Основные технологии обеспечения удаленного доступа

Средства  удаленного управления обеспечивают конечным пользователям довольно малое время  отклика (на вводимые команды), даже если выполняются приложения, не имеющие  архитектуры клиент-сервер. Данные средства хороши для организации  доступа пользователей к файлам, хранящимся на их настольных машинах. Удаленное управление может иметь  различные практические приложения, одним из которых является взаимодействие с информационными службами.

Для пользователей недостатком удаленного управления является необходимость  привыкания к специфике работы с  управляемой машиной, находящейся  на другом конце телефонной линии. Кажется, это беспокоит больше, чем что-либо другое, но в целом данный недостаток незначителен. При установке в  сети шлюзов работать с ней становится сложнее и, видимо, количество трудностей, с которыми сталкиваются пользователи, возрастает. Более того, реализовать  централизованное управление системами  удаленного управления сложно и относительно дорого. Исключение составляют программы  удаленного управления, выполненные  в виде модулей NLM. Эти приложения имеют хорошие средства управления.

Глава 2 Основные технологии обеспечения удаленного доступа.

2. 1 Технологии доступа.

 

Технологии  проводного абонентского доступа имеет  смысл разбить на пять основных групп  по критерию среды передачи и категориям пользователей. На рис. 1 представлена их классификация.

LAN (Local Area Network) – группа технологий, предназначенных для предоставления корпоративным пользователям услуг доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей и использующих в качестве среды передачи структурированные кабельные системы категорий 3, 4 и 5, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

DSL (Digital Subscriber Line) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям ТфОП услуг мультимедиа и использующих в качестве среды передачи существующую инфраструктуру ТфОП.

КТВ (кабельное телевидение) – группа технологий, предназначенных для  предоставления пользователям сетей  КТВ мультимедийных услуг (за счет организации обратного канала) и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный и коаксиальный кабели.

OAN (Optical Access Networks) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям широкополосных услуг, линии доступа к мультимедийным услугам и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный кабель.

СКД (сети коллективного доступа) – группа гибридных технологий для организации  сетей доступа в многоквартирных  домах; в качестве среды передачи используется существующая в домах  инфраструктура ТфОП, радиотрансляционных сетей и сетей электропитания.

Технологии группы LAN

В группе LAN более 90% всех сетей построены  с использованием технологии Ethernet, она обеспечивает пользователям корпоративных сетей скорости передачи информации от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Широкое распространение сетей Ethernet при организации LAN, в первую очередь, связано с низкой стоимостью, легкостью управления и простотой используемого оборудования. Разрабатывавшаяся в конце 70-х гг. прошлого столетия исключительно для передачи данных технология Ethernet обеспечивает сейчас поддержку широкого набора услуг, включая передачу речи и видео с требуемым качеством обслуживания QoS (IEEE 802.1p), а также организацию VLAN (IEEE 802.1Q).

Для построения LAN был разработан и ряд  других технологий, которые не получили широкого распространения. В первую очередь это маркерная бесколлизионная кольцевая технология Token Ring (IEEE 802.5) со скоростью передачи до 16 Мбит/с и ее высокоскоростная версия HSTR – High-Speed Token Ring (100 Мбит/с и 1 Гбит/с). Технология 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12) была разработана для совместного использования в одной сети Ethernet и Token Ring. В силу высокой стоимости технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) не применяется при построении LAN, однако, обладая высокой отказоустойчивостью и скоростью передачи (100 Мбит/с), она используется для построения городских кольцевых магистралей с диаметром кольца до 100 км.

