Современное состояние телекоммуникационной отрасли
Глава 5. Современные технологии высокоскоростного доступа
В главе 5 представлены современные технологии высокоскоростных цифровых сетей — их описание, характеристики и оптимальные способы применения. Сетевые услуги, рассматриваемые в этой главе, обобщены в таблице 5.1. Важное свойство, объединяющее все эти технологии, — передача данных в цифровом виде. Аналоговые технологии не могут обеспечить такую скорость, точность и надежность, как цифровые. Индустрия телекоммуникаций стремительно развивается. Потребность в доступе в Интернет и организации работы сотрудников на дому создает постоянный спрос на сетевые услуги. Огромная пропускная способность непрерывно задействуется для функционирования Интернета. У некоторых из обсуждаемых в этой главе услуг, например у линий Т-1 и Т-З, достаточно долгая история.
• Линия T-1 состоит из 24-х каналов для передачи голоса или данных. Среда передачи — две пары медных проводов, оптоволокно, инфракрасное или микроволновое излучение. Линия Т-3 состоит из 672-х каналов. Общая пропускная способность—,5 44 Мбит/с.
• Базовая версия, или интерфейс начального уровня BRI ISDN, обеспечивает два канала на основе одной пары проводов; по каждому каналу можно передавать голос или данные. Установка соединения и передача данных осуществляются быстрее и стабильнее, чем на аналоговых линиях с использованием модемов.
За последние пять лет значительно расширилось применение технологии Frame Relay, позволяющей соединять географически разнесенные локальные сети друг с другом для выхода в Интернет и удаленного доступа к данным. Принадлежащие организации объекты, которые необходимо обеспечить связью, подключаются к сети провайдера Frame Relay по линиям доступа. Благодаря этому отпадает потребность в прямых линиях для связи со всеми другими объектами. За поддержание достаточной надежности и пропускной способности сети отвечает провайдер.
Среди услуг высокоскоростного колтуна наиболее значимыми являются АТМ, SONET и BSL. Для тех, кто не работает в области телекоммуникаций, эти технологии нередко бывают окружены ореолом таинственности. Обсудим построение, характеристики, возможности вышеперечисленных технологий и способы их применения.
Коммутаторы АТМ (asynchronous transfer mode — асинхронный режим передачи) пересылают потоки данных, голоса, изображений и видеоматериалов на очень высоких скоростях (до 13,22 Гбит/с). Каналы строятся на основе оптоволоконного кабеля. Для данных разного типа можно устанавливать уровни качества обслуживания. АТМ используют в основном в магистральной части Интернета, в сетях сотовой связи и Frame Relay, а также в телефонных сетях. Услуги АТМ требуются крупным организациям — университетам, финансовым корпорациям, компаниям из списка «Fortune 100» — для передачи данных через магистральную часть своих внутренних сетей, где сконцентрирована значительная доля трафика. Технология АТМ позволяет обойтись одной высокоскоростной сетью для передачи смешанного трафика, состоящего из голоса, видеоинформации и компьютерных данных.
SONKT (synchronous optical network — синхронная оптоволоконная сеть) представляет собой технологию скоростного оптического мультиплексирования для работы на волоконно-оптических каналах. Скорость в сетях SONET достигает 13,22 Гбит/с. Эта технология применяется в сетях провайдеров и позволяет им передавать трафик, поступающий на разных скоростях от большого числа абонентов. Например, SONET способна принимать от клиента А трафик Т-3, от клиента В трафик Т-1 и передавать оба поступивших потока данных на указанной выше скорости.
Благодаря SONET повышается надежность сети провайдера. Структура SONET выглядит как двойное кольцо. По одному из них передается трафик; второе кольцо — с собственными каналами и комплектом мультиплексоров — автоматически вводится в действие при разрыве одного из оптоволоконных кабелей или отказе работающего мультиплексора. Конечные пользователи, если бесперебойная связь имеет для них критическое значение, могут заказать каналы SONET для соединения своих офисов с сетью SONET провайдера, друг с другом или с телефонной сетью компании.
Наконец, следует упомянуть семейство технологий DSL (digital subscriber line — цифровая абонентская линия), которые были разработаны для того, чтобы повысить скорость передачи данных по медным проводам в локальной петле без прокладки дополнительных медных или оптоволоконных кабелей. Локальной петлей (local loop) в телефонной сети называют участок кабельной системы, соединяющий оборудование телефонной компании с объектом заказчика. Технология DSL предусматривает использование линий из медного провода в режиме разделения, для одновременной передачи голоса и данных. Качество локальной петли — так называемая проблема последней мили — основное, часто сравниваемое с бутылочным горлышком (узкое место) препятствие для повышения скорости передачи данных. Существует несколько разновидностей DSL со скоростью от 128 кбит/с до 52 Мбит/с. Наибольшею распространение получила версия, предусматривающая скорость 1,54 Мбит/с.
ТЕЛЕФОННАЯ ЛИНИЯ Т-1— 24 ПОТОКА ГОЛОСА ИЛИ ДАННЫХ
Технология Т-1 была разработана в 1960-х годах корпорацией AT&T с целью экономии средств на расширение внешней кабельной системы телефонных компаний. Телефонные сети строятся на основе дорогостоящего медного кабеля, и для уменьшения затрат был предложен способ передачи 24-х потоков (голоса или данных) по одной линии. При планировании внедрения технологии Т-1 предполагали добиться экономии за счет соединения этими линиями маршрутизаторов АТС. Услуги T-1 были предложены конечным пользователям только в 1983 г.
Во второй половине 1980-хгодов линии Т-1 появились во многих крупных организациях, таких как известные университеты, финансовых корпорации и компании из списка «Fortune 100». По этим линиям филиалы подключались к главному офису для пересылки заказов, платежных ведомостей, сведений о наличии товара. Зачастую до введения в эксплуатацию Т-1 данные пересылали из одного офиса в другой на магнитное носителях. По надежности передачи данных линии Т-1 оказались вне конкуренции. Применяемая в них передача в цифровом виде многократно превосходит аналоговые технологии.
Первоначально только самые крупные организации могли позволить себе иметь линию Т-1 из-за слишком высокой (в то время) абонентской платы. Кроме того, сам процесс установки Т-1 занимал несколько месяцев, часто растягиваясь на полгода-год. Ситуация улучшилась, когда ycлуги Т-1 начали предлагать конкуренты АТ&Т, в том числе компании MCI WorldCom и Sprint. Одной из главных проблем, связанных с использованием Т-l, была часто возникавшая необходимость стыковки этик цифровых линий и старых аналоговых коммутаторов. Ее решили с помощью банков каналов, которые устанавливали между линией Т-1 и коммутатором АТС.
Банки каналов — подключение линий Т-1 к аналоговым УАТС и АТС
Мультиплексорное оборудование, которое применяют для подключения цифровых линий Т-1 к аналоговым УАТС и аналоговым телефонным коммутаторам АТС, называется банком каналов (channel bank, см. рис. 5.1). В банк каналов поступает до 24-х потоков данных (по числу
каналов линии Т-1) от аналоговых систем, скажем от УАТС старых моделей. В каждом потоке 8000 раз в секунду измеряется уровень сигнала— этот процесс известен как дискретизация, или сэмплирование. Далее голос и данные оцифровываются и передаются по цифровому каналу. На другом конце линии Т-1 банк каналов принимает сигнал и вновь перекодирует его в аналоговый вид. Дискретизация и кодирование сигнала выполняются по методу импульсно-кодовой модуляции (pulse — code modulation, PCM). Декодеры в банках каналов преобразуют голос и данные из аналоговой формы в цифровую и обратно.
Первые банки каналов были похожи по габаритам на шкаф для посуды, но благодаря развитию технологий их размеры уменьшились. Современные банки напоминают толстую книгу, и их можно монтировать на стене.
Банки каналов применяют при подключении линий Т-1 не только к аналоговым УАТС, но и к цифровым. За счет этого достигается разделение линии для одновременной передачи голоса и данных. Банк выделяет из линии несколько каналов для компьютеров. Остальные каналы, по которым передается голос в аналоговом виде, подключают к аналоговому входу УАТС. Цифровые УАТС снабжаются и цифровым, и аналоговым входами.
Кроме описанного выше разделения линий Т-1 на голосовые каналы и каналы данных, банки каналов могут разбивать один канал на несколько более «тонких», действующих на скорости менее 64 кбит/с. Скорость работы таких каналов более низкого порядка (sub-rate) обычно равна 2400, 4800, 9600 или 19 200 бит/с. Суммарная пропускная способность всех каналов более низкого порядка, на которые разбит канал, не может превышать 64 кбит/с.
Каналы DS-0 и DS-1— 64 (или 56) кбит/с и 1544 кбит/с
• DS-0 = 64000 бит/с;
• DS-1 = 1 544 000 бит/с.
Аббревиатурой DS обозначаются уровни цифрового сигнала (digital signal level), т.е. набор скоростей, на которых работают полные и частичные линии Т-1 и Т-3. Линии Т-l, например, часто называют линиями DS-1, что указывает на их полную пропускную способность (1,544Мбит/с). Скорость каждого канала (64 кбит/с) обозначается как DS-0. Можно заказать полную линию Т-1 или отдельные цифровые каналы, работающие на скорости 64 кбит/с, т.е. DS-0.
Заказчики могут брать в аренду каналы DS-1 или DS-0. Часто бывает, что организации требуется цифровая связь между филиалами, но трафик недостаточно велик, чтобы оправдать стоимость полной линии Т-1, которая, например за линию между Нью-Йорком и Бостоном, может составлять около 5000 дол. в месяц. Цифровая линия со скоростью 56 кбит/с стоит лишь 800дол. в месяц. В качестве примера рассмотрим издательскую компанию, располагающуюся в Бостоне, и имеющую небольшой офис в Нью-Йорке, где проводятся маркетинговые мероприятия и заключаются контракты. Офисы соединены друг с другом линией, работающей на скорости 56 кбит/с. Поскольку между ними передаются в основном сообщения электронной почты и деловые документы, вполне достаточно такой пропускной способности.
Заметим, что, хотя пропускная способность одного канала линии Т-1 составляет 64 кбит/с, полная пропускная способность линии Т-1 (1,544 Мбит/с) несколько больше, чем суммарная пропускная способность 24-х каналов (24 х 64 000 = 1 536 000 бит/с, т.е. 1,536 Мбит/с). Причина этого в том, что 8000 бит (1 544 000 - 1 536 000 = 8000) используется для синхронизации, т.е. для обеспечения передачи кадров в правильное время. Кадром называют группу битов, отсылаемую, в данный момент по каждому из 24-х каналов. Потоки данных, поступающие от подключенных к Т-1 устройств, преобразуются в цифровой вид, разбиваются на кадры и один за другим отсылаются по линии.
Полная пропускная способность DS-0 составляет 64 кбит/с. Однако в зависимости от применяемого в сети телефонной компании способа сигнализации иногда требуется использовать часть этой пропускной способности (8 кбит/с) для передачи сигнальной и технической информации. Соответственно только 56 кбит/с остается для передачи данными пользователя. Для того чтобы передавать данные с полной скоростью (64 кбит/с), телефонная компания должна поддерживать схему сигнализации с чистым каналом (clear-channel signaling), при которой не требуется «красть» 8 кбит/с для технических нужд и все 64 кбит/с задействуются для передачи данных пользователя.
Среда передачи данных в линиях Т-1
В линиях Т-1 используются различные среды передачи данных:
• оптоволоконные кабели;
• витая пара;
• коаксиальные кабели;
• микроволны;
• инфракрасное излучение.
Когда в 1980-х годах началась прокладка линий Т-1 для крупных корпоративных заказчиков, применялась чаще всего медная витая пара. Для линий Т-1 используется кабель из двойной витой пары, т.е. с четырьмя проводами. По одной паре проводов передаются данные в одном направлении, по другой — в противоположном. На ранних этапах развития технологии Т-l, когда линии этого типа прокладывали в основном телефонные компании (в 1960 — 1970гг.), вместе с витой парой часто использовали коаксиальные кабели и микроволновую связь. Последняя лучше всего подходит в условиях, когда создание кабельной инфраструктуры затруднено, например в горных районах.
В 1980-х годах появились оптоволоконные кабели. Небольшая масса, высокая пропускная способность и простое обслуживание обеспечили им симпатии телефонных компаний. При установке Т-1 компании местной связи нередко доводят оптоволоконную часть линии непосредственно до заказчика. Клиент в таком случае должен обеспечивать электропитание для оборудования, осуществляющего преобразование между электрическими сигналами, которые используют во внутренней сети передачи данных на основе медного кабеля, и импульсами света, при помощи которых данные передают по оптоволоконному кабелю на АТС телефонной компании. Если в здании отключают электричество, то при отсутствии резервного источника питания связь по оптическому кабелю тоже прерывается.
Линии Т-1 в разных странах — 24 канала в США
и Японии, 30 каналов в Европе
Во всем мире используют стандартное значение нулевого уровня цифрового сигнала (DS-О) — 64 кбит/с; Начиная со скоростей DS-1, в параметрах линий появляется несогласованность: например, в США, Канадe и Японии линии Т-1 делятся на 24 канала и имеют пропускную способность
1,544 Мбит/с, а в остальных странах они делятся на 30 каналов с пропускной способностью 2,048 Мбит/с (см. табл. 5.2). По этой причине, чтобы связать офисы в США и Европе со скоростью, обеспечиваемой Т-1, приходится использовать адаптеры для соединения американской линии Т-1 с аналогичной линией европейского стандарта. Характеристики линии Т-3 в Северной Америке, Японии и Европе тоже различаются. Наиболее распространенные скорости Т-линий — DS-0, DS-1 и DS-3. Принятые в Европе скорости иногда обозначаются как El, Е3 и т.д.
Для передачи на скоростях, превосходящих DS-З, обычно применяют технологии SONET и АТМ (они подробно рассматриваются в конце этой главы) и оборудование для мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM, см. главу 2).
Мультиплексирование с разделением по времени и его ограничения
Во всех видах Т-линий (Т-1, Т-3 и др.) используют мультиплексирование с разделением по времени (временное разделение). Каждому подключенному устройству присваивается временной слот, т.е. фиксированный промежуток времени. Например, если к линии Т-1 подключено восемь телефонных аппаратов, во время каждого телефонного звонка для всех аппаратов выделяется по одному временному слоту, и аппарату 1 присваивается слот А, аппарату 2 — слот В и т.д. Если линия Т-1 разделяется между компьютерами, а не телефонами, компьютеру l аналогично отводится слота, компьютеру 2 — слот В и т.д. Присвоенные слоты нельзя передать другому устройству, и если один из компьютеров на несколько минут «замолчит» и не будет отсылать данные, выделенный ему слот будет передаваться по сети пустым, т.е. в нем не будет никаких битов. Поэтому метод мультиплексирования с разделением по времени неэффективен для использования в глобальных сетях. При паузах в передаче данных появляются пустые временные слоты, на пересылку которых напрасно расходуется пропускная способность. В сети
с миллионами временных слотов это приводит к значительным простоям и «замусориванию» магистралей (см. рис. 5.2).
В более современных технологиях, в частности АТМ и IP, устройствам не присваивают временные слоты. Передаются только полезные бранные, что значительно повышает эффективную пропускную способность (см. конец этой главы и главу 8).
Примеры конфигурации систем для совместной передачи
голоса, факсов, видеоинформации и данных по линиям Т-1
Чтобы снизить расходы на пользование глобальными сетями, opгaнизации передают по линиям Т-1 комбинированный трафик — голос факсы, видеоматериалы, данные. Каналы для передачи голоса, как
правило, подключаются к УАТС. Оборудование для видеоконференции подсоединяется по-разному — через УАТС или в обход нее. При подключении через УАТС необходимо, чтобы она поддерживала передачу данных на высокой скорости. Однако чаще всего передача данных ведется в обход УАТС. При этом одним из вариантов является обслуживание линии Т-1 так называемым мультиплексором вставки — сброса. Мультиплексор «отрывает» от линии Т-1 несколько каналов и «сбрасывает» их В. сторону устройств передачи данных, после чего вставляет в сброшенный каналы «биты-заполнители» и пере направляет в мультиплексор УАТС поток Т-1, в том числе и каналы, содержащие биты-заполнители. Схеме конфигурации с мультиплексором вставки-сброса показана на рисунке 5.3.
