–коммуникационные ресурсы, обеспечивающие объединение разнородных сетей в единую систему и предоставляющие средства быстрой передачи данных;
–способы доступа к ресурсам сервис-провайдера – ISP (Internet Service Provider), а через него – к информационным ресурсам всей сети, независимо от места расположения источника информации.
Качество работы Интернета определяется всем комплексом его составляющих в целом, однако пользователи оценивают этот сложный комплекс, главным образом, по последней составляющей – системе абонентского доступа.
Под термином «доступ к ресурсам провайдера» следует понимать соединение компьютера абонента с сервером-источником для передачи или приема информации. Пользователю необходимо подключиться к ближайшему провайдеру, после чего, используя ресурсы его внешних (магистральных) каналов, он получит доступ ко всей сети.
Следует отметить, что при передаче мультимедийных приложений через Интернет трафик (движение информации) носит асимметричный характер: он почти весь сосредоточен в направлении от сервера к пользователю. Это особенно справедливо для передачи аудио- и видеоприложений. В связи с этим
вИнтернете все активнее применяется вещательный способ предоставления услуг.
Системы доступа к Интернет. Среди всего существующего в настоящее время разнообразия систем доступа к сервис-провайдеру наиболее широко применяются те, которые используют коммутируемые или выделенные линии телефонной сети общего пользования (ТФОП). В последнее время появились новые системы доступа, на основе сетей кабельного телевидения; спутниковых каналов связи; беспроводных систем связи; микроволновых телерадиоинформационных сетей. Исторически первыми системами абонентского доступа к Интернету, которые нашли массовое применение, являются линии ТФОП.
8.3. Системы доступа к сети Интернет
Доступ к ресурсам провайдера осуществляется по коммутируемой телефонной линии, а все, что необходимо для передачи данных, – это модем (рис. 8.3). Абонент сначала дозванивается по известному номеру телефонного провайдера и, если телефон не занят, устанавливается связь с сервером доступа. Скорость передачи данных ограничена полосой частот стандартного телефонного канала, которая составляет 3400 Гц. Теоретически достижимая в таком канале скорость передачи при оптимальных виде модуляции и способе кодирования составляет 64 кбит/с, и сегодня уже созданы устройства, обеспечивающие скорость передачи информации, близкую к предельной – 56 кбит/с (в протоколе V.90). Однако достичь такой скорости передачи данных удалось только в одном направлении – от провайдера к конечному потребителю
– благодаря использованию режима цифровой передачи данных.
121
Рис. 8.3. Система Интернет-доступа по коммутируемой телефонной линии
Вобратном направлении данные «текут» со скоростями, не превышающими 33,6 кбит/с, поскольку они передаются в обычном аналоговом режиме с использованием протокола V.34(см. раздел 5 этого пособия).
Коммутируемые линии отличаются высоким уровнем помех и низкой устойчивостью соединения, что проявляется в срывах связи абонента с серверомисточником. Это приводит к потерям времени, вынуждает потребителя отказываться от приема «длинных» файлов, а также существенно ограничивает количество серверов, с которых абонент может получать данные.
Всвязи с этим большинство абонентов вынуждены работать ночью, когда интенсивность нагрузки на телефонные сети и уровень помех существенно ниже, чем в дневное время.
Поскольку коммутируемая телефонная сеть изначально не была предназначена для работы наложенных компьютерных сетей, при массовой работе абонентов в Интернете характеристики ТФОП начинают ухудшаться и
ееработ а может быть полностью парализована. Объясняется это тем, что пользователи, работая в Интернете часами и даже сутками, создают нехарактерную для телефонной сети нагрузку.
122
Рис. 8.4. Система Интернет-доступа по выделенной линии
На рис. 8.4 представлена упрощенная схема системы доступа к Интернету с помощью выделенной телефонной линии. Оборудование для выделенных линий ТФОП позволяет организовать существенно более скоростной канал передачи данных (2 Мбит/с и выше), однако требования к качеству соединительной линии при этом значительно повышаются. Кроме того, поскольку соединение между абонентом и провайдером постоянно, то на АТС коммутационное оборудование не используется, а каналообразующее жестко закреплено за абонентом, что снижает коэффициент использования оборудования и повышает стоимость его эксплуатации.
