Технологии Связи и Internet

Технологии Связи и Internet

Содержание

Введение 2

Internet = TCP/IP 2

Проводная связь 3

Подключение по существующим кабельным сетям 3

..., v.34, v.90 3

DSL 4

Кабельные модемы 4

Подключение по выделенным линиям 5

ISDN 5

Frame Relay 6

Большие масштабы 7

ATM 7

SDH/SONET 8

DWDM 8

Беспроводная связь 8

Стационарный доступ 8

DBS/DTH 9

Спутниковые каналы VSAT 9

Radio-Ethernet (стандарт 802.11) 10

NMT-450i 10

GSM 11

GPRS 11

CDMA, IS-95 12

CDMA2000 12

UMTS, W-CDMA 13

Спутниковая телефония 13

DECT 14

FLEX/POCSAG 14

VoIP 14

Заключение 16

Определения и термины 17

Список литературы и Internet-ресурсов 18

Литература 18

Internet-ресурсы 18

Введение

Если задать вопрос, что такое Интернет, разным людям, то мы получим

довольно сильно различающиеся ответы. Для многих Интернет - это Всемирная

Паутина WWW, для других - рекламоноситель, для кого-то - учебная среда, а

для некоторых - рассадник преступности. Для тех, кто занимается

технологиями связи, Интернет - это самое обширное в мире объединение

компьютеров и сетей, взаимодействующих между собой с использованием

семейства протоколов TCP/IP. Неспециалисту такое определение, конечно, мало

о чем говорит. Но Интернет пока еще находится в начальной фазе своего

развития, а это значит, что любой пользователь должен быть хоть немного

специалистом. Может быть, лет через 20-30 мы будем слышать о протоколах не

чаще, чем о внутреннем устройстве телевизора, но эти времена еще не

наступили, а работать нужно уже сейчас...

Internet = TCP/IP

Итак, протокол TCP/IP. Точнее, семейство протоколов. Что стоит за этим

названием? Специалисты обычно настаивают на слове "семейство", чтобы

подчеркнуть достаточно сложное устройство сети, в которой для поддержки

основных протоколов, передающих полезные данные, существует целый ряд

вспомогательных протоколов управления работой сети. Однако на нашем

популярном уровне мы можем ограничиться двумя протоколами этого семейства -

IP и TCP.

Протокол IP (Internet Protocol) предназначен для передачи между

компьютерами, подключенными к сети, дейтаграмм или пакетов. Пакет - это

порция данных (размером от нескольких байт до килобайт), которая должна

быть неделимой порцией доставлена от отравителя к получателю. Понятно, что

для такой доставки необходима однозначная адресация компьютеров в сети.

Правила этой адресации и механизмы эффективной доставки (маршрутизации)

пакетов как раз и составляют ядро семейства TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) в первом приближении

можно считать надстройкой над протоколом IP. Суть его заключается в

установлении между двумя сторонами в сети постоянного соединения для

передачи данных. Передача по-прежнему осуществляется по протоколу IP, но

вышестоящий протокол TCP внимательно следит, чтобы все пакеты были

доставлены, причем в надлежащем порядке следования. Тогда, объединяя

содержимое пакетов, мы получим непрерывный поток данных, передаваемых от

отправителя к получателю. Причем, сеть передачи данных становится

прозрачной для взаимодействующих сторон.

Казалось бы, TCP - лишь небольшое усовершенствование IP. Однако на

практике он открывает, по сравнению с IP, настолько же больше возможностей,

насколько телефон по сравнению с телеграфом. Суть этого различия

фундаментальна для всех технологий связи, и я не раз еще буду о ней

упоминать: IP обеспечивает передачу пакетов, а TCP поддерживает соединение

(канал, сеанс).

Практически все службы в Интернете - WWW, электронная почта, FTP, ICQ,

RealAudio и т. д., и т. п. - основывают свою работу на протоколах IP и TCP.

Поэтому там, где есть TCP/IP, - там есть и Интернет. При этом приложениям,

которые работают с Интернетом, в первом приближении безразлично, каким

образом им доставляются IP-пакеты. Это свойство Интернета называют

прозрачностью.

