Основы работы в сети интернет

HomePNA. (Home Phone line Networking Alliance). Как и в случае HomePlug, используется уже существующая проводка, только не электрическая, а телефонная. Используемый частотный диапазон 5,5–9,5 МГц не пересекается ни с обычной телефонной и факсимильной связью, ни с цифровой (ISDN), ни с другими сигналами (например, с существующими видами DSL). Поэтому HomePNA не влияет на телефонное или DSL-подключение. На качестве сигнала может сказываться качество проводки кабеля и установки телефонных розеток, а также самих адаптеров (рис. 7).

Рис. 7. Комбинированные адаптеры HomePNA + Ethernet

Асимметричные DSL. Группа технологий под общим названием Digital Subscriber Line — «цифровая абонентская линия» сокращённо именуемая xDSL. В основу технологии DSL положен тот факт, что телефонный провод от телефонной станции к абоненту способен нести сигналы не только в диапазоне частот 0–4 кГц, используемом для телефонной связи, но и значительно выше — до 1, 2, 4 и даже 12 МГц. Для передачи информации можно использовать специальный аналоговый модем, отличающийся от обычного «аналогового» V.34/V.90 лишь частотным диапазоном и модуляцией (способом представления информации в виде набора синусоидальных сигналов).

Расположив аппаратуру провайдера на АТС, можно обеспечить индивидуальное высокоскоростное подключение пользователей без необходимости создания дополнительной инфраструктуры. Существующие телефонные каналы максимально просты, неприхотливы, и в то же время очень надёжны.

Разумеется, есть и свои недостатки. Если отдельная пара телефонных проводов представляет собой неплохую среду  передачи, то несколько десятков таких проводов, уложенных вместе в одном телефонном кабеле, создают сильные перекрёстные наводки, что снижает качество сигнала, а, следовательно, и скорость передачи. На скорость влияет также то обстоятельство, что высокие частоты сильнее затухают с расстоянием, то есть номинальная скорость может быть достигнута только в непосредственной близости от АТС (до 500 м) или в пределах определённого расстояния, своего для каждой технологии. Высокочастотный сигнал может блокироваться различными фильтрами для увеличения дальности работы телефона, подавления помех и эха. Работа DSL может быть невозможной на спаренной телефонной линии, на одной линии вместе с охранной сигнализацией и другими специфическими устройствами.

Несмотря на использование высоких  частот, полной независимости между обычными телефонными сигналами и сигналами DSL не достигается. Для этого необходимы частотные разделители («сплиттеры»), которые из одного общего сигнала в линии выделяют низкие частоты и подают их только на телефонную аппаратуру, а высокие — только на DSL-модем.

Asymmetric DSL называется асимметричным  потому что скорость данных  из Интернета к клиенту и  от клиента в Интернет не  одинаковая. Технически это обусловлено тем, что повышение скорости совмещено с повышением мощности сигнала, а мощный сигнал от абонента к АТС приводит к возникновению дополнительных наводок. Скорость передачи зависит от ширины частотного диапазона, выбранного для данного направления. Но раз ширина всего канала ограничена частотами 26 кГц снизу и 1,1 МГц сверху, приходится выбирать, в каком направлении скорость приоритетнее. Большинство пользователей лишь потребляет данные из Интернета, отправляя туда небольшие по размеру запросы. Соответственно, высокая скорость из Интернета к типичному клиенту (нисходящий поток сигналов) намного важнее, чем в обратном направлении (восходящий поток). Вот здесь асимметричное подключение и оказывается оптимальным вариантом.

В первых версиях ADSL использовалось два  частотных канала: 30–138 кГц для  передачи данных от клиента и 138–1104 кГц для приёма (рис. 8а).

В новом стандарте ITU-T G.992.1 для представления  сигналов используется многоканальное кодирование — Discrete Multi-Tone, DMT (рис. 8б). Частотный диапазон разбивается на 256 каналов шириной по 4312,5 Гц, нижние семь из которых не используются, и ещё два являются служебными. В каждом канале постоянно анализируется качество сигнала, на основании чего выбирается информационная ёмкость этого канала (число бит, передаваемых за один такт) либо канал игнорируется, если он сильно зашумлён или ослаблен. За счёт того, что тактовая частота в каждом канале составляет всего 4 кГц, технология DMT нечувствительна к переотражениям сигнала, возникающим из-за неоднородности проводов. Таким образом, в любой ситуации обеспечивается максимально возможная скорость. Обратите внимание: модем старается достичь высокой скорости, но никаких конкретных значений не гарантируется. Этим технология ADSL отличается от менее скоростных, но более предсказуемых видов DSL, например, HDSL.

