2.4.2. Доступ в Internet
Доступ в Internet в ТТИ ЮФУ был открыт 10 марта 1996 года, причем автор был одним из немногих свидетелей первого выхода в Сеть.
Организация и варианты доступа. Следует различать услуги операторов связи и услуги Internet-провайдеров. Если оператор связи предоставляет линии коммуникации, то провайдер – сервис доступа в Internet. Поэтому для доступа в Internet необходимы как услуги провайдера, так и услуги оператора связи. Довольно часто встречаются случаи, когда оператор связи сам выступает в качестве провайдера, но в отличие от специализированных Internet-провайдеров, он обычно поддерживает только свои телекоммуникационные линии. Доступ в Сеть предоставляет множество организаций – свои в каждом городе [5].
Пользователям предоставляется самый широкий выбор средств связи. Среди проводных соединений это выделенные каналы тональной частоты, цифровые каналы (в том числе ISDN), сети frame relay, обычные аналоговые линии. При желании и наличии больших денег клиенты могут получить даже ATM. В принципе, соединение с провайдером может идти по различным каналам: коммутируемому телефонному, выделенному, на основе беспроводной или спутниковой связи, по сети кабельного телевидения или даже по силовым линиям.
Известны следующие варианты подключения к Internet:
коммутируемое (сеансное) подключение к аналоговому телефонному каналу через модем (14,4 Кбит/с и выше). Провайдер даст номер телефона, по которому Вы будете дозваниваться (режим dial-up) по модему и соединяться по протоколу лучше PPP или SLIP. Номер своего телефона задается как параметр при установке драйвера получения соединения PPP. SLIP и PPP могут работать по стандартным телефонным линиям через стандартные модемы со скоростями передачи 14,4 Кбит/с, 28,8 Кбит/с и выше по протоколам V.34, V.34+ и др.;
коммутируемое подключение через ADSL и ее модификации ADSL2 и ADSL2+;
коммутируемое подключение через ISDN (64-384 Кбит/с), когда телефонный канал доступа может быть полностью цифровым;
к выделенному телефонному каналу через модем 56 Кбит/с или иной и маршрутизатор;
к выделенному каналу арендованного провайдером тракта Т1 (1,544 Мбит/с);
по технологиям ГС (frame relay до 2 Мбит/с, ATM);
через общую с соседями по дому/району ЛС Ethernet (10 Мбит/с);
через сеть кабельного телевидения;
через обычную электросеть;
по технологии GPRS – с помощью мобильного телефона или специального устройства;
радиодоступ по беспроводным технологиям WiMAX и 3G.
Технологии ускоренного доступа в Internet через абонентские окончания телефонных и кабельных сетей. Сегодня многие телекоммуникационные компании разных стран начали активно внедрять различные варианты цифровых абонентских линий (Digital Subscriber Line, DSL). В последнее время наибольшее внимание специалистов привлекла технология асимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric DSL, ADSL). Но кроме нее разработаны также службы: симметричной цифровой абонентской линии (SDSL); цифровой абонентской линии с переменной скоростью (Rate Adaptive DSL, RADSL); быстрой и сверхбыстрой цифровой абонентской линии (High-speed DSL, HDSL и Very high-speed DSL, VDSL) [6].
Цифровые абонентские окончания появились достаточно давно – впервые их ввели первичные сети каналов T1/E1. Цифровое абонентское окончание 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 варианту со скоростью 128 Кбит/c.
Однако сегодня пользователям хотелось бы получить доступ в Internet (и далее к своим корпоративным сетям) с помощью стандартного 2-проводного телефонного окончания, установив при этом на своем домашнем ПК специальный модем. Упомянутые технологии позволяют это сделать. Они рассчитаны на высокоскоростную передачу данных на коротком отрезке витой пары, соединяющей абонента с ближайшей АТС, то есть на решение известной проблемы «последней мили», отделяющей потребителя от поставщика услуг. В то время, как обычные модемы, работающие по протоколам V.34, V.34+, рассчитаны на работу с полосой пропускания в 3100 Гц через сеть с произвольным числом коммутаторов, DSL-модемы могут получить в свое распоряжение полосу порядка 1 МГц (эта величина зависит от длины кабеля до АТС и сечения используемых проводов).
