6. Глобальные сети и абонентский доступ
Сети WAN (Wide area network) созданы для предоставления сервисов большому количеству конечных абонентов, разбросанных по большим территориям.
Основные абоненты глобальных сетей — локальные сети.
Разделение между глобальными и локальными сетями достаточно условное. В настоящее время наблюдается конвергенция сетей (взаимопроникновение).
Собирательная схема глобальной сети
Компоненты WAN
Магистральная сеть – объединяющая отдельные сети доступа, обеспечивающая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам.
Сеть доступа – сеть, концентрирующая информационные потоки от многочисленных каналов связи клиентов в небольшом количестве узлов магистральной сети.
Информационные центры – реализуют информационные услуги сети (веб-порталы, файловые серверы, серверы электронной почты…).
6.1 Типы глобальных сетей
6.1.1 Сети на выделенных каналах
Выделенный канал – канал, с фиксированной полосой пропускания или фиксированной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов.
Приобретаются у телекоммуникационных или телефонных компаний.
Абонентами могут быть отдельные устройства или сети.
PDH – Технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy)
- Разработана компанией AT&T в 60-x.
- Используется аппаратура T1 (в Европе E1). Она мультиплексирует каналы, передает данные и коммутирует абонентов.
- Голос цифруется с частотой 8кГц по PCM (Pulse Code Modulation).
- T1 может иметь до 24 аб, со скорость до 64Кбит/с каждый. 4 канала T1 образуют канал T2 (6.3Мбит/с). 7 каналов T2 образуют канал T3 (44.7Мбит/с). Может передавать голос, телеизображение, факс, компьютерный трафик.
SDH/SONET – Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy) / Синхронные оптические сети(Synchronous Optical NETs).
- SONET разработана Bellcore в 1984г, затем стандартизирована комитетом T1 ANSI.
- Цель стандарта объединить каналы T1-T3 и E1-E3 в высокоскоростные магистральные линии на оптоволокне. В результате появился SDH (спецификации G.707 – G.709).
- Имеет свой стек протоколов.
6.1.2 Стек и протоколы канального уровня SDH/SONET
| Канальный |
Уровень тракта (path) – отвечает за доставку данных между двумя пользователями.
Уровень линии (line) – отвечает за передачу между двумя мультиплексорами.
Уровень секций (section) – поддерживает физическую целостность сети.
|
| Физический |
Оптическая модуляция + NRZ
|
Связь компьютера или маршрутизатора с цифровой линией осуществляется через пару устройств, часто в одном корпусе:
обслуживающие данные (DSU, Data Service Unit) и
обслуживающие канал (CSU, Channel Service Unit).
Протоколы канального уровня:
SLIP (Serial Line IP) – протокол выполняет единственную функцию – в потоке бит распознает начало и конец IP-пакета. Первый стандарт, позволяющий устройствам, соединиться последовательной линией связи и работать по протоколам TCP/IP. Создан в 80-е годы, в 1984 встроен в Unix.
PPP (Point to Point Protocol) – разработан для передачи кадров информации по последовательным глобальным каналам связи взамен SLIP. Поддерживает переговорную процедуру, в результате которой передаются параметры (качество линии, протокол аутентификации и т.д.). Поддерживает несколько сетевых протоколов (IP, IPX, OSI)
6.1.3 Глобальные сети на основе коммутации каналов
Типы сетей на основе коммутации каналов
Аналоговые телефонные сети (PSTN, Public Switched Telephone Network) – средняя пропускная способность 9,6кбит/с, максимальная 56Кбит/с (V.90). Для соединения «пользователь — сеть».
Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN (Integrated Services Digital Network) – первоначально были созданы для передачи цифрового голоса (1959 г), затем, добавлена возможность передавать компьютерные данные, факсимильную связь, телетекст, голосовую почту.
6.1.4 Глобальные сети на основе коммутации пакетов
Сети X.25 — семейство протоколов канального уровня, разработанных для ненадежных линий.
| Сетевой |
|
| Канальный |
|
| Физический |
X.21 для оборудования DSU/CSU
|
Frame Relay — семейство протоколов канального уровня, разработаны в начале 1990-х для замены X.25 для быстрых надёжных каналов связи.
| Сетевой |
|
| Канальный |
|
| Физический |
|
ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования.
6.1.5 Технология ATM
ATM (Asynchronous Transfer Mode) — асинхронный способ передачи данных.
Основная цель – совместная передача данных, видео и голоса
Основана на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта) через виртуальные каналы.
PVC (Permanent Virtual Circuit) постоянный виртуальный канал.
SVC (Switched Virtual Circuit) коммутируемый виртуальный канал.
Виртуальный канал прокладывается администратором.
Используются только таблицы коммутации.
Таблица маршрутизации не используются, так как идентификаторы каналов выбираются администратором.
