ГЛАВА 22 Удаленный доступ

Термин «удаленный доступ» (remote access)часто употребляют, когда речь идет о доступе пользо­ вателя домашнего компьютера к Интернету или сети предприятия, которая находится от него на значительном расстоянии,означающем необходимостьприменения глобальныхсвязей. Впоследнее время подудаленным доступом стали понимать не только доступ изолированных компьютеров, но и домаш их сетей, объединяющих несколько компьютеров членов семьи. Такими же небольшими сетями располагают малые офисы предприятий, насчитывающие 2-3сотрудника.

Организация удаленногодоступа является одной из наиболее острых проблем компьютерных сетей в настоящее время.Она получила название «проблемы последней мили»,где под последней милей подразумевается расстояние отточки присутствия (POP)оператора связи до помещений клиентов. Сложностьэтой проблемы определяется несколькими факторами.С одной стороны,современным пользователям необходим высокоскоростнойдоступ,обеспечивающий качественную передачутра­ фикалюбоготипа,втом числеданных,голоса,видео.Для этого нужыскорости в несколькомегабит, а для качественного приема телевизионных программ —в несколько десятков мегабит в секунду. Сдругой стороны,подавляющее большинстводомов в больших и малых городах и особенно в сель­ ской местности по-прежнему соединены с точками присутствия операторов связи абонентскими окончаниями телефонной сети,которые не были рассчитаны на передачу компьютерного трафика.

Кардинальная перестройка кабельной инфраструктуры доступа требует времени —слишком масштабна эта задача из-за огромного количества зданий и домов, географически рассеянных по огромной территории. Ихотя в некоторых странах в последнее время стали прокладывать кдомам высокоскоростные оптические линии,такихстран не такуж много,даи этот процесс затронул пока только большие города и крупные здания с множеством потенциальных пользователей.

Долгое время наиболее распространенной технологиейдоступа был коммутируемый доступ,когда пользователь устанавливал коммутируемое соединение с корпоративной сетью или Интернетом черезтелефонную сеть с помощью модема, работающего в голосовой полосе частот.Такой способ обладаетсущественным недостатком —скоростьдоступаограничена несколькимдесятками килобит всекунду из-за фиксированной узкой полосы пропускания примерно в 3,4 кГц,выделяемой каждому абонентутелефонной сети (вспомнитетехнику мультиплексирования,применяемуювтелефонныхсе­ тяхи описанную в главе 9).Такие скорости сегодня устраивают все меньше и меньше пользователей.

Для организации скоростного удаленного доступа сегодня привлекаются различные технологии, вкоторыхиспользуетсятолько существующая инфраструктураабонентскихокончаний —телефонные сети или сети кабельного телевидения.Последостижения POP поставщика услуг потакому оконча­ ниюкомпьютерные данные уже не следуют по телефонной сети или сети кабельного телевидения, а ответвляются с помощью специального оборудования в сеть передачи данных. Это позволяет преодолеть ограничения на полосу пропускания, отводимую абоненту в телефонной сети или сети кабельноготелевидения,и повыситьскоростьдоступа.Наиболее популярными технологиямитакого типа являются технология ADSL, использующая телефонные абонентские окончания, и кабельные модемы,работающие поверхсети кабельного телевидения.Эти технологии обеспечиваютскорость от нескольких сотен килобитдо несколькихдесятков мегабит в секунду.

Применяются также различные беспроводные технологии доступа, обеспечивающие как фиксиро­ ванный,так и мобильныйдоступ.Набортакихбеспроводныхтехнологий очень широк,в него входят и беспроводные сети Ethernet(802.11),различные фирменные технологии,передачаданныхпо сети мобильной телефонии,а также технологии фиксированного доступа, например,стандарта 802.16.

Вэтой главе мы рассмотрим основные схемы и наиболее популярные технологии удаленного до­ ступа.

