Глава 5. Смежные технологии передачи данных. Обзор.

Не хлебом единым...

Как бы ни был хорош Ethernet как среда передачи данных, все необходимые для работы провайдера функции он может выполнять только при небольшом масштабе работ. При массовом оказании услуг находится масса мест, где удобнее применять иные технологии.

Это могут быть арендованные кабеля, отдаленные точки, непроходимые для самостоятельных прокладок расстояния между домами, и многое другое. Поэтому нужен хотя бы минимальный обзор технологий, с помощью которых можно эффективно связывать отдельные сегменты сетей.

Краткое описание технологий:

· xDSL. Сокращение DSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). Технология позволяет значительно расширить полосу пропускания "классических" медных пар (телефонных линий). При этом возможны скорости от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Обычное расстояние, на котором возможна высокоскоростная связь, составляет 5-6 км.

· HomePNA. Предназначена для недорого соединения в сеть "поверх телефонной проводки" пользователей внутри одной квартиры или коттеджа. При этом обеспечиваются произвольная топология соединения кабелей и скорости от 1 Мбит/с (HomePNA 1.0 и 1.1) до 10 Мб (HomePNA 2.0) на расстояния порядка 300-500 метров. Для передачи данных используется диапазон частот 5,5 — 9,5 МГц.

· Радио-Ethernet. Название говорит само за себя - это передача данных через эфир на частотах гигагерцового диапазона (обычно для недорогих решений используется 2,4 ГГц). Скорости - от 1 Мб до 50 Мб (и возможно выше), расстояния до нескольких десятков километров.

· Линии кабельного телевидения (гибридные сети). Технология предназначена для передачи данных через коаксиальные сети КТВ, и использует отличные от ТВ-сигнала диапазоны. Решения данного типа могут быть весьма сложными, но проработанными до мелочей из-за широкого распространения в некоторых странах (например США).

· Связь по силовой проводке. Пожалуй, это самая новая из технологий, представленных в данном списке. Она позволяет (по крайней мере в теории) передавать данные по стандартной электрической проводке 220 Вольт на скорости до 11 Мб и на расстояния в сотни метров.

· Использование атмосферных лазеров. Передача сигналов в оптическом (как правило инфракрасном) диапазоне. Как правило решение позиционируется в России как не требующая лицензирования замена Радио-Ethernet. Однако у лазерной технологии есть и другие достоинства - высокая скорость (до гигабита), сложность перехвата данных, возможность организации сложных по топологии сетей. К сожалению, недостатков то же достаточно.

· Экзотические способы (различные модификации Ethernet, связь через com-порты, частные технологии, однопроводная связь, и т.п.). Тут комментарии излишни.

Таким образом видно, что у Ethernet масса конкурентов, заметно превосходящих его в частности. И эти достоинства надо использовать в полной мере. Подробный разбор технологий выходит далеко за рамки данной книги, однако обзорное описание просто необходимо, и оно приведено с следующих параграфах.

XDSL.

Исторически самым узким местом последней мили считалась абонентская телефонная линия (медная пара). Проблема увеличения скорости передачи данных на этой дистанции решалась разными способами, но в рамках одной общей концепции.

Рассмотрим теорию.

Традиционные модемы передают аналоговые сигналы в диапазоне частот, предназначенных для обычной телефонной связи (300 Гц - 3400 Гц). Практически все возможности увеличения скорости в этой полосе уже исчерпаны, можно сказать, что на стандарте V.90 достигнут теоретический предел (56к).

Дальнейшее развитие возможно только при использовании более высоких частот и цифровых сигналов. При этом данные не смогут пройти через аппаратуру телефонных станций, и линия может быть использован только на участке абонент - АТС (или на обычной выделенной медной паре). Это заметно снижает возможности применения DSL, но преимущества в скорости оказались слишком велики, и технология начала бурно развиваться.

Буквально за несколько было разработано несколько десятков видов DSL, отличающихся методами модуляции, используемых для кодирования данных. На сегодня можно выделить следующие основные стандарты:

• ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line. Асимметричная цифровая абонентская линия.
• SDSL - Simple Digital Subscriber Line. Симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре.
• VDSL - Very High Speed Digital Subscriber Line. Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия.

Рассмотрим подробнее каждую из технологий.

ADSL.
Система была разработана в Северной Америке в середине 90-х годов. В то время считалось, что будет широко востребована услуга видео по запросу (причем в кодировке MPEG) для которой, собственно, ADSL и создавалась. Кроме несимметричной скорости под нужды потокового видео использовалась высоконадежная упреждающая коррекция ошибок. Из-за этого системы ADSL (особенно ранние) при передаче данных имеют большую задержку (до 20 мсек, что почти в 10 раз больше чем у систем SDSL или HDSL).

Но все же главным практическим признаком ADSL является асимметричность передачи данных. От сети к пользователю скорость значительно выше ("нисходящий" поток от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с), чем в противоположном направлении ("восходящий" поток данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с). Наибольшая скорость достигается на расстоянии до 3 км, а максимальное расстояние для устойчивой связи на минимальной скорости около 5-6 км.

Так же можно выделить разновидность G.Lite ADSL, которая представляет собой более дешёвый и простой в установке вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость "нисходящего" потока данных до 1,5 Мбит/с и "восходящего" до 512 Кбит/с (или по 256 Кбит/с в обоих направлениях).

Конечный пользователь обычно потребляет значительно больший трафик, чем отдает, поэтому данная технология весьма удобна для организации доступа в сеть Интернет. Так как это считается массовой услугой, устройства организации канала для оператора и абонента резко отличаются. На стороне провайдера устанавливается сложный многопортовый (сотни портов) мультиплексор-маршрутизатор (DSLAM), а на стороне пользователя - простейший модем.