К тому же провайдер выделяет абоненту порт оборудования передачи данных, что также повышает стоимость соединения с Интернетом. При этом по выделенной линии ТФОП соединение существенно более устойчиво к воздействию помех (отношение сигнал-шум более 15-20дБ, а коэффициент ошибок не хуже 10-6), качество передачи практически не зависит от времени суток, но ее использование для индивидуального пользователя экономически не выгодно.
В последние годы разработаны технологии, позволяющие добиться скоростей в десятки мегабит за секунду и больше по витым медным парам. Такие технологии получили название цифровых абонентских линий – xDSL (Digital Subscriber Line). Внедрение их некоторых разновидностей не требует радикальной перестройки телефонной сети.
Частотный диапазон телефонных линий принципиально ограничивается не свойствами медной пары, а коммутационно-усилительными устройствами телефонного тракта. При внедрении технологии DSL все элементы сети,
123
отфильтровывающие высокие частоты, удаляются. Сама же медная пара способна передавать сигналы мегагерцевого диапазона, правда, с большим затуханием, пропорциональным длине линии и частоте сигнала. Технологии DSL различаются способами модуляции несущей. Для них характерно использование современных типов модуляции, эффективно использующих спектр выделенных частот.
К работающим моделям в первую очередь относится асимметричная цифровая абонентская линия – ADSL (Asimetric Digital Subscriber Line). По всему миру запущено множество ее пилотных проектов, а в Северной Америке она довольно широко используется и на коммерческой основе.
Рис. 8.5. Применение ADSL-системы Интернет-доступа
Популярность этой технологии отчасти объясняется тем, что она работает при существующей длине медных пар и не требует дорогостоящей переделки сети. Особенностью ADSL является несимметричность прямого и обратного потоков, делающая эту технологию удобной для предоставления доступа к мультимедийным услугам Интернета. Блок-схема системы изображена на рис. 8.5. Приемопередатчики ADSL устанавливаются в помещении АТС и в здании абонента. Между собой блоки ADSL соединяются обычной двухпроводной скрученной парой.
Данная технология обеспечивает одновременное использование обычных телефонных услуг, передачу данных со скоростью до 9 Мбит/с в направлении к абоненту и до 640 кбит/с в обратном направлении. Однако реальные скорости обычно ниже. Их значение зависит от нескольких факторов: толщины проводов, длины участка витой пары, наличия ответвителей. Чем толще и короче провода, тем меньше затухание высокочастотной части сигнала и выше скорость передачи.
124
Ниже представлены максимальные скорости передачи при использовании технологии ADSL в зависимости от длины витой пары (табл. 8.1):
Таблица 8.1 – Предельные скорости передачи в ADSL
Дальность, км |
Скорость, Мбит/с |
5,47 |
1,544 |
4,8 |
2,048 |
3,6 |
6,312 |
2,7 |
8,448 |
В ADSL доступная полоса частот витой пары разделена на три части, как показано на рис. 8.6. Низкочастотная часть диапазона, занимаемая аналоговым телефонным каналом, отделяется от каналов данных с помощью вилки направляющих фильтров, что гарантирует телефонные услуги даже в случае сбоя ADSL-системы. Верхний и нижний потоки могут разделяться как с помощью фильтров, так и ортогональностью сигналов встречных направлений.
Рис. 8.6. Частотный спектр ADSL-системы
Сети кабельного телевидения в городах по степени охвата потенциальных потребителей не уступают телефонным (телевизионный кабель уже проведен почти в каждую квартиру), а пропускная способность одного канала СКТВ на два-три порядка выше, чем в традиционных системах, использующих ТФОП.
125
Именно поэтому использование кабельных телевизионных сетей позволяет предоставить услуги Интернета, недоступные пользователям телефонных систем из-за низкой скорости, и существенно сгладить проблему абонентского доступа.
Для организации Интернет-доступа рядом с передающей телевизионной станцией устанавливается головное оборудование, которое формирует каналы передачи информации и обеспечивает обмен данными между провайдером и абонентами (рис. 8.7). Наабонентской стороне размещается кабельный модем.
Рис. 8.7 Система Интернет-доступа по СКТВ
Для передачи данных в прямом направлении, как правило, выделяется один телевизионный канал дециметрового диапазона, ресурсы которого делятся между абонентами путем временного разделения.