Цифровые кросс-соединения — гибкое управление пропускной способностью
Цифровые кросс-соединения часто применяют для связывания множества офисов организации по частным выделенным линиям. Выделенными называются линии, которыми постоянно пользуется единственная организация. Они прокладываются между фиксированными, заранее определенными точками (см. главу 4). Если в центральном офисе необходима полная пропускная способность линии Т-1, но при этом для удаленных офисов хватило бы и частичной, то можно воспользоваться услугой телефонной компании по установке цифровых кросс-соединений. Телефонная компания проводит в центральный офис заказчика полную линию Т-1, а к удаленным подключает по нескольку каналов — меньше чем 24, как показано на рисунке 5.4.
Некоторые провайдеры позволяют клиенту настраивать конфигурацию своей линии Т-1 с терминала или компьютера клиента из его офиса. Пользователь может менять маршрутизацию трафика в зависимости от колебаний нагрузки в разное время дня или в случае аварии.
Усеченная линия Т-1 при меньшей потребности, чем 24 канала
Многим клиентам не хватает пропускной способности 56 кбит/с, но в то же время линия Т-1 чрезмерна для них. Такие клиенты могут заказать усеченную (частичную) Т-1 — несколько каналов линии Т-1, суммарная пропускная способность которых составляет некоторую долю от 1,544Мбит/с, — например четыре канала (4 × 64 = 256 кбит/с или 4х 56 = 224 кбит/с). Аренда частичной пропускной способности стоит меньше, чем полной линии Т-1 (1,544 Мбит/с). В качестве примера приведем компанию-клиента, у которой есть канал на 56кбит/с из Нью-Йорка в Бостон для электронной почты и доступа в Интернет. Компания собирается иногда проводить видеоконференции, а для них этой пропускной способности недостаточно. Правильнее будет заказать не полную линию Т-1 (стоимостью 5000дол. в месяц), а частичную, с четырьмя каналами (2000 дол. в месяц). Провайдеры предлагают частичные линии Т-1, пропускная способность которых увеличивается от 128 кбит/с (2 х 64) с шагом в два канала. Как правило, используются частичные линии Т-1 не более чем с шестью каналами, поскольку начиная с восьми каналов частичная Т-1 стоит почти столько же, сколько полная.
ЛИНИЯ Т-3 — ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ 28 ЛИНИЙ Т-1, ИЛИ 672 КАНАЛА
Линия Т-3 по пропускной способности соответствует 28 линиям Т-1, т.е. 672 каналам (28 × 24 = 672). Полная пропускная способность линии Т-3 составляет 44×736 Мбит/с. Это немного больше, чем 28 × 1544, поскольку часть пропускной способности расходуется на передачу необходимых служебных данных, в том числе используется для сигнализации и контроля состояния линии.
С ростом потребности организаций в услугах местной и дальней связи многие коммерческие телефонные компании обнаружили, что им не хватает пропускной способности одной линии Т-1 и необходимо подключение нескольких таких линий. В главе 2 на примере центров телефонного обслуживания наглядно показана потребность в обработке крупных объемов телефонных разговоров. Кроме того, в фирмах, торгующих по каталогам, в финансовых учреждениях, страховых компаниях, бюро телефонного обслуживания, предлагающих телефонные у слуги более мелким компаниям, тоже есть большие группы сотрудников, звонящих и отвечающих на звонки.
Помимо телефонных разговоров с клиентами, во многих компаниях, входящих в список «Fortune 100», по выделенным линиям между наиболее крупными филиалами передается большой трафик голоса, видеоматериалов и данных. Для обработки значительных объемов трафика в таких системах, в скоростных магистральных сетях и в центрах телефонного обслуживания приходится прокладывать много параллельных линий Т-1. Начиная с восьми - десяти линий Т-1 в одном филиале установка линии Т-3 может быть выгоднее.
Если требуется меньше восьми или десяти линий Т-l, но больше одной, можно использовать усеченную линию Т-3 (fractional Т-3), или FT-3. Частичные Т-3 применяют, например, для доступа к сетям АТМ, о которых будет подробно рассказано ниже.
Телефонные компании, провайдеры услуг Интернета и сетей Frame Relay часто целиком используют пропускную способность 672-каныьных линий Т-3. С помощью Т-3 крупные провайдеры подключают свои коммутаторы к магистральной части Интернета. Также линия Т-3 применяется в качестве точки доступа клиентов к сети провайдера — канал Т-3 принимает трафик, поступающий по клиентским линиям на скорости от 56 кбит/с до 1,54 Мбит/с (Т-1). Сейчас многие телефонные компании, провайдеры услуг, Интернета и сетей Frame Relay переходят с технологии Т-3 на более скоростную технологию АТМ.
ISDN — ЦИФРОВАЯ СЕТЬ С ИНТЕГРАЦИЕЙ УСЛУГ
Широко распространенный в мире открытый стандарт на передачу голоса, видеоматериалов и компьютерных данных по коммутируемой телефонной сети общего пользования известен под названием ISDN (integrated services digital network). Для подключения к ISDN пользователю требуется одна или две пары телефонных проводов. У ISDN есть две разновидности: базовый ISDN (basic rate interface — BRI) и расширенный (primary rate interface — PRI), характеристики которых приведены в таблице 5.3.
ISDN обоих видов имеют ряд важных свойств.
• Цифровой формат соединения. Обеспечивает стабильную качественную связь.
• Отсутствие сигнализации в каналах. Внешний сигнальный канал позволяет быстро устанавливать соединения и целиком использовать пропускную способность информационно-голосовых каналов для передачи
данных пользователя. Кроме того, по сигнальному каналу возможна коммутация пакетов данных.
• Коммутация соединений. Клиенты оплачивают только время, в течение которого линия была реально задействована.
• Стандартный интерфейс. Все, пользователи ISDN могут обмениваться данными друг с другом.
Предварительные стандарты на ISDN были опубликованы в середине 1980-х годов, окончательная версия появилась в 1990-х годах. Компания Nortel впервые продемонстрировала звонок через ISDN по сети общего пользования в 1987 г. Технология ISDN предусматривает применение обычных линий из медного провода. В отличие от скоростных технологий АТМ и SONET, ISDN не требует прокладки оптоволоконных кабелей. Но на АТС должно быть установлено оборудование поддержки ISDN. Существует мнение, что ISDN — промежуточный этап, и в таких областях, как доступ в Интернет, произойдет переход на более скоростную технологию DSL, тоже использующую медные телефонные линии, или же на кабельные модемы. Как уже было сказано, общая скорость передачи данных по BRI ISDN составляет 128кбит/с, по PRI ISDN— 1,536 Мбит/с.
Желающие приобрести ISDN могут столкнуться с препятствием в виде недостаточной распространенности этой услуги. В последние годы территория, охваченная ISDN, расширилась, но доступность этой услуги остается низкой. По данным Боба Ларрибью, председателя Калифорнийской группы пользователей магистральных сетей, опубликованным Национальным советом по ISDN (National ISDN Council), в феврале 1999 г. около 1% абонентских линий в США было оснащено оборудованием поддержки ISDN. В странах Европы и в Японии BRI ISDN распространен более широко, чем в США. В Германии, Франции, Швейцарии и Японии имеются возможности для обслуживания значительного числа пользователей BRI ISDN. Клиент ISDN должен находиться на расстоянии не более 5,5км от АТС. По словам одного из сотрудников Bell, этому условию удовлетворяют от 85 до 95% телефонных линий.
ISDN — служба без постоянного подключения, перед сеансом работы пользователь должен набрать телефонный номер. Соединение разрывается, когда звонивший кладет трубку. Существует версия ISDN с постоянным подключением, не требующая набора номера, известная под названием Always On/Direct ISDN (АО/DI), однако телефонные компании — провайдеры ISDN пока не предлагают ее заказчикам.
За передачу данных по ISDN взимается абонентская плата в зависимости от использования канала. Обычно она рассчитывается поминутно, иногда сочетается с оплатой фиксированной продолжительности соединения в месяц, сверх которого абонент платит дополнительно. В отличие от ISDN, услуги кабельных модемов и DSL оцениваются не по времени использования, а по постоянному месячному тарифу. Кроме того, эти технологии предусматривают постоянное подключение каналов, т.е. не требуют набора номера для установки соединения. Поминутная оплата соединений и недостаточная распространенность ISDN | серьезно повлияли на популярность этой службы.
Базовый ISDN — два канала по 64 кбит/с
Линия базового (BRI) ISDN содержит два несущих канала, по каждому из которых передается голос или данные пользователя со скоростью 64кбит/с. Кроме того, имеется один канал для сигнализации, его пропускная способность равна 16 кбит/с. На рисунке 5.5 показано устройство линии BRI ISDN. В качестве среды передачи используется одна витая пара проводов, проложенная от телефонной станции к клиенту.
Типичные области применения BRI ISDN — это:
• доступ в Интернет;
• настольные системы для проведения видеоконференций;
• многолинейные телефоны Centrex (см. главу 2);
• верификация кредитной карточки по сигнальному каналу;
• загрузка программного обеспечения из Интернета;
• запасной канал на случай отказа линии Frame Relay;
• работа на дому;
• соединение удаленных локальных сетей.
Загрузка программ из Интернета по BRI ISDN
Компании — производители программного обеспечения часто распространяют через Интернет модули обновления программ и новые версии или даже продают через Интернет новые продукты, благодаря чему
удается избежать расходов на носители, упаковку и пересылку по почте. Скорость загрузки программ из Интернета зависит от скорости модема, установленного у пользователя. В таблице 5.4 сопоставлено время получения файлов размером 10 Мбайт по модему и посредством ISDN. Важно понимать, что при использовании модема время пересылки зависит также от качества телефонной линии. Модемы, рассчитанные на максимальную скорость 56 кбит/с, часто не достигают ее из-за шума и помех на линии. Последняя строка в таблице 5.4 соответствует объединенному каналу ISDN, который состоит из двух несущих каналов по 64 кбит/с и, следовательно, имеет общую пропускную способность 128 кбит/с.
В последнее время все больше пользователей работают на дому или дома офисы малых фирм. Зачастую оказывается, что скорость аналоговых модемов слишком мала для их нужд, например для загрузки файлов из Интернета и приема вложенных в сообщения электронной больших документов, таких как слайды PowerPoint. Если местные еры не предлагают услуги кабельных модемов и DSL, пользователям стоит подумать об установке у себя ISDN.
Линии ISDN можно использовать в режиме разделения между голосом, данными и факсимильными сообщениями. Для подключения к ISDN нужен специальный терминальный адаптер с оконечным устройством сети NT-1. Он позволяет подключать оборудование, специально не предназначенное для работы с ISDN. (Подробнее устройства NT-1 рассматриваются в главе 6.) Адаптер терминала стыкует внешнюю линию ISDN, состоящую из двух проводов, с внутренней четырехпроводной линией. Все устройства, не поддерживающие ISDN, подключаются к разъемам терминального адаптера.
ISDN для проведения видеоконференций
Стоимость настольных систем для видеоконференций за последние годы заметно снизилась, что вызвало активный рост их продаж. Сейчас цена таких систем не превышает 2500 дол. Часто организации покупают настольные системы, для того чтобы, не приобретая полномасштабную систему, на практике оценить возможности технологии проведения видеоконференций. Многие настольные системы рассчитаны на подключение к двум несущим каналам линии BRI ISDN, объединенная пропускная способность которых равна 128 кбит/с (2 х 64 кбит/с). Необходимые для работы с линией ISDN терминальные адаптеры обычно уже встроены в видеосистему.
Комнатные системы для проведения видеоконференций, принадлежащие к классу малых систем, могут требовать для работы большую чем 128 кбит/с пропускную способность. Чтобы получить ее, несколько линий BRI «суммируют» при помощи объединительных устройств. Шесть несущих каналов трех линий BRI обеспечивают общую пропускную способность 384 кбит/с.
Передача данных по ISDN определяется набором устройств ISDN на обоих концах линии
Невозможно передавать данные и видеоматериалы с линий ISDN на аналоговые телефонные линии. Оборудование ISDN устанавливает соединение только с удаленными устройствами, поддерживающими ISDN. Линии ISDN типа BRI и PRI совместимы друг с другом. Рассмотрим в качестве примера консалтинговую инженерную фирму, которой часто приходится принимать и отправлять большие графические файлы. Фирма заинтересована в максимально быстрой передаче файлов, однако проблема в том, что не у всех клиентов может оказаться ISDN. Поэтому зачастую представители фирмы вынуждены звонить клиентам и выяснять, планируют ли те установку ISDN. В отличие от передачи данных, голосовые звонки с линий BRI ISDN и PRI ISDN можно направлять на телефонные номера в обычной телефонной сети.
Цены на услуги ISDN варьируют в довольно широком диапазоне. Размер оплаты за установку и фиксированный месячный тариф зависят от телефонной компании. Установка может стоить от 150 до 300 дол. Месячная оплата, как правило, на 10 — 40 дол. выше абонентской платы за аналоговую линию. Кроме того, клиенты-организации обычно платят дополнительно за каждую минуту использования ISDN. Некоторые тарифные планы, рассчитанные на организации и индивидуальных клиентов, предусматривают предоплаченный лимит времени — от 140 до 300минут в месяц, — сверх которого взимается поминутная оплата. Частным клиентам также предлагают тарифы с фиксированной месячной оплатой независимо от объема использования.
Одним из отличий базового (BRI) ISDN от расширенного (PRI) 13DN является число каналов: 3 канала у BRI и 24 — у PRI, согласно стандартам, используемым в США и Японии, или 30 каналов по стандартам других стран. Из 24-х каналов, составляющих линию PRI в США и Японии, 23 несущие, т.е. передают данные пользователя. Пропускная способность каждого из них равна 64 кбит/с. Последний (24-й) канал применяется для сигнализации, т.е. для передачи сигнальной информации, и тоже работает на скорости 64 кбит/с. Линии PRI используют для подключения УАТС или мультиплексоров к АТС телефонных компаний, и также для соединения УАТС друг с другом.
Число каналов PRI ISDN — 24, как и в линиях Т-1. Различие их в том, что в PRI ISDN сигнализация производится по 24-му каналу, вне полосы пропускания линии, тогда как в Т-1 сигнальная информация передается по всем каналам вместе с данными пользователя. Сигнальная информация позволяет, в частности, узнать номер телефона звонящей стороны, о чем будет подробнее рассказано при обсуждении работы УАТС на линиях PRI ISDN. Благодаря наличию отдельного канала для сигнализации пропускная способность каждого несущего канала (64кбит/с) остается полностью свободной для передачи данных и несущие каналы не отвлекаются на передачу служебных сигналов, необходимых, например, для установки и разрыва соединения.
PRI ISDN — это транковая (trunk) линия. Иными словами, PRI ISDN устанавливается с той стороны МАТС или мультиплексора, которая обращена к магистральной сети. Франковыми называются линии, связывающие друг с другом АТС телефонной компании либо, как в случае PRI ISDN, АТС и МАТС или мультиплексор.
Линии PRI ISDN применяются:
• для проведения видеоконференций (обычно в диапазоне скоростей
128 — 384 кбит/с);
• в крупных центрах телефонного обслуживания — для сбора телефонных номеров звонящих клиентов;
• как резервные линии связи между локальными сетями;
• как резервные линии для подстраховки частных выделенных линии на случай их отказа;
• в компаниях — провайдерах услуг Интернета — так приемные линии для звонков, поступающих с BRI ISDN и модемов на 56 кбит/с;
• в крупных компаниях — для обеспечения удаленного доступа из филиалов сотрудникам, которые пользуются BRI ISDN и модемами на 56 кбит/с.
Применение УАТС на транковых линиях PRI ISDN
Обслуживание линий PRI иногда осуществляется совместно с УАТС, например:
• в крупных центрах телефонного обслуживания — для определения номеров звонящих клиентов;
• индивидуальными пользователями — для контроля за звонками с возможностью их фильтрации;
• при подключении оборудования для видеоконференций, которое не полностью использует пропускную способность ISDN;
В крупных центрах телефонного обслуживания РRI ISDN используется для определения телефонного номера вызывающей стороны. При установке соединения посредством ISDN вместе с вызовом посылается телефонный номер звонящего. Важно, что номер передается по отдельному каналу — сигнальному. Благодаря этому телефонная система может обрабатывать сведения о номерах следующим образом. Их направляют в телефонную базу данных; по номеру телефона из базы извлекается учетный номер клиента, который отображается на экране у оператора, принимающего звонок. Тем самым работа оператора ускоряется, поскольку ему не надо вручную вводить учетные номера клиентов. Кроме того, запись телефонных номеров помогает при сборе статистических данных— например, для оценки воздействия маркетинговых кампаний и для исследования различных характеристик покупателей.
