Проектирование локальной сети с доступом в Интернет

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время ни у кого не вызывает удивления повсеместное использование компьютеров: в офисах крупных компаний, в высших и средних учебных заведениях, дома. Везде, где есть электрическая розетка, можно увидеть компьютер. Но прогресс идет вперед, и несколько лет назад показалось недостаточным использовать ресурсы только того компьютера, который стоит перед Вами. Захотелось присоединить к этому компьютеру еще и ресурсы, скажем компьютера соседа. Вот так и появилась мысль об объединении нескольких компьютеров. То, что в итоге получилось, стало называться сетью в самом широком смысле этого слова, которое теперь ни у кого не вызывает удивления или непонимания.

Всемирная тенденция к объединению персональных компьютеров (ПК) в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, электронных писем и прочего), возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами различных пользователей, работающих под разным программным обеспечением.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных ПК к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связаны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Посредством ЛВС в систему объединяются ПК, расположенные на многих удаленных местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. ПК перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Как Вы знаете, кабельная структура в городах России развита пока недостаточно, а в сельских районах - и вовсе слабо. Кроме того, большинство кабельных каналов принадлежат местной Электросвязи или ГТС. Большинство появившихся в последнее время операторов - их естественные конкуренты, поэтому аренда проводных каналов не всегда возможна или невыгодна. В связи с этим операторы связи избрали в качестве транспортной среды беспроводную технологию. Основное применение беспроводные технологии находят именно в качестве оборудования сети передачи данных всевозможных операторов.

Компания ООО «ДатаЛайн» создана и работает на телекоммуникационном рынке г. Хабаровска с 1999 г., специализируется на телематической связи, создании сетей связи и систем передачи данных с применением новейшего импортного оборудования.

За это время компания сумела наладить надежную и стабильную связь в нескольких районах города. На базе своей сети передачи данных ООО "ДатаЛайн" строит или объединяет уже существующие Домашние сети, для предоставления пользователям доступа к единой сети ООО "ДатаЛайн" с возможностью выхода в глобальную сеть Интернет посредством беспроводного подключения.

Опорные узлы по гигабитным оптическим магистралям объединяются MPLS-коммутаторами компании MRV (OpticalAccess), что позволяет подключать корпоративных абонентов на скорости до 100 Мбит/с с соблюдением всех требований QoS.

В дипломном проекте рассматривается локальная сеть построенная в Кировском районе г. Хабаровска, которая подключена к существующей сети с выходом в сеть общего пользования Интернет.

Помимо огромных ресурсов Интернет компанией предоставляются самые необходимые услуги, которые включают в себя электронную почту, большое количество различных фильмов, доступ к базам данных с программным обеспечением, игры между участниками сети.

1. Анализ вариантов организации доступа

1.1 Анализ предоставления услуги Интернет посредством модемного соединения по существующим телефонным линиям

Существующие телефонные сети сегодня могут стать прообразом будущей сети с полным набором услуг. Ведь только они, телефонные сети, имеют более или менее развитую инфраструктуру и только они способны хоть как-то удовлетворить растущий спрос в информационных услугах.

Витая пара телефонных проводов является главным (в нашем случае единственным) носителем, который в настоящее время используется для подключения всех абонентов (независимо от их юридического статуса) к оборудованию телефонной сети. Одно только это должно вызывать здоровый энтузиазм у разработчиков систем высокоскоростной передачи данных по данному носителю. Каждый абонент телефонной сети имеет отдельную физическую пару проводов в кабеле, идущем от телефонной станции, которая соединяет его телефонный аппарат с коммутационным оборудованием, установленным на телефонной станции. Каждая пара в кабеле является витой (то есть провода пары свиты друг с другом), что позволяет снизить нежелательные помехи. При осуществлении обычной телефонной связи каждая пара кабеля на абонентском участке кабельной сети поддерживает один голосовой канал. Также витые пары проводов используются для соединения персональных компьютеров в ЛВС (локальных вычислительных сетях).

Большинство пользователей подключается к Интернет, используя для этого телефонную сеть и модем, и оплачивая услуги Интернет-Сервис-Провайдера.

Модем - это устройство, которое одновременно соединено с компьютером и с телефонной линией. Он получает цифровую информацию от компьютера и превращает ее в аналоговый сигнал, пригодный для передачи по телефонной линии - это называется модуляцией. Кроме того, он способен принимать модулированный сигнал от другого модема, превращать его в цифровую форму и передавать своему компьютеру - это называется демодуляцией. Отсюда название - МОдулятор-ДЕМодулятор. Кроме того, модем умеет взаимодействовать с коммутируемой телефонной сетью - набирать номер и распознавать гудки "свободно" и "занято".

Интернет-Сервис-Провайдеры - это фирмы, которые специализируются на предоставлении услуг по доступу в Интернет. Они соединены с сетью Интернет постоянными каналами и имеют модемные пулы - батареи модемов, которые дежурят на определенных телефонных номерах или на одном многоканальном номере, ожидая звонков пользователей.