Протоколы: FrameRelay, ATM
Виртуальный канал прокладывается автоматически оборудованием.
При прокладывании канала используются таблицы маршрутизации,
при передаче данных по каналу – таблицы коммутации.
Протоколы: ATM, позже FrameRelay.
VPI (virtual path identificator) — идентификатор виртуального пути (номер канала), используется в PVC.
VCI (virtual connect identificator) — идентификатор виртуального соединения (номер соединения), используется в SVC.
6.1.6 Установление виртуального канала
Схема установления виртуального канала
1. Установление виртуального канала (С1 — С2). Узел-инициатор (С1) генерирует пакет-запрос.
Здесь 102 — Начальное значение VCI (локальный идентификатор виртуального канала).
123456.8112 — Многоразрядный адрес узла (до 16 байт)
2. В коммутаторе (S1) по таблице маршрутизации определяется выходной порт пакета (3).
3. На коммутаторе (S1) генерирует номер виртуального канала (VCI) для данного участка сети (106)
4. Одновременно коммутатор создает таблицу коммутации для продвижения пакетов в прямом и обратном направлении.
5. Аналогичная процедура (пп.2-4) установления соединения продолжается на других коммутаторах.
6. После установления соединения конечные узлы пользуются проложенным виртуальным каналом.
При прокладке SVC канала используется маршрутизация по глобальным адресам.
После установки соединения сеть работает с использованием локальных меток (VCI) на основе таблиц коммутации.
6.1.7 Протокол PPP (Point-to-point protocol)
80-е годы XX в. Отсутствие стандартного протокола канального уровня для передачи дейтаграмм через последовательные линии связи.
Как следствие, малое число каналов связи TCP/IP с непосредственным соединением
PPP — протокол обеспечивает метод передачи дейтаграмм через последовательные каналы связи с непосредственным соединением типа «точка-точка» (point-to-point). Первоначально передача IP-пакетов. Сейчас поддерживается инкапсуляция многих других.
Компоненты протокола PPP
Метод инкапсуляции дейтограмм при передаче по последовательным коммуникационным каналам
Протокол LCP (Link Control Protocol) для установления, конфигурирования и тестирования информационных каналов
Набор протоколов NCP (Network Control Protocols), для установки и конфигурирования различных протоколов сетевого уровня.
Решаемые задачи:
Присвоение и управление адресами IP
Асинхронное и синхронное формирование пакетов
Обнаружение ошибок
Конфигурация канала связи
Проверка качества канала
Согласование способа сжатия
Общий алгоритм:
1) Инициатор отправляет пакеты LCP для выбора конфигурации и проверки канала передачи данных.
2) Инициатор отправляет пакеты NCP, чтобы выбрать и определить конфигурацию одного или нескольких протоколов сетевого уровня.
3) Отправка данных через созданный канал.
4) Разрыв соединения через пакеты LCP или NCP, или внешнее событие.
Преимущества:
— одновременная работа по различным сетевым протоколам
— проверка целостности данных по контрольной сумме
— динамический обмен адресами IP;
— сжатие заголовков IP- и TCР-пакетов.
6.1.8 Протокол PPPoE (Point-to-point protocol over Ethernet)
PPPoE (Point-to-point protocol over Ethernet) —протокол передачи кадров PPP через Ethernet.
Это туннелирующий протокол (tunneling protocol), который позволяет передавать IP-пакеты, или другие, которые инкапсулируются в PPP, через соединения Ethernet, но с программными возможностями PPP соединений.
Установка соединения через PPPoE.
Пусть существует Ethernet-среда:
Виртуальный канал между клиентом и сервером идентифицируется по ID-сессии (SESSION_ID) и MAC-адресам клиента и сервера.
6.1.9 Протокол PPTP
PPTP (Point-to-point tunneling protocol) — туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в стандартной, незащищённой, сети.
PPTP инкапсулирует кадры PPP в IP-пакеты для передачи по глобальной IP-сети.
PPTP может также использоваться для организации туннеля между двумя локальными сетями.
Инкапсуляция данных в PPTP.
GRE (Generic Routing Encapsulation) — протокол туннелирования сетевых пакетов от Cisco Systems. Его основное назначение — инкапсуляция пакетов сетевого уровня сетевой модели OSI в IP пакеты.
PPTP-трафик может быть зашифрован с помощью MPPE. Для аутентификации клиентов могут использоваться MS-CHAPv2 и EAP-TLS.
6.2 Технологии абонентского доступа
Типы абонентского доступа
xDSL (Digital Subscriber Line) – цифровые абонентские линии
ADSL (Asymmetric DSL) – Ассиметричные DSL, скорости download > upload.
SDSL (Symmetric DSL) – Симметричные DSL, скорости download = upload.