Способность PRI ISDN передавать телефонный номер полезна для фильтрации звонков. В современных телефонных аппаратах, подключаемых к линиям ISDN, на жидкокристаллическом экране высвечиваются номер и имя звонящего. Заказчики покупают услуги PRI ISDN у местных телефонных компаний. Когда поступает звонок, телефонная компания сообщает по сигнальному каналу номер и имя звонящего. Телефонное оборудование клиента принимает эти сведения и выводит их на экран телефонного аппарата, подключенного к ISDN. Некоторым сотрудникам, например, поступает множество рекламных звонков, мешающих работе. Другим хотелось бы принимать звонки только от ограниченного круга лиц. Благодаря определению номера можно не отвечать на нежелательные звонки или перенаправлять их автоматически на систему голосовой почты.
Иногда системы для проведения видеоконференций с поддержкой ISDN подключают к внутренней линии УАТС, так что видеосистема находится «сзади» от УАТС по отношению к магистральной сети. Это дает возможность не покупать специальную линию BRI для видеоконтеренци
а использовать существующую линию PRI в режиме разделения между голосовыми соединениями и передачей видеоданных. На рисунке 5.6 показано подключение устройства для видеоконференций по внутренней линии типа BRI. Когда видеоконференции не проводятся, все каналы внешней линии PRI свободны для голосовых звонков. Использовать линию в режиме разделения можно благодаря наличию 24-го, сигнального, канала. По этому каналу в телефонную сеть передается идентификатор вызова, который позволяет сети различать соединения для передачи видеоматериалов и голоса. Видеоданные пересылаются по специальной части сети общего пользования, отдельно от оцифрованных голосовых данных.
PRI и «скорость по требованию» — разделение линии PRI вежду устройствами передачи данных и видеоматериалов
По мере необходимости все каналы линии PRI можно динамически переназначать для передачи данных или голоса. Для этого по управляющему каналу посылаются сигналы настройки, которые сообщают, следует ли направлять поступающий поток в специальную часть сети общего пользования, выделенную для передачи данных, или в другую часть, отведенную для голоса. Это очень важное свойство, так как оно позволяет заранее не выделять в линии группу каналов, которая будет всегда использоваться для передачи данных, и другую группу, по которой будет всегда передаваться голос. В случае Т-1 это необходимо, так как нельзя переключить канал с голоса на данные и обратно, и если в какое-то время не оказывается данных для отправки, соответствующие каналы простаивают и не могут быть задействованы для передачи голосовых сообщений.
В мультиплексорах ISDN имеется функция «скорость по требованию» для обслуживания систем, использующих несколько несущих каналов. Примером таких систем служит оборудование для видеоконференций. Многие компании предпочитают проводить видеоконференции на скорости передачи данных 384 кбит/с, для чего необходимо шесть несущих каналов. Качество видеоизображения при этом заметно лучше, чем при передаче на скорости 128 кбит/с. Однако видеосистемы не используются 24часа в сутки, и в остальное время по шести свободным несущим каналам можно пересылать какие-то другие данные. «Скорость по требованию» позволяет отдавать другим приложениям пропускную способность, которая в данный момент не задействована для передачи видеосигнала. Таким образом, линии PRI с функцией «скорость по требованию» эксплуатируются более эффективно при разделении между несколькими устройствами, каждое из которых используется периодически.
PRI для обеспечения удаленного доступа.
Сотрудники, работающие на дому и имеющие линии BRI ISDN, звонят на транковые линии PRI в офисах организаций. По установленным соединениям сотрудники могут получать сообщения электронной почты и пользоваться корпоративными базами данных. Линии PRI также покупают провайдеры услуг Интернета, предоставляющие клиентам доступ по ISDN. Обычно провайдеры устанавливают у себя мультиплексоры, что позволяет обслуживать несколько транков PRI. Транковые линии PRI принимают трафик, поступающий от модемов на скорости до 56 кбит/с и из линий BRI ISDN.
Компании, имеющие несколько линий PRI в одном офисе, получают дополнительную возможность передавать всю связанную с ними сигнальную информацию по одному сигнальному каналу. Последний, таким образом, используется в режиме разделения между несколькими линиями. Приведем в качестве примера компанию — провайдера услуг Интернета, которая собирается купить шесть транков PRI. Есть смысл заказать конфигурацию, в которой два транка снабжены сигнальными каналами, а четыре других имеют для приема звонков 24 несущих канала, а не 23. Как правило, заказывают не один транк с сигнальным каналом, а два или больше, чтобы при отказе одного сигнального канала можно было передавать сигнальную информацию по другому, пока первый не будет восстановлен.
Технология цифровых абонентских линий (digital subscriber line, РЯ.) была разработана в 1989 г. компанией Bellcore. Технология предусматривает передачу видео- и телесигналов между АТС и абонентом по стандартным медным проводам, используемым для телефонной связи. В то время главным стимулом для продажи широкополосных каналов такого типа, как цифровые абонентские линии, считалось предоставление видео по требованию (video on demand). Сейчас основной областью применения этих каналов стал доступ в Интернет, хотя компания US West недавно предложила версию DSL, в которой совмещены услуги телевизионная, телефонии и Интернета. Из всех имеющихся в настоящее время разновидностей технологии DSL первой появилась асимметричная цифровая абонентская линия (asymmetric digital subscriber line, ADSL).
Как видно из названия, ADSL основана на асимметричной схеме. Передача данных к абоненту и от него ведется с разной скоростью. В направлении «вниз», из Интернета, часто приходят большие файлы, например музыка или фильмы. В направлении «вверх», от пользователя, требуется меньшая пропускная способность, потому что в этом случае передаются не такие большие файлы и команды, например, осуществляется выбор аудио- или видеофайла. Некоторые разновидности DSL построены по симметричной схеме, т.е. прием и отсылка файлов происходят с одинаковой скоростью. Примером симметричных служб DSL могут служить IDSL, SDSL и HDSL (см. табл. 5.5).
Региональные компании — операторы Bell (RBOC) предлагают цифровые абонентские линии в качестве альтернативной службы передачи данных, конкурирующей с кабельными модемами, установкой которых.
занимаются телевизионные компании. Компании — операторы Bell, сетевые провайдеры (MCI WorldCom и др.) и конкурирующие компании местной связи (Covad Inc., Rhythms NetConnections Inc., NorthPoint . Communications и т.п.) продают линии DSL клиентам, нуждающимся в высокоскоростном доступе в Интернет. Кроме того, посредством DSL организации подключаются к виртуальным частным сетям (VPN) и реализуют удаленный доступ для своих сотрудников. Одно из преимуществ DSL заключается в том, что эта технология задействует инвестиции в существующую медную кабельную инфраструктуру, поскольку для связи с учреждениями и квартирами клиентов нет необходимости прокладывать оптоволоконный кабель.
Технология DSL выгодна, потому что позволяет разгрузить телефонные сети общего пользования от модемного трафика. Данные, поступающие по линии DSL на АТС, перенаправляются в отдельную сеть, а не в сеть передачи голоса. Технология цифровой абонентской линии предусматривает разбиение данных на пакеты и пересылку их по отдельной сети. В отличие от этого, модемный трафик передается вместе с голосовым по общей сети, так как модемы превращают цифровые данные в аналоговые и у телефонной компании не существует способа отличить модемные звонки от обычных.
Поскольку имеется множество разновидностей технологии цифровых абонентских линий, иногда ее обозначают не DSL, а DSL. Различные линии DSL передают данные на разной скорости и на разные предельные расстояния, требуют установки у абонента неодинакового оборудования и позиционируются на рынке для различных групп заказчиков. Виды DSL перечислены ниже, дополнительные сведения приведены в таблице 5.5.
• ADSL — асимметричная цифровая абонентская линия (asymmetric . digital subscriber line). Устроена по асимметричной схеме. Скорость передачи данных «вверх» (от клиента) и «вниз» (к клиенту) неодинакова. Эта линия также известна как «полноскоростная» (full-rate) ADSL.
• DSL Lite — облегченная цифровая абонентская линия. Известна также как универсальная (universal) линия. Представляет собой реализацию стандарта ITU G.Lite. Скорость передачи данных ниже, чем по ADSL. Предлагается конкурирующими компаниями местной связи. Стоимость установки ниже по сравнению с ADSL благодаря отсутствию раздвоителей на телефонной станции и у заказчиков (раздвоители применяются для разделения каналов передачи голоса и данных).
• HDSL — высокоростная цифровая абонентская линия (high-bit-rate digital subscriber line). Существуют два конкурирующих стандарта на HDSL. Построена по симметричной схеме, т.е. скорость передачи данных одинакова в направлении «вниз» и «вверх».
• VDSL— особо высокоростная цифровая абонентская линия (very high- bit-rate digital subscriber line). Компания US West объявила о планах по установке в 1999 г. ограниченного числа линий VDSL, которые предполагают использовать для трансляции телепрограмм и доступа в Интернет. Высокие скорости VDSL требуют совместного применения медных и оптоволоконных кабелей. VDSL может использоваться совместно с волоконно-оптическими каналами, например, когда абонентам нужен качественный прием видеопрограмм параллельно с высокоскоростным доступом в Интернет.
RADSL — цифровая абонентская линия с адаптацией по скорости (rate-adaptive digital subscriber line). Вариант ADSL, способный адаптироваться к работе на линиях разного качества и различной протяженности. При ухудшении качества линии RADSL переходит на пониженную скорость передачи.
SDSL — симметричная цифровая абонентская линия (symmetric digital subscriber line). Обеспечивает передачу данных «вверх» и «вниз» на одинаковой скорости, обычно более низкой, чем при передаче по ADSL. В зависимости от расстояния до АТС скорость меняется от 160 кбит/с до 1,1 Мбит/с.
IDSL — интегрированная цифровая абонентская линия (integrated services digital subscriber line). Подключается к клиентскому оборудованию ISDN, однако, в отличие от ISDN, является выделенной службой, т.е. пользователи платят не за трафик, а вносят фиксированную абонентскую плату. Не поддерживает передачу голоса.
услуги цифровых абонентских линий предлагают в нескольких областях рынка.
• В качестве конкурирующей альтернативы кабельным модемам для доступа в Интернет и обеспечения работы сотрудников предприятий вне офиса.
Конкурирующие компании местной связи (CLEC) — на линиях на основе медного кабеля, которые они перепродают после покупки у компаний Bell и независимых телефонных компаний, устанавливая на линиях оборудование DSL. Некоторые CLEC, например, Covad Inc. и Rhythms NetConnections Inc., занимаются исключительно предоставлением услуг по передаче данных (data CLEC). Многие из этих СНЕС продают симметричные линии DSL (SDSL) корпоративным клиентам.
Компании дальней связи — в качестве высокоскоростных местных служб передачи голоса, доступа в Интернет и обеспечения удаленной работы сотрудников предприятий.
Провайдеры услуг Интернета — на линиях на основе медного кабеля, которые перепродают конкурирующие компании местной связи после покупки у компаний Bell и независимых телефонных компаний. CLEC устанавливают свое DSL-оборудование
на АТС Bell. Это оборудование соединяется с провайдерами услуг Интернета по высокоскоростным телефонным линиям. Указанные компании предлагают клиентам услуги Web-хостинга, электронной почты и подключения к Интернету.
Главное препятствие к расширению продаж цифровых абонентских линий — недостаточное число проложенных линий. Телефонные компании, конкурирующие с поставщиками кабельных модемов, рекламируют услуги DSL. Об обширных планах по внедрению DSL заявили компании GTE (ныне подразделение SBC), Bell Atlantic, MCI WorldCom, SBC и US West.
Распространению DSL препятствуют два фактора: дороговизна внедрения DSL у провайдеров и сложность установки оборудования у конечных пользователей. Высокая стоимость внедрения объясняется, в частности, необходимостью приведения медной кабельной инфраструктуры местных телефонных компаний в соответствие с технологическими требованиями. Линии на основе медного провода должны быть освобождены от всех нагрузочных колец и шунтовых ответвлений. (Первые применяют для усиления сигнала в аналоговых телефонных линиях, вторые — для подключения нескольких абонентов к АТС по одному кабелю.)
Помимо недостаточной распространенности и высокой стоимости внедрения, серьезной проблемой является сложный монтаж DSL у конечных пользователей. Заказчикам нужны линии, которые были бы просты в подключении и обслуживании. Для того чтобы упростить использование DSL, Консорциум компьютерных и телекоммуникационных компаний (Universal ADSL Working Group) занимается продвижением упрощенного стандарта DSL Lite и новых конфигураций ПК, оснащенных DSL-модемами. Считается, что DSL поможет увеличить продажи мощных компьютеров и высокоскоростных услуг Интернета. Действуя в этом направлении, компании — производители персональных компьютеров, такие как Apple, Dell, Compaq и др., предлагают покупателям модели, укомплектованные модемами DSL Lite.
Технология ОЯ предусматривает передачу данных в частотном диапазоне, который остается неиспользованным в стандартных телефонных линиях. Из доступного для медной телефонной проводки диапазона частот для передачи голоса применяется только 4 кГц. Таким образом, все прочие частоты в медных кабелях открыты для пересылки данных. В настоящее время существует предварительная версия стандарта ITU на
службы ADSL и ADSL Lite, обозначаемая Т1.143, согласно которой предписывается применение в DSL-модемах дискретной многотональной модуляции (discrete multitone modulation, DMT). При модуляции частота посылаемых в телефонную линию сигналов изменяется так, чтобы обеспечить совместимость с сетью провайдера.
Модемы DSL передают данные по медным кабелям на частотах, превышающих 4кГц. Чаще всего в DSL-модемах применяется метод кодирования DMT. При его использовании сигналы кодируются и сжимаются по специальным алгоритмам с разделением на 256 подканалов. По каждому из них передается по 32 кбит. По существу, DMT одновременно посылает данные на 256 различных частотах. Для их отсылки в направлении «вверх» применяют один набор частот (подканалов), другой набор частот (подканалов) служит для передачи «вниз», от провайдера к абоненту. Максимальная скорость передачи «вверх» равна 1 Мбит/с, «вниз» — 8 Мбит/с.
Помимо кодирования и сжатия данных модемы DSL осуществляют:
• коррекцию ошибок;
• контроль производительности;
• маршрутизацию.
Функция маршрутизации позволяет разделять одну линию DSL между несколькими персональными компьютерами. Например, по домашней линии DSL дети могут играть в игры по Интернету, а родители в это время имеют возможность пользоваться удаленным доступом к корпоративным ресурсам. Для подобного одновременного подключения необходимы линия DSL и модем DSL со встроенным маршрутизатором. Компьютеры подключаются к модему через соединение 10Base-Т Ethernet.
DSL Lite — недорогая служба доступа
Служба DSL Lite была разработана, чтобы снизить стоимость внедрения услуг DSL. Технология DSL Lite (или Universal DSL) надежно работaeт на протяженных линиях, где расстояние между клиентом и оборудованием телефонной станции может быть больше обычного. Скорость передачи по линиям DSL Lite составляет 1,5 Мбит/с в направлении «вниз» и 384кбит/с — «вверх». Эти скорости достигаются на расстоянии, не превышающем 4,8 км от телефонной станции.
DSL Lite иногда называют «DSL без раздвоителя», так как для этих линий не требуется установка раздвоителей на телефонной станции или у абонентов. При монтаже стандартной ADSL раздвоители необходимы; они устанавливаются на границе между линией и оборудованием клиeнтa, а также на телефонной станции. Раздвоитель представляет собой устройство размером с две пачки сигарет, предназначенное для разделения низкочастотных сигналов, применяемых для передачи голоса, и
высокочастотных сигналов передачи данных. Сам факт отсутствия раздвоителя позволяет телефонной компании не беспокоиться о привлечении высококвалифицированных технических специалистов для монтажных работ.
Другое преимущество DSL Lite в том, что заказчику не требуется перестраивать свою внутреннюю кабельную систему. Однако может возникнуть необходимость подключения специальных фильтров к каждой телефонной розетке. Некоторые телефонные аппараты не соответствуют стандарту и создают в телефонных линиях помехи, затрудняющие передачу данных. Фильтры отсекают частотный диапазон свыше 4 кГц и тем самым устраняют эти помехи.
