Оборудование и цифровые технологии доступа в интернет

МИНОБРНАУКИ  РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Чувашский  государственный университет имени И.Н. Ульянова»

(ФГБОУ ВПО «ЧГУ им. И.Н. Ульянова»)

 

 

Факультет прикладной математики,

физики и  информационных технологий

 

Кафедра прикладной математики

 

 

Реферат

по основам  информатики

«Оборудование и цифровые технологии доступа в интернет»

 

 

                   Выполнил студент

группы  ФМ-11-12

Антонов Д.Ю.

 

 

Проверила:

ст. преподаватель  Сидорова Е.Б.

 

 

Чебоксары 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Если задать вопрос, что  такое Интернет, разным людям, то мы получим довольно сильно различающиеся  ответы. Для многих Интернет - это  Всемирная Паутина WWW, для других - рекламоноситель, для кого-то - учебная  среда, а для некоторых - рассадник  преступности. Для тех, кто занимается технологиями связи, Интернет - это  самое обширное в мире объединение  компьютеров и сетей, взаимодействующих  между собой с использованием семейства протоколов TCP/IP. Неспециалисту  такое определение, конечно, мало о  чем говорит. Но Интернет пока еще  находится в начальной фазе своего развития, а это значит, что любой  пользователь должен быть хоть немного  специалистом. Может быть, лет через 20-30 мы будем слышать о протоколах не чаще, чем о внутреннем устройстве телевизора, но эти времена еще  не наступили, а работать нужно уже  сейчас...

 

Internet = TCP/IP

Итак, протокол TCP/IP. Протокол IP (Internet Protocol) предназначен для передачи между компьютерами, подключенными  к сети, дейтаграмм или пакетов. Пакет - это порция данных (размером от нескольких байт до килобайт), которая должна быть неделимой порцией доставлена от отравителя к получателю. Понятно, что  для такой доставки необходима однозначная  адресация компьютеров в сети. Правила этой адресации и механизмы  эффективной доставки (маршрутизации) пакетов как раз и составляют ядро семейства TCP/IP.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) в первом приближении можно считать  надстройкой над протоколом IP. Суть его заключается в установлении между двумя сторонами в сети постоянного соединения для передачи данных. Передача по-прежнему осуществляется по протоколу IP, но вышестоящий протокол TCP внимательно следит, чтобы все  пакеты были доставлены, причем в надлежащем порядке следования. Тогда, объединяя  содержимое пакетов, мы получим непрерывный  поток данных, передаваемых от отправителя  к получателю. Причем, сеть передачи данных становится прозрачной для взаимодействующих  сторон. IP обеспечивает передачу пакетов, а TCP поддерживает соединение (канал, сеанс).

Однако отмеченное безразличие  к способу доставки трафика все-таки не беспредельно. Нам (и нашим приложениям) может быть все равно, как доставляются пакеты, но далеко не безразличны скорость и надежность этой доставки. Ведь, в  конечном итоге, IP-пакеты между компьютерами передаются не святым духом, а по тем  или иным физическим каналам связи. Технические и экономические  характеристики этих каналов очень  сильно сказываются на возможностях работы в Сети. Именно вокруг этих характеристик  и возникает все многообразие современных технологий передачи данных, к обзору которых я теперь и  перехожу.

 

Проводная связь

Подключение по существующим кабельным сетям

Способ передачи состоит  в том, что поступающую от компьютера информацию модем превращает в определенного  рода шумы, которые модем на другом конце линии воспринимает и снова  преобразует в цифровые данные. Большинство  проблем модемной связи возникает  из-за низкого качества телефонных линий, по которым и голос порой  слышен плохо. Поэтому модемы при  установлении соединения всегда тестируют  линию и сообразно результатам  выбирают один из реализованных в  них протоколов взаимодействия, отдавая  приоритет либо скорости, либо надежности.

Основной современный  протокол модемной связи - v.34, который  обеспечивает скорость до 33 600 бит/с. Большую  скорость передачи на обычных телефонных линиях обеспечить нельзя. Ограничение  накладывается стандартами на качество телефонной связи, реализованными в  оборудовании АТС. Однако протокол v.90, поддерживаемый сейчас большинством модемов, обеспечивает скорость до 53 000 бит/с  в одном направлении при условии, что оборудование Интернет-провайдера непосредственно взаимодействует  с оборудованием АТС.

На этом резервы производительности обычных модемов полностью исчерпаны. Дальнейший рост скорости невозможен. Но нужно четко понимать почему: скорость модемной связи ограничена параметрами телефонного оборудования на АТС, которое предназначено для  передачи голоса, а не параметрами  телефонной проводки.