В технологиях доступа в последнее  время наметилась интеграция технологии Ethernet с различными технологиями DSL (гибридный Ethernet). Наиболее известным вариантом такой интеграции является EoV. При скорости передачи порядка 10 Мбит/с сеть Ethernet может располагаться на расстоянии до 1,5 км от узла доступа, а при скоростях 3-4 Мбит/с это расстояние возрастает до 3-4 км. Стандарт на EoV разрабатывается в IEEE (IEEE 802.3ah) как EFM (Ethernet in the First Mile) в двух вариантах: EFMC (EFM Copper), имеющий характеристики обслуживания, аналогичные EoV, и EFMF (EFM Fiber), обеспечивающий скорость передачи от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с на расстояние в несколько десятков километров до узла доступа [1]. Известны также: решение Ethernet с использованием ADSL компании Ericsson (EDA – Ethernet DSL Access) со скоростями передачи 8/2,8 Мбит/с и дальностью до 4 км и решение Ethernet с использованием SHDSL компании Shmid telecom со скоростью передачи 2,3 Мбит/с и дальностью до 5 км.

Технология сетей  коллективного доступа

Для организации относительно недорогого доступа в Интернет жителей многоквартирных  домов разработаны технологии СКД: HomePNA и PLC (Power Line Communication). Сеть доступа развертывается на существующей в доме кабельной инфраструктуре (витая медная пара, проводка радиотрансляционных сетей, электрическая проводка), а концентратор трафика может подключаться к узлу служб с использованием различных систем передачи (кабельных, радио и др.).

Для домашних сетей подходит оборудование гибридных Ethernet или mini-DSLAM при использовании в качестве концентратора трафика мультиплексоров DSL.

Технология HPNA разработана альянсом Home Phoneline Networking Alliance (стандарты: HPNA 1.0, HPNA 1.1, HPNA 2.0 и HPNA 3.0). Системы доступа HPNA 1.x обеспечивают коллективный доступ к каналу с пропускной способностью 1 Мбит/с на расстоянии до 150 м (HPNA 1.0) и до 300 м (HPNA 1.1). В стандарте HPNA 2.0 пропускная способность коллективного канала увеличена до 10 Мбит/с при дальности до 350 м. В стандарте HPNA 3.0 пропускная способность увеличится до 100 Мбит/с.

Разработкой стандартов доступа в Интернет по сетям электропитания занимаются различные  международные организации. Одна из них – HomePlug Powerline Alliance – приняла в 2001 г. единый стандарт HomePlug 1.0 Specification, в котором пропускная способность сети составляет 14 Мбит/с. Стандартизация PLC-технологии ведется также в ETSI. По данным Internet News, только в 2007 г. объем продаж оборудования доступа в Интернет по сетям электропитания удвоился по сравнению с показателями 2006 г., а в 2008 г. ожидаются еще более высокие результаты. Перспективность этой технологии в качестве реализации базового универсального канала связи сети коллективного доступа трудно переоценить.

Технологии симметричного DSL-доступа

Технологии  симметричного DSL-доступа используются при предоставлении услуг объединения LAN, организации выносов, подключении  оборудования пользователя к транспортным сетям по симметричным медным линиям. К этой группе относятся технологии HDSL, SDSL, MDSL, MSDSL, SHDSL, HDSL2/4 И VDSL.

Симметричные  технологии xDSL различают по числу пар используемых проводов. В частности, самая "древняя" симметричная технология HDSL (high bit rate DSL) применяется для передачи по одной, двум или трем парам, причем в каждой паре осуществляется дуплексная передача. Часть "родословного дерева" xDSL для симметричных технологий представлена на рис. 2

Рис. 2. Классификация симметричных xDSL-технологий по числу пар используемых проводов

Сначала появился вариант HDSL для двух пар, нормированный в ANSI, который использует кодирование 2B1Q. Затем прошла стандартизация HDSL для  трех, двух и одной пар в ETSI с  использованием 2B1Q или CAP. Часто употребляются  обозначения HDSL2 и SDSL2, причем технология HDSL2 рассчитана исключительно на передачу Т1, a SDSL2 поддерживает скорости от 384 кбит/c до 2,304 Мбит/с (с шагом 64 кбит/с).