760	Глава 22. Удаленный доступ

Схемы удаленного доступа

Рисунок 22.1 иллюстрирует разнообразный и пестрый мир удаленного доступа. Мы видим здесь клиентов различных типов, отличающихся используемым оборудованием и требованиями к параметрам доступа. Кроме того, помещения клиентов могут быть соеди­ нены с ближайшей точкой доступа оператора связи (то есть с ближайшим центральным офисом, если пользоваться терминологией операторов телефонной сети) различными способами: с помощью аналогового или цифрового окончания телефонной сети, телевизи­ онного кабеля, беспроводной связи. Наконец, сам оператор связи может иметь различную специализацию, то есть быть либо поставщиком телефонных услуг, либо поставщиком услуг Интернета, либо оператором кабельного телевидения или же быть универсальным оператором, предоставляющим весь спектр услуг и обладающим собственными сетями всех типов.

Рис. 22.1. Клиенты удаленногодоступа

Схемы удаленного доступа

761

Типы клиентов и абонентских окончаний

Рассмотрим каждый элемент схемы доступа, показанный на рис. 22.1, более подробно.

Клиенты 1 и 2 являются наиболее типичными пользователями, так как каждый из них имеет только один компьютер, которому необходимо обеспечить доступ к удаленной ком­ пьютерной сети. Помимо компьютера эти клиенты пользуются телефоном и телевизором, поэтому абонентские окончания этих устройств можно использовать для организации доступа компьютера к сети передачи данных.

Клиент 2 пользуется двумя кабельными абонентскими окончаниями, традиционным аналоговым телефонным на основе витой пары и коаксиальным телевизионным кабелем кабельного телевидения. Эти абонентские окончания обладают существенно разными характеристиками. Так, витая пара при расстоянии 1-2 км между помещением клиента и POP поставщика услуг обычно имеет полосу пропускания порядка нескольких мега­ герц, в то время как коаксиальный кабель обеспечивает полосу пропускания в несколько десятков мегагерц.

Уклиента 1 отсутствуют проводные абонентские окончания, так как он пользуется мобиль­ ным телефоном, кроме того, он не является клиентом кабельного телевидения, принимая телевизионный сигнал только по воздуху.

Таким образом, для организации удаленного доступа для клиента 2 поставщик услуг может использовать либо существующее телефонное абонентское окончание, либо телевизи­ онный кабель. Для клиента 1 такой возможности нет, поэтому поставщик услуг должен предоставить ему беспроводную связь или же проложить новый кабель между его домом и ближайшей точкой присутствия.

Отличительной особенностью клиентов 1 и 2 является несимметричный характер трафика, так как домашние пользователи в основном загружают информацию на свой компьютер в процессе путешествий по Интернету. Ответом на такие потребности являются асимме­ тричные технологии, такие как ADSL.

Клиент 3 отличается от двух предыдущих тем, что имеет несколько компьютеров, объеди­ ненных в локальную сеть. Таким клиентом может быть как частное лицо, так и небольшой офис. Удаленный доступ для локальной сети отличается повышенными требованиями к пропускной способности. Кроме того, трафик может иметь симметричный характер, если домашняя сеть включает сервер, поставляющий информацию пользователям Интернета или сотрудникам других офисов предприятия. Так как клиент 3 не имеет кабельного окончания сети CATV (cable TV), то ему можно обеспечить доступ только по телефонному окончанию. Клиент 3 может организовать свою IP-сеть различными способами. Он может попросить у поставщика услуг пул IP-адресов, так чтобы каждый его компьютер имел отдельный публичный постоянный IP-адрес. Это наиболее гибкий вариант для клиента, так как в этом случае каждый его компьютер может быть полноправным узлом Интернета и исполнять роль не только клиентской машины, но и сервера с зарегистрированным доменным именем. Очевидно, что в этом случае локальная сеть клиента должна иметь пограничный маршру­ тизатор, через который осуществлять связь с сетью поставщика услуг. Другой вариант орга­ низации IP-сети может быть основан на использовании техники NAT, описанной в главе 18.

