Анализ вариантов организации доступа

Анализ предоставления услуги Интернет посредством модемного соединения по существующим телефонным линиям

Существующие телефонные сети сегодня могут стать прообразом будущей сети с полным набором услуг. Ведь только они, телефонные сети, имеют более или менее развитую инфраструктуру и только они способны хоть как-то удовлетворить растущий спрос в информационных услугах.

Витая пара телефонных проводов является главным (в нашем случае единственным) носителем, который в настоящее время используется для подключения всех абонентов (независимо от их юридического статуса) к оборудованию телефонной сети. Одно только это должно вызывать здоровый энтузиазм у разработчиков систем высокоскоростной передачи данных по данному носителю. Каждый абонент телефонной сети имеет отдельную физическую пару проводов в кабеле, идущем от телефонной станции, которая соединяет его телефонный аппарат с коммутационным оборудованием, установленным на телефонной станции. Каждая пара в кабеле является витой (то есть провода пары свиты друг с другом), что позволяет снизить нежелательные помехи. При осуществлении обычной телефонной связи каждая пара кабеля на абонентском участке кабельной сети поддерживает один голосовой канал. Также витые пары проводов используются для соединения персональных компьютеров в ЛВС (локальных вычислительных сетях).

Большинство пользователей подключается к Интернет, используя для этого телефонную сеть и модем, и оплачивая услуги Интернет-Сервис-Провайдера.

Модем — это устройство, которое одновременно соединено с компьютером и с телефонной линией. Он получает цифровую информацию от компьютера и превращает ее в аналоговый сигнал, пригодный для передачи по телефонной линии — это называется модуляцией. Кроме того, он способен принимать модулированный сигнал от другого модема, превращать его в цифровую форму и передавать своему компьютеру — это называется демодуляцией. Отсюда название — МОдулятор-ДЕМодулятор. Кроме того, модем умеет взаимодействовать с коммутируемой телефонной сетью — набирать номер и распознавать гудки «свободно» и «занято» .

Интернет-Сервис-Провайдеры — это фирмы, которые специализируются на предоставлении услуг по доступу в Интернет. Они соединены с сетью Интернет постоянными каналами и имеют модемные пулы — батареи модемов, которые дежурят на определенных телефонных номерах или на одном многоканальном номере, ожидая звонков пользователей.

Когда Ваш модем набирает соответствующий номер, один из модемов провайдера поднимает трубку, и между модемами начинаются продолжительные переговоры о том, какой из многочисленных способов модуляции и какую скорость следует использовать для данной линии связи. Эти переговоры воспринимаются на слух как шипение и свисты разного тона. Если переговоры прошли успешно, то Ваш компьютер и компьютер провайдера оказываются соединенными цифровым каналом связи, и модемы становятся незаметными для них. Дальше начинаются переговоры непосредственно между компьютерами. Ваш компьютер сообщает компьютеру провайдера Ваше имя пользователя и пароль. Тот проверяет, имеете ли Вы право соединиться, а затем сообщает Вашему компьютеру свой IP-адрес, его собственный IP-адрес и IP-адрес сервера DNS. По завершении этой процедуры Ваш компьютер на время становится полноправным членом Интернет, и Вы можете запускать почтовую программу или браузер.

Отличительной особенностью данного варианта подключения является низкая стоимость используемого оборудования и большая дальность. В качестве оконечного оборудования возможно использование любой пары обычных аналоговых модемов, поддерживающих работу по выделенным линиям. Ограничение по скорости — до 33,6 Кбит/с. Этот вариант подключения может быть интересен для случаев, когда нет необходимости в передаче больших объемов информации и важно минимизировать первоначальные расходы (подключение удаленных складов или дополнительных офисов, билетные кассы и так далее). В последующем, при необходимости иметь более высокую скорость, линия может быть использована для перехода на технологии xDSL.

Достоинства модемного соединения:

• — используется существующая телефонная инфраструктура;
• — простота установки (установка оборудования заключается только в приобретении и установки модема);
• — дешевизна подключения;
• — простота взаимодействия с провайдером (заключается договор либо покупается и после регистрируется интеренет-карточка);
• — гибкость тарифных предложений (существует множество тарифных планов).

