) и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с – наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

К преимуществам Wi-Fi относят:

а) он позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями;

б) он позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам;

в) Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

К Недостаткам Wi-Fi:

а) частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; в Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Белоруссия и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора;

б) в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ (эффективная изотропно-излучаемая мощность (в англ. EIRP – Effective Isotropically Radiated Power) - мощность, которую должна излучать ненаправленная антенна вместо данной антенны, чтобы в направлении максимума излучения данной антенны уровень сигнала был такой же, как при приёме от данной антенны), превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации(дБм, или dBm – опорный уровень – это мощность в 1 мВт; которая обычно определяется на номинальной нагрузке);

в) самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены.

г) Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия. Типичный домашний маршрутизатор Wi-Fi стандарта 802.11g/802.11n имеет радиус действия 100 м в помещении и 300 м снаружи. Микроволновая печь или зеркало, расположенные между устройствами Wi-Fi, ослабляют уровень сигнала. Расстояние зависит также от частоты;

д) наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа, например, в больших многоквартирных домах, где многие жильцы ставят свои точки доступа Wi-Fi.

Работа над стандартом IEEE 802.11b (др. назв. — IEEE 802.11 High rate, высокая пропускная способность) была закончена в 1999 году, и именно с ним связано название Wi Fi . Работа стандарта основана на методе прямого расширения спектра (DSSS) с использованием восьмиразрядных последовательностей Уолша. При этом каждый бит данных кодируется с помощью последовательности дополнительных кодов (CCK). Это позволяет достичь скорости передачи данных 11 Мбит/с. Как и базовый стандарт, IEEE 802.11b работает с частотой 2,4 ГГц, используя не более трех неперекрывающихся каналов. Радиус действия сети при этом составляет около 300 м. Этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей.

Отличительной особенностью этого стандарта является то, что при необходимости скорость передачи данных может уменьшаться вплоть до 1 Мбит/с. Напротив, обнаружив, что качество сигнала улучшилось, сетевое оборудование автоматически повышает скорость передачи до максимальной.

Стандарт IEEE 802.11n был утвержден 11 сентября 2009 года.

Стандарт 802.11n повышает скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с (стандарт IEEE 802.11ac до 1.3 Гбит/с), применяя передачу данных сразу по четырем антеннам. По одной антенне — до 150 Мбит/с.

Устройства 802.11n работают в диапазонах 2,4—2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трёх режимах:

а) наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

б) смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

в) «чистом» режиме — 802.11n (именно в этом режиме и можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальностью передачи данных, обеспечиваемыми стандартом 802.11n).

Непересекающихся каналов, которые не мешают друг другу, на частоте 2,4 ГГц всего три (например, 1-й, 6-й и 11-й). То есть, если у соседа за стеной работает точка доступа на 1-м канале, а у вас дома на 3-м, то эти точки доступа будут мешать друг другу, тем самым уменьшая скорость передачи данных. Устройства стандарта 802.11n могут работать в одном из двух диапазонов — 2,4 или 5 ГГц. Это намного повышает гибкость их применения, позволяя отстраиваться от источников радиочастотных помех.

Ключевой компонент стандарта 802.11n под названием MIMO (Multiple Input, Multiple Output — много входов, много выходов) предусматривает применение пространственного мультиплексирования с целью одновременной передачи нескольких информационных потоков по одному каналу, а также многолучевое отражение, которое обеспечивает доставку каждого бита информации соответствующему получателю с небольшой вероятностью влияния помех и потерь данных. Именно возможность одновременной передачи и приема данных определяет высокую пропускную способность устройств 802.11n.

1.3.3 HomePlug AV

HomePlug- технология для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голосовой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. 

PLC-технология HomePlug AV (PLC — Power Line Communication/Carrier), разработанная группой компаний HomePlug Powerline Alliance, позволяет использовать бытовую электропроводку для высокоскоростной передачи данных — от одной розетки к любой другой. Максимальная дальность соединения достигает 300 метров, а бетонные перекрытия и стены любой толщины не являются препятствиями. Можно подключить Powerline-адаптеры в разных комнатах, например в одной комнате — к интернет-центру, а в другой — к ресиверу IPTV, и наслаждаться просмотром видео без необходимости создания кабельной сети и каких-либо дополнительных настроек.

Максимальная скорость 200 Мбит/с, заявленная стандартом HomePlug AV, относится к физическому уровню и используется для передачи как пользовательских данных, так и служебной информации, на которую приходится около 60% пропускной способности сети HomePlug. Реальная скорость (например, передачи видеопотока) даже в условиях помех составляет от 40 до 70 Мбит/с. При передачи файлов с компьютера на компьютер скорость может снижаться из-за добавления накладных расходов протоколов SMB и TCP.