Когда Ваш модем набирает соответствующий номер, один из модемов провайдера поднимает трубку, и между модемами начинаются продолжительные переговоры о том, какой из многочисленных способов модуляции и какую скорость следует использовать для данной линии связи. Эти переговоры воспринимаются на слух как шипение и свисты разного тона. Если переговоры прошли успешно, то Ваш компьютер и компьютер провайдера оказываются соединенными цифровым каналом связи, и модемы становятся незаметными для них. Дальше начинаются переговоры непосредственно между компьютерами. Ваш компьютер сообщает компьютеру провайдера Ваше имя пользователя и пароль. Тот проверяет, имеете ли Вы право соединиться, а затем сообщает Вашему компьютеру свой IP-адрес, его собственный IP-адрес и IP-адрес сервера DNS. По завершении этой процедуры Ваш компьютер на время становится полноправным членом Интернет, и Вы можете запускать почтовую программу или браузер.

Отличительной особенностью данного варианта подключения является низкая стоимость используемого оборудования и большая дальность. В качестве оконечного оборудования возможно использование любой пары обычных аналоговых модемов, поддерживающих работу по выделенным линиям. Ограничение по скорости - до 33,6 Кбит/с.

Этот вариант подключения может быть интересен для случаев, когда нет необходимости в передаче больших объемов информации и важно минимизировать первоначальные расходы (подключение удаленных складов или дополнительных офисов, билетные кассы и так далее).
В последующем, при необходимости иметь более высокую скорость, линия может быть использована для перехода на технологии xDSL.

Достоинства модемного соединения:

- используется существующая телефонная инфраструктура;

- простота установки (установка оборудования заключается только в приобретении и установки модема);

- дешевизна подключения;

- простота взаимодействия с провайдером (заключается договор либо покупается и после регистрируется интеренет-карточка);

- гибкость тарифных предложений (существует множество тарифных планов).

Недостатки модемного соединения:

- загруженность телефонной линии;

- низкая скорость передачи данных (до 56 Kбит/с);

- повременная плата за телефонную линию;

- ненадежное соединение и низкое качество передачи данных из-за низкого качества телефонных каналов.

Существует три основных решения при организации доступа в сеть Интернет по витой паре абонентских телефонных проводов. Речь идет об аналоговых модемах, предназначенных специально для передачи данных по телефонным каналам так называемый dial-up, об ISDN и о технологиях, объединенных под общим названием xDSL.

Аналоговые модемы хорошо известны и понятны большинству пользователей современных домашних компьютеров (Рисунок 1.1). Принцип их работы основан на использовании диапазона голосовых частот витой пары абонентских телефонных проводов для передачи данных. Для этого используются технологии передачи, известные как «частотная манипуляция» и «квадратурная амплитудная модуляция». Аналоговый модем позволяет достигать скорости передачи данных до 56 Кбит/с.

Невысокая цена и совместимость практически с любой телефонной линией сделали аналоговые модемы основным выбором индивидуальных пользователей. К сожалению, скорость передачи аналогового модема в значительной мере зависит от качества телефонной линии и установленного соединения. Именно поэтому получить максимальную скорость передачи данных практически невозможно (обычно модем с заявленной скоростью в 33,6 Кбит/с позволяет работать со скоростью 28,8 Кбит/с, в лучшем случае 31,2 Кбит/с).

Непрофессиональные пользователи сети Интернет могут использовать и аналоговые модемы, но рано или поздно любой из них сталкивается с проблемами, связанными с низким качеством соединения и перегрузками телефонной сети общего пользования. Эта сеть, в своем существующем на данный момент виде, совершенно не предназначена для того, чтобы передавать трафик сети Интернет.

Более высокоскоростной альтернативой аналоговым модемам служит ISDN (Рисунок 1.2). ISDN (Integrated Service Digital Network) представляет собой цифровую технологию, позволяющую передавать данные со скоростью 144 Кбит/с. Скорость передачи данных 144 Кбит/с складывается из двух каналов В по 64 Кбит/с каждый, используемых для передачи голоса и данных, и одного служебного канала D 16 Кбит/с для передачи управляющих

сигналов. Каналы В могут использоваться как два отдельных голосовых канала, два канала передачи данных со скоростью 64 Кбит/с, как два отдельных канала передачи голоса и данных, а также совместно для передачи данных со скоростью 128 Кбит/с.



Рисунок 1.1 - Схема доступа в сеть Интернет с использованием аналогового модема

Рисунок 1.2 - Схема доступа в сеть Интернет с использованием модема ISDN

Благодаря ISDN, операторы смогли предложить клиенту целый пакет различных услуг, включая передачу голоса, данных и видео по одной сети и все это наряду с высоким качеством передаваемого сигнала. Если же конкретизировать, то ISDN, помимо голосового канала, обеспечивает заказчику услуги возможность пользоваться сетью компании, и, например, Интернет, а также проводить сеансы видеоконференцсвязи с партнерами.

Для передачи высококачественного видеосигнала, например, для предоставления услуги видео-по-запросу, данная технология практически не приспособлена. Все определяется пропускной способностью канала, а 2-х Мбит/с явно не достаточно для одновременной передачи голоса, данных и высококачественного видео, даже в случае передачи одного единственного канала, поэтому сеть ISDN без каких-либо серьезного технологического прорыва вряд ли станет сетью с полным набором услуг.

Семейства технологий хDSL (где символ «х» зарезервирован для обозначения конкретной технологии высокоскоростной цифровой абонентской линии DSL). Многообразие технологий xDSL позволяет пользователю (с учетом определенных ограничений, связанных с длиной и качеством абонентской линии) выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных -- от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Об этом семействе следует рассказать более подробно.

xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи «нисходящего» (от сети к пользователю) и «восходящего» (от пользователя в сеть) потока данных.

Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL.

Данные технологии позволяют значительно расширить полосу пропускания медных абонентских телефонных линий. Любой абонент, пользующийся обычной телефонной связью, является потенциальным кандидатом на то, чтобы с помощью одной из технологий xDSL значительно увеличить скорость своего соединения с сетью Интернет. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от «общения» пользователей с сетью Интернет (Рисунок 1.3).

В число этих технологий входят ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия), RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения), ISDL (ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия IDSN), HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия), SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line - симметричная цифровая абонентская линия), VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия), G.Lite (являющаяся упрощенным вариантом технологии ADSL) и их вариации.

Рассматривая варианты технологии DSL с высоты принципиальных различий, можно выделить две основные категории этих технологий. Это симметричные технологии и асимметричные технологии. Принцип разделения предельно простой. Если скорости передачи данных в обоих направлениях (то есть из сети к пользователю и от пользователя в сеть) одинаковы, то это симметричная технология. Если же скорости передачи данных не одинаковы (по направлениям), то такая технология называется асимметричной.

К числу симметричных технологий относятся технологии HDSL, HDSL2, SDSL и IDSL. В Соединенных Штатах, например, технологии SDSL и IDSL в основном продвигаются аналогами наших операторов сетей передачи данных (CLEC по-американски; следует учитывать, что все аналогии здесь и ниже проводятся путем сравнения основных задач, выполняемых компаниями). Технологии HDSL и HDSL2 используются операторами местной связи (ILEC, опять же по-американски и опять же по аналогии) в качестве альтернативы технологии E1 (или Т1 в США). Симметричные линии DSL идеально подходят для использования в сфере бизнеса, когда необходимо обеспечить равные скорости передачи данных в обоих направлениях, например, для передачи голоса, электронной почты, видеоконференций, файлов и для обеспечения функционирования ЛВС.

Асимметричные технологии DSL, такие как ADSL, RADSL и G.Lite, в основном используются операторами местной связи, которые ориентируются на предоставление высокоскоростного доступа частным абонентам. Ведь именно этим абонентам операторы местной связи предоставляют услугу традиционной телефонной связи. Асимметричные линии DSL имеют более высокую скорость передачи данных из сети в сторону пользователя, что очень удобно для работы в сети Интернет и для различных видеоприложений.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию

ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т. п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость "нисходящего" потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL технология позволяет без существенных затрат сохранить традиционный сервис и предоставить дополнительные услуги, среди которых:

- сохранение традиционного телефонного сервиса;

- высокоскоростная передача данных со скоростью до 8 Мбит/ к пользователю услуги и до 1,5 Мбит/с - от него;

- высокоскоростной доступ в Интернет;

- передача одного телевизионного канала с высоким качеством, видео-по-запросу;

- дистанционное обучение.

По сравнению с альтернативными кабельными модемами и волоконно-оптическими линиями главное преимущество ADSL состоит в том, что для нее используется уже существующий телефонный кабель. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются частотные разделители (некоторые используют кальку с английского сплиттер) - один на АТС и один у абонента. К абонентскому разделителю подключаются обычный аналоговый телефон и ADSL модем, который в зависимости от исполнения может выполнять функции маршрутизатора или моста между локальной сетью абонента и пограничным маршрутизатором провайдера. При этом работа модема абсолютно не мешает использованию обычной телефонной связи, которая существует независимо от того функционирует или нет ADSL линия.

G.Lite (или ADSL Lite) представляет собой вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость "нисходящего" потока данных до 1,5 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных до 512 Кбит/с. Технология G.Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя. Абоненты имеют возможность использовать одну и ту же телефонную линию для высокоскоростной передачи данных и традиционной телефонной связи. Пока никто из операторов не попытался построить сеть передачи данных с использованием этой технологии. Оказалось, что не так уж она и дешева, по сравнению с полной ADSL, к тому же не лишена недостатков. Если же в дальнейшем оператор захочет расширить предоставляемый сервис, то ему придется отказаться от G.Lite и вкладывать средства во что-то другое.

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия IDSN). Эта, назовем ее, гибридная технология обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 128 Кбит/с - на 16 кбит/с больше нежели обеспечивает "прародительница". В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных.

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря свойственной данной технологии скорости передачи телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям E1 (ИКМ-30). Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные или голос (порядка 4 км. по кабелю с жилой 0,4 мм), меньше, чем при использовании технологии ADSL, возможно увеличение длины линии HDSL путем установки на линии регенераторов. Использование HDSL технологии делает эту систему идеальным решением для организации или замены первичных ЦСП типа ИКМ-30 на соединительных линиях (СЛ) существующих ГТС ( поскольку при использовании HDSL отпадает необходимость в промежуточных регенераторах на СЛ ГТС), соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п.