Клиенты 4 являются жителями многоквартирного дома, который соединен с POP много­ численными витыми парами телефонных абонентских окончаний (по одной для каждой квартиры), а также кабелем CATV. Использование одного кабеля CATV для большого ко­ личества клиентов порождает дополнительные проблемы при организации доступа, так как

762	Глава 22. Удаленный доступ

кабель в этом случае является разделяемой средой. Применение телефонных абонентских окончаний для удаленного доступа жителей многоквартирного дома ничем не отличается от подключения отдельного абонента (клиента 2). И хотя большая часть жильцов дома использует обычные аналоговые телефонные окончания, жильцы нескольких квартир — абоненты сети ISDN, окончания которой являются цифровыми (при том, что они, так же как и аналоговые телефонные окончания, работают на витой паре). Хотя сеть ISDN была разработана как универсальная, то есть предоставляющая наряду с сервисами телефонии и сервисы передачи данных, на практике она используется как обычная телефонная сеть.

Клиенты 5 также являются жильцами многоквартирного дома, но в этом доме поставщик услуг развернул локальную сеть. К этой локальной сети подключаются компьютеры тех жильцов дома, которые решили стать абонентами данного поставщика услуг. Такой вариант эффективен для поставщика услуг при достаточно большом количестве абонентов в доме. Локальная сеть многоквартирного дома требует более высоких скоростей доступа, чем от­ дельные компьютеры или домашние сети индивидуальных клиентов, поэтому поставщик услуг должен использовать абонентское окончание с широкой полосой пропускания —для этой цели может быть применен существующий кабель CATV, специально проложенный коаксиальный кабель Ethernet или также заново проложенный оптический кабель.

Поставщик услуг удаленного доступа может обслуживать клиентов всех типов или же специализироваться на каком-то определенном типе клиентов, например жителях частных или многоквартирных домов, работниках небольших офисов. Универсальный поставщик услуг доступа должен поддерживать любые варианты организации «последней мили», что усложняет его оборудование и применяемые технологии доступа.

В любом случае, для передачи данных по какому-либо абонентскому окончанию поставщик услуг должен обеспечить передачу через это окончание компьютерных данных и совме­ стить эту передачу с передачей информации, для которой это окончание было спроек­ тировано, например с аналоговой телефонной информацией или с сигналом кабельного телевидения. Затем на основе этих средств физического уровня поставщик услуг должен предоставить клиенту тот или иной вариант сервиса доступа.

Еще одной проблемой, которую должен решить оператор, является организация доступа клиентов, которые физически подключены к абонентским окончаниям других постав­ щиков услуг связи. Так, пусть на рисунке РОР1 и POP2 принадлежат поставщику А,

аPOP3 —поставщику В. Для того чтобы поставщик А мог предоставлять услуги доступа

ксети передачи данных клиентам, подключенным к POP3, у него должно быть заключено соответствующее соглашение с поставщиком В. Это соглашение может регламентировать различные способы взаимодействия поставщиков услуг, которые мы уже обсуждали в гла­ ве 5. Например, поставщик услуг Л может арендовать у поставщика услуг В те абонентские окончания, которыми пользуются его клиенты, с тем чтобы затем передавать получаемые по ним данные в свою сеть и направлять их далее в соответствии с потребностями клиен­ тов. В другом случае абонентские окончания могут оставаться в распоряжении поставщика услуг Bf который должен отделять поступающие компьютерные данные от телефонной или телевизионной информации и направлять в сеть поставщика услуг А. Очевидно, что между сетями передачи данных поставщиков услуг А п В должно поддерживаться взаи­ модействие.

Наиболее простой вариант доступа в Интернет предоставляет клиенту незащищенное соединение с серверами корпоративной сети, однако такое соединение грозит плохими последствиями. Во-первых, конфиденциальные данные, передаваемые по Интернету, могут

Схемы удаленного доступа

763

быть перехвачены или искажены. Во-вторых, при таком способе администратору корпора­ тивной сети трудно ограничить доступ к своей сети несанкционированных пользователей, так как IP-адреса легальных пользователей (сотрудников предприятия) заранее неизвест­ ны. Поэтому предприятия предпочитают безопасный доступ, основанный на технологии защищенного канала. Эта технология рассматривается в главе 24.