Зачастую полная скорость (544 или 2,304 Мбит/с) не требуется или  необходимая дальность при этих скоростях не достигается. Поэтому  появились новые системы, заполняющие "зазоры в скоростях": сначала  это были системы MDSL, работающие со скоростью от 160 до 784 кбит/с, позднее  – системы MSDSL, обеспечивающие скорость передачи 160-320 кбит/с. MDSL представляет собой множество подсистем MSDSL, которые  не были нормированы, а используемая технология соответствует HDSL.

Технологии SDSL2 предназначались  в основном для делового сектора. Но возможности комбинированной  передачи речи и данных, повышенная потребность частного сектора в  скорости передачи и хороших технических  характеристиках (таких, как спектральная совместимость, аварийное питание  и т.д.) могут в будущем привести к тому, что SDSL2 заменят ISDN в частном  секторе и тем самым создадут серьезную конкуренцию асимметричным  службам xDSL. Первые образцы оборудования SDSL2 были представлены на выставках "Ce-BIT'99" и "Telecom" [3].

Системы SHDSL способны работать по одной или по двум витым парам  со скоростью передачи соответственно от 192 до 2312 кбит/с с шагом 8 кбит/с и от 384 до 4624 кбит/с с шагом 16 кбит/с. В линии может быть установлено до 8 регенераторов (Рек. G.991.2 ITU-T). Длина линии при максимальной скорости достигает 20-30 км в зависимости от диаметра провода. Технология HDSL2/4 является аналогом SHDSL для потока Т1 и стандартизирована в ANSI T1.TRQ.06-2001.

Технологии асимметричного xDSL-доступа

Если  первоначально развитие симметричных технологий xDSL в основном было ориентировано на потребности делового сектора, то асимметричные технологии xDSL предназначались для частного сектора. Такой подход определяет существенную разницу в требованиях к ним. В частном секторе было необходимо, чтобы уже существующая телефонная служба (ТфОП или BRI-ISDN) продолжала работать и при переходе на ADSL. Классификация асимметричных xDSL-технологий приведена на рис. 3.

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Классификация асимметричных xDSL-технологий

ADSL (так называемая Full-rate ADSL) первоначально требовала наличия разветвителя. Технология обеспечивала максимальную скорость передачи в прямом направлении – 6,144 Мбит/с, а в обратном – 0,640 Мбит/с. Разделение осуществляется с помощью эхокомпен-сации или методом частотного разделения. Разветвители необходимы как со стороны АТС, так и со стороны абонентов. В ADSL после долгой конкуренции САР (амплитудно-фазовая модуляция) и DMTV (дискретная мультитоновая технология) последний вид модуляции получил наибольшее распространение.

Первые линии ADSL предполагали работу только на постоянных скоростях. Между тем решения ADSL могут регулировать скорость передачи в зависимости  от качества линии. Из-за адаптивности скорости передачи эту технологию иногда называют RADSL (Rate Adaptive DSL). Она базируется на САР и включена ANSI в спецификацию TR-59. Различают ADSL over POTS и ADSL over ISDN. В зависимости от вида применения используются различные диапазоны частот.

Первые версии ADSL имели  следующие отношения скоростей  передачи в прямом и обратном направлениях: ADSL1 – 1,5 Мбит/с / 16 кбит/с; ADSL2 – 3 Мбит/с / 16 кбит/с; ADSL3 -6 Мбит/с / 64 кбит/с).

Очень высокие скорости передачи в прямом и обратном направлениях достигаются с помощью VDSL. Ранее  для VDSL использовались также обозначения VADSL, BDSL (Broadband DSL) или VHDSL (Very High bitrate DSL). Стандартизация VDSL пока не закончена и не решено, какая из технологий будет выбрана: упомянутая выше технология, основанная на TDD, или технология на основе FDD. В настоящее время нормирование этих технологий не может быть полностью завершено, так как ни у одной из них нет особых преимуществ по сравнению с другой.

