Размещено на http://www.allbest.ru/

Широкополосный доступ

Широкополосный или высокоскоростной доступ в Интернет обеспечивается с помощью ряда технологий, которые позволяют пользователям отправлять и принимать информацию в более больших объемах и с гораздо более высокими скоростями, чем в случае получившего широкое распространение в настоящее время доступа в Интернет по обычным телефонным линиям. Широкополосный доступ обеспечивает не только высокую скорость передачи данных, но и непрерывное подключение к Интернету (без необходимости установления коммутируемого соединения) и так называемую «двустороннюю» связь, т. е. возможность как принимать («загружать»), так и передавать («сгружать») информацию на высоких скоростях.

Огромное число технологий, реализующих ШПД, можно разделить на проводные (wireline) и беспроводные (wireless). Отличительный признак первых -- доступ посредством соединительного провода (медного, алюминиевого, оптоволоконного), главное преимущество -- «воспроизводимость» частотного ресурса. В беспроводных технологиях вместо «провода» -- «эфир», поэтому их часто обозначают словом «радиодоступ». Термин «радио» вытеснил термин «беспроводной». Используемый на заре развития радиотехники, когда появилось радиовещание, радиолокация, радиотелефония, радионавигация и др. Но затем возникли новые технологии радиосвязи (сотовая телефония, пейджинг, бесшнуровая телефония, абонентский радиодоступ и др.) и термин «беспроводной» обрел вторую жизнь в значении «удаленный доступ к сетевым узлам или серверам по радиоканалам».

Широкополосный доступ в Интернет (сокращённо ШПД) называют также высокоскоростным доступом, что отражает сущность данного термина доступ в Сеть на высокой скорости - от 128 кбит/с и выше. Сегодня, когда и 100 Мбит/секунду являются доступными для домашних абонентов, понятие «высокая скорость» стало субъективным, зависящим от потребностей пользователя. Но термин широкополосный доступ был введён во времена широкого распространения коммутируемого доступа (dial-up), когда соединение с Интернетом устанавливается с помощью модема, подключенного к телефонной сети общего пользования. Эта технология поддерживает скорость порядка максимальных 56 кбит/с. Широкополосный доступ подразумевает применение других технологий, которые обеспечивают значительно более высокие скорости. Однако подключение, например, по технологии ADSL со скоростью передачи данных в 128 кбит/с также относится к широкополосному доступу.

Широкополосный доступ сегодня.

В настоящее время, все большую популярность получают услуги с интеграцией голоса и данных. Например, в электронной коммерции очень удобно иметь возможность, не обрывая соединение с электронным магазином в сети Интернет, общаться по телефону с продавцом-консультантом. На сегодняшний день широкополосный доступ в Интернет предоставляется по различным технологиям - как проводным, так и беспроводным. К первым относятся: семейство технологий xDSL; технология DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications - передача данных по телевизионному кабелю); Ethernet (передача данных в компьютерных сетях с использованием витой пары, оптического кабеля или коаксиального кабеля); семейство технологий FTTx (fiber to the x - оптическое волокно до точки X) и PLC (Power line communication - передача данных с использованием линий электропередачи). Что касается FTTx, то тут есть две базовые разновидности, правда, по сути мало отличающиеся друг от друга, - FTTB (fiber to the building - оптоволокно до здания) и FTTH (fiber to the home - оптоволокно до дома).

Сегодня активно внедряются и развиваются технологии беспроводного интернет-доступа, особенно мобильного. Фиксированный беспроводной доступ обеспечивается посредством спутникового Интернета, технологий Wi-Fi и фиксированного WiMAX. Однако уже многие операторы сотовой связи и беспроводные провайдеры предлагают мобильный Интернет.

Сотовые операторы развивают технологии «третьего поколения» (3G) и выше, куда входят такие стандарты связи, как UMTS, CDMA, CDMA EV-DO, HSDPA и др. Конкурирует с данными технологиями мобильный WiMAX. В ближайшем времени можно ожидать появление услуг на основе технологии новейшего поколения - LTE и TD-LTE (3GPP Long Term Evolution), которая обеспечивает передачу данных до 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу.