Однако отмеченное безразличие к способу доставки трафика все-таки не

беспредельно. Нам (и нашим приложениям) может быть все равно, как

доставляются пакеты, но далеко не безразличны скорость и надежность этой

доставки. Ведь, в конечном итоге, IP-пакеты между компьютерами передаются

не святым духом, а по тем или иным физическим каналам связи. Технические и

экономические характеристики этих каналов очень сильно сказываются на

возможностях работы в Сети. Именно вокруг этих характеристик и возникает

все многообразие современных технологий передачи данных, к обзору которых я

теперь и перехожу.

Проводная связь

Подключение по существующим кабельным сетям

..., v.34, v.90

Эти немного странные обозначения давно уже стали привычными для тех,

кто пользуется Интернетом из дома. Это тоже названия протоколов, но не тех,

которые используются в Интернете, а тех, которые обеспечивают

взаимодействие между собой двух модемов, соединяющихся по обычной

телефонной линии. Например, вашего и провайдерского. Возникает естественный

вопрос: а почему модемы не могут сразу соединиться "по IP"? Ответ

заключается в уже упоминавшейся прозрачности Интернета и универсальности

протокола IP. В нем просто не может быть предусмотрена специфика передачи

данных по телефонным линиям. Ведь те же самые IP-пакеты должны передаваться

и по коаксиальному кабелю, и по оптоволокну, и по радиоканалу. Специфика

каждой среды учитывается в конструкции оконечных устройств. В нашем случае

- модемов. На самом деле, традиционный модем - весьма странное устройство.

Он используется для того, чтобы передавать данные по телефонной линии,

изначально предназначенной только для передачи голоса. Способ передачи

состоит в том, что поступающую от компьютера информацию модем превращает в

определенного рода шумы, которые модем на другом конце линии воспринимает и

снова преобразует в цифровые данные. Большинство проблем модемной связи

возникает из-за низкого качества телефонных линий, по которым и голос-то

порой слышен плохо. Поэтому модемы при установлении соединения всегда

тестируют линию и сообразно результатам выбирают один из реализованных в

них протоколов взаимодействия, отдавая приоритет либо скорости, либо

надежности.

Основной современный протокол модемной связи - v.34, который

обеспечивает скорость до 33 600 бит/с. Большую скорость передачи на обычных

телефонных линиях обеспечить нельзя. Ограничение накладывается стандартами

на качество телефонной связи, реализованными в оборудовании АТС. Однако

протокол v.90, поддерживаемый сейчас большинством модемов, обеспечивает

скорость до 53 000 бит/с в одном направлении при условии, что оборудование

Интернет-провайдера непосредственно взаимодействует с оборудованием АТС.

На этом резервы производительности обычных модемов полностью

исчерпаны. Дальнейший рост скорости невозможен. Но нужно четко понимать

почему: скорость модемной связи ограничена параметрами телефонного

оборудования на АТС, которое предназначено для передачи голоса, а не

параметрами телефонной проводки.

Вот тут-то и скрывается неожиданный резерв дальнейшего роста.

DSL

Ведь если не кодировать данные в виде шумов, подделываясь под

человеческий голос (с частотой от 300 до 3400 Гц), а передавать их сразу по

телефонной линии в двоичном формате, то в ту же самую линию можно

протолкнуть в десятки, а то и в сотни раз больше информации, используя

высокие частоты. Конечно, никакая АТС не сможет эти данные воспринять и

передать другой АТС. Но этого и не надо. Поставим оборудование Интернет-

провайдера на другом конце линии (перед ее входом на АТС) и будем

связываться с пользователем при помощи специального высокочастотного модема

(от 4 кГц до 1 МГц). Такая организация цифровой связи получила название DSL

(Digital Subscriber Line). Суть ее состоит в использовании уже имеющейся

разводки телефонных линий, причем, что замечательно, эти линии могут по-

прежнему использоваться для обычной телефонной связи - голос и данные

передаются по одному кабелю, но в разных частотных диапазонах, и не мешают

друг другу.

Как и в протоколе v.90, пропускная способность линии асимметрично

делится между восходящим (от абонента) и нисходящим (к абоненту) потоками

данных. Поэтому данную версию DSL (а существуют и другие) обозначают ADSL

(Asymmetric DSL). Впрочем, это соответствует типичным нагрузкам,

создаваемым пользователями Интернета.