HDSL - наиболее популярная изо всех существующих технологий. Используется практически повсеместно и государственными, и коммерческими операторами связи. Благодаря тому, что она была первой xDSL-технологией, то получила максимальное распространение во всем мире. Кроме традиционного способа применения в телефонии для передачи потока Е1 по обычным витым парам, находит широкое применение и в компьютерных сетях и даже для доставки видео по существующим медным кабелям, что значительно снижает стоимость такого рода услуг. Технология HDSL позволяет многим телефонным компаниям и организациям делать то, что раньше они могли достичь лишь при передаче сигнала по ВОЛС (волоконно-оптические линии связи) или с помощью ретрансляторов Е1, и не потребует от них установки дорогостоящего оборудования межсетевого взаимодействия. Эта технология также поддерживает логическое разделение сети. Оборудование легко подключить и им легко управлять.

RADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения). Технология RADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии RADSL соединение на разных телефонных линиях может иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных выбирается при синхронизации линии, во время соединения или по специальному сигналу, поступающему от станции.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line - симметричная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных

со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. Технология обеспечивает необходимые для представителей бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL) и т.п. К этому же подсемейству следует отнести и MSDSL (Multi-speed SDSL) технологию, которая позволяет изменять скорость передачи для достижения оптимальной дальности и наоборот.

SDSL можно охарактеризовать также как и HDSL. Правда она позволяет пройти меньшее расстояние, чем HDSL, зато можно сэкономить на второй паре. Очень часто офис пользователя оказывается на расстоянии не более 3-х км от точки присутствия оператора и тогда эта технология имеет явное преимущество по сравнению с HDSL по соотношению цена/качество услуги для ее пользователя. Вариант MSDSL позволяет, в случае не очень хорошего состояния кабеля, пройти тоже расстояние, но с меньшей скоростью, к тому же полные 2 Мбит/с необходимы не всем клиентам и очень часто достаточно 256 кбит/с или даже 128 кбит/с.

В качестве ещё одной модификации SDSL используется оборудование HDSL2, которое представляет собой усовершенствованный вариант HDSL с применением более эффективного линейного кода передачи.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL. В ассиметричном варианте она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от 13 Мбит/с до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,6 Мбит/с до 6,4 Мбит/с, а в симметричном варианте в пределах от 13 Мбит/с до 26 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 м. при скорости в 52 Мбит/с и до 1,5 км. при скорости до 13 Мбит/с. Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео-по-запросу и т.п.

Схема доступа в сеть Интернет с использованием технологий xDSL может быть несколько модернизирована (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.3 - Схема доступа в сеть Интернет по технологии xDSL



Рисунок 1.4 - Модернизированная схема доступа в сеть Интернет по технологии xDSL

Использование оптико-волоконного кабеля для подключения к узлу доступа абонентов, находящихся от этого узла на большом расстоянии, выгодно тогда, когда количество потенциальных пользователей, которым необходим высокоскоростной доступ в сеть Интернет, позволяет заполнить (а следовательно и оплатить) всю полосу пропускания кабеля.

Все пользователи, имеющие доступ в сеть Интернет или собирающиеся его получить, хотят, чтобы системы доступа обеспечивали высокую и постоянно растущую скорость передачи данных по разумной цене. Причем многие пользователи также не только не против, но и стремятся к тому, чтобы их доступ в сеть Интернет был как можно теснее связан с теми средствами, которые позволяют им получать доступ к другим службам.

Получить доступ в Интернет позволяют многие телекоммуникационные технологии и системы, имеющие свои плюсы и минусы, но наиболее простым методом организации доступа являются именно те технологии, которые позволяют «наложить» новейшие достижения на уже существующую инфраструктуру. В частности это относится к технологиям xDSL, которые позволяют передавать голос и данные по существующей абонентской кабельной сети, и наилучшим образом отражают потребность пользователей в организации высокоскоростного доступа в сеть Интернет. Они позволяют создать постоянно установленное соединение, обеспечивают высокую скорость передачи данных и оставляют возможность одновременного с работой в сети Интернет использования обычной телефонной связи.

Технологии xDSL предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться. Они создают быстрый и недорогой метод дополнительного использования существующей кабельной сети, а также базу для перехода к технологиям будущего.

1.2 Анализ существующих скоростных выделенных подключений

Наиболее удобное и скоростное соединение - это соединение посредством выделенной линии. Передача данных посредством выделенной линии осуществляется по следующей схеме:

- провайдер протягивает к компьютеру абонента кабель (медная пара или оптоволокно);

- выдает IP-адрес для выхода компьютеров абонента в сеть.

Достоинства выделенной линии:

- постоянная прямая связь с сетью;

- свободная телефонная линия;

- высокоскоростная передача данных;

- высокое качество передачи информации.

Недостатки выделенной линии:

- высокая стоимость установки;

- стоимость прямо зависит от расстояния до точки подключения;

- невозможность физического перемещения персонального компьютера в другую точку без новой прокладки провода;

- достаточно высокая плата за аренду канала.

Модемное подключение

Dial-Up (Dial-Up Internet connection) подключение к Интернет - это подключение пользователя к сетевому узлу Интернет-Сервис-Провайдера при помощи обычных коммутируемых линий телефонной сети. Осуществляется в сеансом режиме. Пользователь по своему усмотрению инициирует процесс дозвона и подключается к узлу провайдера, т.е. занимает свою телефонную линию на время работы в Интернет.

dial-up подключение осуществляется посредством аналоговых модемов. История аналоговых модемов насчитывает уже более 40 лет, и начинается с того момента, когда в 1958 г. было создано первое устройство для связи компьютеров по телефонному проводу на скорости 300 бит/с.