Подобно беспроводным технологиям Wi-Fi стандарт HomePlug AV помогает пользователям упростить процесс создания компьютерной сети в помещении, предоставляет свободу размещения оборудования и избавляет от необходимости прокладки новых кабелей (например, на арендуемой площади). Ключевые преимущества технологии HomePlug AV над Wi-Fi 802.11g/n:

а) дальность (300 м) и устойчивость скорости (не менее 40–50 Мбит/с) связи в пределах произвольного помещения независимо от числа стен и перекрытий, а также наличия свободных радиоканалов;

б) отсутствие ограничений на скорость передачи multicast-потоков;

в) сходство топологии сети с шинной организацией, где два соседних устройства общаются между собой напрямую по кратчайшему пути, минуя коммутирующее устройство (точку доступа).

1.4 Технология подключения удаленных абонентов

Для подключения удаленных абонентов использовались технологии, описанные раннее. Это GPON и Gigabit Ethernet и стандарт 802.11.n. Наряду с ними использовался SHDSL

1.4.1 SHDSL

SHDSL (Single-pair High-speed Digital Subscriber Line, ITU G.991.2) – одна из xDSL технологий, описывающая метод передачи сигнала по паре медных проводников. Используется преимущественно для решения проблемы «последней мили», т.е. соединения абонентов с узлом доступа провайдера.

По стандарту технология SHDSL обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных со скоростями от 192 Кбит/с до 2.3 Mбит/c (с шагом в 8 Кбит/с) по одной паре проводов, соответственно от 384 кбит/c до 4,6 Mбит/c.м. по двум парам. При использовании методов кодирования TC-PAM128 , стало возможным повысить скорость передачи до 15,2 Мбит/сек по одной паре и до 30.4 Мбит/сек по двум парам соответственно.

В 1998 году в международном союзе электросвязи (ITU-T) началась работа над G.shdsl, и он был принят в феврале 2001 года как стандарт G.991.2. Европейской версией этого стандарта занимается и ETSI, сейчас он оформлен в виде спецификации TS 101524.

В основу G.shdsl легли идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Используя линейное кодирование и модуляцию HDSL2, удалось снизить влияние на соседние линии ADSL при скоростях более 784 Кбит/с. Так как новая система использует более эффективное линейное кодирование (TC-PAM) по сравнению с 2B1Q, то при любой скорости сигнал SHDSL занимает более узкую частотную полосу. Следовательно, и помехи от новой системы на другие xDSL имеют меньшую мощность, нежели помехи от HDSL 2B1Q. Также G.shdsl имеет форму спектральной плотности сигнала, обеспечивающую практически идеальную совместимость с сигналами ADSL.

Варианты SHDSL, использующие одну пару проводов, обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно, надежности изделия, по сравнению с двухпарными вариантами. Стоимость снижается на 30% для модемов и 40% для регенераторов, т. к. для каждой из пар необходим приемопередатчик HDSL, линейные цепи, элементы защиты и пр.

Для поддержки клиентов различного уровня было решено сделать возможность выбора скорости передачи сигнала. Благодаря этому операторы могут выстроить маркетинговую политику, наиболее приближенную к потребностям клиентов. Кроме того, можно добиться увеличения дальности передачи без использования регенераторов, уменьшая скорость. При максимальной скорости (для провода 0,4 мм) рабочая дальность составляет около 3,5 км, а при минимальной — свыше 6 км. Также есть возможность одновременного использования двух пар, что позволяет увеличить предельную скорость в два раза. В настоящее время максимальная стабильная скорость передачи данных по одной медной паре достигает 15296 Кбит/сек.

2 Описание используемого оборудования

2.1 Оборудование станции Старый оскол

2.1.1 Metropolis ADM Universal Shelf - мультисервисная платформа SDH уровня STM-16/STM-64

Система предоставляет сервисы Ethernet, PDH и SDH и может применяться в городских магистральных сетях и сетях доступа. Оборудование поддерживает скорости STM-1, STM-4, STM-16 и STM-64.

Дополнительная карта Lucent WaveStar TransLAN обеспечивает подключение локальных сетей Ethernet и содействует миграции от TDM к мультисервисным технологиям. Эффективный транспорт голоса и данных по сети SDH достигается за счет виртуальной конкатенации, используемой для гибкого распределения полосы пропускания между каналами SDH (от 2 до 1000 Мбит/с). Дополнительные функции IEEE 802.1Q (VLAN tagging) способствуют снижению стоимости оборудования ISP за счет снижения потребности в сетевых маршрутизаторах и интерфейсах.

Применение:

а) Широкополосная передача голоса и данных в сетях доступа;

б) Связь локальных сетей Fast Ethernet (10/100BASE-T) и GbE;

в) Доступ в Интернет;

г) Соединение маршрутизаторов ISP.

Единая аппаратная платформа для городских сетей:

а) Широкополосный мультиплексор (вывод E1 из STM-64/16/4) с реальными функциями кросс-коммутации низкого порядка;

б) Полная поддержка системы оптического управления Navis;

в) Карта WaveStar TransLAN поддерживает E/FE/GbE, а также виртуальную конкатенацию, Rapid Spanning Tree Protocol, LCAS и транкинг VLAN.

Широкий спектр предлагаемых услуг:

а) Доступ по выделенным линиям PDH (от E1 до DS3);

б) Доступ по выделенным линиям SDH (от STM-1o/e до STM-16);

в) Ethernet (частная линия Ethernet, частная ЛВС, виртуальная частная ЛВС).