В своё время огромным достижением считались синхронные оптоволоконные сети связи, которые строились телефонными компаниями для цифровой передачи голосовых данных. В Европе эти сети получили название SDH (Synchronous Digital Hierarchy — синхронная цифровая иерархия), а в Северной Америке — SONET (Synchronous Digital NETwork — синхронная цифровая сеть связи). Такие сети гарантируют обещанную пропускную способность, а также позволяют гибко изменять скорость передачи данных от 155 Мбит/с до 40 Гбит/с. Со временем в сети SDH проник и Интернет, однако эти сети в силу своей специфики не были оптимизированы для передачи данных и коммутации пакетов, поэтому работа над новыми стандартами, рассчитанными на взаимодействие с кабельными системами Ethernet и IP/MPLS, продолжается до сих пор. Всем известны достоинства технологии передачи данных Ethernet: дешевизна и простота построения сети. Оптимизация SDH под Ethernet (особенно под 10-гигабитный) теоретически означает огромную пропускную способность при минимальных затратах оператора и пользователя на оборудование. Если использовать 10-гигабитный Ethernet вместо применяемых сегодня в глобальных сетях интерфейсов Frame Relay или ATM, то скорость передачи данных в сетях SDH максимально приблизится к 10 Гбит/с. Такие решения представляются оптимальными, к примеру, для организации городских сетей на основе SDH. Но пока все реализованные проекты можно пересчитать по пальцам.
Если в локальных сетях технология Gigabit Ethernet практически вытеснила ATM (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной передачи), то в магистральных сетях, в том числе и глобальных корпоративных, ATM, несмотря на дороговизну оборудования, остаётся одной из широко используемых технологий. Главным достоинством ATM является возможность коммутации каналов и пакетов в сочетании с постоянной заказной скоростью передачи данных и низким временем задержки. Тем не менее, производительность ATM серьёзно тормозится из-за необходимости преобразования IP-пакетов в 53-байтные (53-октетные) ячейки ATM и обратно. Поэтому современное ATM-оборудование обзавелось поддержкой метода MPLS, созданного, для сопряжения протоколов IP и ATM.
Протокол IP, как и все в этом мире, имеет не только преимущества, среди которых быстродействие, дешевизна и постоянная готовность, но и такие недостатки, как использование сетевого протокола без установления соединения, низкая защищённость и отсутствие поддержки качества услуг (QoS). Открытый метод многоуровневой коммутации по меткам MPLS, разработанный в конце 90-х годов прошлого столетия, позволяет избавиться от многих недостатков IP. Присвоение «меток» потоку данных повышает производительность и упрощает маршрутизацию потоков, которая осуществляется не на основе анализа многоуровневой информации, а по «меткам» определённой длины. Кроме того, благодаря MPLS появляется возможность использования QoS (предусмотренного в ATM), что необходимо для создания виртуальных частных сетей (VPN). Технология MPLS оказалась настолько удачной, что действующие сети на её основе уже появились и в России. К примеру, компания «ТрансТелеКом» c апреля 2004 года предоставляет услуги VPN на базе своей оптоволоконной магистрали с наложенной сетью IP/MPLS в девятнадцати регионах России, а телефонный оператор «Комстар» с января 2004 года строит собственную мультисервисную сеть на основе MPLS.
Глава 2. «Последняя миля»
Прогресс очевиден, но пожинать его плоды придётся ещё нескоро. Здесь все упирается в ограниченные возможности «последней мили», которая реализуется, как ни странно, по своего рода «обходным» технологиям. Практически полностью сошла на нет превозносимая ещё лет пять назад теми же компьютерщиками технология ISDN (Integrated Service Digital Network — цифровая сеть с интеграцией служб), разработанная для доставки по обычным телефонным абонентским линиям оцифрованных голосовых сигналов и данных. Теоретическая пропускная способность сетей ISDN составляет всего 160 Кбит/с, а реальная — 144 Кбит/с (128 Кбит/с — полезный сигнал, 16 Кбит/с — синхронизация и кадрирование), а оборудование для таких сетей остаётся весьма дорогим. Поэтому, хотя ISDN ещё используется в ряде стран (например, в Северной Америке и Германии) для доступа в Интернет, массовое признание давно получили более скоростные технологии, прежде всего xDSL (Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия).