К сожалению, не всякую телефонную линию можно использовать для

предоставления услуг DSL. Для этого линия должна быть безупречного

качества. Незначительные для целей передачи голоса дефекты проводки могут

сделать линию непригодной для DSL. Поэтому при установке оборудования DSL

специалистам порой приходится по очереди перебирать несколько линий, пока

не найдется достаточно качественная. Но когда она нашлась, скорость связи

ограничивается только договором с провайдером и установленным

оборудованием.

Именно DSL является наиболее перспективным путем развития быстрого

доступа в Интернет у нас в стране. Главная причина этого в том, что

внедрение DSL не требует прокладки новых линий и поэтому не связано с

большими капитальными затратами.

Однако DSL - не единственная технология, развиваемая с опорой на уже

существующие кабельные сети...

Кабельные модемы

Другой способ обеспечить быстрый доступ в Интернет без прокладки новых

проводов - воспользоваться уже имеющимися сетями кабельного телевидения.

Для этих целей служат кабельные модемы, предназначенные для работы на

коаксиальном кабеле CATV. Поскольку сети кабельного телевидения проложены в

основном в жилых районах, кабельные модемы в первую очередь предназначены

для подключения домашних пользователей.

Прием данных осуществляется обычно на одном из телевизионных каналов в

диапазоне 42 - 750 МГц, а передача - в диапазоне 5 - 42 МГц. Транспортным

протоколом, как правило, служит IP или ATM, а подключение к персональному

компьютеру производится через интерфейс 10Base-T (сетевая карта Ethernet).

Существуют две основные технологии кабельных модемов - TELCO-Return и HFC

(Hybrid Fiber Coaxial). Технология TELCO-Return требует минимальных

доработок в инфраструктуре оператора кабельного телевидения и вообще не

затрагивает кабельное хозяйство. Однако она обеспечивает только

одностороннюю передачу интернет-трафика - от провайдера к пользователю. Для

организации обратного канала понадобится пользоваться услугами обычного

Интернет-провайдера. Технология HFC требует прокладки комбинированного

оптокоаксиального кабеля, но зато обеспечивает надежное высокоскоростное

двунаправленное соединение. Кабельные модемы - пока еще экзотические

системы передачи данных на российском рынке. В районах новостроек HFC можно

проложить достаточно просто. В случае реализации данной технологии

пользователь сразу получает телевизор, телефон и Интернет. Прием данных

осуществляется на скоростях порядка 10 Mбит/с, а передача - на 2,5 Mбит/с.

Мощности такого канала вполне могут обеспечить Интернет-телефонию,

видеоконференции в реальном времени, получение телепередач по WWW и т. п.

Подключение по выделенным линиям

К сожалению, воспользоваться готовым кабельным хозяйством удается не

всегда. В таком случае для подключения к Интернету понадобится отдельная

(выделенная) линия. В простейшем случае это пара проводов ("медь"), на

концах которых стоят специальные модемы для выделенных линий. Для

установления соединения этим модемам не требуется набирать номер - они

всегда соединены друг с другом. Но зато им нужно посылать в линию

достаточно мощный сигнал, поскольку на его пути нет усилителей. Это

требование, а также высокая стоимость ограничивает протяженность выделенных

линий несколькими километрами.

В последнее время для выделенных линий все чаще используется тот же

протокол DSL, что и на абонентских линиях. Чем, в конце концов, провода

абонентской линии, идущие к АТС, хуже отдельно проложенной линии? Оконечное

оборудование, впрочем, в этих случаях несколько отличается. В частности,

DSL-модемы для выделенных линий (HDSL) поддерживают симметричный трафик (то

есть скорость передачи в обоих направлениях одинакова).

ISDN

С сетями ISDN (Integrated Service Data Network) связано много

недоразумений. Многие отождествляют ISDN с выделенной линией. В

действительности - это самостоятельная цифровая сеть с коммутацией каналов,

для подключения к которой действительно понадобится прокладка специальной

линии. В этой сети есть свои номера, свои коммутаторы, но архитектура здесь

цифровая, а не аналоговая, как в обычной телефонной сети. Абонентское

окончание содержит несколько цифровых каналов по 64 Кбит/с. В минимальном

варианте (ISDN BRI) их два, в полном (ISDN PRI) - 30 (то есть почти 2

Мбит/с). Дополнительно предоставляется канал для управления сервисом.