Недостатки модемного соединения:

• — загруженность телефонной линии;
• — низкая скорость передачи данных (до 56 Kбит/с);
• — повременная плата за телефонную линию;
• — ненадежное соединение и низкое качество передачи данных из-за низкого качества телефонных каналов.

Существует три основных решения при организации доступа в сеть Интернет по витой паре абонентских телефонных проводов. Речь идет об аналоговых модемах, предназначенных специально для передачи данных по телефонным каналам так называемый dial-up, об ISDN и о технологиях, объединенных под общим названием xDSL.

Аналоговые модемы хорошо известны и понятны большинству пользователей современных домашних компьютеров (Рисунок 1.1). Принцип их работы основан на использовании диапазона голосовых частот витой пары абонентских телефонных проводов для передачи данных. Для этого используются технологии передачи, известные как «частотная манипуляция» и «квадратурная амплитудная модуляция». Аналоговый модем позволяет достигать скорости передачи данных до 56 Кбит/с.

Рисунок 1.1 — Схема доступа в сеть Интернет с использованием аналогового модема Невысокая цена и совместимость практически с любой телефонной линией сделали аналоговые модемы основным выбором индивидуальных пользователей. К сожалению, скорость передачи аналогового модема в значительной мере зависит от качества телефонной линии и установленного соединения. Именно поэтому получить максимальную скорость передачи данных практически невозможно (обычно модем с заявленной скоростью в 33,6 Кбит/с позволяет работать со скоростью 28,8 Кбит/с, в лучшем случае 31,2 Кбит/с).

Непрофессиональные пользователи сети Интернет могут использовать и аналоговые модемы, но рано или поздно любой из них сталкивается с проблемами, связанными с низким качеством соединения и перегрузками телефонной сети общего пользования. Эта сеть, в своем существующем на данный момент виде, совершенно не предназначена для того, чтобы передавать трафик сети Интернет.

Более высокоскоростной альтернативой аналоговым модемам служит ISDN (Рисунок 1.2). ISDN (Integrated Service Digital Network) представляет собой цифровую технологию, позволяющую передавать данные со скоростью 144 Кбит/с. Скорость передачи данных 144 Кбит/с складывается из двух каналов В по 64 Кбит/с каждый, используемых для передачи голоса и данных, и одного служебного канала D 16 Кбит/с для передачи управляющих сигналов. Каналы В могут использоваться как два отдельных голосовых канала, два канала передачи данных со скоростью 64 Кбит/с, как два отдельных канала передачи голоса и данных, а также совместно для передачи данных со скоростью 128 Кбит/с.

Рисунок 1.2 — Схема доступа в сеть Интернет с использованием модема ISDN.

Благодаря ISDN, операторы смогли предложить клиенту целый пакет различных услуг, включая передачу голоса, данных и видео по одной сети и все это наряду с высоким качеством передаваемого сигнала. Если же конкретизировать, то ISDN, помимо голосового канала, обеспечивает заказчику услуги возможность пользоваться сетью компании, и, например, Интернет, а также проводить сеансы видеоконференцсвязи с партнерами.

Для передачи высококачественного видеосигнала, например, для предоставления услуги видео-по-запросу, данная технология практически не приспособлена. Все определяется пропускной способностью канала, а 2-х Мбит/с явно не достаточно для одновременной передачи голоса, данных и высококачественного видео, даже в случае передачи одного единственного канала, поэтому сеть ISDN без каких-либо серьезного технологического прорыва вряд ли станет сетью с полным набором услуг.

Семейства технологий хDSL (где символ «х» зарезервирован для обозначения конкретной технологии высокоскоростной цифровой абонентской линии DSL). Многообразие технологий xDSL позволяет пользователю (с учетом определенных ограничений, связанных с длиной и качеством абонентской линии) выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Об этом семействе следует рассказать более подробно.

xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных.

Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL.

Данные технологии позволяют значительно расширить полосу пропускания медных абонентских телефонных линий. Любой абонент, пользующийся обычной телефонной связью, является потенциальным кандидатом на то, чтобы с помощью одной из технологий xDSL значительно увеличить скорость своего соединения с сетью Интернет. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от «общения» пользователей с сетью Интернет (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 — Схема доступа в сеть Интернет по технологии xDSL.