беспроводный аутентификация архитектура данные

Технология xDSL

Одной из наиболее удачных технологий проводного ШПД, позволяющей использовать абонентские линии существующей телефонной сети, по праву считается xDSL, где «х» обозначает начальный символ в названии конкретной технологии ШПД. xDSL - это технология широкополосного доступа. Она позволяет по обычному телефонному проводу организовать информационный канал с большой пропускной способностью, для чего по обеим сторонам провода (на узле связи и у абонента) ставятся специальные модемы. Полосу частот, которую способен пропускать телефонный провод, разбивают на много частотных полос, каждая из которых начинает служить цифровым каналом для передачи данных. Некоторую частоту отводят для передачи голоса, её у абонента от основного потока данных отделяет т.н. «сплиттер» - частотный разделитель. Благодаря ему телефон и интернет работают по одному проводу независимо друг от друга. Т.к. общая частотная полоса пропускания зависит от длины телефонного провода при постоянной мощности сигнала, то ширина канала при увеличении расстояния до абонента от узла связи сужается. Также данная технология позволяет изменять пропускную способность канала в разных направлениях. ADSL линия - это канал с ассиметричной цифровой передачей данных, т.е. мощность потока информации к абоненту превосходит в разы мощность исходящего канала благодаря соответственному распределению частотных полос.

Потребность в создании АДСЛ

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line -- асимметричная цифровая абонентская линия) -- модемная технология, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком асимметрично. Так как у большинства пользователей объём входящего трафика значительно превышает объём исходящего, то скорость исходящего трафика значительно ниже.

Стали появляться/развиваться виды данных, программы, картинки и прочее. Увеличились размеры драйверов, программ, патчей. Dial-Up был не в состоянии скачивать данные больших размеров. ISDN было слишком дорогим решением - выделение канала. Диапазон - 1.5МГц. Была разработана для обеспечения высокоскоростного доступа к интерактивным видеослужбам (видео по запросу, видеоигры и т.п.) и не менее быстрой передачи данных ( доступ в интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям). Технология использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (несущих). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных.

Получили технологию, совмещающую в себе лучшие черты как Dial Up-модемов работающих на аналоговых телефонных линиях, так и высокоскоростных IDSN-модемов. Технология ADSL. Все остальные технологии группы xDSL значительно быстрее ADSL, но при этом требуют использование специальных кабелей, в то время, как ADSL может работать на обычной медной паре, которая повсеместно применяется при прокладке телефонных сетей.

Технология ADSL разработана в Северной Америке в середине 1990-х годов для предоставления услуг, требующих асимметричной передачи данных (например, видео по запросу, при котором передаётся большой объём данных в сторону пользователя и существенно меньший в противоположную сторону). Для предоставления этих услуг требуется очень высокое качество передачи (коэффициент битовых ошибок BER не менее 10-9), потому что используется передача видеоданных в стандарте MPEG, характеризующимся очень высоким коэффициентом сжатия и низкой избыточностью, когда даже единичные ошибки оказывают значительное влияние на качество изображения. Это потребовало использования метода упреждающей коррекции ошибок FEC и чередования данных. Технология дешевого и быстрого доступа в интернет.

В ряде европейских стран ADSL является стандартом де факто при обеспечении населения достаточно быстрым и недорогим Интернетом. Для большинства пользователей входящий трафик значительно более существенен, чем исходящий, поэтому предоставление для него большей части полосы пропускания вполне оправдано (исключениями из правила являются пиринговые сети, видеозвонки и электронная почта, где объём и скорость исходящего трафика бывают важны). Обычная телефонная линия использует для передачи голоса полосу частот 0,3…3,4 кГц. Чтобы не мешать использованию телефонной сети по её прямому назначению, в ADSL нижняя граница диапазона частот находится на уровне 26 кГц. Верхняя же граница, исходя из требований к скорости передачи данных и возможностей телефонного кабеля, составляет 1,1 МГц. Эта полоса пропускания делится на две части -- частоты от 26 кГц до 138 кГц отведены исходящему потоку данных, а частоты от 138 кГц до 1,1 МГц -- входящему. Полоса частот от 26 кГц до 1,1 МГц была выбрана не случайно. В этом диапазоне коэффициент затухания почти не зависит от частоты.



Разделение передаваемых и принимаемых данных

При использовании ADSL данные передаются по общей витой паре в дуплексной форме. Для того, чтобы разделить передаваемый и принимаемый поток данных, существуют два метода: частотное разделение каналов (англ. Frequency Division Multiplexing, FDM) и эхо компенсация (англ. Echo Cancellation, EC)

Технология ADSL была разработана для обеспечения высокоскоростного (можно даже сказать мегабитного) доступа к интерактивным видеослужбам (видео по запросу, видеоигры и т.п.) и не менее быстрой передачи данных (доступ в Интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям).