В России широко используются DSLAM Cisco 6200 и Lucent Stinger. Стоят такие устройства несколько тысяч долларов, и практически неприменимы для нужд "домашних" сетей. Известны и примеры оборудования для организации каналов ADSL точка-точка (Pairgain MegabiModem 320/310), но особого распространения они не получили.

Нужно отметить, что большим достоинством ADSL является возможность работы по одной линии параллельно с телефоном (и не мешая друг другу). Принцип хорошо демонстрирует следующая диаграмма:

Рис. 5.1. Частоты ADSL.

Для того, что бы телефон и ADSL не мешали друг другу на одной линии используют сплиттер (POTS Splitter) - пассивное устройство которое разделяет частоты (либо ограничивает "верхний диапазон" перед телефонным аппаратом). Спектр частот ADSL обычно начинается с 25 кГц, поэтому полоса от 4 кГц до 25 кГц используется сплиттером в качестве переходной полосы.

В общем можно сказать, что ADSL не слишком удобна для организации связи между удаленными сегментами сетей Ethernet по следующим причинам:

• По сути отсутствует подходящее оборудование (точка-точка или малопортовые DSLAM);
• Асимметричность передачи данных неудобна для равномерного межсегментного трафика;
• Относительно большие задержки заметны во многих широкополосных приложениях (например в играх).

Тем не менее, ADSL широко используется телефонными монополистами в качестве недорогой услуги подключения к сети Интернет, поэтому часто у "домашних сетей" просто нет выхода. Приходится использовать то, что доступно, а не то, что удобно.

SDSL.
Эта технология фактически явилась развитием HDSL (High Speed Digital Subscriber Line, высокоскоростная цифровая абонентская линия), который в свою очередь берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Когда разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, оказалось, что даже простая 4-уровневая модуляция PAM позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с практически во всей зоне обслуживания телефонного оператора (3-5 км).

Были разработаны устройства, работающие по одной паре на скорости 784 Кбит/с, и 1,544 Мб/c по двум парам (скорость 1,5Мб важна для передачи распространенных с США потоков Т1). Дальнейшее развитие привело к появлению SDSL (симметричная скорость 2,3 Мб/с), для которой рекомендованы амплитудно-импульсная модуляция 2B1Q и более "дальнобойная" амплитудно-фазовая модуляция без несущей (CAP).

Технологий SDSL применяется в основном для связи точка-точка, используемое оборудование обычно одинаково для обоих сторон канала. Реже встречаются малопортовые DSLAM (например Lucent DSLMAX20 на 8-32 линии). Стоимость устройств SDSL несколько больше, чем ASDL.

Очевидно, что симметричные линии предназначены для связи удаленных сегментов корпоративных или "домашних" сетей, но не слишком удобны для конечного пользователя.

Часто считается, что SDSL не может функционировать на одной линии параллельно с телефоном. Но это не совсем верно. При скоростях более 700 Кб/с частоты SDSL и обычной телефонии разделены вполне достаточно для использования сплитеров (например Aviv16-SS) для нормальной совместной работы. Это заметно расширяет возможности применения данной технологии.

Последнее время SDSL все чаще заменяется ShDSL (Symmetric High bit-rate DSL), который отличается только типом кодировки (TC-PAM в отличии от 2B1Q или CAP). Этот стандарт на 10-15% более "дальнобойный", чем SDSL, но имеет и свой недостаток. Частотное уплотнение на ShDSL не работает, поэтому не редко модемы выпускаются со встроенными портами IP-телефонии.

К сожалению, из-за более высокой стоимости SDSL (ShDSL) "телефонные" операторы редко предлагают такую услугу даже в том случае, если место конечного пользователя занимают несколько небольших "домашних" сетей.

VDSL.
Технология VDSL является наиболее современной и "быстрой" технологией xDSL. Скорость передачи данных "нисходящего" потока составляет от 11 до 52 Мбит/с, "восходящего" - в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с. На некоторых моделях оборудования доступен синхронный режим со скоростями до 26 Мб/с.

VDSL можно рассматривать как высокоскоростной ADSL, рассчитанный на небольшие расстояния (до 1 км.). Устройства просты, весьма недороги, и получают последнее время все большее распространение. на небольших кампусных сетях.

Использование VDSL по обычным телефонным кабелям возможно, но с серьезными ограничениями. Для этой технологии используются частоты мегагерцового диапазона, на который ТПП не рассчитан (у SDSL предел в сотни кГц). Поэтому две VDSL линии в одном кабеле вполне могут не работать из-за взаимных наводок.

И если в случае использования 2-3 линий может помочь перебор пар, то при более плотном заполнении вероятно полное или частичное прекращение работы любых DSL технологий.

С другой стороны как пользователи, так и производители оборудования перестали рассматривать VDSL как дорогую WAN-технологию. Он позиционируется скорее как удлинитель Ethernet, со всеми вытекающими ценообразовательными последствиями. Появляются комбинированные коммутаторы Ethenret - VDSL, в которых последний играет ту же роль, которую обычно предназначали оптоволокну.

Поэтому представляется, что VDSL имеет очень большие перспективы в сетях Ethernet-провайдеров. Однако их, все же, не нужно переоценивать. Дальность (и сама возможность) работы VDSL явно недостаточна для вытеснения как ADSL так и SDSL, и им предстоит достаточно мирное сосуществование в разных технических нишах.

В перспективе можно ожидать появление единого стандарта, сочетающего достоинства всех рассмотренных технологий. Предпосылки к этому уже есть сейчас, но все же практическое внедрение - дело не слишком близкого будущего.