В число этих технологий входят ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия), RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения), ISDL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия IDSN), HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия), SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line — симметричная цифровая абонентская линия), VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия), G. Lite (являющаяся упрощенным вариантом технологии ADSL) и их вариации.

Рассматривая варианты технологии DSL с высоты принципиальных различий, можно выделить две основные категории этих технологий. Это симметричные технологии и асимметричные технологии. Принцип разделения предельно простой. Если скорости передачи данных в обоих направлениях (то есть из сети к пользователю и от пользователя в сеть) одинаковы, то это симметричная технология. Если же скорости передачи данных не одинаковы (по направлениям), то такая технология называется асимметричной.

К числу симметричных технологий относятся технологии HDSL, HDSL2, SDSL и IDSL. В Соединенных Штатах, например, технологии SDSL и IDSL в основном продвигаются аналогами наших операторов сетей передачи данных (CLEC по-американски; следует учитывать, что все аналогии здесь и ниже проводятся путем сравнения основных задач, выполняемых компаниями). Технологии HDSL и HDSL2 используются операторами местной связи (ILEC, опять же по-американски и опять же по аналогии) в качестве альтернативы технологии E1 (или Т1 в США). Симметричные линии DSL идеально подходят для использования в сфере бизнеса, когда необходимо обеспечить равные скорости передачи данных в обоих направлениях, например, для передачи голоса, электронной почты, видеоконференций, файлов и для обеспечения функционирования ЛВС.

Асимметричные технологии DSL, такие как ADSL, RADSL и G. Lite, в основном используются операторами местной связи, которые ориентируются на предоставление высокоскоростного доступа частным абонентам. Ведь именно этим абонентам операторы местной связи предоставляют услугу традиционной телефонной связи. Асимметричные линии DSL имеют более высокую скорость передачи данных из сети в сторону пользователя, что очень удобно для работы в сети Интернет и для различных видеоприложений.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию.

ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т. п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL технология позволяет без существенных затрат сохранить традиционный сервис и предоставить дополнительные услуги, среди которых:

• — сохранение традиционного телефонного сервиса;
• — высокоскоростная передача данных со скоростью до 8 Мбит/ к пользователю услуги и до 1,5 Мбит/с — от него;
• — высокоскоростной доступ в Интернет;
• — передача одного телевизионного канала с высоким качеством, видео-по-запросу;
• — дистанционное обучение.

По сравнению с альтернативными кабельными модемами и волоконно-оптическими линиями главное преимущество ADSL состоит в том, что для нее используется уже существующий телефонный кабель. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются частотные разделители (некоторые используют кальку с английского сплиттер) — один на АТС и один у абонента. К абонентскому разделителю подключаются обычный аналоговый телефон и ADSL модем, который в зависимости от исполнения может выполнять функции маршрутизатора или моста между локальной сетью абонента и пограничным маршрутизатором провайдера. При этом работа модема абсолютно не мешает использованию обычной телефонной связи, которая существует независимо от того функционирует или нет ADSL линия.

G.Lite (или ADSL Lite) представляет собой вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость «нисходящего» потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость «восходящего» потока данных до 512 Кбит/с. Технология G. Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя. Абоненты имеют возможность использовать одну и ту же телефонную линию для высокоскоростной передачи данных и традиционной телефонной связи. Пока никто из операторов не попытался построить сеть передачи данных с использованием этой технологии. Оказалось, что не так уж она и дешева, по сравнению с полной ADSL, к тому же не лишена недостатков. Если же в дальнейшем оператор захочет расширить предоставляемый сервис, то ему придется отказаться от G. Lite и вкладывать средства во что-то другое.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия IDSN). Эта, назовем ее, гибридная технология обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 128 Кбит/с — на 16 кбит/с больше нежели обеспечивает «прародительница». В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря свойственной данной технологии скорости передачи телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям E1 (ИКМ-30). Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные или голос (порядка 4 км. по кабелю с жилой 0,4 мм), меньше, чем при использовании технологии ADSL, возможно увеличение длины линии HDSL путем установки на линии регенераторов. Использование HDSL технологии делает эту систему идеальным решением для организации или замены первичных ЦСП типа ИКМ-30 на соединительных линиях (СЛ) существующих ГТС (поскольку при использовании HDSL отпадает необходимость в промежуточных регенераторах на СЛ ГТС), соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т. п.