DSLAM — мультиплексоры доступа к DSL
Мультиплексоры доступа к цифровым абонентским линиям (digital subscriber line access multiplexer, DSLAM) входят в состав оборудования сетевых провайдеров. DSLAM получают данные по нескольким линиям DSL и объединяют их в более высокоскоростной поток для отправки через Интернет или по другой сети передачи данных. Иначе говоря, DSLAM объединяют трафик, поступающий от нескольких DSL-модемов (см. рис. 5.7). После этого DSLAM отсылают трафик во внешнюю линию
на скоростях Т-3 (44 Мбит/с) или АТМ ОС-3 (155 Мбит/с). Кроме того, ряд моделей DSLAM выполняет конкатенацию потоков, при которой исходящие от группы устройств данные передаются в едином потоке, а не в отдельных (см. врезку «Конкатенация»). Например, несколько видеопотоков пересылаются так, чтобы между ними не вклинивался трафик других устройств DSL. При использовании DSLAM с конкатенацией скорость обозначается ОС-3С (optical carrier 3 concatenated — конкатснированный оптический носитель уровня 3).
Соединительный канал между мультиплексорами DSLAM и провайдером Интернета является потенциальным источником возникновения сетевых заторов. Линии между коммутаторами компаний СLЕС и DSLAM используются на условиях аренды. Если пропускная способность на этом участке недостаточна, клиенты могут столкнуться с задержками в передаче данных. Пропускная способность линии между DSL-модемом и DSLAM принадлежит только клиенту, однако этого нельзя сказать о, иначе между DSLAM и компанией СLЕС или Интернетом.
DSL как способ доступа к ресурсам Интернета и конкурентный ответ кабельным компаниям
Маркетинг услуг DSL ориентирован прежде всего на конкуренцию с провайдерами кабельных модемов, ISDN и высокоскоростных модемов. Служба DSL весьма конкурентоспособна в предоставлении доступа в Интернет, удаленного доступа для сотрудников, работающих на дому, а также приложений с повышенными требованиями к пропускной способности сети (например, связанных с передачей графических данных). Интерес к DSL проявляют компании RBOC, которым DSL позволяет реализовать инвестиции в медные кабели, применяемые во внешней кабельной системе. Ведь для работы линий DSL требуется именно медный, а не оптоволоконный кабель.
Акт о телекоммуникациях 1996 г. послужил импульсом для распространения DSL. Актом предусмотрена продажа компанией Bell отдельных частей сети конкурирующим компаниям, таким как СLЕС. Теперь компании CLEC могут приобретать каналы связи (например, линии, проведенные в дома заказчиков) с целью перепродажи после установки высокоскоростного оборудования DSL. Компаниям CLEC не нужно прокладывать собственные линии из медного провода: для обеспечения услуг DSL они могут покупать их у Bell Некоторые из конкурирующих компаний местной связи, в частности NorthPoint Communications, Rhythm NetConnections Inc. и Covad Inc., занимаются исключительно услугами передачи данных, и поэтому их называют data CLEC.
FRAME RELAY — РАЗДЕЛЯЕМАЯ УСЛУГА В ГЛОБАЛЬНЫХ СЕТЯХ
Компании — провайдеры услуг местной и дальней телефонной связи предлагают Frame Relay (ретрансляцию кадров) как способ доступа к сети, используемый в режиме разделения многими клиентами. Frame Relay предоставляет заказчикам услуги виртуальной частной сети (VPN). С точки зрения заказчика, Frame Relay выглядит как его собственно отдельная сеть, которая, однако, не требует аренды выделенных линий. Для организаций, приступающих к постройке своей телекоммуникационной инфраструктуры, Frame Relay — одна из альтернатив созданию собственной сети, привлекательная тем, что оставляет все техническими вопросы управления сетью провайдеру.
Frame Relay была впервые внедрена в 1992 г. как услуга, позволяющая клиентам пересылать данные между несколькими точками подключения. Организации могут пользоваться Frame Relay, вместо того чтобы проектировать, прокладывать и поддерживать собственные линии между филиалами.
Рассмотрим в качестве примера крупную компанию, занимающуюся розничной торговлей. До перехода на Frame Relay ей приходилось поддерживать более 100 выделенных линий для связи между главным офисом и каждым из розничных магазинов компании. Это требовало больших затрат на содержание телекоммуникационного отдела, который должен был контролировать абонентскую плату за все линии, вовремя ремонтировать их, решать споры, бороться с перекладыванием ответственности, планировать использование пропускной способности каждой линии и т.п. Кроме того, в главном офисе размещалось телефонное оборудование — CSU/DSU для цифровых модемов (см. главу 6), а также необходимое для обслуживания более 100 линий количество мультиплексоров. Если компания избавится от всего этого, то сможет заметно сократить расходы на технический персонал, оборудование и абонентскую плату.
Технология Frame Relay применяется для связи между локальными ми, для доступа в Интернет и для обеспечения удаленного доступа сотрудникам, работающим на дому. Несмотря на то что Frame Relay по инциально подвержена возникновению сетевых заторов, у этой технологии есть следующие преимущества:
• Управлением сетью занимается провайдер, а не заказчик. Это весьма разумно для компаний, стремящихся к тому, чтобы сосредоточить усилия на основном бизнесе, а не отвлекаться на решение сетевых проблем.
• По сравнению с обычными частными сетями Frame Relay требует меньше локального оборудования — модемов и мультиплексоров,— поскольку каждый объект (офис, магазин и т.п.) соединяется только с сетью Frame Relay, а не со всеми другими объектами.
• Пропускная способность Frame Relay распределяется более гибко по сравнению с выделенными линиями. Это свойство привлекательно для небольших быстроразвивающихся компаний, так как позволяет им легко наращивать мощность канала.
В сетях Frame Relay предусмотрены собственные внутренние резервные маршруты, так что клиенту не нужно беспокоиться об оснащении своих офисов несколькими линиями подключения.
В отличие от выделенных частных сетей, прокладываемых для эксклюзивного использования конкретной организацией-заказчиком, сети Frame Relay являются разделяемыми. Операторы местной и дальней связи сооружают крупные сети Frame Relay, к которым подключается множество клиентов.
Одна из причин превосходства Frame Relay по скорости по сравнению с традиционными сетями с коммутацией пакетов — отказ от тщательного контроля ошибок внутри сети. Это позволяет увеличить скорость пересылки данных по магистральным каналам. В сетях на основе более старой технологии Х.25 каждый пакет по пути многократно проверяется на предмет ошибок, что уменьшает общую скорость передачи бранных. В технологии Frame Relay предполагается, что такими задачами, как поиск ошибок передачи и выявление потерянных пакетов, должны заниматься внутренние сети клиентов. Обычно эти функции выполняют локальные маршрутизаторы (см. главу 1) .
Подключение к Frame Relay — устройства доступа
и возможная скорость линий доступа
Пользователи соединяются с сетью Frame Relay посредством так называемых линий доступа. По ним оборудование клиентов подключается к магистральной сети Frame Relay. Технология Frame Relay выгодна тем, что клиент у не нужно прокладывать прямые линии от одного офиса ко всем другим. Достаточно лишь соединить все объекты с сетью Frame Relay. Каждая точка подключается к коммутатору сети Frame Relay по арендованному каналу, обычно по телефонной линии.
Существует несколько видов линий доступа, различающихся по скоростям. Выбор между ними зависит от объема трафика, порождаемом конкретным абонентом. В разных местах сети могут быть использованы линии доступа с разной скоростью. Некоторые провайдеры Frame Relay предлагают заказчикам также не постоянный доступ (dial-up, например, по линиям ISDN), ориентированный на мелких пользователей. Перед отсылкой данных по линии непостоянного (коммутируемого) доступа нужно набрать телефонный номер. Линии постоянного доступа, напротив, всегда готовы к передаче данных. Иногда коммутируемый доступ применяется как резерв на случай отказа выделенных линий, по которым устанавливается постоянное соединение.
Приведем некоторые обычно используемые скорости:
• 1,54 Мбит/с (Т-1);
• 56 кбит/с;
• 128 кбит/с;
• 256 кбит/с;
• 384 кбит/с;
• 44 Мбит/с (Т-З).
Линии Т-1 эксплуатируются некоторыми клиентами в режиме совместного использования, т.е. передача голосового трафика происходит по той же линии, что и доступ к сети Frame Relay. Например, из 24-х каналов Т-1 выделяют 22 под голосовые сообщения и подключают их к телефонной системе, а два оставшихся канала, соединенных с портом Frame Relay провайдера, передают сетевой трафик. Режим совместного использования позволяет сэкономить на аренде линий доступа к сети Frame Relay.
У клиента устанавливается оборудование, которое преобразует график локальной сети в кадры, совместимые с сетью Frame Relay провайдера. Устройства доступа к Frame Relay (Frame Relay access device, FRAD) обычно представляют собой плату расширения в корпусе маршрутизатора. В каждом кадре есть несколько специальных битов, по которым сеть определяет начало и конец отсылаемых данных, — так называемый биты-флаги (bit flags). Другие служебные биты внутри кадра содержат информацию об адресе получателя и о том, кто оплачивает пересылку кадра. По ним провайдер Frame Relay определяет, куда передавать тот или иной кадр и кому выставлять счет за его транспортировку.
По линиям доступа трафик пересылается от сети провайдера к сети клиента и обратно. Поступившие в сеть Frame Relay кадры обрабатываются высокоскоростными маршрутизаторами, которые передают данные от одного участка магистральной сети провайдера к другому. При этом, как правило, используется технология АТМ.
Передача голоса по Frame Relay
Для того чтобы сократить расходы на телефонные разговоры между своими филиалами, находящимися в разных городах, некоторые компании стали применять сети Frame Relay для передачи голоса (см. рис. 5.8). Отметим, что для обработки звонков покупателей Frame Relay не используется. Хотя звучание голоса по Frame Relay позволяет вести разговор, разница в качестве по сравнению с обычной телефонной сетью
слишком заметна. Поэтому трафик Frame Relay состоит в основном из данных, пересылаемых из одной локальной сети в другую.
При передаче голоса по Frame Relay применяют две основные технологии: сжатие данных и подавление пауз. Последняя заключается в том, что паузы между словами и время, когда кто-то слушает собеседника, задействуют для передачи данных других пользователей. Кроме того, сами слова подвергаются сжатию, что позволяет уменьшить необходимую для их передачи пропускную способность. Наконец, чтобы избежать перерывов в передаче разговора, голосовому трафику устанавливается высокий приоритет. Но это только теория. На практике при возрастании загруженности сети Frame Relay качество голоса, как правило, ухудшается и возникают паузы между словами.
Структура цен на услуги Frame Relay — порты,
соединения, выделяемая пропускная способность
За пользование сетью Frame Relay взимается фиксированная ежемесячная плата, вычисляемая с-учетом трех описанных ниже элементов. Кроме того, в расходы заказчика входит оплата телефонных линий, не которым его офисы подключаются к сети Frame Relay. Элементы, влияющие на стоимость услуг Frame Relay, — это тип соединения (коммутируемое или постоянное), порт и выделенная пропускная способность.
1. Постоянное виртуальное соединение (permanent virtual circuit, PVC)— это жестко заданный маршрут в сети провайдера. Если, например, клиенту необходимо организовать обмен данными между объектами, находящимися в Сан-Франциско и Тусоне, провайдер может установить между этими двумя точками постоянное виртуальное соединение. За пользование PVC с клиента берется фиксированная абонентская плата.
2. Коммутируемое виртуальное соединение (switched virtual circuit, SVC), в отличие от РЧС, оплачивается клиентом в зависимости от объема использования. Между объектами в сетях Frame Relay можно установить временные соединения, которые применяются обычно для передачи небольшого голосового трафика. При этом заказчик платит только за реально использованную пропускную способность, что может быть выгоднее абонентской платы за PVC.
3. Порт Frame Relay представляет собой точку входа в сеть Frame Relay. Порты находятся на коммутаторах, установленных у провайдера, причем каждый порт может участвовать в нескольких виртуальных соединениях. Существуют порты, работающие на разных скоростях, в том числе Т-l, 256, 56 и 16 кбит/с.
4. Выделяемая информационная скорость (committed information rate, CIR) — гарантированная нижняя граница пропускной способности канала. Клиенту гарантируется, что Frame Relay сможет передавать данные с определенной скоростью, которая обычно равна половине скорости порта провайдера. Клиенты могут создавать «взрывной трафик», когда поступает объем данных, превышающий CIR. Однако существует верхняя граница скорости, определяемая параметрами порта. Например, через порт, рассчитанный на 56 кбит/с, нельзя отправлять трафик с большей скоростью.
Вероятность возникновения сетевых заторов в Frame Relay
Услуги Frame Relay пользуются популярностью у заказчиков, и провайдеры начинают все активнее предлагать их. Для расширения своих информационных служб и сооружения новых сетей организации-заказчики часто выбирают именно Frame Relay, потому что при этом не требуется аренда большого числа выделенных линий, покупка мультиплексоров и другого оборудования и можно избежать затрат на планирование и обслуживание сети. Вместе с тем услуги Frame Relay разделяются между многими клиентами, и качество связи зависит от провайдера, в частности от того, привлекает ли он новых заказчиков, когда пропускная способность сети и без того подходит к концу. Клиенты также надеются, что провайдер будет использовать современное телекоммуникационное оборудование, правильно распределять емкость каналов и информировать их об успешной передаче отправленных данных. Если к сети провайдера подключено слишком много клиентов, возникают заторы и возможна потеря кадров. Поэтому организации, для которых особенно важна надежность обмена данными, а также те, чья работа связана с секретной информацией, нередко предпочитают создавать настоящие частные сети, укомплектованные собственным техническим персоналом.
АСИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ (АТМ)
Асинхронный режим передачи (asynchronous transfer mode, АТМ)— это высокоскоростная (до 2,5 Гбит/с) коммутируемая служба передачи голоса, данных, видео- и мультимедийной информации. Не следует путать аббревиатуру АТМ из области телекоммуникаций с обозначением АТМ, принятым для банкоматов (automatic teller machine). Асинхронный режим передачи чаще всего применяется в магистральной части сетей провайдера, однако крупные компании-клиенты тоже начинают использовать АТМ для пересылки больших файлов между объектами компании, например в кинопроизводстве — для отправки фрагментов фильмов на монтаж в студию. Важное преимущество АТМ заключается в том, что эта технология позволяет провайдерам и конечным пользователям передавать несколько видов трафика, не прокладывая отдельные сети для голоса, видеоматериалов, данных и т.д.
С точки зрения конечных пользователей АТМ — более дорогая во внедрении, но более скоростная и гибкая служба, чем Frame Relay. Последняя наиболее успешно применяется для связи между локальными сетями, тогда как АТМ позволяет передавать по одному соединению разные виды трафика.
Особенностью АТМ является разделение трафика по приоритету. Различные виды трафика обслуживаются с разным качеством. О качестве обслуживания (quality of service, QoS) будет подробно рассказано далее. Посредством АТМ передают параллельные потоки данных, каждому из которых назначен свой уровень качества. АТМ используют:
• провайдеры дальней связи;
• телефонные компании Bell;
• конкурирующие компании местной связи (СНЕС);
• провайдеры сотовой связи;
• сети кабельного телевидения;
• сети Frame Relay;
• провайдеры Интернета;
• провайдеры виртуальных частных сетей;
• крупные финансовые компании;
• компании из списка «Fortune 500»;
• университеты;
• крупные больницы.
Высокие скорости достигаются в АТМ благодаря следующим свойствам:
1. Ячейки имеют фиксированный размер.
2. Коммутация ячеек выполняется аппаратно, на основе установленных соединений.
3. Коммутация происходит в асинхронном режиме.
Ячейки фиксированного размера — быстрая обработка
В сетях АТМ пересылаемые данные разбиваются на отдельные группы, называемые ячейками. Этот процесс можно сравнить с вкладыванием равного числа писем в каждый конверт. Такие «конверты» называются ячейками фиксированного размера. Для их обработки требуется меньше действий, чем в случае пакетов переменного размера. Коммутатору АТМ не нужно искать биты, обозначающие конец ячейки, — достаточно лишь знать начало, потому что каждая ячейка имеет стандартную длину (53 байта) и коммутатор автоматически определяет ее конец.
Из 53-х байтов пять отведены под заголовок. Часть битов заголовка используется для обозначения типа упакованной в ячейку информации (голос, данные, видео и т.п.) и служит для определения приоритета. При передаче голоса и видеоматериалов нужно поддерживать постоянную скорость, чтобы не было перерывов в звучании или изображении. Поэтому таким данным назначают более высокий приоритет, чем компьютерному трафику между локальными сетями. Другие биты заголовка содержат сведения, используемые для маршрутизации, для восстановления последовательности ячеек и для поиска ошибок. Оставшиеся 48 байтов несут «полезную нагрузку» — именно они передают пользовательские данные.