Мультиплексирование информации на абонентском окончании

Как мы видим на рис. 22.1, большинство домов и многоквартирных зданий связаны с POP либо телефонными абонентскими окончаниями, либо абонентскими окончаниями кабель­ ного телевидения.

Поэтомудля обеспечения клиентов тремя основными на сегодня видамидоступа (к телефонной

сети, телевизионной#сети и сети передачи данных) необходимо реализовать одновременную передачу информации разного типа по одной линии связи. Например, совместить передачу данных с передачей голоса и по телефонному окончанию или же совместить передачу данных

спередачей телевизионного сигнала по коаксиальному кабелю.

Видеале желательно использовать единственное абонентское окончание, способное пере­ давать информацию всех трех типов. К сожалению, витая пара на эту роль не подходит, так как ее полоса пропускания на расстояниях в несколько километров не превышает 1 МГц. Этого явно недостаточно для одновременной передачи голоса, компьютерных данных со скоростями в несколько мегабит в секунду и цветного телевизионного изображения.

Поэтому на роль консолидирующего абонентского окончания могут претендовать только коаксиальный кабель сети CATV и широкополосные беспроводные линии связи. Есте­ ственно, мы имеем в виду уже существующие и широко распространенные типы абонент­ ских окончаний. Если же говорить о прокладке нового кабеля, что актуально в основном для новых крупных зданий, то к этому списку нужно добавить оптический кабель.

Почти во всех технологиях доступа, которые мы будем рассматривать в следующих раз­ делах, требуется мультиплексирование каких-либо двух или всех трех упомянутых типов информации на абонентском окончании. Так, в линии ADSL аналоговые телефонные окончания служат для мультиплексирования голоса и компьютерных данных, кабельные модемы совмещают передачу телевизионного изображения и компьютерных Данных по коаксиальному кабелю. Существуют также различные технологии беспроводного доступа, которые обеспечивают передачу телевизионного сигнала и компьютерных данных, а иногда и телефонии в одном абонентском окончании. Исключением является только наиболее старая технология доступа, а именно коммутируемый доступ, при котором аналоговое абонентское окончание может использоваться телефоном или модемом компьютера только попеременно.

Схема организации доступа с помощью универсального абонентского окончания показана на рис. 22.2.

Наиболее часто для мультиплексирования информации в абонентском окончании при­ меняется техника FDM. Каждому из трех типов информации выделяется определенная полоса частот, ширина которой соответствует потребностям абонента. Для телефонного

764	Глава 22. Удаленный доступ

соединения выделяется полоса 4 КГц, соответствующая стандартной полосе абонента аналоговых телефонных сетей. Компьютерным данным нужна более широкая полоса, при асимметричном доступе для преобладающего нисходящего (входящего) трафика нужно выделить полосу, как минимум, в несколько сотен килогерц, а лучше —в несколько мега­ герц. Менее интенсивный восходящий (выходящий) трафик требует полосы в несколько десятков килогерц. В кабельном телевидение традиционно используются полосы по б МГц для каждого абонента, но при этом передается только нисходящий трафик.

Для того чтобы реализовать выбранную схему FDM, в помещении клиента и точках при­ сутствия устанавливаются распределители, которые выполняют операции мультиплек­ сирования и демультиплексирования сигналов. Распределитель чаще всего представляет собой пассивный фильтр, который выделяет нужные диапазоны частот и передает каждый диапазон на отдельный выход. К выходу распределителя подключаются терминальные устройства абонента —телефон, телевизор и компьютер. Так как компьютер использует дискретные сигналы для обмена данными, то для него требуется дополнительное устрой­ ство, которое будет преобразовывать дискретные сигналы в аналоговые сигналы необхо­ димого диапазона частот.

Большинство пользователей привыкли иметь дело с коммутируемыми (телефонными) модемами, которые работают со стандартной полосой 4 кГц аналоговых телефонных сетей. Телефонные модемы не разделяют эту полосу с другими устройствами, целиком занимая ее для передачи компьютерных данных. Очевидно, что распределитель в этом случае не нужен.