HDSL — наиболее популярная изо всех существующих технологий. Используется практически повсеместно и государственными, и коммерческими операторами связи. Благодаря тому, что она была первой xDSL-технологией, то получила максимальное распространение во всем мире. Кроме традиционного способа применения в телефонии для передачи потока Е1 по обычным витым парам, находит широкое применение и в компьютерных сетях и даже для доставки видео по существующим медным кабелям, что значительно снижает стоимость такого рода услуг. Технология HDSL позволяет многим телефонным компаниям и организациям делать то, что раньше они могли достичь лишь при передаче сигнала по ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) или с помощью ретрансляторов Е1, и не потребует от них установки дорогостоящего оборудования межсетевого взаимодействия. Эта технология также поддерживает логическое разделение сети. Оборудование легко подключить и им легко управлять.

RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения). Технология RADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии RADSL соединение на разных телефонных линиях может иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных выбирается при синхронизации линии, во время соединения или по специальному сигналу, поступающему от станции.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line — симметричная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. Технология обеспечивает необходимые для представителей бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL) и т. п. К этому же подсемейству следует отнести и MSDSL (Multi-speed SDSL) технологию, которая позволяет изменять скорость передачи для достижения оптимальной дальности и наоборот.

SDSL можно охарактеризовать также как и HDSL. Правда она позволяет пройти меньшее расстояние, чем HDSL, зато можно сэкономить на второй паре. Очень часто офис пользователя оказывается на расстоянии не более 3-х км от точки присутствия оператора и тогда эта технология имеет явное преимущество по сравнению с HDSL по соотношению цена/качество услуги для ее пользователя. Вариант MSDSL позволяет, в случае не очень хорошего состояния кабеля, пройти тоже расстояние, но с меньшей скоростью, к тому же полные 2 Мбит/с необходимы не всем клиентам и очень часто достаточно 256 кбит/с или даже 128 кбит/с.

В качестве ещё одной модификации SDSL используется оборудование HDSL2, которое представляет собой усовершенствованный вариант HDSL с применением более эффективного линейного кода передачи.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL. В ассиметричном варианте она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 Мбит/с до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,6 Мбит/с до 6,4 Мбит/с, а в симметричном варианте в пределах от 13 Мбит/с до 26 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 м. при скорости в 52 Мбит/с и до 1,5 км. при скорости до 13 Мбит/с. Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео-по-запросу и т. п.

Схема доступа в сеть Интернет с использованием технологий xDSL может быть несколько модернизирована (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 — Модернизированная схема доступа в сеть Интернет по технологии xDSL.

Использование оптико-волоконного кабеля для подключения к узлу доступа абонентов, находящихся от этого узла на большом расстоянии, выгодно тогда, когда количество потенциальных пользователей, которым необходим высокоскоростной доступ в сеть Интернет, позволяет заполнить (а следовательно и оплатить) всю полосу пропускания кабеля.

Все пользователи, имеющие доступ в сеть Интернет или собирающиеся его получить, хотят, чтобы системы доступа обеспечивали высокую и постоянно растущую скорость передачи данных по разумной цене. Причем многие пользователи также не только не против, но и стремятся к тому, чтобы их доступ в сеть Интернет был как можно теснее связан с теми средствами, которые позволяют им получать доступ к другим службам.

Получить доступ в Интернет позволяют многие телекоммуникационные технологии и системы, имеющие свои плюсы и минусы, но наиболее простым методом организации доступа являются именно те технологии, которые позволяют «наложить» новейшие достижения на уже существующую инфраструктуру. В частности это относится к технологиям xDSL, которые позволяют передавать голос и данные по существующей абонентской кабельной сети, и наилучшим образом отражают потребность пользователей в организации высокоскоростного доступа в сеть Интернет. Они позволяют создать постоянно установленное соединение, обеспечивают высокую скорость передачи данных и оставляют возможность одновременного с работой в сети Интернет использования обычной телефонной связи.

Технологии xDSL предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться. Они создают быстрый и недорогой метод дополнительного использования существующей кабельной сети, а также базу для перехода к технологиям будущего.