xDSL также обеспечивает цифровую передачу данных по обычной телефонной линии, но при этом пропускная способность таких сетей существенно выше, чем у ISDN. Существует множество вариантов xDSL, из которых самый распространённый — ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия). Поскольку, как правило, пользователи получают больше информации, чем отправляют сами, асимметричная линия даёт возможность повысить скорость входящего трафика за счёт ограничения скорости исходящего. Максимальная скорость входящего трафика в сетях ADSL составляет 6,144 Мбит/с, а исходящего — 640 Кбит/с (из них 64 Кбит/с используется сетевым управляющим каналом). Однако и тут нас ждёт подвох, да ещё какой: максимальная скорость передачи данных в таких сетях достижима далеко не всегда. Ограничивающим фактором является качество самой телефонной абонентской линии, электрические характеристики которой нестабильны даже в самых развитых странах. Поэтому в ADSL-модемах применяется адаптивная технология, гарантирующая лишь максимальную скорость доступа, возможную на используемой линии. В России, например, можно встретить ADSL-подключение со скоростью входящего трафика 32 Кбит/с, что нормально, пожалуй, только для аналогового модема. Тем не менее, ADSL довольно быстро распространяется по стране как технология доступа в Интернет с оптимальным соотношением цена/качество. Коммерческое предоставление услуг на основе ADSL началось ещё в 2000 году компаниями «Вэб Плас» в Санкт-Петербурге, а также МГТС и «МТУ-Интел» («Точка.ру») — в Москве. Однако массовыми эти услуги так и не стали. По-видимому, операторы намеренно завышают цены и предлагают клиентам только дорогостоящие абонентские устройства от крупнейших брэндов, поскольку пока не в силах обслуживать десятки и сотни тысяч подписчиков.
Ещё один вариант асимметричной xDSL — VDSL (Very-high bit rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — обеспечивает при использовании одной витой пары скорость входящего потока от 12,9 до 52,8 Мбит/с, а исходящего — от 1,5 до 2,3 Мбит/с. Главный недостаток VDSL — малая дальность связи, не превышающая 1,5 км, поэтому для достижения заявленных скоростей требуются концентраторы абонентской линии (ONU — оптических сетевых блоков), которые по оптоволокну соединяют группы абонентов с телефонной станцией. В принципе VDSL можно считать экономически оправданной альтернативой более дорогостоящей оптоволоконной выделенной линии, но массовому пользователю она до сих пор недоступна.
Чтобы добавить толику позитива в наше пессимистичное повествование, упомяну о том, что в начале 2003 года были приняты стандарты ADSL второго поколения — ADSL2. Среди их самых больших достижений — возможность программного изменения объёма служебной информации в передаваемых пакетах в диапазоне от 2 до 32 Кбит/с, что особенно актуально на линиях большой протяжённости, где полоса пропускания сужается до 128 Кбит/с. Максимальная пропускная способность канала выросла до 12 Мбит/с для входящего трафика, а благодаря возможности передавать ADSL-данные в «голосовой» полосе максимальная скорость исходящего трафика повысилась почти до 900 Кбит/с. Первое оборудование для ADSL2 должно вот-вот появиться на рынке, а на очереди уже внедрение технологии ADSL2+, стандартом на которую предусмотрена скорость входящего трафика до 25 Мбит/с при дальности связи 1,5 км. Такая высокая скорость достигается благодаря повышению верхней границы рабочей частотной области с 1,1 до 2,2 МГц, однако с ростом протяжённости линии скорость связи, разумеется, падает до более привычных значений.
Конечно, асимметричное подключение подходит далеко не всем: к примеру, для компании, открывшей своим клиентам доступ к каталогу, размещённому на внутреннем сервере, требуется большая скорость именно исходящего трафика. В этом случае можно использовать более дорогостоящую симметричную технологию SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line — симметричная цифровая абонентская линия), которая обеспечивает максимальную скорость доступа до 2,048 Мбит/с (в зависимости от расстояния до узла связи и качества линии) и дальность соединения до 6 км. Более прогрессивная модификация симметричной линии — HDSL (High-Rate Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия), позволяющая добиться скорости 1,544 Мбит/с в обоих направлениях. При этом для HDSL, в отличие от ADSL, необходимы уже две витые пары, но дальность связи ограничена 1,5 км, а требования к качеству кабельной системы существенно выше. Зато отказоустойчивость HDSL повышается за счёт использования двух витых пар: при неполадках в одной из них связь не прерывается, просто скорость доступа падает вдвое.