Внедрение ADSL на практике показало, что установка разветвителей связана с большими затратами, поэтому были начаты поиски технологий ADSL без разветвителя. Целым рядом фирм были предложены различные варианты, исходя из уменьшения скорости передачи в обоих направлениях по сравнению с ADSL (например, MVL – Multiple virtual Line DSL, CDSL – Consumer DSL, CiDSL – Consumer installable DSL). Удалось реализовать без разветвителя и "full rate ADSL". Технологии ADSL, не требующие разветвителя, были нормированы в МСЭ (G.992.1) и получили название G.Lite (а также ADSL.Lite или DSL.Lite).

VDSL.Lite – технология, которая должна занять нишу между ADSL и VDSL.

Одним из самых популярных в последнее время является термин – VoDSL (Voice over DSL), что буквально означает передачу речевых сигналов по цифровым линиям сети абонентского доступа. В целом данное обозначение подходит почти ко всем высокоскоростным технологиям xDSL. Отдельно выделяют VoSDSL и VoADSL, особенностью которых является сочетание сжатия речевых сигналов и АТМ.

Положительный опыт производства и использования DSL-оборудования в  сетях абонентского доступа привел к появлению аналогичных систем для цифровизации существующих магистральных медно-кабельных линий, которые пока еще слишком дорого заменять на волокно. Поэтому хотя технологии xDSL и рассматриваются как временная замена оптоволоконных АЛ (абонентских линий), они еще долго будут востребованы в сетях абонентского доступа, включая сети специального назначения. Некоторые характеристики основных xDSL-технологий представлены в таблице.

Таблица. Характеристики основных xDSL-технологий

Технологии группы КТВ

Использование сетей КТВ для построения интерактивных  сетей доступа к мультимедийным услугам стало возможным с появлением в 1997 году стандарта DOCSIS (Data over Cable Service Interface Specification), разработанного по инициативе организации операторов кабельных сетей Северной Америки MCNS (Multimedia Network System Partners Ltd.). Для построения гибридных (HFC – Hybrid Fiber Coaxial) сетей КТВ сегодня имеется 5 стандартов: три американских (DOCSIS 1.0, DOCSIS 1.1 и DOCSIS 2.0), один европейский (Euro-DOCSIS) и один международный (Рек. J.112 ITU-T), объединяющий требования американских и европейского стандартов. Дальнейшее развитие европейского (IPCableCom) и американского (PacketCable) вариантов спецификаций на HFC-сети продолжается в части создания дополнительных возможностей и внедрения новых услуг. Для организации прямого канала в сетях КТВ США применяется полоса частот 6 МГц (Рек. J.83.B. ITU-T) в диапазоне частот 88-860 МГц. При использовании модуляции 256QAM скорость передачи данных в прямом канале достигает 42 Мбит/с. В Европе для этих целей занимается полоса частот 8 МГц (Рек. J.83.A ITU-T) в диапазоне частот 108-862 МГц, а скорость передачи составляет 52 Мбит/с. Отличие европейских и американских сетей КТВ не ограничивается только указанными характеристиками. Они разнятся также методами сигнализации и организации интерфейса V5, методами обеспечения безопасности и т.д. В целом эти различия и определили появление двух стандартов на обратный канал в интерактивных сетях КТВ: DOCSIS и EuroDOCSIS [4]. Стандарт DOCSIS 1.0 определяет физический и МАС-уровни, уровень управления для кабельных модемов и головных станций CMTS (Cable Modem Termination System), принципы обеспечения сетевой безопасности (шифрование и аутентификация) и качество обслуживания. Для организации обратного канала выделен диапазон частот 5-42 МГц. Скорость передачи в обратном канале для этого канала не превышает 1 Мбит/с. Дальнейшее совершенствование стандартов DOCSIS шло по пути увеличения пропускной способности обратного канала, обеспечения механизмов QoS для IP-телефонии и мультимедийных приложений. В третьей версии стандарта DOCSIS 2.0 скорость передачи в обратном канале составляет около 30 Мбит/с. В Европе для организации обратного канала выделен диапазон частот 5-65 МГц, а скорость передачи составляет около 42 Мбит/с. 
В работе [5] описана группа технологий КТВ, которая положена в основу концепции построения широкополосных мультисервисных сетей следующего поколения.