Для работы на выделенных и коммутируемых аналоговых линиях используют модемы. На передающем конце модулятор преобразовывает сигналы в форму, удобную для передачи по телефонной линии (с учетом полосы пропускания телефонной линии), а на приемном конце демодулятор осуществляет обратное преобразование сигналов. Передача данных одновременно ведется обеими сторонами во встречных направлениях (дуплексный режим работы).

Все эти действия описываются специальными протоколами, которые определяют тип модуляции, методы коррекции ошибок, скорость передачи данных и многое другое. Международный союз электросвязи (МСЭ) постепенно разработал и внедрил несколько протоколов передачи данных, все названия которых начинаются с "V.":

- V.21 - дуплексная асинхронная передача на скорости 300 бит/с;

- V.22 - дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости 1200 бит/с;

- V.22 bis, V.26 ter - скорость передачи до 2400 бит/с;

- V.32 - скорость передачи до 966 бит/с;

- V.32 bis - скорость передачи 14400 бит/с;

- V.34 - скорость передачи до 28800 бит/с;

- V.34+ - скорость передачи до 33600 бит/с;

- V.42, V.42 bis - этот стандарт развивает ранее использовавшийся в модемах протокол MNP 1-10 фирмы Microcom и содержит процедуры коррекции ошибок, сжатия передаваемых данных (до 1:8), согласования параметров передачи данных, уведомления о приостановке и возобновления передачи данных при асинхронном интерфейсе. В синхронном интерфейсе для коррекции ошибок используется протокол HDLC, а для компрессии - фирменный протокол SDC компании Motorola;

- V.90 - протокол асимметричного обмена данными: со скоростью 56000 бит/с из сети и со скоростью от 33600 бит/с до 40000 бит/с в сеть. Протокол совместим со стандартом V.34+.

На практике сегодня в основном применяются модемы, работающие по протоколам V.34+ и V.90.

Стандарт V.34+ позволяет работать по телефонным линям практически любого качества. Первоначальное соединение модемов происходит по асинхронному интерфейсу на минимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. После тестирования линии выбираются основные параметры передачи, которые впоследствии могут динамически изменяться без разрыва связи, адаптируясь к изменению качества линии.

Протокол V.90 обеспечивает асимметричный обмен данными: со скоростью 56 Кбит/с из сети и со скоростью от 30 Кбит/с до 40 Кбит/с в сеть. Это значительно повышает скорость доступа к Интернет (или другой сети), т.к. объем информации (графика, видео и т.д.), полученные из сети значительно превышает объем информации направленной в сеть (в основном - это запросы на получение web-страниц и файлов). Основная идея протокола V.90 состоит в следующем: при наличии цифровой АТС, единственным аналоговым звеном в соединении с провайдером является телефонная пара, связывающая аналоговый модем компьютера с коммутатором телефонной станции. При прохождении сигнала от модема к АТС, аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. Это преобразование вносит дополнительные погрешности дискретизации, что, в сочетании с шумами линии, ограничивает скорость передачи не более 33,6 - 40 Кбит/ с. Однако, при прохождении сигнала от цифровой АТС к модему, обратное цифро-аналоговое преобразование не вносит дополнительного шума, что делает возможным увеличение скорости передачи до 56 Кбит/с. такая скорость может быть достигнута только если и Интернет-Провайдер подключен к АТС по цифровому интерфейсу. В противном случае, даже при использовании протокола V.90 и у клиента и у провайдера, ананалогово-цифровые преобразования на цифровых АТС каждой из сторон ограничат скорость передачи данных в обоих направлениях величиной 33,6 Кбит/с.

Модемы, работающие на коммутируемых аналоговых телефонных линиях, должны поддерживать процедуру вызова абонента (набор номера в импульсном или тональном режиме, определение занятости линии и т.п.) Для управления модемом по синхронному интерфейсу используется протокол V.25 и V.25 bis.

В конце 2000 года был также принят стандарт V.92 (56 Кб/с к пользователю, и 48 Кб/с - от него). Новый стандарт передачи данных V.92 предлагает по сравнению с V.90 некоторое увеличение скорости от пользователя к провайдеру (до 48 Кб/с) и несколько интересных новых функций, однако о скором повсеместном его внедрении говорить пока не приходится.

Данные протоколы (кроме V.92) получили довольно широкое распространение и поддержку производителей сетевого оборудования, хотя МСЭ и не стал единственным законодателем моды в этой области. С 1997 года также получили распространение протоколы X2 компаний 3Com и US Robotics, и K56Flex от Lucent Technologies (оба поддерживают скорость 56 Кб/с к пользователю и 33,6 Кб/с - от него), которые, собственно, и легли с некоторой доработкой в основу V.90, поддержку которого сегодня обеспечивает практически любой модем на нашем рынке. Наращивание скоростей шло довольно медленно, в основном из-за плохого качества линий проводной телефонной связи. Но хорошую связь и сложно было ожидать, ведь эти линии изначально разрабатывались для передачи голоса, и никак не высокоскоростных потоков данных. На передачу модемом сигнала по коммутируемой линии влияет множество факторов, среди которых затухание, шум, импульсные и гармонические помехи, нелинейные искажения, эхо-сигналы и задержка в канале передачи информации.