К сожалению, несмотря на существование отраслевого стандарта HDSL, несовместимость HDSL-оборудования различных производителей стала притчей во языцех. Кроме того, неудачная схема распределения частотного диапазона не позволяла одновременно передавать по двум (!) витым парам данные и голосовой сигнал. Решить эти проблемы был призван стандарт G.921.2 (G.SHDSL), принятый Международным союзом электросвязи в феврале 2001 года. При сохранении всех достоинств HDSL полоса пропускания канала SHDSL при работе с одной витой парой была расширена до 2,3 Мбит/с. Кроме того, была обеспечена максимальная совместимость с широко распространённой технологией ASDL. Возможность симметричного подключения по одной витой паре — одно из главных достоинств SHDSL, при этом коммутаторы и модемы стали доступны по цене маленьким компаниям и даже некоторым индивидуальным пользователям.
Общего недостатка всех систем на основе телефонных линий — повышенной чувствительности к электромагнитным помехам — лишены решения на базе сетей кабельного телевидения (CATV — Community Antenna TeleVision — абонентского телевещания). Кабельное ТВ широко распространено в странах Северной Америки, где эти сети с успехом используются для широкополосного доступа в Интернет. Крупные российские города также имеют системы кабельного телевидения, поэтому несколько слов об особенностях этого типа подключения. Максимальная скорость получения данных по кабельному модему — 36 Мбит/с, однако чисто технически невозможно выделить каждому подключённому абоненту индивидуальную частоту несущей, поэтому здесь применяется технология мультиплексирования с временным уплотнением, из-за которой реальная скорость значительно меньше теоретической, причём она меняется в зависимости от числа подключённых абонентов. Более того, поскольку сеть кабельного телевидения рассчитана на одностороннюю передачу данных от провайдера к абоненту, то для передачи исходящего трафика необходимо иметь, например, низкоскоростное коммутируемое подключение. Технология HFC (Hybrid Fiber Coax — гибридная оптоволоконно-коаксиальная сиcтема) обеспечивает двухстороннюю связь по каналам кабельного ТВ, однако для её реализации требуется практически полная замена действующих кабельных систем и усилителей. Впрочем, несмотря ни на что, крупные негосударственные операторы связи, например «МТУ-Информ», проявляют интерес к предоставлению широкополосного доступа в Интернет по сетям кабельного телевидения, а «Кoмкор-ТВ» уже обеспечивает таким сервисом несколько московских микрорайонов.
Домовые сети — куда более дешёвая и поэтому распространённая альтернатива скоростным кабельным сетям. Если ещё года два назад домовые сети в России представляли собой полулегальные предприятия, основанные на подключении к одному выделенному каналу десятков и даже сотен абонентов, то сегодня государство пытается взять такие сети под свой контроль. Лучше всего это получается в Москве, где построена соответствующая инфраструктура: Московская волоконно-оптическая сеть (МВОС) имеет более десяти тысяч кабельных линий, а порядком устаревшие кабельные телевизионные сети «Мостелекома» проложены почти во всех домах города. Кроме того, домовые сети контролируются и крупными негосударственными компаниями (к примеру, «МТУ-Интел» и «РМ-телеком»), располагающими собственными магистральными линиями связи или предоставляющими услуги радиодоступа.
Как правило, домовые сети представляют собой обычную 10— или 100-мегабитную локальную сеть Ethernet, тем или иным способом подключённую к провайдеру. Соответственно скорость передачи данных зависит как от канала, так и от количества «сидящих» на нем клиентов. Крупные провайдеры, имеющие собственные магистральные линии, создают в каждом доме микрорайона узлы доступа на основе маршрутизаторов, которые подключаются к сети оптоволоконными каналами с пропускной способностью от 256 Kбит/с до 2 Мбит/с. Безусловно, эти скорости не позволяют многочисленным подписчикам одновременно пользоваться современными мультимедийными сетевыми сервисами, однако такие сети имеют право на жизнь в качестве недорогой альтернативы модемному коммутируемому соединению. Но, увы, широкополосным доступом такое решение не назовёшь.
Спутниковые системы доступа в Интернет — чрезвычайно перспективная технология, однако, опять же, её распространение ограничивается рядом факторов. Во-первых, полноценный симметричный спутниковый доступ пока чрезвычайно дорог даже для крупных организаций. Во-вторых, асимметричный доступ, при котором исходящий трафик передаётся через низкоскоростное, в том числе и коммутируемое соединение, не всегда экономически оправдан, особенно на фоне снижения цен на технологии ADSL и SHDSL. Операторы спутникового доступа предлагают различные типы подключения, которые предусматривают скорость входящего трафика от 64 Кбит/с (для индивидуальных клиентов) до 55 Мбит/с (для корпоративных клиентов). Как правило, спутниковый доступ имеет смысл использовать там, где принципиально невозможно кабельное подключение либо где необходим канал с очень высокой пропускной способностью.