Аппаратная коммутация — уменьшение расходов на поиск адреса
Высокая скорость работы АТМ достигается в значительной степени благодаря тому, что ячейки коммутируются на уровне оборудования, т.е. не проводится поиск адреса каждой ячейки с помощью программы. Увидев первую ячейку нового потока данных, коммутатор АТМ устанавливает в сети маршрут и сохраняет информацию о нем в памяти оборудования. Вновь поступающие ячейки с таким же заголовком направляются уже по существующему маршруту. Из этого следует, что АТМ ориентирована на работу с соединением.
Асинхронная коммутация — повышение эффективности использования сети
При асинхронной коммутации любая произвольно выбранная ячейка
может быть передана в любом «кусочке» полосы пропускания, в отличие от того, как устроены каналы на основе синхронного мультиплексирования, например Т-1 и Т-3. Мультиплексор Т-3 выделяет временной слои (time slot) для каждого из 672 входных потоков данных. Предположим, терминала получил слот1, терминал В — слот2 и т.д. Когда у терминала А нет данных для отправки, слот 1 посылается по каналу пустым. АТМ свободен от ограничений синхронной технологии и статистические мультиплексирует ячейки, отправляемые в сеть, с учетом указанного в заголовке уровня качества обслуживания. Например, для передачи голоса и видеоматериалов требуется более высокий приоритет по сравнению с пересылкой сообщений электронной почты, без лишних задержек и с большей общей скоростью. В технологии АТМ это достигается почти без потерь неиспользованной пропускной способности.
Масштабируемость — применение АТМ
в высокоскоростных и низкоскоростных приложениях
Посредством АТМ можно осуществлять передачу на разных скоростях. В сеть поступают потоки данных от разных источников, например телефонных устройств, маршрутизаторов или видеосистем, которые направляются по маршрутам — виртуальным соединениям, устанавливаемым коммутаторами АТМ. Масштаб приложений АТМ может меняться от небольших скоростей (56кбит/с) до самых высоких, используемых при передаче видеоматериалов и мультимедийных данных. В этом и заключается масштабируемость. АТМ чаще можно встретить в сетях провайдеров, но ожидается, что по мере совершенствования эту технологию будут все шире применять крупные корпорации для передачи по глобальным сетям компьютерных данных и голоса.
Пограничные и центральные устройства АТМ
В сетях провайдеров Frame Relay часто используются коммутаторы АТМ, выполняющие коммутацию трафика на скорости 622 Мбит/с в центральной (или магистральной) части сети. Провайдеры услуг Frame Relay подключают клиентов к-сети с помощью устройств Frame Relay, расположенных на границе сети. Это область, где трафик входит в сеть и покидает ее. Почти все провайдеры пользуются сейчас многофункциональными коммутаторами, в которых установлены одновременно порты Frame Relay и АТМ.
Некоторым клиентам нужен доступ на более высокой скорости, чем Т-3. Для их подключения провайдеры устанавливают соединения непосредственно по АТМ, и таким образом пользователи получают скоростной доступ к услугам виртуальной частной сети. Клиенты могут пользоваться всеми преимуществами VPN, при том что управление сетью ocyществляет провайдер, а не сам клиент.
Международный союз электросвязи (ITU) выделил несколько элементов сети АТМ:
• сетевой интерфейс пользователя;
• качество обслуживания;
• соединения между объектами пользователя.
Эти элементы являются основой для определения приоритетов трафика, пересылки его между объектами и установления соединений в сетях АТМ. Допускается несколько уровней качества обслуживания, что важно, поскольку по АТМ передается много различных видов трафика. Передача голоса и видеоматериалов весьма чувствительна к задержкам, в отличие, например, от электронной почты, поэтому для последней возможен более низкий уровень качества обслуживания.
Основная доля коммутаторов АТМ установлена в сетях провайдеров. Например, в некоторых сетях сотовой связи их применяют для маршрутизации звонков между антеннами, которые обслуживают сотовые ячейки. Вместе с тем услуги АТМ могут быть арендованы у сетевых провайдеров. Эта технология позволяет осуществлять передачу смешанных потоков (голоса, видеоматериалов и данных) лучше, чем Frame Relay.
Сетевой интерфейс пользователя—
физическое подключение к сети АТМ
Сетевой интерфейс пользователя (user network interface, UNI) — это выделенная телефонная линия, которая соединяет клиента и оборудование АТМ.
Такие линии могут работать на разных скоростях, включая:
• Т-1;
• Т-3;
• усеченную Т-3;
• ОС-1 (52 Мбит/с);
• ОС-3 (155 Мбит/с);
• ОС 12 (622 Мбит/с);
• более высокие скорости.
Заказчики арендуют услуги АТМ у провайдеров сетей общего пользования. Все пользовательские каналы доступа к АТМ подключаются к сети провайдера по линии UNI, и, следовательно, не требуется соединять друг с другом отдельными линиями все филиалы организации. На рисунке 5.9 представлена схема передачи данных через сеть АТМ общего пользования.
Некоторые крупные компании, владеющие собственными выделенными линиями, применяют АТМ для связи между своими филиалами, в частности для видеоконференций, телефонных разговоров, пересылки электронной почты и соединения локальных сетей друг с другом. Точно так же, как АТМ позволяет провайдерам избавиться от раздельных сетей передачи данных и голоса, крупным организациям эта технология дает возможность обойтись без самостоятельных выделенных линий для данных и голоса (см. рис. 5.10). При этом услуги АТМ могут быть реализованы на собственных линиях или арендованы у провайдера.
Уровни качества обслуживания — зависимость от применения
Качество обслуживания характеризуют несколько параметров: доступность пропускной способности, точность передачи данных, приоритет трафика, задержки в сети. Предположим, что достигается верхний предел пропускной способности сети. В такой ситуации клиент либо провайдер может выделить часть трафика как более приоритетную, и за нее пользователь будет платить отдельно. Например, если требуется уменьшить задержки для передачи видеоматериалов и голоса, клиент может заказать качество обслуживания с так называемой постоянной битовой скоростью (см. ниже), которое характеризуется малыми задержками в сети. Для того чтобы сеть могла определить запрошенный уровень качества обслуживания, его значение заносят в 5-байтовый заголовок ячейки АТМ.
Пользователи услуг АТМ платят по более высоким тарифам за повышенные уровни качества обслуживания, такие как постоянная битовая скорость и переменная битовая скорость с поддержкой режима реального времени (см. ниже). С учетом своих потребностей заказчики выбирают те или иные уровни качества, чтобы оплачивать лишь, то, что реально требуется. Если нужно пересылать только данные, нет смысла платить за более высокие уровни, необходимые для передачи голоса в режиме реального времени.
Ниже описаны существующие виды услуг. В дополнение к ним в комитетах по стандартизации сейчас ведется работа над спецификацией услуг передачи трафика IP по высокоскоростным магистралям АТМ. Пока неясно, будут ли новые мощные сети на основе IP основаны на технологии терабитных маршрутизаторов или на коммутаторах АТМ. (О терабитных маршрутизаторах рассказывалось в главе 1; о конвергенции в IP-сетях см. главу 8.)
Постоянная битовая скорость — уровень качества обслуживания с наибольшим приоритетом и малыми задержками в сети. Непрерывно обеспечивается запрошенная пропускная способность, и можно предсказать производительность сети в течение сеанса связи. Применяют обычно для проведения видеоконференций, передачи голоса, телевизионных прогpaмм, видео по требованию.
Переменная битовая скорость с поддержкой режима реального времени — уровень качества, допускающий незначительные колебания скорости и потерю небольшого числа ячеек. Используют для передачи сжатого голоса и в некоторых приложениях интерактивного видео.
Переменная битовая скорость без поддержки режима реального времени — уровень, применяемый для приложений, которые характеризуются непостоянным, «взрывным» трафиком, например для связи между локальными компьютерными сетями. Допускает больше задержек и более значительные колебания скорости по сравнению с двумя предыдущими уровнями качества обслуживания. Провайдеры услуг Интернета используют его для передачи основного трафика.
Доступная битовая скорость — уровень, предназначенный для приложений, которые могут подстраивать свои требования под наличие сетевых ресурсов и работать в условиях задержек в сети и при меняющейся скорости канала. Примерами служат маршрутизаторы ТСР/IP и Frame Relay, а также пейджинговое оборудование. Большинство провайдеров АТМ не предлагают конечным пользователям услуги на уровне доступной битовой скорости.
Без указания битовой скорости — уровень услуг, для которых время передачи данных не критично, например пересылка файлов, электронной почты, изображений. Данные передаются, когда в сети остается незанятая пропускная способность. Тарифы довольно низкие.
Скорость пересылки ячеек — виды скоростей АТМ
Скорость услуг АТМ принято выражать через скорость передачи ячеек. Последние могут отсылаться на нескольких определенных скоростях, увеличивающихся с шагом 64 кбит/с. На уровнях качества обслуживания с постоянной битовой скоростью и с переменной битовой скоростью с поддержкой режима реального времени определены следующие параметры:
• Пиковая скорость — наибольшая скорость, с которой ячейки передаются в сеть (с шагом 64 кбит/с).
— На уровне качества обслуживания с постоянной битовой скоростью все время поддерживается пиковая скорость.
— На уровне качества обслуживания с переменной битовой скоростью с поддержкой режима реального времени пиковая скорость соответствует предельно допустимой в момент передачи «взрывного» трафика.
• Время поддержания скорости — максимальное время, в течение которого на уровнях с переменной битовой скоростью поддерживается пиковая нагрузка.
Постоянные виртуальные соединения для точек присутствия заказчика
По любому соединению между точками сети АТМ можно передавать несколько параллельных потоков данных. Например, когда пользователи проводят видеоконференцию, по той же самой линии они могут обмениваться большими файлами. Таким образом, несмотря на то, что физически существует только одно соединение, параллельно идет несколько процессов передачи данных. Для каждого из этих процессов используется заранее установленный маршрут — постоянное виртуальное соединение (permanent virtual connection, PVC).
Существует два типа постоянных виртуальных соединений:
• виртуальный путь (virtual path connection, VPC);
• виртуальный канал (virtual channel connection, VVC).
Виртуальный путь — это единый маршрут, устанавливаемый при покупке услуг АТМ. Для определения виртуального пути используются биты идентификатора виртуального пути (virtual path identifier, VPI) в заголовке ячейки.
Виртуальные каналы — это потоки передачи данных между двумя объектами, все они размещаются внутри виртуального пути. Можно провести аналогию с кабелем, который состоит из оболочки и множества проводов внутри. Для выбора виртуального канала служат биты идентификатора виртуального пути (VPI) вместе с битами идентификатора виртуального соединения (virtual channel identifier, VCI) в заголовке ячейки.
Каждому виртуальному каналу в составе виртуального пути можно назначить собственный уровень качества обслуживания. Например, каналам, по которым передается голос, присваивается постоянная битовая скорость, а другим каналам, используемым для обмена данными между локальными сетями, — переменная битовая скорость без поддержки режима реального времени. На рисунке 5.11 показана передача данных по АТМ с различными уровнями качества обслуживания.
Межсетевое взаимодействие АТМ и Frame Relay
В некоторых организациях одна часть объектов может быть подключена к каналам Frame Relay, а другая — к АТМ, причем между ними необходимо осуществлять пересылку данных. Например, в филиалах и не больших местных офисах компании можно использовать Frame Relay для отправки данных в центральный офис. Поскольку местных офисов много и центр должен обрабатывать весь поступающий от них трафик, есть смысл оборудовать его линией доступа к АТМ. Возможна конфигурация, в которой главный офис подключается к сети провайдера через сетевой интерфейс пользователя (UNI) на основе линии Т-3, а в филиалах применяются линии Frame Relay, рассчитанные на скорость Т-1 или 56кбит/с. В таком случае говорят о межсетевом взаимодействии Frame Relay и АТМ.
Для реализации межсетевого взаимодействия Frame Relay и АТМ провайдеры применяют многофункциональные коммутаторы. Компании— производители оборудования, такие как Ascend Communications, Cisco Systems, Newbridge Networks, Nortel Networks, выпускают коммутаторы, в которых устанавливаются платы обработки пакетов Frame Relay и ячеек АТМ. В коммутаторах происходит внутреннее преобразование ячеек и пакетов, и таким образом обеспечивается межсетевое взаимодействие объектов, оборудованных Frame Relay и АТМ.
СИНХРОННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СЕТЬ SONET
Сеть SONET представляет собой комплекс оборудования и программного обеспечения; который позволяет провайдерам в однородном виде передавать по магистральной волоконно-оптической сети трафик, исходящий из разнообразного оборудования клиентов. Магистралью называется
высокоскоростная центральная часть сети провайдера, похожая на, широкое шоссе, в которое вливаются потоки движения с десятков местных дорог. Если бы не существовало службы, подобной SONET, провайдеры столкнулись бы с проблемой обработки и контроля трафика, поступающего отовсюду на различных скоростях и в разных форматах. В частности, пришлось бы устанавливать почти везде отдельное оборудование для работы с Т-3 и АТМ. Благодаря тому что в качестве «сердцевины» сети используется SONET, все задачи планирования, управления, контроля и обслуживания решаются эффективно и единообразно,
В сети SONET предусмотрен стандартный способ мультиплексирования волоконно-оптического канала для обработки трафика, интенсивно поступающего от большого числа разнородных мультиплексоров. Как уже говорилось, мультиплексированием называется процесс объединения трафика нескольких устройств для пересылки по одной линии (см. главу 1). Сеть SONET построена на основе волоконно-оптических каналов и является службой уровня 1. Известно, что уровень 1 отвечает за параметры взаимодействия со средой передачи данных (медные провода, оптоволоконные кабели и т.п.). SONET передает данные на высоких скоростях, называемых
ОС-скоростями. АТМ — это служба уровня 2, следовательно, она отвечает за такие действия, как коммутация, адресация, обнаружение ошибок передачи. График, поступая в сеть провайдера с коммутаторов АТМ, из IP-сетей и с мультиплексоров линий Т-1 и Т-3, направляется в каналы SONET, по которым передается в магистральную часть сети. Стандарт на ОС-скорости был утвержден ITU. Названия уровней ОС и соответствующие скорости приведены в таблице 5.6.
Существующие системы SONET по большей части находятся в сетях телефонных компаний. Разработка стандарта проводилась компанией Bell Communications Research Inc. — головной исследовательской группой, которой в то время совместно владели компании RBOC, — и была завершена в 1984 г.
Синхронная цифровая иерархия и SONET
При разработке стандарта на уровни оптического носителя учитывались принятые в США, Канаде, Корее, Тайване и Гонконге скорости потока данных и голоса при мультиплексировании с разделением по времени, обозначаемые как DS-1 (1,54 Мбит/с) и DS-3 (44 Мбит/с). DS-1 является полным эквивалентом линии Т-l, а DS-3 — Т-3 (672 канала по 64 кбит/с каждый). Уровни оптического носителя выбирались так, чтобы они вмещали в себя целое число потоков DS-1 или DS-З.
В Европе применяется своя система скоростей синхронной оптической передачи данных SDH (synchronous digital hierarchy — синхронная цифровая иерархия). Европейские стандарты мультиплексирования с разделением по времени обозначаются El и Е3 и основываются на скоростях 2 и 43 Мбит/с соответственно. Поток Еl состоит из 30 каналов по 64кбит/с каждый, а ЕЗ — из 512.
В таблице 5.7 сопоставлены скорости, применяемые в синхронной цифровой иерархии в Европе, и скорости SONET в США. SONET считается подмножеством иерархии SDH. Синхронный режим обмена (synchronous transfer mode, STM) используется в Европе для обозначения ряда уровней скорости и соответствующих электрических спецификаций. Скорости SONET и SDH совместимы друг с другом. Одно и то же оборудование SONET может работать на скоростях ОС и SDH.
Функции SONET распределены между четырьмя уровнями.
1. Фотонный уровень отвечает за преобразование электрических сигналов в оптические и обратно. Данные в виде электрических сигналов, поступающие в мультиплексор SONET по медным проводам или другому носителю, перед отправкой по оптоволокну преобразуются в импульсы света. На принимающем конце такое же оборудование трансформирует оптические сигналы обратно в электрические.
2. Уровень секции контролирует пересылку данных между оборудованием SONET и оптическими усилителями. Последние необходимы для усиления оптических сигналов, которые ослабевают с увеличением расстояния.