RADSL (High-speed DSL) – Скоростной DSL
VDSL (Very high-speed) – Сверхбыстрые DSL
Технологии спутникового доступа (одно- или двухсторонние)
ETTH (Ethernet To The Home) способ подключения к Интернет по протоколу Fast Ehternet.
FITL (Fiber In The Loop) – оптика до абонента
FTTA (Fiber to the Apartament) – оптика до жилого дома.
FTTB (Fiber to the building) – оптика до здания
FTTH (Fiber to the home) – оптика до многоквартирного дома
FTTZ (Fiber to the zone) – оптика до центра некоторой зоны
FTTx (Fiber to the …) – и т.д.
PON (Passive optical network) – пассивная оптическая сеть
APON (ATM PON) – пассивные оптические сети через ATM.
BPON (Broadband PON) – широкополосные PON сети.
GPON (Gigabit PON) – гигабитные PON сети.
6.2.1 Цифровые абонентские линии xDSL
Технология xDSL рассчитана на получение высокоскоростного доступа к Интернет c помощью 2х-проводного телефонного кабеля и модема через ближайшую АТС
Компания Bellcore
С 1987 г.
Полоса частот: 1 МГц (новые стандарты до 2 МГц)
Цифровое кодирование:
2B1Q, PAM16, PAM32, др.
Модуляция:
QAM, OFDM, CAP, DMT
Схема подключения клиентского оборудования и оборудования провайдера
DSL.AM – DSL Access Multiplexer
ATU-C – ADSL Transceiver Unit станционный
ATU-R – ADSL Transceiver Unit удаленный
Максимальное расстояние до абонента: 3,5-5,5км при сечении 0,5мм
Распределение частот в ADSL:
6.2.2 Межсетевое взаимодействие через xDSL
Межсетевое взаимодействие с использованием xDSL
6.2.5 Стандарты xDSL (ITU G.992.x)
Основные скоростные характеристики:
|
Download (Мбит/с) |
Upload (Мбит/с) |
| ADSL |
|
|
| ANSI T1.413 Issue 2 |
8 |
1 |
| ITU G.992.1 (G.DMT) |
8 |
1 |
| ITU G.992.2 (G.Lite) |
1.5 |
0.5 |
| ADSL2 |
|
|
| ITU G.992.3/4 |
12 |
1.0 |
| ITU G.992.3/4 Annex J |
12 |
3.5 |
| ITU G.992.3/4 Annex L |
5 |
0.8 |
| ADSL2+ |
|
|
| ITU G.992.5 |
24 |
1.0 |
| ITU G.992.5 Annex L |
24 |
1.0 |
| ITU G.992.5 Annex M |
24 |
3.5 |
Стандарты xDSL в историческом развитии, типы модуляции и скорости:
6.2.6 Спутниковый доступ к Интернет
Односторонний (one-way) — для приёма данных используется спутниковый канал, а для передачи — доступные наземные каналы.
Двухсторонний (two-way) — для приёма, и для передачи используются спутниковые каналы.
Требует:
- особого качества антенну
- высокочастотный приемный и передающий блок, устанавливаемый на облучатель антенны
- спутниковый терминал
Клиентские настройки не отличаются от настроек обычного проводного доступа к Интернет (например, xDSL).
6.2.7 Технология ETTH
ETTH (Ethernet To The Home) способ подключения к Интернет по протоколы Fast Ehternet.
Разработка Teleste Corporation и Tratec Telecom B.V.
100 Мбит/с или
1 Гбит/c
Схема подключения по ETTH
Причины появления:
- Большая распространенность сетей Ethernet в качестве LAN.
- Удорожание стоимости технического решения «последней мили» (отрезок от оборудования провайдера до клиента).
Преимущества ETTH:
- Прозрачность доступа к сети Интернет (не требуется специального оборудования типа модемов).
- Высокая как нисходящая (download), так и восходящая (upload) скорость.
- Большая протяженность линии до клиента (против нескольких километров в xDSL).
Следствия появления и распространения ETTH:
- Упрощение подключения.
- Вытеснение xDSL с рынка технологий абонентского доступа.
6.2.8 Технология xPON
PON (Passive optical network) — технология пассивных оптических сетей.
Смысл PON в том, что между центральным узлом, обеспечивающим подключение к магистрали (SDH/ATM), и абонентскими узлами создается полностью пассивная оптическая сеть древовидной топологии.
British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia
С 1995 года
Идея архитектуры PON — используется один приёмопередающий модуль в оптическом терминале OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT/ONU и приёма информации от них.
Схема подключения через PON
Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным.
Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации.
Обратный поток мультиплексируется по TDM.
Все абонентские узлы ONT ведут передачу на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением (TDM).
ONT (optical network terminal), термин ITU
ONU (optical network unit), термин IEEE
OLT (optical line terminal)
(1 549 views)
PDF