Схемы удаленного доступа

765

Существуют также устройства ADSL и кабельные модемы; первые работают на абонент­ ских окончаниях телефонных сетей, а вторые —на кабелях CATV. Для этих окончаний распределитель необходим, так как по ним вместе с компьютерными данными передается иосновная для них информация, телефонная или телевизионная.

В POP поставщика услуг каждое абонентское окончание также подключено к распреде­ лителю, который выполняет аналогичные операции мультиплексирования и демульти­ плексирования на другом конце кабеля. В результате телефонная информация поступает

стелефонных выходов распределителя на телефонный коммутатор поставщика услуг, который передает ее в телефонную сеть. Телевизионные сигналы от соответствующих вы­ ходов распределителя собираются на оборудовании CATV, которое может быть связано

ссетью СATV этого поставщика услуг.

И, наконец, компьютерные данные поступают на устройство, концентрирующее компью­ терный трафик и передающее его в локальную сеть поставщика услуг. Это устройство называют по-разному, на рисунке можно видеть одно из популярных названий —сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Можно встретить и другие названия, например концентратор удаленного доступа (Remote Access Concentrator, RAC), мульти­ плексор доступа или терминальная система. Будем для определенности называть здесь такое устройство сервером удаленного доступа. Обычно оно содержит большое количество модемов, которые выполняют обратные операции по отношению к модемам пользова­ телей, то есть модулируют нисходящий трафик и демодулируют восходящий. Помимо модемов, RAS включает маршрутизатор, который собирает трафик от модемов и передает его в локальную сеть POP. Из этой локальной сети трафик передается обычным способом в Интернет или в определенную корпоративную сеть.

Мы рассмотрели обобщенную схему доступа, которая в зависимости от выбранного типа абонентского окончания и типа модема требует различных технологий доступа. Нужно под­ черкнуть, что в терминах модели OSI все они являются технологиями физического уровня, так как создают поток битов между компьютером клиента и локальной сетью поставщика услуг. Для работы протокола IP поверх этого физического уровня должен использоваться один из протоколов канального уровня. Сегодня наиболее часто при удаленном доступе применяется протокол РРР, который поддерживает такие важные функции, как назначение IP-адреса клиентскому компьютеру, а также аутентификацию пользователя.

Режим удаленного узла

Наиболее распространенной услугой сегодня является предоставление доступа к общедо­ ступномудомену Интернета. При этом подразумевается, что поставщик услуг обеспечива­ ет маршрутизацию IP-трафика между компьютером и любым сайтом Интернета, имеющим публичный адрес (или же имеющим частный адрес и обеспечивающим публичный доступ посредством техники NAT). Когда клиент располагает одним компьютером, для предостав­ ления такой услуги поставщик услуг обычно использует режим удаленного узла.

Режим удал^миого узл^позволяет кбмпьютеруклиентастатьузломудаленной локальнойсети, чтоозначает для его пользователя возможность получения всего спектра услуг обычного поль­ зователяузла, физине£#й раСПОЛОЖвННОГО влокальной срти.

Для этого поставщик услуг резервирует для своих клиентов удаленного доступа пул ІР-адресов из диапазона адресов одной из своих подсетей. Для тех клиентов, которые не

766	Глава 22. Удаленный доступ

нуждаются в постоянном доступе к Интернету, услуга предоставляется как коммутируемая, и IP-адрес им назначается динамически только на время подключения клиента. Режим удаленного узла позволяет экономить адреса подсетей, так как в стандартном режиме IP-маршрутизатор должен назначить каждому своему порту адрес отдельной подсети, что для одного узла, из которого состоят сети многих клиентов, явно избыточно. Для тех же клиентов, которым требуется постоянное соединение, адрес может назначаться как на постоянной основе, так и динамически на время активности клиента.

Для обеспечения режима удаленного узла RAS поставщика услуг поддерживает протокол Proxy-ARP, рассмотренный в главе 15. Эта особенность отличает сервер удаленного доступа от обычного IP-маршрутизатора (рис. 22.3).