Подключение к Internet через абонентскую телефонную линию организуется следующим образом. Телефонный сигнал, пропущенный через фильтр с полосой 4 кГц, смешивается с компьютерным сигналом, прошедшим через модем. Суммарный сигнал (с телефона и с компьютера) поступает в абонентскую линию и передается на узел связи. Там, в свою очередь, телефонный сигнал выделяется фильтром нижних частот (4 кГц) и подается на телефонный коммутатор, а компьютерный сигнал попадает на модем и затем направляется в мультимедийную сеть. Таким образом, для подключения домашних пользователей по технологии DSL может быть использована стандартная телефонная система. Самая первая -- HDSL, в которой использовался алгоритм кодирования 2B1Q (4-уровневая импульсно-амплитудная модуляция, в каждом символе два бита) и механизм эхо подавления, что дало возможность по двум-трем витым парам передавать данные на расстояние до 6 км со скоростью более 2 Мбит/с без регенерации (при диаметре жил кабеля 0,5 мм). По каждой паре осуществлялся дуплексный обмен на скоростях до 1,024 Мбит/с. Принципиально то, что HDSL и ее вариации обеспечили повышение дальности передачи (без потери скорости) за счет повторителей, берущих энергию для работы непосредственно из линии, т. е. при их установке потребности во внешнем источнике питания не возникало. HDSL является симметричной технологией. На начальном этапе ADSL позволяла передавать данные клиенту со скоростью 6 Мбит/с, на расстояние до 6 км; скорость данных от абонента ограничивалась 64 кбит/с. Такие характеристики вполне удовлетворяли требованиям услуги «видео по запросу» (VoD), однако она не получила широкого распространения. Зато асимметричная технология оказалась весьма востребованной для высокоскоростного доступа в Интернет. Затем появилась технология VDSL, которая отличалась от других симметричных технологий DSL высокой скоростью. Основная область применения VDSL -- доставка трафика от оптоволоконных окончаний до абонентов внутри зданий.

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ DSL

Повышение дальности в технологии DSL достигается за счет того, что при цифровой обработке передаваемого по линии сигнала учитываются особенности проложенного кабеля. Путем использования математической модели конкретной линии модем настраивается для точного воспроизведения сигнала, благодаря чему достигается резкое уменьшение необходимой ширины частотной полосы.

Система уплотнения HDSL обеспечивает режим передачи со скоростью около 2 Мбит/с в обе стороны, по одной или двум парам проводов на расстояние до 10 км. Оборудование ADSL, наоборот, предназначено для асимметричной передачи со скоростями 6-8 Мбит/с -- в сторону абонента, и 840 Кбит/с или меньше -- в сторону узла связи. RADSL отличается от упомянутых выше технологий тем, что поддерживает либо симметричный режим со скоростью около 1 Мбит/с, либо асимметричный -- при скорости к абоненту до 8 Мбит/с. SDSL обозначает, как правило, симметричную передачу по одной паре; IDSL -- модификацию ISDN (цифровая сеть с интеграцией служб).

Более подробно рассмотрим две наиболее развитые технологии -- высокоскоростную абонентскую линию (High-bit-rate Digital Subscriber Line, HDSL) и асимметричную цифровую абонентскую линию (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL).

Система HDSL компании Schmid Telecom под названием Watson передает потоки 1-2 Мбит/с по одной паре проводов. Аппаратура может быть установлена и отлажена за несколько часов. Для линейной передачи Watson использует две технологии кодирования -- 2B1Q и CAP. Watson 2 с кодом 2B1Q способна передавать 1168 Кбит/c по одной паре, в то время как Watson 4 с кодом CAP 128 -- 2320 Кбит/с.

Особенность асимметричной технологии ADSL -- в применении двух методов кодирования: Carrierless Amplitude and Phase (CAP) и Discrete Multi Tone (DMT). ADSL требует применения модемов на обоих концах линии -- на АТС и у абонента. Если на одном конце линии смонтирован модем с поддержкой CAP, а на другом -- DMT, то они окажутся несовместимыми. Суть в том, что CAP -- это метод кодирования с одной несущей для каждого направления потока: 900 кГц -- для нисходящего; 75 кГц -- для восходящего (4 кГц -- для телефона). При методе модуляции нескольких несущих DMT цифровой канал разбивается на 256 подканалов, и цифровые потоки передаются по каждому из них. Как видим, методы разные, и для обеспечения нормального функционирования надо следить, чтобы оборудование в абонентских линия х работало в соответствии с одной и той же системой.

Первоначально технология ADSL разрабатывалась в расчете на сервис «видео по требованию» и поэтому предназначалась для передачи непрерывного потока. Использование ее для Internet потребовало приспособить ADSL к протоколам компьютерного обмена. Теперь приведем примеры аппаратуры ADSL.