DSL

Поставим оборудование Интернет-провайдера на другом конце линии (перед ее входом на АТС) и будем связываться с  пользователем при помощи специального высокочастотного модема (от 4 кГц до 1 МГц). Такая организация цифровой связи получила название DSL (Digital Subscriber Line). Суть ее состоит в использовании  уже имеющейся разводки телефонных линий, причем, что замечательно, эти  линии могут по-прежнему использоваться для обычной телефонной связи - голос  и данные передаются по одному кабелю, но в разных частотных диапазонах, и не мешают друг другу.

Как и в протоколе v.90, пропускная способность линии асимметрично делится между восходящим (от абонента) и нисходящим (к абоненту) потоками данных. Поэтому данную версию DSL (а  существуют и другие) обозначают ADSL (Asymmetric DSL). Впрочем, это соответствует  типичным нагрузкам, создаваемым пользователями Интернета.

Именно DSL является наиболее перспективным путем развития быстрого доступа в Интернет у нас в  стране. Главная причина этого  в том, что внедрение DSL не требует  прокладки новых линий и поэтому  не связано с большими капитальными затратами.

Кабельные модемы

Другой способ обеспечить быстрый доступ в Интернет без  прокладки новых проводов - воспользоваться  уже имеющимися сетями кабельного телевидения. Для этих целей служат кабельные  модемы, предназначенные для работы на коаксиальном кабеле CATV. Поскольку  сети кабельного телевидения проложены  в основном в жилых районах, кабельные  модемы в первую очередь предназначены  для подключения домашних пользователей.

Прием данных осуществляется обычно на одном из телевизионных  каналов в диапазоне 42 - 750 МГц, а  передача - в диапазоне 5 - 42 МГц. Транспортным протоколом, как правило, служит IP или ATM, а подключение к персональному  компьютеру производится через интерфейс 10Base-T (сетевая карта Ethernet). Существуют две основные технологии кабельных модемов - TELCO-Return и HFC (Hybrid Fiber Coaxial). Технология TELCO-Return требует минимальных доработок в инфраструктуре оператора кабельного телевидения и вообще не затрагивает кабельное хозяйство. Однако она обеспечивает только одностороннюю передачу интернет-трафика - от провайдера к пользователю. Для организации обратного канала понадобится пользоваться услугами обычного Интернет-провайдера. Технология HFC требует прокладки комбинированного оптокоаксиального кабеля, но зато обеспечивает надежное высокоскоростное двунаправленное соединение. Кабельные модемы - пока еще экзотические системы передачи данных на российском рынке. Прием данных осуществляется на скоростях порядка 10 Mбит/с, а передача - на 2,5 Mбит/с. Мощности такого канала вполне могут обеспечить Интернет-телефонию, видеоконференции в реальном времени, получение телепередач по WWW и т. п.

Подключение по выделенным линиям

.

В последнее время для  выделенных линий все чаще используется тот же протокол DSL, что и на абонентских  линиях. Чем, в конце концов, провода  абонентской линии, идущие к АТС, хуже отдельно проложенной линии? Оконечное  оборудование, впрочем, в этих случаях  несколько отличается. В частности, DSL-модемы для выделенных линий (HDSL) поддерживают симметричный трафик (то есть скорость передачи в обоих направлениях одинакова).

ISDN

С сетями ISDN (Integrated Service Data Network) связано много недоразумений. Многие отождествляют ISDN с выделенной линией. В действительности - это самостоятельная  цифровая сеть с коммутацией каналов, для подключения к которой  действительно понадобится прокладка  специальной линии. В этой сети есть свои номера, свои коммутаторы, но архитектура  здесь цифровая, а не аналоговая, как в обычной телефонной сети. Абонентское окончание содержит несколько цифровых каналов по 64 Кбит/с. В минимальном варианте (ISDN BRI) их два, в полном (ISDN PRI) - 30 (то есть почти 2 Мбит/с). Дополнительно предоставляется  канал для управления сервисом.

При необходимости вы можете заключить договор с другим провайдером, и вам не понадобится создавать  новую выделенную линию, достаточно будет только перенаправить соединение в сети ISDN - грубо говоря, набрать  другой номер.

И еще одно преимущество - вы можете использовать каналы ISDN не только для передачи интернет-трафика. Каждый канал ISDN, если вывести его на офисную  мини-АТС, может поддержать несколько  обычных аналоговых телефонных разговоров. Причем, используя современное оконечное  оборудование, вы можете задействовать  в каждый момент ровно столько  каналов, сколь требуется, что позволяет  в некоторых случаях заметно  снизить затраты, а при необходимости - получать пропускную способность  до 2 Мбит/с. Единственное, пожалуй, неудобство - это недостаточная гибкость ISDN в части объема предоставляемого сервиса. Минимальная порция емкости  канала - 64 Кбит/с. Для небольших организаций  это может быть слишком много.