Путаница с выделенной линией возникает из-за того, что для подключения

по ISDN обычно действительно нужно проложить новую физическую линию, причем

соединение с провайдером по этой линии обычно устанавливается

автоматически. Разница, однако, состоит в том, что эта линия соединяет вас

не с Интернет-провайдером, а с сетью ISDN, к которой присоединен также и

ваш провайдер. При необходимости вы можете заключить договор с другим

провайдером, и вам не понадобится создавать новую выделенную линию,

достаточно будет только перенаправить соединение в сети ISDN - грубо

говоря, набрать другой номер.

И еще одно преимущество - вы можете использовать каналы ISDN не только

для передачи интернет-трафика. Каждый канал ISDN, если вывести его на

офисную мини-АТС, может поддержать несколько обычных аналоговых телефонных

разговоров. Причем, используя современное оконечное оборудование, вы можете

задействовать в каждый момент ровно столько каналов, сколь требуется, что

позволяет в некоторых случаях заметно снизить затраты, а при необходимости

- получать пропускную способность до 2 Мбит/с. Единственное, пожалуй,

неудобство - это недостаточная гибкость ISDN в части объема

предоставляемого сервиса. Минимальная порция емкости канала - 64 Кбит/с.

Для небольших организаций это может быть слишком много.

Но на такой случай есть технология Frame Relay.

Frame Relay

Это тоже самостоятельная сеть, поддерживающая виртуальные каналы

передачи данных, однако значительно более гибкая, чем ISDN. В частности, в

ней нет жесткой нарезки емкости канала порциями по 64 Кбит/с.

Технологическое превосходство сети Frame Relay (FR) объясняется тем, что в

ее основу положена сеть с маршрутизацией пакетов (здесь они называются

фреймами), а не с коммутацией каналов, как в ISDN. Виртуальные каналы FR

реализуются поверх этой базовой сети подобно тому, как TCP-соединения

реализуются поверх протокола IP. Но, в отличие от протокола IP, при

маршрутизации пакетов FR строго соблюдаются квоты трафика, выделенные

каждому виртуальному каналу. Вы можете организовать столько постоянных

виртуальных соединений, сколько вам нужно, и для каждого задать необходимую

минимальную пропускную способность. Это является принципиально важным

моментом. Все мы постоянно сталкиваемся с тем, что скорость реальной

передачи данных через Интернет оказывается значительно ниже той, которую

обещает провайдер. И при этом провайдер далеко не всегда в этом виноват -

он ведь и сам пользуется услугами операторов передачи данных более высокого

уровня. А в Интернете (то есть в протоколе TCP/IP) нет средств,

гарантирующих обеспечение определенного качества обслуживания (QoS, Quailty

of Service).

Сеть Frame Relay такие гарантии предоставляет и при этом не допускает

непроизводительного простоя резервных мощностей - пока один канал не

использует свою квоту трафика, другой может пользоваться ею сверх своей

квоты. Но, естественно, только при связи между абонентами сети. Например,

соединив два офиса каналом FR с минимальной скоростью 16 Кбит/с, вы можете

быть уверены, что эта скорость будет обеспечена при любых обстоятельствах.

А в те периоды, когда сеть FR не загружена, вы можете получить и заметно

большую скорость. Ограничения связаны только с мощностью физического

канала, которым вы соединены с сетью. Единственное, в чем сети FR пока еще

уступают ISDN, - в них пока не поддерживается коммутация каналов, то есть

все виртуальные каналы конфигурируются статически при настройке. Впрочем, в

скором времени ожидается появление и этой возможности.

Большие масштабы

Таковы на сегодня основные возможности, используемые для проводного

подключения к Интернету индивидуальных пользователей, а также малых и

средних предприятий. Везде говорилось о подключении к Сети (с большой

буквы), неявно подразумевая, что коли уж клиент подключился по хорошему

каналу, то дело в шляпе. К сожалению, даже самое хорошее подключение не

защитит от сбоев и перегрузок магистральной структуры Интернета. Поэтому

будет полезно и любопытно хотя бы очень бегло познакомиться с некоторыми

технологиями связи, используемыми на магистральных каналах Интернета. Тем

более что, например, технология ATM постепенно придвигается все ближе к

пользователям.