Компания Ascend (приобретена Lucent Technologies) выпускает соответствующее оборудование в составе серии систем DSL. В частности, для концентратора MAX TNT она поставляет плату ADSL-CAP, работающую по одной паре проводов, со следующими характеристиками: скорость нисходящего потока -- до 6,14 Мбит/c, восходящего -- до 640 Кбит/с, если дальность передачи не превышает 3,7 км; соответствующие параметры составляют 1,5 Мбит/с и 64 Кбит/с при расстоянии до 5,5 км. Аппаратура Ascend RADSL оснащена уже вторым поколением микросхем технологии CAP.

Весьма интересен подход компании к организации потоков на АТС. Основной телефонный трафик предлагается пустить через телефонный коммутатор, а данные -- через коммутирующий концентратор. Такое изменение структуры узла связи вызвано следующим. По данным компании Bell Communications Research, подключение к компьютерным сетям привело к увеличению продолжительности соединения с АТС с 3 до 20 мин, а на отдельных направлениях -- до 1 ч. Применение коммутатора для компьютерного обмена снимает эту проблему. Используя коммутирующий концентратор MAX, Ascend стремится так перераспределить поток, чтобы при этом был обеспечен постепенный переход от одной ступени DSL к другой. Вначале -- к IDSL, затем к SDSL и, наконец, внедрение полномасштабной ADSL.

В качестве характерного примера оборудования с поддержкой ADSL2+ приведем мультиплексор доступа DSLAM 6808 компании Corecess. Эта система устанавливается у провайдера и способна обслуживать 384 абонентские линии. Кроме протокола ADSL2+ (скорость обмена до 24 Мбит/с) она поддерживает обычную ADSL (до 8 Мбит/с) и SHDSL (до 4,6 Мбит/с), оснащена двумя портами Gigabit Ethernet и четырьмя портами 10/100BaseTX/FX. Менее мощный мультиплексор Corecess 6804N имеет емкость 192 абонентских линий, поддерживает те же протоколы, содержит порты Gigabit Ethernet и 10/100/1000BaseT, а также 10/100BaseTX/FX. Как видим, емкости обеих систем достаточно для обслуживания как нескольких многоквартирных домов, так и целого микрорайона. Различные протоколы поддерживаются мультиплексором для того, чтобы оператору не приходилось отказываться от абонентов, имеющих модемы устаревших систем. Порты Gigabit Ethernet дают выход провайдеру ASDL2+ в городские (MAN) и глобальные (WAN) сети Ethernet.

В мае 2005 г. Международный союз электросвязи ITU-T ввел стандарт VDSL2 (Very-High-Bit rate DSL, сверхвысокоскоростная DSL). Новый стандарт обеспечивает скорость передачи до 100 Мбит/с в обоих направлениях. Такая скорость реализуется в случае, когда расстояние от распределительного узла до пользователя не превышает 350 м. При больших расстояниях скорость VDSL2 падает, но не опускается ниже 12 Мбит/с.

С подобной скоростью VDSL2 может функционировать при таком удалении, на котором сегодня работает ADSL, т. е. от 4,5 до 5 км.

Для достижения скорости 100 Мбит/с на расстоянии 350 м частотный диапазон системы расширен с 12 до 30 МГц. Набор микросхем для VDSL2 обратно совместим с ASDL2+, поскольку теперь на распределительных узлах провайдеров в основном размещается соответствующее оборудование. Если позднее в мультиплексоре будут установлены карты VDSL2, то пользователям не придется заменять свои модемы ASDL2/ASDL2+. Тем самым становится возможным постепенный переход с одной системы на другую, т. е. с ASDL2 на VDSL2.

Иногда провайдер DSL не может получить доступ к абонентским линиям, и тогда он прокладывает собственный симметричный кабель к отдельному дому или группе домов. В доме устанавливается концентратор, а подключение отдельных пользователей к нему выполняется витыми парами. В таком случае провайдер избавляется от необходимости арендовать городские линии связи и может проводить собственную техническую политику и устанавливать цены. Скорости передачи системы ASDL2+ достаточно для подключения пользователей большого здания, так что трудностей не возникает.

АБОНЕНТСКАЯ ЛИНИЯ

Чтобы получить цифровую абонентскую линию (DSL), надо иметь обычную абонентскую линию. Типовая абонентская линия состоит из пары проводов от телефонной розетки до распределительной коробки; от нее она идет далее по кабелю до распределительной муфты и шкафа, расположенного чаще всего прямо на улице; затем (опуская несущественные подробности) -- по городскому многопарному кабелю до АТС. При таком поверхностном описании абонентская линия, по существу, представляет собой два провода, проходящих через множество соединений (в коробках, муфтах, шкафах, на кроссе) и заканчивающихся на оборудовании АТС. В частности, отдельные участки этой линии могут быть проложены кабелем с разными диаметрами жил. Места стыковки таких кабелей характеризуются повышенными отражениями, что приводит к искажению частотной характеристики линии.