Рис. 8. Частотный спектр сигналов ADSL

В идеальных условиях, задействовав все 256 каналов, можно получить скорость до 15,36 Мбит/с. В реальных условиях можно  рассчитывать на скорость от 64 кбит/с до 8 Мбит/с по направлению к абоненту и 16–768 кбит/с от абонента. Скорость зависит от длины кабеля и его текущего состояния.

ISDN. Название Integrated Services Digital Network можно трактовать двояко. С одной стороны, это «цифровая сеть комплексных услуг», значительно расширяющая функциональность телефонной связи по сравнению с обычным телефоном. С другой стороны, это «цифровая сеть интегрального обслуживания» с гарантированной пропускной способностью между абонентами и минимальной задержкой сигнала, в отличие от применяемого в Интернете дифференциального обслуживания, основанного на приоретизации (дифференциации) трафика.

Работа в цифровой телефонной сети похожа на пользование обычным телефоном, с той лишь разницей, что голосовые  данные оцифровываются в 64 кбит/с поток ещё на стороне абонента и в неизменной форме доходят до адресата. Соответственно, для передачи цифровых данных нужен не сложный модем, а просто адаптер цифровой сети. Набор номера тоже производится цифровым способом, поэтому дозвон до провайдера и установление соединения занимает несколько секунд.

BRI ISDN (BRA ISDN). Basic Rate Interface (или Basic Rate Access) является конфигурацией начального уровня. По обычной двухжильной линии абоненту предоставляются два полнодуплексных канала данных с базовой скоростью 64 кбит/с, называемые B-каналами. Эти логические каналы могут быть как независимыми друг от друга, так и объединёнными для получения большей скорости, если аппаратура поддерживает технологию BOND (Bandwidth ON Demand — «пропускная способность по требованию») или операционная система умеет работать с многосвязными соединениями (Multilink PPP). Например, по одному каналу можно выходить в Интернет, а второй в этот момент используете для телефонных звонков, или по обоим каналам идет соединение с провайдером.

Служебный канал Delta (D-канал), отвечающий за сообщения «набор номера» или «отсоединение», имеет скорость 16 кбит/с и передаётся вперемешку с полезными данными. Прибавив к этому издержки на синхронизирующий заголовок и контрольную сумму, получим канальную скорость 192 кбит/с. Линейное кодирование 2B1Q, используемое в США, представляет каждые два бита как один четырёхпозиционный символ, поэтому ширина спектра сигнала составляет 96 кГц. В европейских странах применяется код 4B3T, представляющий каждые четыре бита как три трёхпозиционных символа, для чего требуется полоса шириной 144 кГц. Максимальная длина линии для варианта 4B3T составляет от 4 км при диаметре сечения провода 0,4 мм до 8 км при диаметре 0,6 мм. Более толстые провода могут обеспечить связь на удалении до нескольких десятков километров.

В целях упрощения устройств ISDN и одновременной работы нескольких аппаратов на одной абонентской линии, функциональность распределяется между несколькими уровнями взаимодействия, которые соединяются посредством специальных интерфейсов (рис. 9).

Рис. 9. Виды интерфейсов ISDN

Однопарный U-интерфейс приходит из телефонной станции в квартиру или  офис абонента в виде обычной телефонной проводки. Традиционно он преобразовывался в двухпарный T-интерфейс сетевым терминатором NT1, который выдавался оператором и обозначал границу его ответственности. Телефонные аппараты и другие ISDN-устройства (терминальное оборудование типа TE1) подключались через S-интерфейс к терминатору NT2, являвшемуся собственностью абонента. Сейчас NT1 и NT2 часто объединяются в одно устройство с S/T-интерфейсом и приобретаются абонентом самостоятельно.

Спутниковая связь. Выход в Интернет с использованием космической связи — это, с одной стороны, один из самых гибких способов подключения, но с другой стороны, один из самых сложных. Гибкость заключается не только в том, что состояние коммуникационной инфраструктуры региона не имеет ровно никакого значения, но и в том, что выбор провайдера не ограничен пределами города, государства и даже материка.

Чтобы спутник казался нам неподвижным, он должен находиться на геостационарной орбите, которая проходит в экваториальной плоскости на удалении 42164 км от центра Земли, то есть 35768 км над уровнем моря (рис. 10).