3. Уровень линии отвечает за синхронизацию и мультиплексирование нескольких потоков данных для передачи их по одному каналу. При синхронизации осуществляется приведение разнородного трафика к единому формату. Также на этом уровне выполняется администрирование мультиплексоров SONET и контроль за их работой.
4. Уровень тракта разбивает передаваемые голосовые и компьютерные данные на кадры. (Кадрами называются фрагменты данных, сформированные из пользовательской информации с добавлением некоторой служебной информации, необходимой для работы линий.)
Одно из преимуществ сети SONET заключается в том, что к ее мультиплексорам можно подключать устаревшие, низко производительные каналы и передавать их данные по магистральной части сети на высокой скорости. SONET можно применять и для передачи трафика АТМ, IP, телевизионных .сигналов.
При разработке мультиплексоров SONET прежде всего подразумевалось взаимодействие с сетями с коммутацией каналов, работающими на скоростях порядка Т-1, Т-3 и АТМ. После появления современных IP-сетей с коммутацией пакетов сформировалась точка зрения, что у SONET нет будущего. Действительно, ключевой функцией SONET является преобразование данных из формата более медленных сетей на основе электрических сигналов в оптические сигналы. Новые сети изначально работают с оптическими сигналами, и эта функция SONET оказывается невостребованной. Однако считать SONET устаревшей технологией можно будет не раньше, чем появятся мультиплексоры с разделением по длине волны, такие же надежные, как оборудование SONET.
Кольца SONET с повышенной надежностью
Поскольку волоконно-оптические каналы работают на очень высоких скоростях, надежность приобретает особое значение. Неисправность медного телефонного провода, по которому передается один разговор, затрагивает двух абонентов. По линии SONET на скорости ОС-192 пересылается 129 000 потоков DS-О, по 64 кбит/с каждый. При отказе SONET крупная больница или городская пожарная станция может остаться без связи, что нанесет ущерб чьему-нибудь здоровью. Поэтому почти 5% полосы пропускания SONET отведено под передачу служебных данных для диагностики и администрирования.
Для повышения надежности сети SONET построены в виде двунаправленных колец. Имеется два кольцевых набора оптических кабелей, по одному из которых происходит передача данных. Второй, запасной, называют также кольцом защиты. При повреждении кабеля трафик перенаправляется в противоположную сторону по запасному кольцу— кольцу защиты. Эта схема имеет важное преимущество по сравнению с линейной, где из-за обрыва в каком-либо месте передача трафика нарушается, до тех пор пока не вмешивается администратор, чтобы вручную изменить маршруты. Это наглядно показано на рисунке 5.12. Кроме того, при отказе одного из мультиплексоров другой мультиплексор, подключенный к кабелю противоположного направления, берет обработку трафика на себя.
Услуги телефонных компаний на основе сети SONET
Местные телефонные компании продают коммерческим организациям пропускную способность волоконно-оптических сетей на базе SONET. Заказчики подключаются к магистральным кольцам SONET по каналам Т-1 или (чаще) Т-3. Как уже говорилось, двойная кольцевая структура SONET обеспечивает дополнительную надежность. Эти услуги ориентированы в первую очередь на центры телефонного обслуживания, где важна высокая пропускная способность и особенно надежность связи. Примером могут служить билетные кассы авиалиний. На рынке авиаперевозок
очень жесткая конкуренция, и многие менеджеры считают, что перебои связи из-за ненадежной телефонной сети приносят им крупные убытки, потому что потенциальные клиенты могут позвонить и в другую компанию. В индустрии финансовых услуг тоже высоки требования к надежности передачи голоса и данных.
Местные телефонные компании предлагают сеть SONET для подсоединения каналов клиентов к центральным пунктам обмена трафиком. Заказчик может выбирать между скоростями ОС-3 (155 Мбит/с), ОС-12 (622 Мбит/с) и ОС-48 (2488 Мбит/с). При аварии или перегрузке участка сети ее работа восстанавливается не позднее чем через 50 мс (см. также врезку «Аварии в оптических каналах из-за деятельности человека»). Кольца SONET подключаются к нескольким пунктам обмена трафиком и телефонным станциям, поэтому при отказе оборудования на какой- либо станции обслуживание тут же возобновляется благодаря запасным ресурсам. У клиента и на телефонной станции должны быть установлены совместимые друг с другом оптические мультиплексоры SONET, которые преобразуют световые сигналы, используемые в SONET, в электрические сигналы и наоборот.
Поддержка SONET в мультиплексорах
с разделением по длине волны и коммутаторах АТМ
Применяя мультиплексирование по длине волны, можно повысить пропускную способность волоконно-оптических каналов, подключаемых к оборудованию SONET. Последнее принимает поступающие от разных источников потоки данных и голоса, преобразует их в оптические световые сигналы и отправляет эти сигналы с высокой скоростью по оптоволоконному кабелю, для чего применяются стандартные протоколы. Мультиплексирование с разделением по длине волны позволяет пропускать по одному оптическому каналу сразу несколько потоков SONET. Мультиплексор (см. главу 2) принимает на входе потоки SONET и преобразует их в световые сигналы с разной длиной волны (разного цвета), причем по каждому волокну оптического кабеля пересылается таким способом в 96 раз больше данных, чем смогли бы передавать мультиплексоры SONET.
Для экономии средств заказчиков компании-производители выпускают оборудование с поддержкой SONET и функцией мультиплексирования по длине волны. Мультиплексор с разделением по длине волны может быть встроен внутрь корпуса устройства SONET. Компания Nortel Networks снабжает свое оборудование SONET такими мультиплексорами, изготовленными в виде плат расширения. При отсылке данных мультиплексор SONET направляет исходящий световой поток на вход платы мультиплексора с разделением по длине волны. На другом конце оптического кабеля принимающее оборудование демультиплексирует многоцветный световой поток в сигнал одного цвета, направляемый затем в мультиплексор SONET, который демультиплексирует его, разделяет кадры и при необходимости преобразует оптический сигнал в электрический.
В то время как одни компании оснащают свое оборудование SONET мультиплексорами с разделением по длине волны, появляется и оборудование АТМ, способное выполнять функции SONET. Компания Ascend Communications, входящая в состав Lucent Technologies, объявила, что в ее новых АТМ-устройствах поддерживается мультиплексирование SONET/SDH, преобразование оптических сигналов в электрические, автоматическое восстановление связи и управление цифровыми кросс-соединениями. Это означает, что оборудование Ascend будет способно обрабатывать потоки Т-1 и Т-3 без использования внешнего мультиплексора SONET. Ascend также работает над встраиванием функций управления цифровыми кросс-соединениями в производимые ею коммутаторы АТМ. Управление цифровыми кросс-соединениями позволяет настраивать маршруты в цифровых линиях, в частности Т-1 и Т-3, с помощью программируемых функций — например, переключать кросс- соединения так, чтобы перенаправлять некоторые каналы линии Т-3 из Нью-Йорка в Чикаго.
Технология SONET— высокопроизводительные и дешевые сети
Скорость сетей SONET постоянно увеличивается, а следовательно,
уменьшается необходимое количество оборудования и оптических каналов для поддержания требуемого трафика. Уже не так высок финансовый барьер для новых компаний, приступающих к постройке сетей дальней связи. Примером является Qwest Communications Corporation, которой принадлежит волоконно-оптическая сеть SONET, рассчитанная на скорость ОС-192. По словам вице-президента по вопросам стратегии и планирования, компания убеждена, что новые приложения в области обработки графики и видеоинформации предопределяют требования к пропускной способности сетей. Работу сети SONET компании Qwest обеспечивает оборудование производства Nortel; применяется мультиплексирование для передачи нескольких потоков ОС-192 по каждой волоконно-оптической линии, что позволяет повысить пропускную способность каналов.
Компаниям, недавно появившимся на рынке, легче достичь скоростей ОС-192, чем давно работающим конкурентам, так как для этого требуется специальный вид оптического волокна — волокно с нулевой дисперсией. Оно тоньше и изготавливается из более чистого материала, чем стандартный одномодовый кабель, на основе которого построены нынешние магистральные сети. Новые компании не сталкиваются с проблемами из-за качества проложенных в прошлом кабелей. Кроме того, им не нужно модернизировать устаревшие модели мультиплексоров и оборудование поддержки SONET.
Глава 6. Модемы и устройства доступа к линии
В этой главе будут рассмотрены вопросы, связанные с подключением компьютеров к телефонным линиям. Компьютер и телефонную линию, по которой мы хотим отправлять данные, статичные и видеоизображения, должно соединять особое устройство, называемое DCE (data cir-сuit-terminating — оконечное устройство канала данных). Оно подключается одной стороной к телефонной розетке, другой — к разъему компьютера. Чаще всего при передаче данных по обычной телефонной сети устройством DCE служит модем. Поскольку телефонные линии способны передавать аналоговые данные, а компьютеры работают с цифровыми данными, модем должен преобразовывать цифровые сигналы компьютера в аналоговую форму, чтобы они стали совместимыми с аналоговой телефонной линией.
ПЕРЕНОС ДАННЫХ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРОМ И ТЕЛЕФОННОЙ ЛИНИЕЙ
Аналоговые и цифровые линии требуют применения различных устройств-преобразователей в соответствии с типом линии. При работе с цифровой телефонной линией необходимо наличие устройства DCE, модифицирующего компьютерные сигналы так, чтобы они стали совместимы с данной линией. При использовании линий ISDN устанавливаются устройства NT1, а на других видах цифровых каналов (T-1, Т-3 и др.) применяют устройства СSU (см. табл. 6.1). (По линиям Т-1 можно одновременно передавать 24 «разговора», а по линиям Т-3 — 672, причем каждый канал работает со скоростью 64 кбит/с.) Оконечные устройства канала данных выполняют функции нескольких видов, конкретный набор которых зависит от типа линии.
И на аналоговых, и на цифровых линиях устройства DCE реализуют следующие функции:
• обеспечивают равномерную, плавную передачу данных (для этих целей имеется таймер);
• поддерживают нужное электрическое напряжение;
• осуществляют поиск и коррекцию ошибок при передаче данных;
• уменьшают искажения в пересылаемом сигнале;
• осуществляют сжатие данных для повышения пропускной способности;
• служат разделительной точкой, откуда проводят тестирование телефонной линии, чтобы выяснить, где расположен источник неполадок — на линии или в оборудовании.
Функции DCE для цифровых линий — это:
• отслеживание «правильного» числа «нулей» и «единиц» для предотвращения ошибок;
• преобразование формы цифрового сигнала. Функции DCE для аналоговых линий — это:
• преобразование цифровых компьютерных сигналов в аналоговые при
передаче данных из компьютера в аналоговую линию;
• преобразование аналоговых телефонных сигналов в цифровые при приеме данных из телефонной сети.
Благодаря тому что DCE обладают функциями удаленной диагностики, удается предотвратить стандартную ситуацию, когда при поиске дефекта ремонтники перекладывают ответственность на «сетевиков», те - на «кабельщиков», последние — на «модемщиков» и т.д. Более того, фирмы — изготовители компьютеров, сетевого оборудования и модемов точно так же кивают на «соседа». По мнению телекоммуникационных компаний, при поиске неисправности в больших сетях это одна из самых неприятных проблем. В числе разработанных способов борьбы с ней проверка линии посредством посылки в устройство DCE тестовых битов. Если они успешно принимаются DCE, можно сделать заключение, что неисправность находится где-то вне связки DCE — телефонная линия.
В телекоммуникационной терминологии часто используется также аббревиатура DTE (data terminal equipment — оборудование терминала данных), которой обозначают мультиплексоры и другие устройства. К устройствам DTE относятся:
• переносные компьютера
• персональные компьютеры;
• УАТС;
• системы для проведения видеоконференций;
• сотовые телефоны;
• телевизоры;
• мини-АТС;
• мультиплексоры;
• факс-аппараты;
• банкоматы;
• электронные кассовые аппараты.
Компьютеры, МАТС, мультиплексоры и прочие устройства обмениваются данными при помощи всех видов телефонных услуг локального и удаленного доступа. Вот некоторые из них:
• обычные телефонные линии;
• цифровые линии (Т-l, Т-3 и т.п.);
• ISDN;
• аналоговая сотовая связь;
• цифровая беспроводная связь (например, PCS);
• каналы кабельного телевидения;
• аналоговые и цифровые выделенные линии (см. главу 5);
• линии доступа к сетям ретрансляции кадров Frame Relay (см. главу 5). В таблице 6.1 приведены различные оконечные устройства канала данных, которые необходимы для работы на линиях того или иного типа. Устройства на обоих концах канала — передающем и принимающем — должны быть совместимы друг с другом. Оборудование, выпускаемое разными фирмами, может работать вместе благодаря тому, что Международный союз электросвязи создал и принял ряд стандартов.
DCE-ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТЕЛЕФОННЫХ ЛИНИЙ
Оконечное устройство канала данных (DCE), располагается между телефонной линией и устройством терминала данных, например компьютером или мультиплексором (см. рис. 6.1). Благодаря появлению небольших
мощных микросхем и возрастанию функциональных возможностей цифровых сигнальных процессоров (digital signal processors, DSP) размеры DCE постоянно уменьшались. Современные модемы для переносных компьютеров имеют такие же размеры, как кредитная карточка. Другие устройства DCE изготовлены в виде плат расширения. Ниже приведено несколько примеров возможной конфигурации.
• Модемы для ПК представляют собой или платы расширения, или внешние устройства, подключаемые к последовательному порту компьютера. Обе разновидности соединяются непосредственно с гнездом телефонной линии (телефонной розеткой). Если к той же линии нужно подключить обычный телефон, то его провод вставляется в дополнительный разъем модема. Для внешних модемов требуется свой источник питания, а внутренние получают питание от материнской платы компьютера.
• Устройства NT1 и СЯ3 подключаются непосредственно к гнезду линии Т-1 или ISDN.
• Устройство NT1 для BRI ISDN может работать на линии внутренней телефонной системы (допустим, УАТС). В этом случае адаптер ISDN подключается к телефонному гнезду УАТС (что аналогично подсоединению к обычной линии). В свою очередь, УАТС (или мини-АТС) подключается к кабелю PRI ISDN.
• Если применяется мультиплексор, то СЯ.1/DSU или модем подключается между ним и гнездом телефонной линии.
• Модем и CSU/DSU могут представлять собой плату внутри мультиплексора, соединенного кабелем с гнездом телефонной линии.
• Платы CSU/DSU встраиваются в некоторые МАТС, функционирующие в качестве мультиплексора на цифровых линиях (Т-1 и более скоростных). В таком случае кабелем соединяется гнездо телефонной линии и плата CSU/DSU, находящаяся внутри корпуса МАТС.
АНАЛОГОВЫХ ТЕЛЕФОННЫХ ЛИНИЙ
И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Модем преобразует цифровые сигналы, получаемые от компьютера, в аналоговые, пригодные для передачи по аналоговым линиям. Процесс превращения сигнала из цифровой формы в аналоговую называется модуляцией. Принимающий модем выполняет демодуляцию сигнала, т.е. превращает его из аналоговой формы обратно в цифровую, после чего пересылает в устройство DTE. Таким устройством может быть, например, компьютер.
В начальный период развития модемов стандарты на них устанавливала компания Bell Systems, которая тогда входила в состав АТЛЕТ и утверждала требования к устройствам, подключающимся непосредственно к сети общего пользования (см. табл. 6.3 в приложении к этой главе). В 1980-х годах некоторые поставщики начали выпускать новые модемы, рассчитанные на более высокую скорость. Работа по утверждению стандартов перешла к Консультационному комитету по международной телефонии и телеграфии (CCITT), который теперь известен как Международный союз электросвязи (ITU). Нередко компании-производители, не дожидаясь принятия новых стандартов, разрабатывали и выпускали на рынок модемы, основанные на собственных фирменных стандартах. Так случилось, например, со спецификацией V.fast, ныне утвержденной как стандарт V.34 на модемы со скоростью передачи данных 33,6 кбит/с. Еще до того как окончательная версия была утверждена ITU, Motorola и АТ&Т выпустили собственные варианты модема V.fast, работающего на скорости 28,8 кбит/с.
В целях борьбы с помехами на аналоговых линиях в модемах применяют различные методы обнаружения и коррекции ошибок. Эти методы стандартизованы для предотвращения сбоев и для того, чтобы модемы разных фирм-производителей были совместимы друг с другом (см. табл. 6.3 в приложении к этой главе).