По мере удаления от АТС число пар в кабеле уменьшается, а длина и диаметр жил увеличиваются. Подобное распределение телефонных кабелей вызвано экономическими и сетевыми соображениями. Поэтому типовая абонентская линия представляет собой последовательно соединенные отрезки витой пары различной длины с проводами разного диаметра. Такие участки абонентской линии отличаются по входному сопротивлению, что на практике приводит к появлению отраженных сигналов в местах стыков этих участков. Реальная абонентская линия может иметь большое количество сростков (порядка 20 и более), не считая стыков.

Некачественное выполнение сростков представляет одну из причин нарушения нормальной работы цифровой абонентской линии. Так как стыков и сростков много, то вероятность возникновения некачественных мест велика. Влияние сростков на работу линии проявляется двояко. Во-первых, окисление сростков вызывает появление шумов при работе абонентской линии в сети ТфОП. Само собой разумеется, что эти шумы могут оказаться еще более опасными при работе линии в режиме DSL. Во-вторых, влияние сростков на работу DSL может проявиться в виде резкого увеличения сопротивления шлейфа, даже при наличии «пробивающего» тока дистанционного питания. При обнаружении некачественных сростков надо действовать очень аккуратно -- ни в коем случае нельзя подавать на линию напряжение, так как сросток способен самовосстановиться, что в результате может привести к более серьезному повреждению. Лучше определить его местоположение с помощью импульсного временного рефлектометра (TDR).

Еще один источник неоднородностей -- отводы от абонентской линии. Отводом называется участок витой пары, который подключен параллельно абонентской линии и разомкнут на конце. Отводы образуются в процессе эксплуатации абонентских линий как результат дополнительных подключений. Отвод обычно состоит из кроссировочных проводов и собственно участка витой пары. Отдельным видом параллельного отвода является дополнительная телефонная розетка, как правило, присутствующая в каждой квартире. Такие отводы особенно вредны, если они расположены недалеко от входа модема DSL. В этой ситуации принимаемый сигнал мал, а отраженный от выхода отвода, наоборот, велик. Лучший способ устранить влияние подобных отводов -- ликвидировать незадействованные розетки вместе с отводами. В крайнем случае, в параллельных розетках можно установить специальные микрофильтры.

Практика показала, что присутствие отводов может привести к снижению скорости передачи на 300 Кбит/с. Во многих системах DSL предусмотрены алгоритмы и устройства обработки сигналов для ослабления отрицательного воздействия отводов на передачу сигналов в линии. При работе абонентской линии в режиме DSL число параллельных отводов нормируется. Согласно стандарту США общее число отводов не должно превышать 8 м, суммарная их протяженность не должна быть более 750 м, а максимальная длина отдельного отвода -- 600 м.

Абонентская линия характеризуется целым рядом параметров. Один из самых важных -- возвратные потери (Return Loss, RL) -- описывает отражения, возникающие в реальной линии. Появление в линии не только падающих волн, но и отраженных может быть вызвано множеством факторов (структура кабеля, дефекты монтажа, формирование абонентских линий из различных строительных длин и др.). Например, при соединении строительных длин кабеля в местах стыков возникают многочисленные отражения.

Мерой возникающих при этом отражений и служит параметр RL, который тем больше, чем меньше отражения в цепи. При оценке RL входное сопротивление витой пары сравнивается с усредненным для данного кабеля волновым сопротивлением. Основное следствие нерегулярности линии состоит в появлении отраженных сигналов. Эти сигналы, в свою очередь, испытывают переотражения в точках других неоднородностей. Таким образом, в линии возникают многократные отраженные помехи, направление которых совпадает с основным сигналом. Возникающий в результате «попутный поток» существенно ухудшает качество передачи и вызывает нарушение плавности частотных характеристик линии и появление «хвоста» у основного сигнала.

Следующий параметр, очень важный для передачи сигналов, -- рабочее затухание линии. Дело в том, что суммарного затухания всех отрезков кабеля, соединенных в линию, еще недостаточно для определения ее рабочих параметров. Отражения на входе и выходе линии, а также от стыковых неоднородностей увеличивают потери в линии и ухудшают ее частотную характеристику. Заметим, что в линиях дальней связи этот эффект столь сильно не проявляется, поскольку при их строительстве очень большое внимание уделяется подбору строительных длин кабеля и приемам их соединения между собой. В городских линиях связи до недавнего времени такого значения подбору строительных длин и тщательной их стыковке не придавалось, так как передаче подлежали только низкие частоты телефонного разговора. По DSL уже передаются значительно более высокие частоты, в связи с чем на частотную характеристику абонентской линии накладываются повышенные требования. Критерием пригодности абонентской линии в качестве среды передачи DSL служит величина рабочего затухания на опорных частотах. Для симметричных систем опорными выбраны частоты 150 и 300 кГц; для асимметричных систем, использующих многочастотную передачу, опорные частоты лежат в области от 40 до 1100 кГц.