Отличия условий работы DSL-модемов от обычных состоят в следующем. ADSL-модемы, подключаемые к обоим концам короткой линии между абонентом и АТС, образуют 3 канала:
быстрый канал передачи данных «сеть-абонент» (1,5 – 8 Мбит/с);
менее быстрый дуплексный канал передачи данных «абонент-сеть» (16 Кбит/с – 1 Мбит/с);
простой канал городской телефонной связи, по которому передаются обычные телефонные разговоры.
Для первых двух каналов 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 короткие квитанции, либо поток данных существенно меньшего объема, требующие меньшей скорости. Для получения асимметрии скорости полоса пропускания абонентского окончания делится между каналами также асимметрично.
Архитектура ADSL представлена на рис.1.17. На дальнем конце абонентского окончания должен располагаться так называемый мультиплексор доступа ADSL (ADSL Access Multiplexer, ADSLAM). Требуется выделить подканалы из общего канала и отправить голосовой подканал (3100 Гц) на АТС, а высокоскоростные каналы данных – на маршрутизатор, который должен находиться рядом с ADSLAM [6].
Технология организации доступа такова: на обоих концах абонентской линии (и у пользователя, и на АТС) ставятся специальные устройства – сплиттеры, которые разделяют по частоте потоки данных и голоса. В сплиттере есть разъемы, позволяющие подсоединить к нему обыкновенный телефон и ADSL-модем. Сам модем – внешний, чтобы подключить его к компьютеру, нужно иметь сетевую плату.
Сплиттер
Сплиттер
Рис.1.17. Архитектура ADSL
Одно из главных преимуществ технологии ADSL по сравнению с использованием аналоговых модемов и протоколов ISDN и HDSL состоит в том, что здесь поддержка голоса никак не отражается на параллельной передаче данных по первым двум быстрым каналам. Это происходит потому, что ADSL основана на принципах разделения частот, благодаря чему голосовой канал надежно отделяется от двух других каналов. Такой метод передачи гарантирует надежную работу аналогового телефонного канала даже при нарушении питания ADSL-модема. Никакие конкурирующие системы передачи данных не обеспечивают работу обычного телефонного канала столь надежно. Хотя и технологии ISDN и HDSL поддерживают режим обычной телефонной связи, но 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.
Для ADSL-модемов реализованы различные виды кодирования: первый стандартный – DMT, а также дешевое CAP-кодирование. DSL-модемы 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 (драйверы линий), которые не модулировали сигнал, а просто были усилителями, так и сложные модемы, способные работать со скоростью до 2,048 Мбит/с.
Кроме абонентских окончаний телефонных сетей в последнее время для скоростного доступа в Internet стали применять абонентские окончания кабельного телевидения. Для этих целей уже разработан специальный вид модемов – кабельные модемы. Они используют имеющийся коаксиальный телевизионный кабель (75 Ом) для передачи данных из сети в компьютер со скоростью до 30 Мбит/с, а обратно в сеть – 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 создадут общий трафик 80 Мбит/с, который качественно можно передать уже только с помощью технологий SONET/SDH или ATM. Ведущие поставщики услуг Internet (например, UUCP) такие каналы уже имеют.
Стандарт ADLS2 (2002 г.). В нем улучшены спектральная и канальная эффективность, алгоритмы модуляции, инициализации канала и адаптивного выбора скорости передачи данных. ADSL2 максимально использует пропускную способность соединения. Он имеет возможность распределять информацию по нескольким каналам, задействовать пустующий «исходящий», когда «входящий» особенно перегружен, и иными способами ускорять работу соединения. Такая модернизация позволила увеличить скорость до 12 Мбит/с и длину соединения. Улучшены и способы автоматической диагностики на обоих концах соединения. Кроме того, введены дополнительные энергосберегающие режимы для периодически неактивной линии [30].
Претерпел изменение и объём служебной информации, автоматически проходящей вместе с «полезным» объёмом трафика. Объём необходимой служебной информации составляет 4-32 Кбит/с. Ранее, в некоторых случаях при соединении ADSL на служебную информацию отводилось 25% всего трафика.
Стандарт ADSL2+ (2003 г.). В нем скорость входящего потока данных на линиях до 1500 метров возросла до 24 Мбит/с за счёт поддерживаемой частоты до 2.2 МГц. Скорость исходящего канала зависит от качества линии и диаметра медных проводов.
ADSL2+ обещает стать ещё более удобным для пользователя, предоставить ему комплекс функций мультимедиа: кабельное телевидение и др. ADSL2+ не требует специализированной аппаратуры, может работать на оборудовании ADSL. Подключение к ADSL2 сегодня становится ещё более привлекательным в глазах пользователей [30].