Рис. 10. Схема прохождения сигнала

 Нетрудно рассчитать, что даже в чистом вакууме сигнал до столь удалённого объекта дошёл бы ослабленным в 1017 раз (150 дБ) и не ранее, чем через 0,12 с. В реальных условиях, благодаря воздуху и погодным явлениям в атмосфере, затухание сигнала ещё сильнее (что, впрочем, компенсируется высоким коэффициентом усиления узконаправленных передающих и приёмных антенн), а суммарное время его прохождения и обработки не очень вписывается в понятие комфортного телефонного разговора или видеоконференции, независимо от местонахождения собеседника. Во время дождя или снегопада связь может прекратиться вовсе. Поэтому спутниковые коммуникации хорошо подходят для веб-сёрфинга, скачивания файлов, просмотра фильмов и телепрограмм, но плохо решают задачи реального времени, в том числе игры по сети.

Вместо полноценного двустороннего канала часто организуется односторонний, когда абонент только получает данные через спутник, а обратный поток информации проходит по обычным каналам — например, через модемный выход. Первый вид подключения сокращённо называется RCS (Return Channel thru Satellite — «обратный канал через спутник»), а второй — IP («обратный канал через наземный Интернет», то есть с использованием обычной IP-сети).

Итак, основным недостатком одностороннего доступа через спутник является то, что для него требуется дополнительный выход в Интернет. Чаще всего для этих целей используется обычное модемное подключение по телефонной сети, но требования к нему предъявляются не такие, как если бы это был основной канал доступа. Поскольку соотношение принимаемых и передаваемых данных для большинства пользователей очень асимметрично (10:1 и выше), для передачи может оказаться достаточным обратный канал начиная от 1200 бит/с. Иными словами, гоняться за высокой скоростью модема особого смысла нет; основным критерием здесь является устойчивость связи и низкие цены. В идеале нужен тариф без ограничений по времени или с оплатой трафика, так как трафик в обратном канале будет небольшим. Оптимальным вариантом является GPRS из сотовой телефонии, но не все спутниковые операторы его поддерживают.

Рис. 11. Схема приёмного оборудования

Приём сигнала начинается с антенны (рис. 11). Типичный размер «тарелки» (отражателя) — 60, 90 и 120 см в диаметре для установки на балконе и до 300 см для установки на крыше. Обычно зеркала стальные; конструкции из алюминия или стекловолокна меньше весят, но стоят дороже. Для снижения эффекта парусности, зеркала часто делают не сплошными, а в виде мелкой сетки с шагом много менее длины волны, поэтому для радиосигналов такие тарелки непрозрачны.

Далее следует преобразователь сигнала. Все приёмные устройства ориентированы на определённый диапазон частот: чаще всего 10–13 ГГц. Помимо тарелки, для используемых провайдером частот должна быть подобрана собственно антенна — моноблочный преобразователь сигнала вместе с облучателем, располагаемым в фокусе отражателя.

Конечной точкой маршрута принятого  и преобразованного сигнала является компьютерный адаптер, называемый ресивером или сатмодемом (от англ. satellite — спутник). Это может быть и обычная карта расширения PCI, и внешний приёмник с подключением через USB, и даже специализированный маршрутизатор. Часто в такие устройства встраивается декодер MPEG2 для аппаратной поддержки цифрового телевидения.

Спутниковое подключение характеризуется  довольно внушительной стоимостью организации канала и повышенными тарифами, но позволяет получать доступ к Сети практически из любого уголка планеты. Несмотря на большую номинальную скорость передачи, реальная скорость скачивания у каждого абонента значительно ниже и обычно зависит от числа других абонентов, активных в текущий момент времени, а задержка сигнала плохо подходит для сетевых игр и конференц-связи. Если не считать тарифных планов с резервированием минимальной полосы пропускания, спутниковый Интернет ориентирован на кратковременную нагрузку, такую как веб-сёрфинг и чтение почты.

Организация сети Интернет

Интернет представляет собой набор  компьютерных сетей, как больших, так  и малых, расположенных по всему  миру. Эти сети связаны между собой множеством различных методов в единое целое, известное нам под названием Интернет. Для обмена информацией через сеть Интернет каждому компьютеру необходим сетевой адрес, называемый IP-адресом. IP-адрес используется для идентификации компьютера в сети и состоит из четырех чисел, разделенных точкой: 192.168.0.15. С целью упрощения локальных сетей, некоторые адреса не являются частью адресного пространства Интернета. Такие адреса называются внутренними, и, в отличие от внешних адресов, имеют действие только в пределах своей локальной сети, а в разных локальных сетях могут использоваться одни и те же внутренние адреса. Из всех почти 4.3 миллиардов возможных значений, некоторые значения ограничены только для специального использования. Например, адрес 0.0.0.0 зарезервирован для сети по умолчанию, а адрес 255.255.255.255 используется как широковещательный адрес.