Основное ограничение, связанное с модемами, вызвано тем, что передача ведется по аналоговым линиям. Скорость ее лимитируется присутствием в канале помех и затуханием сигнала с увеличением расстояния. Даже при использовании коррекции ошибок модемы не всегда достигают максимальной заявленной скорости передачи, причем чем выше эта скорость у аналогового модема, тем меньше вероятность устойчивой работы с ней. Обнаружив на линии помехи (шум), модемы переходят с
текущей скорости на более низкую. Например, модем стандарта способен «откатываться» с 33,6 на 19,2кбит/с. Следует отметить, что многие модемы могут снова увеличивать скорость, когда качество линии улучшается.
Частью любого факс-аппарата является внутренний модем. После того как факс-аппарат сканирует изображение, представляя его в цифровой форме, модем преобразует эти данные в аналоговый сигнал. В телефонной линии перед началом передачи слышны звуки нескольких стандартных тонов — это передающий и принимающий аппараты выполняют «рукопожатие» («handshake»), т.е. «договариваются» о том, какая скорость и какой метод коррекции ошибок будут использованы при пересылке. Факс-аппараты, предназначенные для аналоговых линий, работают в соответствии со стандартом ITU Group III на скорости 9600 бит/с.
Кроме того, функциями факс-модема обычно обладают модемы для компьютеров (внешние или сделанные в виде плат расширения). Таким образом, большинство пользователей, покупая модем для своего компьютера, приобретают и факс-модем. Чтобы он выполнял функции факса, нужно специальное программное обеспечение, которое может отправлять документы прямо из текстового редактора, электронной таблицы или графической программы. Без факс-модема приходилось бы; распечатывать эти документы и посылать их с обычного факс-аппарата.
Модемы на 56 кбит/с — стремление к высокой скорости
Модемы на 56 кбит/с работают в несимметричном скоростном режиме. Скорость отправки данных отличается от скорости приема (см. рис. 6.2). Отправка, т.е. передача данных от абонента к провайдеру, осуществляется медленнее, чем прием — получение данных от провайдерам. Необходимость такой схемы объясняется тем, что между отправляющей стороной (абонентом) и телефонной станцией установлена аналоговая линия, тогда как у принимающей стороны (провайдера) — цифровая. Направление передачи данных к абоненту называют иногда направлением «вниз», а к провайдеру — «вверх».
Модемы на 56 кбит/с проектировались в предположении, что на том конце, где находится провайдер, все каналы уже переведены на цифровой формат (например, Т-1 или PRI ISBN). Эксперты рассчитывали,
что появление модемов на 56кбит/с и соответствующее ускорение передачи данных приведет к более активному использованию Интернета. Загрузка Web-страниц через «медленный» модем отнимает много времени. Пользователям нравится работать на высоких скоростях. Сейчас аппетиты возросли, и для быстрого доступа в Интернет многие стремятся обзавестись еще более скоростными устройствами, такими как кабельные модемы и модемы DSL (описание DSL см. в главе 5).
Модемы на 56 кбит/с — ограничения по мощности и реально достигаемая скорость
При использовании модемов на 56 кбит/с возникают проблемы, связанные с мощностью передающих устройств, которыми оборудованы телефонные компании, и качеством местных аналоговых телефонных линий. Для достижения скорости 56 кбит/с по каналу «вниз» с телефонной станции должен поступать сигнал определенного уровня мощности. При более низком уровне мощности достигается только 53 кбит/с. Требования к мощности устанавливает комиссия FCC, которая в настоящее время занимается их пересмотром. Неизвестно, будут ли эти требования изменены, и если будут, то когда. И даже их изменение не приведет к значительным улучшениям, так как по-прежнему скорость будет снижаться из-за помех в местных линиях, да и сама разница между значениями 53 и 56 кбит/с невелика.
Еще одним важным фактором являются помехи, которые возникают в местных телефонных линиях, т.е. проводах, соединяющих абонента и телефонную станцию. В реальных условиях эксплуатации модемы не всегда достигают заявленной в стандарте скорости 33,6 кбит/с при передаче данных «вверх» и 56 кбит/с — «вниз».
В статье «Модемы на 56 кбит/с кажутся перспективными, но страдают от ряда проблем»1, опубликованной в «Network World», Тим Макшейн рассказывает об испытаниях, выполненных анонимной компанией — производителем модемов. По этим данным модемы V.34 достигали своей максимальной скорости 33,6 кбит/с только в 40% случаев. Так или иначе, помехи в локальных телефонных каналах снижают скорость модемов при передаче данных.
Модемные и факс-серверы— разделение ресурсов внутри организации
С помощью модемных и факс-серверов сотрудники организаций могут совместно пользоваться модемами и факсами, а главное — телефонными линиями. До тех пор пока эти серверы не получили широкого распространения, сотрудники обычно по своей инициативе покупали для себя модемы и настольные факс-аппараты, часто без согласования с компьютерным отделом. В лучшем случае подавалось много индивидуальных заявок на их приобретение. Со всем этим были связаны как лишние расходы при установке и обслуживании модемов, при оплате телефонных линий, так и общая путаница. Бывало, что организации со штатом 400сотрудников заказывали для подключения модемов, ни много ни мало, 50телефонных линий. Месячная плата за каждую линию составляет 20 дол.; таким образом, общие затраты организации возрастали при этом на 1000 дол. в месяц, т.е. на 12 тыс. дол. в год, даже без учета стоимости самих модемов.
Понятно, что при возникновении проблем с абонентской платой или ремонтом компьютерные отделы зачастую оказывались в неведении относительно того, где установлены дополнительные линии и кто ими пользуется. Порождаемые этим трудности только нарастали, по мере того как все большему числу сотрудников требовался доступ к электронной почте и к Интернету. Самым эффективным методом координации удаленного доступа оказалось формирование центрального пула ресурсов, в котором объединялись бы все телефонные линии и коммуникационные устройства для использования сотрудниками в режиме разделения ресурсов.
Для обеспечения удаленного доступа крупные компании и провайдеры Интернета применяют модемные серверы, которые называют также серверами удаленного доступа, или RAS-серверами (remote access servers). Такие серверы предусматривают подключение телефонных линий различного типа. Например, в случае работы с линией Т-1, подсоединенной к CSU/DSU, они могут передавать до 24-х сообщений одновременно. Когда Т-1 используется для передачи в Интернет исходящего трафика ТСР/IP из локальной сети, каждый из 24-х каналов разделяется между пакетами данных нескольких пользователей. Для поддержки внешнего удаленного доступа часто пользуются каналами PRI ISDN. По линиям ISDN можно передавать аналоговые телефонные разговоры, потоки данных на скорости 56 кбит/с или трафик BRI ISDN. На линии PRI ISDN с помощью вспомогательного сигнального канала принимающие устройства определяют, исходит ли поток данных от другого ISDN-устройства. Модемные серверы и факс-серверы также можно использовать для вязи с устройствами, не подключенными к Интернету. В некоторых виде оборудования предусмотрены возможности удаленной настройки, программирования или тестирования; при этом оператор подключается к устройству по модему, минуя Интернет. Чтобы не устанавливать для них целей модем каждому сотруднику, в локальной сети применяют модемные серверы. Любой пользователь, обладающий соответствующие и полномочиями, может обращаться к модемному пулу и факс-ресурсам. Модемный сервер представляет собой плату, которая вставляется в разъем расширения на материнской плате компьютера. Если от пользователей одновременно поступает слишком много запросов и факс-портов не хватает, некоторые отсылаемые файлы сохраняются в серверном, буфере до тех пор, пока не появится свободный порт. Пример такой системы показан на рисунке 6.3.
Модемные и факс-серверы могут работать с телефонными линиями различного типа, например с двумя каналами BRI ISDN и двумя аналоговыми линиями. Тем самым для сотрудников, работающих на дому или и дopoгe, обеспечивается удаленный доступ либо по ISDN (если у них есть возможность его использовать), либо по обычной линии.
На факс-серверах также предусматривается возможность установки программ для работы с протоколом IP, которые обеспечивают отправку факсов через Интернет. Это позволяет избежать расходов на дальние телефонные звонки, в особенности на международные. Если факс-cepвep настроен на отсылку сообщений через Интернет, это автоматически означает, что он подключен к маршрутизатору. Маршрутизатор, в свою
очередь, при помощи телефонной линии, такой как Т-l, подсоединяя я к поставщику услуг Интернета.
Модемы PCMCIA — преимущества миниатюризации
Устройства PCMCIA (аббревиатура от Personal Computer Memory Сard International Association — Международная ассоциация по картам памяти для персональных компьютеров) выглядят как карточки размером 8,6 х 5,4 см, которые вставляются в специальные разъемы портативных компьютеров — ноутбуков, карманных, ручных и т.п. Вначале предполагалось, что эти карты будут использоваться для наращивания возможностей портативных компьютеров. Например, при недостатке места на жестком диске можно было с помощью PCMCIA-карт хранить дополнительные программы и документы. Сейчас к разъемам PCMCIA чаще всего подключают модемы и факс-модемы.
PCMCIA-модемы работают с такими службами, как:
• аналоговые телефонные линии общего доступа;
• аналоговая сотовая связь;
• цифровая сотовая связь;
• стационарная беспроводная связь.
Сейчас выпускаются модемы PCMCIA для передачи данных на разных скоростях, вплоть до 56К. На стандартных телефонных линиях они работают так же, как обычные, «большие» модемы. Карты PCMCIA- модемов снабжаются разъемом RJ11 для подсоединения к телефонной «линии (см. рис. 6.4). Кроме RJ11, на более современных картах можно найти гнезда для подключения к локальной сети Ethernet, устройствам аналоговой и цифровой сотовой связи или ISDN. Владелец такой карты «ожжет пользоваться ею дома и на работе, а вместе с сотовым телефоном — и в дороге. Некоторые модели этих универсальных карт поддерживают разнообразные стандарты сотовой связи для работы в разных областях мира.
Уменьшение размера карт стало возможным благодаря развитию технологии производства микросхем. Вся «модемная начинка» умещается на одной микросхеме. Она осуществляет подавление шумов, модуляцию и демодуляцию (т.е. превращение компьютерных данных в аналоговый сигнал и преобразование аналогового сигнала на входе в цифровые данные). На ту же микросхему возлагается контроль над передачей данных,
Для того чтобы можно было передавать данные через PCMCIA-модем в сотовой связи, модем должен быть подключен к сотовому телефону специальным кабелем, один конец которого подсоединяется к гнезду на юрте PCMCIA, другой — к гнезду сотового телефона. Такие кабели выпускаются фирмами — производителями сотовых телефонов (Motorola, Nokia, Qualcomm и др.) и могут работать только совместно с телефонами этих фирм. К примеру, подобный кабель может представлять собой трехпроходную шину с каналами приема, передачи и управления для команд типа «снять трубку», «набрать номер». При работе модем включат динамик и микрофон сотового телефона, чтобы пользователь мог осуществлять слуховой контроль. (Недостатки и ограничения при использовании аналоговых сотовых сетей для передачи данных обсуждаются в главе 8.) Другая разновидность карт PCMCIA применяется для обмена данными по цифровой сотовой связи. Несмотря на то что такие карты тоже называют модемами, они на самом деле не производят модуляцию/демодуляцию сигнала (т.е. преобразование битов данных, с которыми работает компьютер, в аналоговые сигналы телефонных сетей и наоборот). При пересылке цифровых данных по беспроводным цифровым сетям кварта PCMCIA преобразует данные в соответствии с требованиями протокола, с которым умеет работать сеть. Однако с точки зрения коммуникационной программы переносного компьютера такая PCMCIA-карта нс отличается от обычного модема: для управления используется тот же набор АТ-команд, и карта PCMCIA выглядит для программы как коммуникационный порт устройства DCE.
В Европе распространен стандарт цифровой сотовой связи GSM, который поддерживает функции факса и модема. При этом отпадает необходимость использования PCMCIA-карты, а кабель подключается непосредственно к последовательному порту компьютера. К другому концу кабеля подсоединяется сотовый телефон. Таким образом, PCMCIA-гнездо остается свободным для подключения другого устройства, например принтера. Для работы на компьютере должно быть установлено соответствующее ПО.
В главе 8 будет рассказано о различных цифровых протоколах сотовой связи — GSM, TDMA, САМА и др. В США пока нет единого стандарты на сотовые протоколы, в Европе и Азии, напротив, широко применяется стандарт GSM.
При создании оборудования для цифровой сотовой связи подразумевалось, что оно, возможно, будет применяться для передачи данных. Поэтому цифровые сотовые сети не страдают от повышенного числя ошибок при передаче и частых задержек, которые характерны для aнaлоговых систем беспроводной связи. (Подробнее об этом см. в главе 8.)
NT1-ПОДКЛЮЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ К ЛИНИИ ISDN
В любой аналоговой или цифровой системе передачи данных обязательно присутствует устройство DCE. На аналоговых коммутируемых линия это модемы. Однако оборудование DCE требуется и для цифровых каналов, таких как ISDN или Т-1. Служба ISDN (см. главу 5), использует телефонную линию в режиме разделения между цифровыми, видео- и голосовыми данными. Сигнальная информация в ISDN находится вне полосы пропускания: сигналы вызова, переадресации, «занято» и т.п., a также свой и набираемый номер передаются по отдельному каналу.
Системы для проведения видеоконференций, компьютеры, МАТС, мультиплексоры и другое оборудование подключаются к линии ISDN при помощи устройства, называемого NT1 (network termination type1— оконечное устройство сети типа 1) и являющегося интерфейсом между DCE и линией ISDN. Это устройство управляет электрическим напряжением сигналов и выполняет другие функции уровня 1 согласно стандартам ITU — т.е. отвечает за все, что связано с электрическими и физическими параметрами канала. Кроме того, NT1 служит точкой, откуда осуществляют контроль над работой линии и техническую поддержку. На линиях BRI ISDN устройства NT1 работают адаптерами для стыковки двухпроводной линии телефонной станции с оборудованием ISDN, поскольку его разъемы рассчитаны на четыре провода.
В США в соответствии с требованиями Федеральной комиссии по связи приобретение во NT1 заложено на клиента. В других странах поставкой NT1 занимаются телефонные компании.
Устройство NT1 подключается одним выходом к линии ISDN, другим — к адаптеру терминала (terminal adapter). Последний отвечает за функции мультиплексирования ISDN. Мультиплексирование позволяет одновременно создавать на каждой линии два канала для передачи голоса или данных и еще один — для связанной с ними сигнальной информации (управление звонками, набираемый номер, «занято» и т.п.).
Teлефонные аппараты, предназначенные для линий ISDN, оборудованы внутренними адаптерами терминала. С помощью адаптера можно подключать к ISDN и устройства, не рассчитанные изначально на работу на таких линиях, например обычные телефоны и факсы, компьютеры, видеосистемы. Если в них нет встроенного терминального адаптера, требуется Применение внешнего. На рисунке 6.5 показана система для видео- конференций, оснащенная внутренним адаптером терминала. Система подключается к устройству NT1, а оно, в свою очередь — к линии ISDN.
CSU/DSU-ПОДКЛЮЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ К ЦИФРОВОЙ ЛИНИИ
Устройство обслуживания канала (channel service unit, CSU) требуется для создания интерфейса с цифровыми телефонными линиями всех видов, отличающихся от ISDN, в частности Т-l, Т-З, линиями на 56 кбит/с (коммутируемыми и выделенными). Технология Т-1 позволяет разделять один телефонный канал между 24соединениями для передачи голоса, видеоинформации или данных. В случае Т-3 это число увеличено до 672 (см. главу 5). Вместо отдельных внешних устойств CSU часто применяют платы расширения, которые устанавливают в мультиплексорах и МАТС.
Несмотря на то что CSU и DSU выполняют разные функции, обычно их объединяют в одном корпусе или на одной плате. При этом CSUN располагается между телефонной линией и DSU. Последнее подключается к терминалу данных (DTE), например к мультиплексору. По назначению CSU сходно с NT1 — оба устройства служат точками, откуда специалисты осуществляют текущую поддержку и тестирование. Кроме того, CSU модифицирует форму сигналов и выполняет роль таймера. Функция таймера отвечает за равномерную отсылку битов во внешний канал. При сбоях в работе таймера передача данных невозможна — как говорят в таких случаях, «канал рассинхронизировался».