Беспроводные технологии доступа. Эти широкополосные технологии являются альтернативой выделенной линии и DSL-подключению. В последнее время широкое распространение получило WiMAX-подключение и 3G.
Технология Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) широкополосной беспроводной связи, дополняющая линии DSL и кабельные технологии в качестве альтернативного решения проблемы «последней мили» на больших расстояниях. Технологию WiMAX можно использовать для реализации широкополосных соединений «последней мили», развертывания точек беспроводного доступа, организации высокоскоростной связи между филиалами компаний и решения других подобных задач. Она разработана для организации недорогой скоростной связи для жилищ, предприятий и мобильных беспроводных сетей в городах и сельской местности, в том числе для взаимодействия магистрального WiMAX с «локальным» Wi-Fi.
WiMAX версии IEEE 802.16-2004 – стандарт беспроводной связи, который обеспечивает широкополосную связь на площади радиусом более 30 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями (до 10 Мбит/c и более). Технология WiMAX позволяет работать в любых условиях, в том числе, в условиях плотной городской застройки, обеспечивая высокое качество связи и скорость передачи данных [31].
Оборудование сетей WiMAX функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 ГГц - 11 ГГц. Разумеется, специфическое распределение частотных диапазонов разных стран диктует необходимость возможности работы WiMAX в разных участках. Столь широкий разброс диапазонов выбран для учета специфики большинства стран мира. Так, в Северной Америке для WiMAX используются участки в диапазонах 2,5 и 5 ГГц, в Центральной и Южной Америке – 2,5, 3,5 и 5 ГГц, на Ближнем Востоке, в Африке, Западной и Восточной Европе – 3,5 и 5 ГГц, в Азиатско-Тихоокеанском регионе – 2,3, 3,5 и 5 ГГц.
WiMAX представляет технологию, позволяющую обеспечить доступ в Internet со скоростью сетей класса T1, с производительностью и покрытием, гораздо большим, чем у современных сетей Wi-Fi. В свою очередь, продолжением «магистральных веток» WiMAX как раз и становятся локальные сети Wi-Fi, различные типы бизнес- и бытовых кабельных/DSL сетей конечных пользователей.
Обеспечивая коммуникации в радиусе 10 км и более, точки WiMAX создают покрытие на значительных площадях, предоставляя провайдерам достаточно гибкие условия для обеспечения связи «последней мили».
Характеристики стандарта IEEE 802.16 предусматривают дальность действия до 50 км, покрытие с возможностью работы вне прямой зоны видимости, в перспективе – пиковую скорость обмена данными до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции, имеющей до 6 секторов покрытия.
Внедрение WiMAX делится на 3 фазы:
(нынешняя) внедрение и широкое распространение технологии WiMAX стандарта IEEE 802.16-2004, при котором используются внешние антенны, фактически нацеленные на потребителей в фиксированных направлениях;
использование внутренних антенн, упрощенное и более гибкое использование технологии WiMAX для обеспечения доступа;
возможность работы решений с пометкой WiMAX-Certified даже в составе портативных устройств, перемещающихся по определенной «зоне покрытия» сети, по образу и подобию современных сотовых и Wi-Fi сетей [31].
Технологии третьего поколения (Third Generation, 3G) для мобильной связи 3 поколения – набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Internet, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных [32].
Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона, как правило, в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д..
В сетях 3G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передача голоса. Согласно регламентам ITU сети 3G должны поддерживать следующие скорости передачи данных:
для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) – не менее 144 кбит/с;
для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) –384 кбит/с;
для неподвижных объектов – 2,048 Кбит/с.
Основные тенденции в сетях 3G:
преобладание трафика data-cards (USB-модемы, ExpressCard/PCMCIA-карты для ноутбуков) над трафиком телефонов и смартфонов 3G;
постоянное снижение цены 1 Мб трафика, обусловленное переходом операторов к более совершенным и эффективным технологиям [32].
4G – перспективное (четвёртое) поколение мобильной связи, характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с подвижным абонентам и 1Гбит/с стационарным.
С технической точки зрения, основное отличие сетей 4G от 3G заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу голосового трафика и «пакетов». Для «голоса» в 4G предусмотрена технология Voice IP (VoIP), позволяющая совершать голосовые звонки, применяя быструю «пакетную» передачу данных [33].