Frame Relay

Это тоже самостоятельная  сеть, поддерживающая виртуальные каналы передачи данных, однако значительно  более гибкая, чем ISDN. В частности, в ней нет жесткой нарезки  емкости канала порциями по 64 Кбит/с. Технологическое превосходство  сети Frame Relay (FR) объясняется тем, что  в ее основу положена сеть с маршрутизацией пакетов (здесь они называются фреймами), а не с коммутацией каналов, как  в ISDN. Виртуальные каналы FR реализуются  поверх этой базовой сети подобно  тому, как TCP-соединения реализуются  поверх протокола IP. Но, в отличие  от протокола IP, при маршрутизации  пакетов FR строго соблюдаются квоты  трафика, выделенные каждому виртуальному каналу. Вы можете организовать столько  постоянных виртуальных соединений, сколько вам нужно, и для каждого  задать необходимую минимальную  пропускную способность. Это является принципиально важным моментом. Все  мы постоянно сталкиваемся с тем, что скорость реальной передачи данных через Интернет оказывается значительно  ниже той, которую обещает провайдер. И при этом провайдер далеко не всегда в этом виноват - он ведь и  сам пользуется услугами операторов передачи данных более высокого уровня. А в Интернете (то есть в протоколе TCP/IP) нет средств, гарантирующих  обеспечение определенного качества обслуживания (QoS, Quailty of Service).

Сеть Frame Relay такие гарантии предоставляет и при этом не допускает  непроизводительного простоя резервных  мощностей - пока один канал не использует свою квоту трафика, другой может  пользоваться ею сверх своей квоты. Но, естественно, только при связи  между абонентами сети. Например, соединив два офиса каналом FR с минимальной  скоростью 16 Кбит/с, вы можете быть уверены, что эта скорость будет обеспечена при любых обстоятельствах. А  в те периоды, когда сеть FR не загружена, вы можете получить и заметно большую  скорость. Ограничения связаны только с мощностью физического канала, которым вы соединены с сетью. Единственное, в чем сети FR пока еще  уступают ISDN, - в них пока не поддерживается коммутация каналов, то есть все виртуальные каналы конфигурируются статически при настройке. Впрочем, в скором времени ожидается появление и этой возможности.

 

Большие масштабы

Таковы на сегодня основные возможности, используемые для проводного подключения к Интернету индивидуальных пользователей, а также малых  и средних предприятий. Везде  говорилось о подключении к Сети (с большой буквы), неявно подразумевая, что коли уж клиент подключился по хорошему каналу, то дело в шляпе. К  сожалению, даже самое хорошее подключение  не защитит от сбоев и перегрузок магистральной структуры Интернета. Поэтому будет полезно и любопытно  хотя бы очень бегло познакомиться  с некоторыми технологиями связи, используемыми  на магистральных каналах Интернета. Тем более что, например, технология ATM постепенно придвигается все ближе  к пользователям.

ATM

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode) явилась ответом на вызов, брошенный  взрывным ростом трафика в Интернете. Оказалось, что маршрутизация IP-пакетов  слишком трудоемкая процедура, и  она становится узким местом в  ядре Всемирной Сети. Главная причина  этого состоит в том, что каждый IP-пакет независимо обрабатывается на каждом из транзитных узлов сети, и на каждом программы должны разобрать  его заголовок, проверить целостность  и, основываясь на адресе назначения, принять решение, куда направить  данный конкретный пакет. Кроме того, IP-пакеты имеют переменную длину, а  это вызывает дополнительные задержки - пакет нельзя передавать дальше, пока он целиком не получен и не обработан  транзитным узлом. Чтобы разгрузить узлы и упростить маршрутизацию  трафика и был предложен стандарт ATM. Суть его состоит в том, что  любые данные - будь это IP-пакеты или  оцифрованный голос телефонного  разговора - передаются одинаковыми  ячейками, содержащими каждая всего 48 байт данных плюс 5 байтов заголовка. Благодаря тому, что все ячейки имеют одинаковый небольшой размер, значительно ускоряется их обработка  в узлах ATM-сети. Кроме того, в узлах  не выполняется индивидуальная маршрутизация  ячеек. Вместо этого в сети заранее  прокладывается маршрут передачи данных (виртуальное соединение), а его  номер помещается в заголовок  каждой ячейки. Все транзитные узлы заранее определяют, куда направлять ячейки, следующие по данному маршруту, и тем самым маршрутизатор ATM освобождается  от трудоемкой операции принятия решения  о дальнейшем пути пакета данных.