Большое влияние на передачу по витой паре оказывают помехи, которые бывают внутренние и внешние. К внутренним обычно относят собственные тепловые шумы и помехи переотражений, появление которых обусловлено многочисленными неоднородностями. Внешние помехи вызваны влиянием соседних пар того же кабеля, оборудования АТС, линий сильного тока, радиостанций и др. Последние, в свою очередь, можно разделить на стационарные и случайные.

К стационарным внешним помехам обычно относят влияния, появление которых обусловлено нормальной работой источников этих помех соседних пар того же кабеля и других, близко расположенных кабелей связи, а также радиостанций, линий электропередачи. К нестационарным причисляют переходные процессы в источниках питания АТС и в линиях электропередачи, атмосферные явления (молнии) и т. п. Помехи этой группы представляют собой случайную последовательность коротких импульсов относительно большой мощности; их еще называют импульсными помехами. Для витой пары определяющими являются внешние помехи. Из всего класса внешних помех особо можно выделить переходные, так как они оказывают наибольшее влияние на передачу сигналов.

Система передачи DSL состоит из двух модемов, соединение которых осуществляется витой парой в симметричном кабеле связи. Таким образом, модемы DSL относятся к устройствам, называемым «модемы физических линий». Общеизвестные модемы для коммутируемых линий обычно работают через телефонную сеть общего пользования (ТфОП), т. е. через телефонные каналы и АТС. Заметим, что если к станционному оборудованию (мультиплексоры DSLAM) предъявляются очень высокие требования и оно обычно достаточно дорогое, то по отношению к абонентскому оборудованию (модемам) основное требование состоит в их дешевизне. Это условие ставит перед разработчиками DSL особые задачи.

Модемы DSL отличаются от телефонных значительно большим диапазоном частот. Если телефонные модемы работают в полосе стандартного телефонного канала (0,3-3,4 кГц), то частотная полоса, занимаемая DSL, составляет сотни килогерц -- единицы мегагерц. Соответственно, для внедрения систем DSL необходимо, чтобы кабели обеспечивали передачу таких частот. В этом, собственно, и заключается широкополосность доступа.



В зависимости от способа передачи линейного сигнала различают:

· системы DSL с последовательной передачей сигналов под названием "системы модуляции одной несущей" (Single Carrier Modulation, SCM), где используются способы кодирования 2B1Q, CAP и др.;

· системы с параллельной передачей сигналов на нескольких несущих частотах, так называемые "системы со многими несущими" (Discrete Multitone, DMT). Их применяют в асимметричных DSL.

Симметричные технологии DSL, такие, как HDSL, SDSL, SHDSL, являются системами с одной несущей (SCM). Асимметричные DSL, такие, как ADSL, ADSL2, ADSL2+, используют модуляцию нескольких несущих (DMT). Как уже говорилось, система VDSL бывает как симметричной, так и асимметричной, и в ней применяются различные виды модуляции.

Основными параметрами системы DSL служат пропускная способность и длина линии. Пропускная способность системы определяется при заданном коэффициенте ошибок (BER, обычно меньше 10-7) и запасе по шумам (NM, обычно 6 дБ). Длина линии условно оценивается для случаев, когда в DSL применяется пара с диаметром проводника 0,4 мм и со сплошной изоляцией из полиэтилена.

В свойствах DSL учтено множество требований, включая работу Ethernet по DSL. Связано это с тем, что Ethernet все шире и шире применяется в сетях связи, вытесняя ATM. Кроме того, практически во всех локальных сетях сейчас используется Ethernet, и поддержка соответствующей функциональности предоставляет дополнительные удобства при эксплуатации DSL. Кроме того, современные системы DSL обладают расширенными диагностическими возможностями, включая постоянный мониторинг состояния линии с обоих концов, измерение помех, затухания линии, ее помехозащищенности, отношения сигнал/помеха на обоих концах линии и др.