В таких условиях модему бывает тяжело поддерживать максимальную скорость. Поэтому многие устройства автоматически выбирают наиболее подходящую в данный момент скорость и протокол связи. Именно по этой причине драйвера современных модемов поддерживают многие ранние протоколы передачи данных.

Но даже если взять в отечественной телефонной сети практически идеальную линию - это еще не будет гарантировать работу модема V.90 на максимальной скорости. Дело в том, что из-за конструкции действующих отечественных АТС не все из них могут обеспечить скорость передачи данных 56 Кб/с. Электронные (цифровые) и, при хороших условиях, координатные (аналоговые) АТС вполне это обеспечивают.

В более дорогих профессиональных моделях (стоимостью от 100 долларов) можно найти расширенные возможности по диагностике и настройке на конкретную телефонную линию (к примеру модели ZyXEL U-336 и U-90E, US Robotics V.Everything). В них обычно предусмотрены поддержка нескольких альтернативных протоколов связи (обычно фирменных, к примеру, HST в устройствах US Robotics).

Профессиональные модели могут использоваться для объединения локальных сетей, подключения их к Интернет и т. п. Для таких приложений в поставляемом с модемом программном обеспечении реализуются функции дистанционного управления и защиты от несанкционированного доступа (к примеру, модели US Robotics V.Everything, ZyXEL U-90E и U-336).

Теоретический предел для повышения скоростей на коммутируемых линиях составляет 64 Кб/с, и, таким образом, особого смысла в поиске путей перехода от скорости 56 Кб/с к скорости 64 Кб/с у производителей сетевого оборудования нет.

Означает ли это, что модемы для коммутируемого доступа скоро отойдут на задний план? Нет, по крайней мере, не в ближайшие несколько лет: по прогнозам аналитиков, в 2004 году более 60% пользователей в мире будут работать в Интернет по аналоговым модемам.

Подключение по технологии Home-PNA

С целью быстрого создания действенного стандарта и технического решения, обеспечивающего широкое распространение технологии домашней сети, базирующейся на использовании существующей телефонной линии, был организован Альянс HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance). Изначально главной целью HomePNA было создание доступной технологии домашней сети, работающей на скорости передачи данных 1 Мбит/с, которая отвечала бы определенным критериям, оставляла бы полную свободу для повышения технических характеристик и роста производительности, сохраняя при этом совместимость с базовой технологией. Использование технологии HomePNA позволяет организовать простую, высокоскоростную и относительно недорогую домашнюю сеть, используя для этого существующую телефонную линию любого пользователя.

Обеспечение совместного использования выхода в сеть Интернет является основным побуждающим фактором организации домашней сети. В настоящее время для того, чтобы отдельные пользователи в пределах одной квартиры могли получить одновременный доступ в сеть Интернет, необходимо использовать отдельные телефонные линии и отдельные договоры с провайдером. Так как такое удовольствие является очень дорогостоящим, использование сети Интернет обычно ограничивается поочередным подключением к ней всех желающих. Домашние сети могут обеспечить совместное использование одного доступа в сеть Интернет для всех пользователей одной домашней сети. А это, согласитесь, не только гораздо проще, но и экономнее. Необходимость в совместном использовании доступа в сеть Интернет растет по мере того, как соединения с помощью аналоговых модемов (со скоростью до 56 Кбит/с) заменяются на высокоскоростные «постоянно установленные» соединения, например, ADSL.

В настоящее время, даже если в одной квартире установлено несколько персональных компьютеров, для каждого компьютера должен быть свой комплект периферийных устройств, таких как принтер или сканер (если конечно Вы не хотите переносить принтер от одного компьютера к другому каждый раз, когда Вам нужно распечатать какой-либо текст). При организации домашней сети можно будет вместо нескольких одинаковых периферийных устройств приобрести одно периферийное устройство, боле дорогое, а значит и более качественное. Периферийное оборудование может разрабатываться уже с учетом стандарта домашней сети, что позволит подключать такое оборудование прямо к домашней сети, не прибегая к сложным процедурам установки и настройки.

Несколько пользователей домашней сети могут легко совместно использовать прикладные программы или передавать файлы между компьютерами.

Домашние сети могут также использоваться и для развлечения, передачи голоса и видео, и даже для подключения систем автоматизации дома. Легкие в эксплуатации домашние сети позволяют играть в популярные сетевые игры, как в пределах домашней сети, так и по сети Интернет. Новые службы цифровой передачи голоса и видео приходят прямо в дом. Доступ ко всем этим цифровым службам -- передача голоса, данных или видео -- может быть получен с любого устройства, подключенного к домашней сети. Все цифровые устройства, включая персональные компьютеры, цифровые телевизоры и цифровые телефоны требуют именно высокоскоростного соединения с домашней сетью. Легкие в установке домашние сети также способствуют и развитию средств автоматизации, которые используются, например, для контроля окружающей среды или в системах обеспечения безопасности.

При использовании технологии HomePNA все решается предельно просто. Используется телефонная проводка, которая имеется внутри квартиры. Каждая телефонная розетка в доме может использоваться не только для подключения телефонного аппарата, но также становится сетевым портом.

Благодаря использованию новейшей высоко интегрированной полупроводниковой технологии карты сетевого интерфейса HomePNA имеют невысокую стоимость; они могут быть интегрированы в персональный компьютер, принтер или другое устройство.