Устройство DSU поддерживает правильные уровни положительного и отрицательного напряжения в сигналах, передаваемых от DTE к CSU. Из-за того, что CSU1 и DSU обычно продаются как единый блок, многие покупатели не подозревают о его двойном назначении. Некоторое время эти устройства выпускались в отдельных корпусах.
Существуют два основных типа CSU: super frame (sf) и расширенный (extended) super frame (esf). Последний был разработан в 1985 г. компанией AT&T Bell Labs. Его преимущество перед sf заключается в cпоcoбности отслеживать функционирование линии Т-1 во время ее работы. У абонентов должны быть установлены CSU такого же типа, какой используется в сети провайдера. Все компании дальней связи, в частности AT&T, MCI WorldCom и Sprint, оснащены устройствами esf. Некоторые местные телефонные компании пользуются только CSU типа sf.
КАБЕЛЬНЫЕ МОДЕМЫ — ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО
КАНАЛАМ КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Станции кабельного телевидения играют стратегическую роль в областях доступа в Интернет, интерактивного телевидения и телефонной связи. При помощи кабельных модемов компьютеры, установленные дома у пользователей, в школах и библиотеках, подключаются к Интернету по тем же коаксиальным и оптоволоконным кабелям, на основе которых построены сети кабельного телевидения. В таблице 6.2 сопоставлена скорость загрузки файлов для аналоговых модемов, кабельных модемов и ISDN.
Кабельные модемы отличаются от обычных. Последние при установке соединения «обмениваются рукопожатием» — «договариваются» о способе передачи данных — с другим модемом, расположенным вне сети провайдера. Кабельные модемы «обмениваются рукопожатием» с модемами на станции кабельного телевидения. При этом должно происходить согласование сложной системы сигналов, частот передачи и метода аутентификации. Если абонент хочет купить кабельный модем в розничном магазине, возникает проблема — как удостовериться, что он будет
совместим с модемами провайдера? Для ее решения были созданы отраслевые стандарты по кабельной связи, и производители модемов могут посылать свои изделия на тестирование и сертификацию в компанию Cable Labs — основное научно-техническое предприятие отрасли.
Сейчас ведется разработка новых микросхем с функциями кабельных модемов, предназначенных для установки непосредственно в приставках-тюнерах кабельного телевидения. Благодаря этому абонентам нужно будет покупать не два устройства, а одно — и для доступа в Интернет, и ваяя приема телепередач по кабелю. Кроме того, кабельные модемы, сконструированные как отдельные устройства, скоро станут доступны в виде компьютерных плат расширения. Кабельные модемы могут применяться для соединения административных зданий города друг с другом. Часто местные власти получают от компаний кабельного телевидения разрешение бесплатно пользоваться оборудованием кабельной станции для доступа в Интернет и для связи жду их собственными локальными сетями в обмен на право вещания. Оплачивается только установка модемов и — при необходимости — дополнительного оборудования, которое будет работать с данными модемами на кабельной станции. Кабельная станция (headend) — это точка, откуда телепрограммы передаются конечным пользователям. Компания кабельного телевидения берет на себя обязательство обеспечить способность своей станции поддерживать соединения для передачи данных. Прежде всего для этого необходимо создать обратные каналы, позволяющие осуществлять двухстороннюю передачу. Телевидение пока что представляет собой однонаправленную среду передачи данных. Телесигнал поступает из студии через спутник на антенну-«тарелку», установленную на станции кабельного телевидения, а оттуда передается к зрителям по коаксиальному или частично по оптоволоконному кабелю.
Приведем примерный текст договора, в котором компания — оператор системы кабельного телевидения соглашается обеспечить двухстороннюю работу своей кабельной сети, организовав обратные каналы в направлении от абонентов к станции.
Получатель лицензии обязуется смонтировать в жилом районе двухстороннюю телевизионную кабельную систему, доступ к которой будет открыт всем абонентам. На кабельной станции будет предусмотрена возможность эксплуатации четырех обратных каналов для передачи цифровых, аудио- или видеоданных. Кабельная станция будет оснащена всем необходимым оборудованием для приема спутниковых и сверхвысокочастотных сигналов, а также для создания и пересылки сигнала.
Для того чтобы организовать обратный канал, передачу в двух направлениях — к абоненту и от абонента — нужно вести на разных частотах. Обратные (восходящие) каналы, по которым поступают данные от абонента к кабельной станции, обычно используют диапазоны 5 — 30 МГц или 5 — 42МГц, прямые (нисходящие) каналы — от станции к абоненту — диапазоны 54 — 350 МГц или 54 — 750 МГц. Обратите внимание, что
передача данных по телевизионным кабелям ведется асимметрично, так же как в модемах на 56 кбит/с. Данные пересылаются в противоположных направлениях с разной скоростью. Благодаря разделению частот ни диапазоны увеличивается эффективность использования кабелей: прием и передачу данных можно вести по одному кабелю, т.е. не нужен второй кабель для реализации обратного канала.
Обмен данными по сети кабельного телевидения во многом аналогичен работе в локальной сети Ethernet, Протокол Ethernet предусматривает наличие разделяемой среды передачи данных. Происходит широковещательная рассылка по кабелю, к которому подсоединены все устройства. Какой-либо механизм, гарантирующий, что для каждого устройства наступит его очередь передавать данные, отсутствует. Поэтому локальные сети нужно тщательно проектировать, стремясь к тому, чтобы в состав одной сети не было слишком много устройств, интенсивно ведущих передачу. Поверх Ethernet используется набор протоколов ТСР/IP, который позволяет взаимодействовать нескольким сетям. Точно так же, как Ethernet служит для построения локальных сетей внутри зданий, в случае кабельных коммуникаций Ethernet управляет разделяемой средой передачи данных. С помощью одного и того же оборудования на кабельной станции предоставляются услуги абонентам, получающим со своих домашних компьютеров доступ в Интернет и к электронной почте, и тем, кто смотрит программы кабельного телевидения. Рисунок 6.6 поясняет, как в систему кабельного телевидения встраиваются услуги электронной почты и Интернета. Некоторые компании кабельного телевидения выделяют особые кабельные сегменты для подключения административных зданий. Такие сегменты получили название «I-net» (от institutional cable). Каждый
компьютер, входящий в LAN, является узлом сети, и точно так же все подключенные к станции кабельного телевидения компьютеры — домашние, в школах и библиотеках — представляют собой узлы в сети Ethernet кабельной станции (см. врезку «Требования к сетевой инфраструктуре школ, предшествующие получению доступа в Интернет»).
Чтобы подключить к кабельной станции домашний компьютер, пользователь должен приобрести кабельный модем у своего провайдера или в розничном магазине. Одним концом модем подсоединяется к сетевой плате, а другим — к разветвителю, смонтированному на телевизионном кабеле провайдера. На компьютере должны быть установлены программы поддержки ТСР/IP. Административные здания подключаются к кабельной станции через комбинацию кабельного модема и моста или маршрутизатора. Один из выходов такого устройства подсоединяется к локальной сети здания, другой — к внешнему телевизионному кабелю. В обоих случаях каждому кабельному модему назначается IP-адрес.
Кабельные модемы, установленные у абонентов и на кабельных станциях, выполняют следующие функции:
• выравнивание уровня сигнала для борьбы с искажениями;
• фильтрацию сообщений, для того чтобы модем принимал только предназначенные ему данные;
• прием и передачу данных;
• автоматическую подстройку электрических параметров для компенсации колебаний напряжения в сети;
• подстройку амплитуды сигнала в соответствии с изменениями температуры окружающей среды;
• модуляцию сигнала, т.е. преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно;
• компенсацию задержек, вызванных различным расстоянием до кабельной станции.
Обсуждая применение технологий кабельного телевидения для передачи данных, нужно упомянуть ряд важных моментов.
• При подключении к Интернету домашних компьютеров или соединении административных зданий друг с другом кабельными модемами каждое сообщение, передаваемое по сети, рассылается широковещательно — всем модемам. Предполагается, что только модем-адресат будет «забирать» из сети предназначенные ему данные. Эта особенность может оказаться важной с точки зрения защиты информации, при получении подобных услуг.
• Каждое сообщение, адресованное некоторому узлу, прежде всего отсылается на кабельную станцию, а оттуда — адресату. При передаче больших файлов это может вызвать в сети «заторы», потому что каждый файл сначала уходит «вверх» на кабельную станцию, а потом рассылается «вниз» всем подключенным абонентам, до тех пор пока адресат не заберет его из сети.
• Для модемов требуется внешний источник питания.
• В кабельной сети устанавливаются фиксированные соединения, которые все время доступны. Домашние пользователи и сотрудники, работающие на дому, могут держать компьютеры постоянно включенными и получать извещения о новом сообщении сразу после его поступления. Требующая немало времени процедура дозвона до провайдера Интернета и входа в систему становится ненужной.
• По скорости загрузки документов из Интернета кабельные модемы значительно превосходят аналоговые (см. табл. 6.2).
• Средняя абонентская плата за неограниченный доступ по кабелю равна 50 дол. в месяц. При этом для выхода в Интернет не требуется дополнительная телефонная линия, что позволяет сэкономить плату за ее использование (около 20 дол. в месяц) и абонентскую плату за подключение к провайдеру Интернета (к примеру, AOL — еще 25 дол. в месяц. Таким образом, общая стоимость этих услуг составляет 45 дол. в месяц при коммутируемом доступе и 50 дол. — при кабельном.
• Для утвержденного ITU стандарта на кабельные модемы принято обозначение V.10; он также известен как DOCSIS (data over cable system interface specification). Основные поставщики кабельных модемов— компании Cisco Systems, Toshiba, 3Com, General Instruments, Nortel Networks, Motorola.
Широкое распространение кабельных модемов только начинается. Согласно оценке компании Kinetic Strategies (Феникс), занимающейся рыночным исследованием, к концу 1998 г. в США кабельными модемами было оборудовано 20 млн домов. Все компании кабельного телевидения заявили о своих планах по срочной модернизации станций для работы с кабельными модемами.
Удаленный доступ при помощи кабельных модемов
Многие организации начинают использовать кабельные модемы для предоставления сотрудникам удаленного доступа к своей внутренней сети. Одним из способов его обеспечения являются виртуальные частные сети, VPN (см. главу 8). Доступ при помощи кабельного модема происходит через Интернет-соединение. В случае VPN управление такими соединениями осуществляет провайдер сетевых услуг. Большое число компаний — провайдеров кабельных каналов предлагают организациям услуги по установке интерфейсных плат и соответствующего шифровального ПО на компьютерах у сотрудников, работающих вне офиса. При этом заказчик выбирает тип сетевых интерфейсных карт, которые будут установлены, и тип ПО для защиты передаваемой информации. За дополнительную плату компании — провайдеры кабельного канала, например MediaOne Express, направляют специалистов для проведения всех необходимых работ. Кроме того, многие подобные компании высылают организации-клиенту счет за использование каналов ее сотрудниками, работающими на дому. Это избавляет клиента от лишних , хлопот с выплатой компенсации своим сотрудникам. От организации в данном случае требуется, чтобы она была подключена Интернету и имела собственный маршрутизатор, а кабельный модем или телефонная линия, ведущая к кабельной станции, не нужны. Провайдер кабельного канала тоже подключается к Интернету. На маршрутизаторе у клиента должна быть установлена программа для защити туннельного канала и аутентификации пользователей. Последняя позволяет убедиться в том, что пользователи — действительно сотрудники компании, а не взломщики, которые пытаются выдать себя за них. Программа защиты нужна для шифрования и дешифрования передаваемых данных. Кроме того, программа, организующая работу туннеля, снабжает пользовательские пакеты дополнительным заголовком для защиты от хакеров.
После установки сетевой интерфейсной карты и ПО сотрудники могут подключаться к сети организации с домашних компьютеров или с ноутбуков из любого места. Полезность этой услуги, однако, ограничена тем же фактором, что и обычный доступ по кабельным модемам. Кроме того, даже несмотря на использование программ защиты данных, многие организации неохотно открывают свои сети для доступа извне, так как опасаются взлома. Наконец, на маршрутизаторах старых моделей не всегда установлено ПО для поддержки туннелирования.
КАБЕЛЬНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ПРИСТАВКИ
Кабельные телевизионные приставки (cable TV set-top bох) представляют собой интерфейс между телевизором и сетью кабельного телевидения, через который происходит доступ к ее услугам. Упрощенно говоря, кабельные приставки — это тюнеры, снабженные фильтрами и устройствами блокировки. Они находятся под удаленным управлением операторов кабельной сети и позволяют предоставить абонентам доступ к основным и дополнительным вещательным каналам. Приставки также выполняют функции защиты — шифрования и дешифрования телесигналов в соответствии с тем, какие каналы оплачены абонентом. Информация об этом поступает в приставку из системы контроля абонентских счетов.
Наиболее совершенные из аналоговых телеприставок могут быть использованы для того, чтобы с консоли телевизора выходить в Интернет. При этом они берут на себя функции кабельного модема, так что отдельный модем не требуется. Современные приставки могут показывать программу передач на следующую неделю и автоматически управлять видеомагнитофоном.
В настоящее время разрабатываются цифровые телевизионные приставки третьего поколения, в которых будут реализованы возможности двухсторонней передачи данных между телевизором и станцией кабельного телевидения. Некоторые, из них перечислены ниже.
• Более совершенные цифровые функции защиты. Все элементы, связанные с защитой, будут вынесены на отдельную карточку, которая вставляется в приставку. Клиенты, купившие приставку в магазине, будут отдельно получать от провайдера кабельного телевидения карточку для установки в приставке. (Поскольку каждый провайдер использует свою схему защиты, карточки не продаются в розничной торговле.)
• Показ подробной программы передач на месяц вперед.
• Встроенные модемы, позволяющие использовать телевизор вместо компьютера для доступа в Интернет. Например, если по телевизору идет
футбольный матч, в окне Интернета можно будет вывести спортивную статистику. Такие приставки предполагается оборудовать инфракрасными портами для клавиатуры и мыши.
• Сжатие цифровых видеосигналов, благодаря которому можно будет передавать в каждом диапазоне частоты от 6 до 12 сигналов вместо одного.
• Использование компьютерных операционных систем и прикладных программ. Возможно, будут устанавливаться жесткие диски для хранения телепрограммы и реализации различных новых функций, например Показа спортивной статистики в виде «картинки в картинке» (picture- in-picture, Р1Р) во время спортивных передач. Компания AT&T решила использовать в некоторых моделях своих приставок операционные системы Microsoft Windows СЕ, Windows 2000 и отдельные элементы приложения WebTV.
• Установка разъема Ethernet на задней панели для соединения телевизионной приставки с домашним компьютером или маршрутизатором.
• Видео по запросу, осуществляемому прямо с телевизионной приставки, без необходимости заказа по телефону.
• Открытые стандарты, появление которых позволит покупать приставки у разных фирм и не беспокоиться о том, что они не смогут работать в той или иной системе кабельного телевидения.
Согласно решению FCC, принятому в июле 1998 г., такие телевизионные приставки должны были поступить в розничную продажу в июле 2000 г. Разработку стандарта защиты планируется завершить в 2005 г. Как и раньше, покупатели смогут брать приставки в аренду у провайдера кабельного телевидения. Работу над стандартами на приставки ведет компания Cable Television Laboratories, Inc. (известная как СаbleLabs®)— научно-инженерный консорциум отрасли кабельного телевидения Северной и Южной Америки.
ПРИЛОЖЕНИЕ. СТАНДАРТЫ НА МОДЕМЫ
В таблицах 6.3 и 6.4 приведены стандарты на скорость модемов, разработанные Bell и ITU. Развитие стандартов шло по двум ветвям. Первоначально их устанавливала компания Bell System (входящая в то время в
AT&T). В настоящее время этим занимается Международный союз электросвязи, штаб-квартира которого находится в Женеве (Швейцария). Нередко происходит так, что до согласования в ITU на рынок выпускаются модемы, которые, как надеется изготовитель, сами станут новым стандартом. Такая ситуация имела место с модемами V.34 и 56К. Стоит заметить, что описываемая стандартами скорость модемов постепенно возросла с 300 до 56 000 бит/с.
В таблице 6.4 представлены различные методы и стандарты, которые используются в модемах для сжатия данных и выявления ошибок при их передаче. При сжатии удаляются «пустые места» и часто повторяющиеся символы и повышается пропускная способность, иначе говоря — эффективность передачи данных. Вместо часто встречающихся символов используются сокращения. Для пересылки текста, подвергшегося компрессии по схеме с коэффициентом 4:1, может потребоваться всего лишь 25% битов по сравнению с затратами на пересылку неупакованного текста.