ATM

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode) явилась ответом на вызов,

брошенный взрывным ростом трафика в Интернете. Оказалось, что маршрутизация

IP-пакетов слишком трудоемкая процедура, и она становится узким местом в

ядре Всемирной Сети. Главная причина этого состоит в том, что каждый IP-

пакет независимо обрабатывается на каждом из транзитных узлов сети, и на

каждом программы должны разобрать его заголовок, проверить целостность и,

основываясь на адресе назначения, принять решение, куда направить данный

конкретный пакет. Кроме того, IP-пакеты имеют переменную длину, а это

вызывает дополнительные задержки - пакет нельзя передавать дальше, пока он

целиком не получен и не обработан транзитным узлом. Чтобы разгрузить узлы и

упростить маршрутизацию трафика и был предложен стандарт ATM. Суть его

состоит в том, что любые данные - будь это IP-пакеты или оцифрованный голос

телефонного разговора - передаются одинаковыми ячейками, содержащими каждая

всего 48 байт данных плюс 5 байтов заголовка. Благодаря тому, что все

ячейки имеют одинаковый небольшой размер, значительно ускоряется их

обработка в узлах ATM-сети. Кроме того, в узлах не выполняется

индивидуальная маршрутизация ячеек. Вместо этого в сети заранее

прокладывается маршрут передачи данных (виртуальное соединение), а его

номер помещается в заголовок каждой ячейки. Все транзитные узлы заранее

определяют, куда направлять ячейки, следующие по данному маршруту, и тем

самым маршрутизатор ATM освобождается от трудоемкой операции принятия

решения о дальнейшем пути пакета данных. И еще одна безусловная польза от

фиксированного размера ячеек - простота разделения канала между многими

виртуальными соединениями, требующими разной пропускной способности.

Достаточно просто выделить каждому соединению определенную квоту ячеек в

общем потоке, и задача обеспечения качества обслуживания будет решена.

Все эти особенности делают ATM одной из самых перспективных технологий

связи. Некоторые аналитики прогнозируют, что в недалеком будущем

практически весь трафик Интернета, начиная от уровня провайдеров, а порой

даже от серверов предприятий, будет передаваться по протоколу ATM. И надо

сказать, такие прогнозы выглядят весьма убедительно. Единственное, что

сдерживает пока повсеместное распространение ATM, - это достаточно высокая

сложность и, как следствие, стоимость оборудования.

SDH/SONET

И все же ATM - это протокол передачи данных. Подобно IP, он почти не

зависит от природы физических линий связи, но на практике передача ATM

обычно идет по оптоволоконным каналам. Передача информации по

оптоволоконному кабелю осуществляется с помощью лазера. Лазерное излучение,

как известно, имеет строго фиксированную длину волны и за счет этого

способно почти без искажений передавать сигнал на расстояние до нескольких

сотен километров. Если требуется большее расстояние, то на линии

устанавливается повторитель сигнала. Именно такие линии позволили достичь

скорости 10 Гбит/с, которая характерна сегодня для магистральных, в том

числе межконтинентальных каналов. Эти технологии, разработанные,

соответственно, в Европе и в Америке, получили название SDH/SONET.

На сегодня резервы роста у этих технологий практически исчерпаны. При

повышении скорости передачи сигнал начинает заметно размываться, и

приходится либо чаще ставить повторители, либо непомерно повышать

требования к качеству оптоволокна.

DWDM

И все же есть путь, позволяющий значительно повысить пропускную

способность оптоволоконных линий. Этот путь чем-то отдаленно напоминает

использование телефонной линии в протоколе ADSL для одновременной передачи

голоса и данных в разных частотных диапазонах. В самом деле, ничто не

мешает, используя лазеры с разной длиной волны, создать в одном оптическом

волокне десятки и даже сотни каналов, сопоставимых по пропускной

способности с технологиями SDH/SONET. Этот подход получил название DWDM

Страницы: 1, 2