В общем случае к кабелям для DSL предъявляются следующие технические требования:

· кабели должны допускать применение оборудования как симметричных, так и асимметричных DSL, использующих коды CAP и DMT;

· электрические характеристики кабелей должны обеспечивать передачу по одной паре со скоростями, соответствующими рекомендациям ITU-T G992.1; 2; 3; 4 и 5, в том числе до 20 Мбит/с для ADSL2+; до 52 Мбит/с для VDSL2+, в обе стороны;

· условия электромагнитной совместимости должны допускать эксплуатацию систем ADSL и VDSL в многопроводном режиме со скоростью 155,52 Мбит/с;

· протяженность линий DSL должна быть не менее 1500 м;

· число пар в кабеле - от 2 до 50;

· диаметр проводников - 0,5; 0,64; 0,9 мм;

· использование сплошной и пористой изоляции;

· кабель должен допускать прокладку в телефонной канализации, непосредственно в грунт, внутри зданий, иметь защиту от грызунов (в необходимых случаях);

· конструкция кабеля должна препятствовать продольному проникновению влаги;

· электрические характеристики кабеля на постоянном токе и тональных частотах должны соответствовать ГОСТ Р 51311-99.



Стандарт DOCSIS

Стандарт DOCSIS относится к сектору широкополосного доступа и предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с).

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) -- стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю. В 1998 г. на сессии рабочей группы ITU в Женеве был одобрен основополагающий стандарт J.112, определяющий методы передачи данных по сетям кабельного телевидения. Базируясь на основе стандартов ITU J.112 и J.83, консорциумом CableLabs в сотрудничестве с широким кругом производителей оборудования был разработан единый международный стандарт, известный под названием Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS).

Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с(при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

Передача данных «сверху вниз» -- к пользователю, или в Downstream-канале -- выполняется передающим устройством головного оборудования, называемым CMTS -- Cable Modem Termination System. Иначе говоря, вся полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент принимают данные, поэтому доступная в каждый момент времени полоса для конкретного пользователя может «плавать» в очень широких пределах. Передача информации «снизу вверх» (в Upstream-канале) может выполняться кабельным модемом, который отвечает техническим требованиям, предъявляемым Предприятием, или сертифицирован на соответствие стандарту DOCSIS, а в качестве протокола доступа реализована процедура МДВР (многостанционный доступ с временным разделением каналов) или МДКР (многостанционный доступ с кодовым разделением каналов). До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале -- не более 10 Мбит/с. Это обусловлено невозможностью выделения всех тайм-слотов на одно абонентское устройство.

Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа. Объединяются до 16 прямых и 8 обратных (2008 г.). Также в DOCSIS 3.0 появилась поддержка multicast, шифрования AES и др.

Стандарты DOCSIS

DOCSIS 1.0. Этот стандарт был создан для сетей КТВ США. Он определяет физический и МАС-уровни, уровень управления для кабельных модемов и головных станций, принципы обеспечения сетевой безопасности и качества обслуживания. Для организации обратного канала используется диапазон 5-42 МГц. Метод доступа к обратному каналу - TDMA, методы модуляции - QPSK и 16QAM, скорость передачи - до 1 Мбит/с. Для защиты информации используется стандарт цифрового шифрования DES с длиной ключа 40 бит. Модель обеспечения качества обслуживания основана на классах обслуживания CoS. Прямой канал с полосой частот 6 МГц может быть организован в диапазоне частот 88-860 МГц. Методы модуляции в прямом канале - 64QAM и 256QAM, скорости передачи соответственно 30,34 и 42,88 Мбит/с.

DOCSIS 1.1. Вторая версия стандарта была создана в 1999 г. В ней была увеличена скорость передачи в обратном канале до 5 Мбит/с, улучшена эффективность использования пропускной способности обратного канала за счет введения механизмов фрагментации пакетов и подавления заголовков, повышена сетевая безопасность благодаря введению аутентификации кабельных модемов.

DOCSIS 2.O. В третьей версии стандарта, опубликованной в 2002 г., пропускная способность обратного канала увеличена до 30,72 Мбит/с при ширине полосы частот до 6,4 МГц. В качестве метода доступа к обратному каналу используются варианты TDMA -Advanced TDMA (A-TDMA) или Synchronous CDMA (S-CDMA). В обратном канале дополнительно используются методы модуляции 8QAM, 32QAM, 64QAM, а также 128QAM с решетчатым кодированием (trelliscoded).

Euro-DOCSIS. Эта спецификация представляет собой вариант американского стандарта DOCSIS,адаптированный к европейским кабельным сетям. Для организации обратного канала выделен диапазон 5-65 МГц, для прямого канала - 108-862 МГц. Полоса частот в прямом канале - 8 МГц. Методы модуляции в прямом канале - 64QAM и 256QAM, скорости передачи соответственно около 37 и 52 Мбит/с.

Технология Ethernet

Ethernet -- технология передачи данных по медным проводникам или оптоволоконным линиям, захватившая 95% рынка локальных сетей, уже несколько лет успешно применяется на «последней миле» - участке от провайдера до пользователя. Невысокая себестоимость оборудования, простота монтажа и обслуживания, полная независимость от телефонных линий, скорости передачи данных в десятки и сотни Мбит/с -- вот главные достоинства современного Ethernet.