Обратный канал организуется либо по ТФОП, либо в полосе обратного канала кабельной сети. Очевидно, что системы второго типа могут внедряться только в СКТВ с обратным каналом, который обеспечивает необходимую ширину полосы и требуемое усиление.
Скорость передачи информации в разных системах сильно различается. Она зависит, прежде всего, от типа модуляции. Спектр прямого канала свободен от помех. Это дает возможность использовать в нем высокоэффективные способы модуляции типа 64-КАМ или 256-КАМ. В реально существующих системах применяются типы модуляции от QPSK (Quadrature-Phase-Shift-Keying –
квадратурная фазовая манипуляция) до 64-КАМ. Ниже приведены ориентировочные значения скорости передачи полезной информации в полосе 1 Гц в зависимости от типа модуляции:
126
Таблица 8.2 – Удельные скорости передачи данных в СКТВ
Тип модуляции |
Полезная скорость, бит/(с Гц) |
QPSK |
1,5 |
16-КАМ |
3 |
64-КАМ |
5 |
256-КАМ |
7 |
IP-телефония. Новой тенденцией в телекоммуникации является использование технологии на основе коммутации пакетов для передачи речевого трафика. На сегодняшний день предпочтительным протоколом с коммутацией пакетов является протокол IP (Internet Protocol). Преимущество пакетной коммутации перед коммутацией каналов состоит в размере затрат. В режиме пакетной коммутации через совместно используемые линии связи может проходить большее количество речевых сигналов одновременно, чем при коммутации каналов. Причина этого преимущества состоит в статистическом характере уплотнения линий связи, которое применяется в пакетной коммутации. Если абонент хочет что-либо сказать, ему предоставляется определенная полоса пропускания канала связи. Когда абонент находится в режиме ожидания (например, не говорит), в этот момент канал связи им не используется и по нему передаются пакеты других сообщений. При коммутации каналов, наоборот, полоса пропускания выделяется на время соединения независимо от объема разговора.
Рассмотрим принцип передачи речи с использованием протокола IP и стандартных телефонов. Вызов начинается таким же образом, как и в традиционной сети когда абонент А снимает телефонную трубку и соединяется с местной АТС. Однако абонент А передает речевой сигнал через IP-шлюз (Voice over IP – VoIP), что является местным вызовом. Шлюз представляет собой компьютер (или коммуникационное устройство), через который взаимодействуют две сети, использующие разные протоколы. Шлюз отвечает и запрашивает идентификатор абонента, который вводится с телефонной клавиатуры. Если авторизация проходит, абонент слышит тональный сигнал, после чего он может набирать номер вызываемой стороны. Поместив набранный номер в буфер, исходящий шлюз должен теперь найти подходящий входящий шлюз. Во многих случаях средства маршрутизации сообщают друг другу о своем наличии и поддерживают базу данных сетевых IP-адресов, соответствующих телефонным номерам. В некоторых случаях исходящий шлюз может выдать специальный (групповой) IP-адрес, чтобы определить место входящего шлюза. После того как входящий шлюз найден, исходящий шлюз посылает ему серии IP-пакетов, чтобы запросить и установить удаленное соединение. Если вызов принимается, входящий шлюз дозванивается до вызываемой стороны так же, как если бы он был исходящим телефоном.
В момент, когда абонент В отвечает на звонок, возникает активное соединение на основе коммутации каналов между абонентом А и исходящим шлюзом, а также между входящим шлюзом и абонентом В. Цифровой речевой
127
сигнал передается через сеть как поток IP-пакетов, направляемых к шлюзу назначения. Для передачи речевого сигнала между коммутатором местной АТС и соответствующим шлюзом, в основном, используется стандартный способ кодирования – данные передаются в форме цифрового потока со скоростью 64 кбит/с. Однако для транспортировки речевого трафика с помощью IP-пакетов по возможности используется одна из новых схем сжатия для низкоскоростных (например, до 8 кбит/с) каналов, чтобы шлюз мог выполнить любое необходимое преобразование.
IP-телефония и операторы Интернет-телефонии представляют собой развивающуюся область телефонной индустрии. Следует отметить, что некоторые провайдеры услуг дальней связи передают речевой сигнал в виде IP-пакетов (VoIP). При этом речь передается отчетливо и с высоким качеством.
128