1Р-адрес MAC-aflp.RAS

200.25.10.5MAC Р1

200.25.10.6MAC Р2

200.25.10.6

Рис. 22.3. Использование протокола Proxy-ARP при организации удаленногодоступа

Для удаленных узлов в локальной сети поставщика услуг, имеющей адрес 200.25.10.0/24, выделен пул адресов от 200.25.10.5 до 200.25.10.254. Если клиент пользуется коммутируе­ мым сервисом, то при его соединении с сетью поставщика услуг (например, по протоколу

РРР), ему временно назначается адрес из этого пула. Так, компьютеру первого клиента был назначен адрес 200.25 10Д а компьютеру второго клиента —адрес 200.25.10.6. При под­ ключении к сети этих удаленных узлов сервер удаленного доступа заносит в специальную таблицу, являющуюся аналогом ARP-таблицы, следующие записи:

200.25.10.5- MAC - Р1

200.25.10.6—MAC —Р2

Схемы удаленного доступа

767

Здесь MAC обозначает адрес внутреннего интерфейса сервера удаленного доступа, а Р1 и Р2 —номера портов, к которым подключены клиенты удаленного доступа.

Если, например, сервер 2 (см. рис. 22.3), подключенный к сети одного из поставщиков услуг, посылает пакет компьютеру первого клиента, то маршрутизатор поставщика услуг считает, что пакет направлен к одному из узлов, принадлежащих непосредственно при­ соединенной подсети 200.25.10.0/24. Поэтому маршрутизатор посылает ARP-запрос, содержащий адрес 200.25.10.5. На этот запрос отвечает не компьютер первого клиента, a RAS, сообщая в ARP-ответе маршрутизатору собственный МАС-адрес. После этого маршрутизатор направляет ІР-пакет, упакованный в кадр Ethernet с МАС-адресом RAS. RAS извлекает ІР-пакет из пришедшего кадра Ethernet и по IP-адресу определяет в таблице номер порта, на который ему нужно направить пакет. В данном случае это порт PI. RAS инкапсулирует пакет в кадр РРР, используемый для работы на абонентском окончании, соединяющем RAS с компьютером первого клиента.

В том случае, когда у клиента имеется своя локальная сеть, узлы которой имеют зареги­ стрированные публичные IP-адреса, RAS работает как обычный маршрутизатор, и такой режим уже не называют режимом удаленного узла.

Режим удаленного управления и протокол telnet

Режим удаленного управления, называемый также режимом терминального доступа,

предполагает, что пользователь превращает свой компьютер в виртуальныйтерминал другого компьютера,к которомуон получаетудаленный доступ.

В период становления компьютерных сетей, то есть в 70-е годы, поддержка такого режима была одой из главных функций сети. Устройства PAD сетей Х.25 существовали именно для того, чтобы обеспечить удаленный доступ к мэйнфреймам для пользователей, находивших­ ся в других городах и работавшее за простыми алфавитно-цифровыми терминалами.

Режим удаленного управления обеспечивается специальным протоколом прикладного уровня, работающим поверх протоколов, реализующих транспортное соединение удален­ ного узла с компьютерной сетью. Существует большое количество протоколов удаленного управления, как стандартных, так и фирменных. Для ІР-сетей наиболее старым протоколом этого типа является telnet (RFC 854).

Протокол telnet, который работает в архитектуре «клиент-сервер», обеспечивает эмуляцию алфавитно-цифрового терминала,ограничивая пользователя режимом командной строки.

При нажатии клавиши соответствующий код перехватывается клиентом telnet, поме­ щается в TCP-сообщение и отправляется через сеть узлу, которым пользователь хочет управлять. При поступлении на узел назначения код нажатой клавиши извлекается из TCP-сообщения сервером telnet и передается операционной системе (ОС) узла. ОС рас­ сматривает сеанс telnet как один из сеансов локального пользователя. Если ОС реагирует на нажатие клавиши выводом очередного символа на экран, то для сеанса удаленного пользователя этот символ также упаковывается в TCP-сообщение и по сети отправляется удаленному узлу. Клиент telnet извлекает символ и отображает его в окне своего терминала, эмулируя терминал удаленного узла.