Ethernet -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

· возможность работы в дуплексном режиме;

· низкая стоимость кабеля «витой пары»;

· более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка (при соединении более 2 компьютеров требуется концентратор или коммутатор, которые обеспечивают работу остальной части сети): обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля разбивает сегмент на 2 половины), и обе половины не работают из-за отсутствия нагрузочных резисторов (терминаторов) (они должны быть на обоих концах кабеля), хотя применение концентраторов или коммутаторов на коаксиале полностью решало эту проблему;

· минимально допустимый радиус изгиба меньше;

· большая помехоустойчивость из-за использования дифференциального сигнала;

· возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

· гальваническая развязка трансформаторного типа. В условиях СНГ, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) -- множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 64 до 1518 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала -- не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

MAC-адреса

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (224) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert.

MAC-адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все пакеты генерируются операционной системой. Все современные операционные системы позволяют поменять его. Для Windows начиная как минимум с Windows 98 он менялся в реестре. Некоторые драйвера сетевых карт давали возможность изменить его в настройках, но смена работает абсолютно для любых карт.

Некоторое время назад, когда драйверы сетевых карт не давали возможность изменить свой MAC-адрес, а альтернативные возможности не были слишком известны, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора. MAC адрес роутера передавался Mail.Ru агентом на свой сервер открытым текстом при логине.

Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе дано краткое описание всех официально существующих разновидностей. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями -- например, для увеличения расстояния между точками сети используется волоконно-оптический кабель.

Ранние модификации Ethernet

· Xerox Ethernet -- оригинальная технология, скорость 3 Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

· 1BROAD36 -- широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

· 1BASE5 -- также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

10 Мбит/с Ethernet

· 10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») -- первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

· 10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») -- используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

· StarLAN 10 -- Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

Несмотря на то, что теоретически возможно подключение к одному кабелю (сегменту) витой пары более чем двух устройств, работающих в симплексном режиме, такая схема никогда не применяется для Ethernet, в отличие от работы с коаксиальным кабелем. Поэтому все сети на витой паре используют топологию «звезда», в то время как сети на коаксиальном кабеле построены на топологии «шина». Терминаторы для работы по витой паре встроены в каждое устройство, и применять дополнительные внешние терминаторы в линии не нужно.

· 10BASE-T, IEEE 802.3i -- для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

· FOIRL -- (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.

· 10BASE-F, IEEE 802.3j -- Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

· 10BASE-FL (Fiber Link) -- Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

· 10BASE-FB (Fiber Backbone) -- Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

· 10BASE-FP (Fiber Passive) -- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители -- никогда не применялся.

Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)

· 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.

· 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.

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

· 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.

· 100BASE-FX -- стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.

· 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.

· 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.

Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

· 1000BASE-T, IEEE 802.3ab -- стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных -- 500 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров

· 1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) и опубликован в марте 2001 года как «Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с (1000BASE-TX) симметричных кабельных систем категории 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)» (англ. «A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbit/s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001)»). Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. На основе данного стандарта создано большое количество продуктов для промышленных сетей.

· 1000BASE-X -- общий термин для обозначения стандартов со сменными приёмопередатчиками GBIC или SFP.

· 1000BASE-SX, IEEE 802.3z -- стандарт, использующий многомодовое волокно в первом окне прозрачности с длинной волны равной 850 нм. Дальность прохождения сигнала составляет до 550 метров.

· 1000BASE-LX, IEEE 802.3z -- стандарт, использующий одномодовое или многомодовое оптическое волокно во втором окне прозрачности с длинной волны равной 1310 нм.. Дальность прохождения сигнала зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет для одномодового оптического волокна до 5 км и для многомодового оптического волокна до 550 метров.

· 1000BASE-CX -- стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий экранированную витую пару, используются 2 пары из 4. Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.

· 1000BASE-LH (Long Haul) -- стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с)

Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

· 10GBASE-CX4 -- технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

· 10GBASE-SR -- технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).

· 10GBASE-LX4 -- использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

· 10GBASE-LR и 10GBASE-ER -- эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

· 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW -- эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

· 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 -- принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует витую пару категории 6 (максимальное расстояние 55 метров) и 6а (максимальное расстояние 100 метров).

· 10GBASE-KR -- технология 10-гигабитного Ethernet для кросс-плат (backplane/midplane) модульных коммутаторов/маршрутизаторов и серверов (Modular/Blade).

Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа -- HARTING RJ Industrial 10G.

40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

Согласно наблюдениям Группы 802.3ba, требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet -- 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блейд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE, при этом в 2007 и 2008 гг. был отмечен значительный рост последней.

...