Технология HomePNA обеспечивает работу сети с расстоянием между узлами не менее 150 м (для версии HomePNA 1.0). Обычно это соответствует телефонной проводке дома площадью до 1000 м2. Следующая версия стандарта HomePNA 2.0 обеспечивает дальность еще большую дальность -- не менее 350 м.

Скорость передачи 1 Мбит/с была реализована уже в первой спецификация стандарта (HomePNA 1.0). Спецификация HomePNA следующего поколения (HomePNA 2.0) обеспечила скорость передачи данных 10 Мбит/с при совместимости с оборудованием предыдущей версии.

Технология HomePNA позволяет повышать скорость передачи данных и расширять функциональные возможности сети, сохраняя при этом ее совместимость с предыдущими спецификациями технологии.

Кроме того, использование в качестве основы для домашней сети существующей абонентской телефонной линии предусматривает совместное использование одной телефонной линии как оборудованием домашней сети, так и уже существующим и подключенным к данной линии телефонным оборудованием. Из этого логически вытекают еще два ключевых свойства домашней сети.

Технология практически невосприимчива к помехам, возникающим в телефонной линии. В доме может быть установлено несколько телефонных аппаратов, автоответчики и другие устройства, которые могут создавать электрические помехи.

Частотный диапазон, в котором работают устройства домашней сети HomePNA,

подобран таким образом, чтобы избежать воздействия различных источников помех, которые имеются в квартире.

Домашняя сеть, базирующаяся на использовании существующей телефонной проводки, не оказывает влияние на другие телефонные службы, т.е. на ведение телефонных разговоров или передачу факсов, работу ISDN или xDSL.

Используемые технологии не оказывают никакого влияния и не препятствуют работе существующей телефонной связи, ISDN или xDSL. Для одновременного использования одной телефонной линии и для существующих телефонных служб, и для передачи сетевого трафика используется принцип частотного разделения -- каждой службе выделяется свой частотный спектр, который не пересекается со спектрами других служб. Благодаря использованию частотно-избирательных фильтров устройства, относящиеся к одной службе, могут обмениваться информацией, не оказывая никакого влияния на устройства, работающие в другом частотном диапазоне. В результате в одной паре телефонных проводов организуется три частотно разделенных канала, используемых для одновременной передачи голоса, работы xDSL устройств и передачи трафика домашней сети, что видно из рисунка 1.5.

15 4·10-3 25·10-3 1,1·10-6 4·10-6 10·10-6 F, Гц

Рисунок 1.5 - Разделение каналов по частоте при разной мощности сигналов

Разумеется, при создании технологии, которая позволила бы организовать сеть высокоскоростной передачи данных на базе обыкновенной телефонной линии, не обошлось без определенных трудностей. Например, при использовании технологии Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с в корпоративных сетях для передачи данных необходимо использовать кабели типа «витая пара». В квартирах же уже имеется готовая телефонная проводка, но по своему первоначальному назначению она не должна использоваться для передачи данных. Создание недорогой технологии высокоскоростной передачи данных по абонентской телефонной линии, имеющей разнообразную и случайную топологию, является достаточно сложной инженерной задачей, которую удалось решить только на базе современной интегральной техники, используемой для высокоскоростной обработки сигнала.

Среди основных особенностей технологии организации домашних сетей, альянс HomePNA отметил следующие:

Возможность использования совершенно случайных и нестандартных топологий проводки. Структура телефонной проводки внутри каждой квартиры или дома не только не может быть известна заранее, но и изменяется день ото дня. Например, такое простое действие, как подключение дополнительного телефонного или факсимильного аппарата создает новую «ветвь» на «дереве» телефонной проводки внутри квартиры.

Работа в условиях сильного затухания сигнала и его отражений, которые характерны для разветвленных топологий проводки. Передаваемый по такой проводке электрический импульс в значительной мере теряет свою энергию, «путешествуя» по проводам. Чем дольше импульс перемещается по внутриквартирной сети, тем больше он ослабляется и его энергия рассеивается. Это происходит из-за несогласования импеданса линий и несогласования нагрузки (например, когда в телефонную розетку ничего не подключено).

Высокий уровень защиты от шумов изменяющегося уровня. Бытовые приборы, кондиционеры воздуха, и другие электрические приборы создают в телефонной проводке случайные помехи высокого и изменяющегося уровня.

Невосприимчивость к динамическому изменению характеристик линии передачи. Телефонные аппараты и другие устройства, подключаемые к телефонной линии, имеют рабочие характеристики, динамически изменяющиеся в широких пределах. Поэтому, если сеть неправильно сконфигурирована, это может повлиять на передачу данных. Простое поднятие трубки телефонного аппарата может в значительной мере изменить характеристики передачи данных по телефонной линии. И наоборот, передача данных может повлиять на правильную работу телефонных и факсимильных аппаратов.

Технология HomePNA 1.0 обеспечивает скорость передачи 1 Мбит/с при совместимости с другими службами, которыми может пользоваться абонент -- обычной телефонной связью, ISDN или xDSL. В данной технологии для передачи данных домашней сети используется диапазон частот от 5,5 МГц до 9,5 МГц. Полосовые фильтры имеют сильный спад характеристики на частотах ниже 5,5 МГц, что исключает воздействие на линию DSL и традиционную телефонную связь.