Глава 3. «Последний дюйм»
Технологии организации «последнего дюйма» принципиально не слишком отличаются от рассмотренных выше решений: в основном это все те же «обходные» пути. К сожалению, для подавляющего большинства домашних пользователей «последний дюйм» пока выглядит как медная пара — обычный телефонный провод, используемый для коммутируемого подключения. При таком подключении даже по Москве средняя скорость входящего трафика не превышает 33 Кбит/с. В новостройках уже на этапе проектирования предусматриваются кабельные системы, подключаемые, как правило, к оптоволоконным каналам провайдера. В зданиях, не оснащённых кабельной разводкой, используются Ethernet-вариации на тему xDSL (в виде HomePNA) c доступом по телефонной проводке или по радиотрансляционной сети, технологии доступа через кабельное телевидение, по электросети, либо беспроводный радиодоступ на основе технологий Wi-Fi.
Стандартом HomePNA 2.0 (Home Phoneline Networking Alliance — Союз производителей оборудования для передачи данных по телефонным сетям) установлена скорость передачи данных до 10 Мбит/с при использовании частоты около 10 МГц. Этого уже хватает для передачи видео среднего качества, но совершенно недостаточно для видеоконференций в реальном времени. В стандарте HomePNA 3.0 планируется увеличить скорость доступа до 100 Мбит/с, что сопоставимо с обычными локальными сетями 100 Ethernet. При этом никакой дополнительной разводки не требуется, нужно лишь установить специальные сетевые карты и коммутатор. Аналогичную технологию на основе HomePNA 2.0 продвигает на рынке Московская городская радиотрансляционная сеть (через Центральный телеграф), однако здесь используется проводная радиосеть, которая, в отличие от телефонной проводки, имеется в каждой квартире.
Интересное решение — передача информации через электропроводку. Технология PLC (PowerLine Communications — связь через электропроводку) предусматривает установку на местной подстанции специального оборудования, соединённого с сетями IP. Полезный сигнал абонент может выделить при помощи адаптера, подключаемого в обычную розетку, при этом пропускная способность сети достигает 14 Мбит/с. К сожалению, пока отсутствует стандарт подключения по PLC многоквартирных зданий: существующий американский стандарт HomePlug 1.0 не допускает подключения к одному трансформатору более 16 узлов-розеток. Кроме того, для передачи данных требуется сложный алгоритм модуляции, поскольку характеристики линии (затухание, искажения, уровень шума) сильно зависят от энергопотребления. Тем не менее, если для европейских стран PLC — скорее экзотика, в США на основе этой технологии строятся целые системы «умных домов», в которых по электросети передаются команды самой разной бытовой технике.
Одно из наиболее оптимальных и красивых решений проблемы «последнего дюйма» — использование беспроводного радиодоступа, для которого не нужны ни кабель, ни сложные алгоритмы модуляции сигнала. Базовый стандарт беспроводных локальных сетей (Wi-Fi) IEEE 802.11 был разработан ещё в 1997 году, а самый распространённый в настоящее время IEEE 802.11b — в 1999 году. Оборудование стандарта 802.11b работает на частоте 2,4 ГГц и обеспечивает передачу данных со скоростью до 11 Мбит/с (в среднем — около 6 Мбит/с) на расстоянии до 300 метров. Более совершённый стандарт IEEE 802.11a предусматривает работу в частотном диапазоне 5 ГГц, а скорость передачи данных на расстоянии до 100 метров может достигать 54 Мбит/с. К сожалению, эти стандарты несовместимы друг с другом, а новый стандарт IEEE 802.11g (частотный диапазон 2,4 ГГц, максимальная пропускная способность — 54 Мбит/с) обратно совместим только с IEEE 802.11b. Интересно, что один из крупнейших производителей телекоммуникационного оборудования, компания Conexant, комплектует свои чипсеты для кабельных и xDSL-моде-мов контроллерами Wi-Fi фирмы Intersil, что вообще позволяет снять вопрос о базовой станции: достаточно иметь карточку доступа Wi-Fi в компьютере — и вы в Интернете. Кстати, технология Intel Centrino для ноутбуков нового поколения в обязательном порядке предусматривает установку в компьютер чипа Wi-Fi.