В HomePNA 1.0 используется методика IEEE 802.3 CSMA/CD; другими словами, технология обеспечивает создание локальной сети Ethernet со скоростью передачи данных

1 Мбит/с на базе абонентской телефонной линии. Данная конструктивная особенность очень важна, так как позволяет сети HomePNA взаимодействовать с огромным количеством совместимого с Ethernet программного обеспечения и оборудования.

Большинство существующих абонентских телефонных линий позволяет достичь скорости передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании для этого частотного диапазона от 2 МГц до 30 МГц. Благодаря использованию спектрально эффективной технологии модуляции, компания Epigram создала технологию HomePNA 2.0 следующего поколения, которая обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с.

Запатентованная технология компании Epigram позволяет создать недорогую и допускающую дальнейшее развитие домашнюю сеть Home Ethernet, которая обеспечивает скорость передачи данных в 10 Мбит/с с возможностью увеличения в будущем этой скорости до 100 Мбит/с. Технология Home Ethernet позволяет динамически адаптировать скорость передачи данных и обеспечивает немедленную подстройку в зависимости от изменения электрических характеристик коммуникационного канала, организованного на базе абонентской телефонной линии. При этом обеспечивается поддержка оборудования, совместимого с технологией HomePNA предыдущих поколений, включая технологию HomePNA со скоростью передачи данных 1 Мбит/с.

Оборудование HomePNA прочно заняло свое место на рынке. Эта технология, использующая в качестве среды передачи абонентскую телефонную проводку, не только наилучшим образом подходит для организации домашней сети, но и пригодна в качестве основы для построения недорогих систем коллективного доступа в Интернет.

Подключение по электрическим проводам

Сеть по электропроводке Powerline является одним из способов соединения компьютеров у Вас дома. В качестве кабеля используется работающая электрическая проводка. Принцип такой сети - «отсутствие новых кабелей». Причем если телефонную розетку встретишь далеко не в каждой комнате, розетки питания есть везде, а тем более, рядом с компьютером. Поскольку такая сеть не требует новых проводов и не увеличивает Ваш счет за электроэнергию, ее можно считать одним из самых дешевых способов соединения компьютеров (конечно, при должной цене оборудования).

PowerLine, Powerline Communications (PLC) - семейство технологий связи, которые основываются на использовании существующей сети электропитания (120 В, 220 В и т. п.) в качестве физической среды распространения информации. Как существующие в рамках этих технологий направления исследований, так и уже реализованные "в железе" устройства, можно дифференцировать по скорости обмена:

- низкоскоростной обмен (Low Baud rate, иногда ниже 0,05 Kbps) с дальностями передачи до десятков километров. Подобные PLC-системы уже используются в энергетике на высоковольтных магистральных системах для передачи служебной телеметрической информации;

- обмен со средней скоростью передачи (Medium Baud rate, обычно в диапазоне от 0,05 до 50 Kbps) на средние расстояния, не превышающие нескольких километров. Такие PLC-системы позволяют реализовать несложные контролирующие приложения и ориентированы на существующие инфраструктуры сетевого питания (домашняя автоматизация, системы управления освещением, организация автоматических измерений, мониторинг через Интернет и т. п.). Информация передается в полосе частот от 50 кГц до 535 кГц.

- высокоскоростной обмен (High Baud rate, от 100 Kbps). Основное предназначение - "компьютерный" локальный обмен данными. К классическим для таких систем обычно относят задачи объединения в ресурсы общего доступа имеющихся принтеров, сканеров и других устройств, а также организацию домашней либо компьютерной сети SOHO. В этот класс справедливо было бы включить решение всего спектра мультимедийных задач. Устройства в силу ряда противоречивых требований вынуждены занимать достаточно широкую полосу частот (в диапазоне от 1,7 МГц до 30 МГц) и обеспечивать работу на расстоянии до нескольких сотен метров.

Соединение осуществляется, как и в случае с HomePNA, по топологии физическая звезда, то есть вам не потребуется покупать концентратор.

Отдельное замечание касается фаз. В наши дома электричество поступает по нескольким проводам: три из них используются для передачи электричества (если можно так сказать), а четвертый провод - это земля. Три провода питания находятся в разных фазах.

Обычно квартира запитывается от одной фазы, но это совсем не обязательное правило. Тем более если мы будем брать целый дом (а при рекомендованной максимальной длине 200 м. связать дом в сеть вполне реально), то часть квартир может быть запитана от одной фазы, а другая часть - от другой. Физически же проводка с разными фазами разделена друг от друга. В таких случаях придется устанавливать специальный мост между линиями питания с разными фазами.

Скорость передачи в сети Powerline может изменяться в зависимости от характеристик кабеля. Если другие приборы создают в электросети высокий уровень помех, то скорость данных понижается. Первые попытки использовать домашнюю электропроводку для организации сетей не имели успеха у потребителей, но устройства HomePlag 1.0, промышленного консорциума HomePlag Powerline Alliance, эффективно работали через сеть электропитания в большинстве жилых помещений.

Максимальная теоретическая пропускная способность сетей Powerline - 14 Мбит/с, а фактическая средняя скорость передачи данных составляет 6 Мбит/с. Эти показатели сопоставимы с характеристиками HomePNA и беспроводных сетей Wi-Fi. Сторонники Powerline утверждают, что технология проще для освоения, чем телефонные сети, не имеет «мертвых зон», характерных для беспроводных решений, и дешевле, чем проводной Ethernet.