Технологии абонентского доступа Ethernet

 

Технология Ethernet в своем стремительном развитии уже давно перешагнула уровень локальных сетей. Она избавилась от коллизий, получила полный дуплекс и гигабитные скорости. Широкий спектр экономически выгодных решений позволяет смело внедрять Ethernet на магистралях. По мнению экспертов, мировой рынок Ethernet операторского класса - скромной технологии офисных сетей, используемой сегодня в основных телекоммуникационных сетях, - переживает настоящий бум. Как бы широко ни распространился Ethernet, по мнению аналитиков, все еще впереди.

Особенность Ethernet заключается в методе получения доступа к среде передачи информации. Он является множественным, с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий).

Это значит, что вся передаваемая информация (среда передачи) делится специальными устройствами случайным образом, хаотично. В результате, станции имеют различный доступ к среде, и он всегда будет носить характер не равноправного соперничества. Это все приводит к тому, что возникают задержки в доступе. Чаще всего это проявляется в экстренных случаях перегрузки. Иногда, в таких ситуациях, скорость может стать, равна нулю.

 

Рисунок 1.5 - Схема «классического Ethernet»

 

В связи с недетерминированным методом передачи данных до сих пор считается, что Ethernet не может качественно передавать поток данных. Разрабатывались новые технологии, которые были призваны вытеснить технологию Ethernet. Ими стали Tokeng Ring и АТМ. Но сегодня, мы понимаем, что сделать это им не удалось. Объясняется это, в основном, тем, что данная технология существует уже более 20-ти лет. За время своего существования она много раз видоизменялась и дополнялась. Прародитель семейства 10base5 сильно отличается от современного "гигабита" в полном дуплексе. Тем не менее, отметим, что когда был введен 10base-T, было сохранено взаимодействие кабельной инфраструктуры и всех устройств.

Успех технологии часто объясняют тем, что инновации внедрялись параллельно с ростом потребностей пользователей и еще тем, что развитие происходило от простого к сложному.

Стандарт Ethernet как наиболее доступный и удобный стал основной технологией организации доступа для домашних и корпоративных абонентов, поскольку операторские и клиентские устройства, работающие на базе этого протокола, обеспечивали достаточную скорость передачи данных при не­высокой стоимости оборудования. Ethernet последователь­но предоставлял скорости пе­редачи данных в 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с, удовлетворяя большую часть запросов пользователей своего времени.

Классификация типов Ethernet базируется на основе скорости передачи и среды передачи. Стек сетевого протокола и пользовательские приложения работают фактически идентично во всех вариантах технологии Ethernet. На данный момент на ряду с первоначально использумой медной средой передачи все чаще и шире используется оптоволоконный кабель. Использование этой среды позволяет существенно увеличить скорость и дальность передачи данных. Подавляющая часть современного оборудования поддерживает сразу несколько родственных вариантов Ethernet, используя различные схемы для автоматического определения стандарта, используемого на сети. В случае сбоя автоопределения устройства используют скорость соседнего сетевого устройства, включается полудуплексный режим работы. Технологические особенности Metro Ether­net определили и область применения стандарта: крупные города и населенные пункты с высокой плотностью населения и небольшими расстояниями от узла связи до абонента.

Топология Metro Ethernet организована на трех уровнях: ядро, уровень агрегации и уровень доступа. Ядро Metro Ethernet строится на мощных коммутаторах и обеспечивает передачу трафика на высочайших доступных скоростях. Коммутаторы используются также на уровне аграгации для подключения уровня доступа к ядру, сбора и обработки статистики и предоставления сервисов. В некоторых случаях при небольшом масшабе сети ядро может быть объединено с уровнем агрегации. Чаще всего передача данных между уровнем ядра и агрегации выполняется по технологиям Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet.

На уровне агрегации и ядре обязательным является требование резервирование критических моментов сети, в том числе топологическое резервирование и резервирование компонентов коммутаторов. Использование технологии канального уровня позволяет получить существенное уменьшение времени восстановления после сбоя. Подавляющая часть сетей Metro Ethernet обладает временем восстановления топологии не превышающее 50 мс.Сетевой уровень доступа организуется по схеме «кольцо» или «звезда». На этом уровне к сети подключаются абоненты: офисы, жилые здания, производстсвенные помещения. На этом уровне реализован весь спектр мер безопасности, изоляция и идентификация абонентов, обеспечение защиты инфраструктуры оператора. В то же время задача ликвидации цифрового неравенства, вынуждает операторов искать решения для организации высокоскоростного доступа по всей стране. В дополнение к этому многие операторы вплотную подошли к необходимости модернизации устаревшей медной инфраструктуры, и с учетом сложившейся ситуации выбор в пользу Ethernet выглядит уже не столь очевидным. Высокие требования абонентов и необходимость поиска экономически эффективных решений в конкурентных условиях заставляют даже лидеров рынка присмотреться к новым технологиям, позволяющим не только решить задачи сегодняшнего дня, но и сформировать базу для будущего развития сетей. В частности, технологии PON могут стать основой для предоставления доступа в малонаселенных регионах, когда установка дополнительных устройств концентрации является нецелесообразной.

Ethernet + WLAN Plus

Стандарт IEEE 802.11n призван повысить эффективность локальных сетей передачи информации (см. рис. 3). Производители элементной базы уже приступили к созданию чипсетов для его реализации. Одна из лидерских позиций здесь принадлежит израильской компании Metalink (www.me­talinkbb.com) — разработчику и производителю чипсета WLAN Plus. Он предназначен для создания локальных беспроводных сетей, действующих в нелицензируемых (в США и ряде других стран) диапазонах частот. Стандарт описывает алгоритмы работы и требования к аппаратуре на физическом уровне (Phy) и на уровне управления доступом к каналу (МАС). Новый стандарт призван повысить пропускную способность локальных беспроводных сетей до номинальных скоростей свыше 100 Мбит/с. Стандарт IEEE 802.11n предназначен для работы в диапазоне 5 ГГц, чтобы обеспечить совместимость с оборудованием IEEE 802.11а. Однако он отличается от предшественников как на физическом, так и на МАС-уровне.

Стандарт 802.11n (WLAN Plus) предполагает использовать беспроводную связь для передачи сигнала, например от телевизионной приставки к телевизору.

Области применения указанных технологий (стандартов):

– автоматизация зданий;

– индивидуальное медицинское диагностическое оборудование;

– промышленное управление и мониторинг;

– управление доступом и освещением;

– персональные компьютеры и периферия;

– потребительская электроника.

Совмещение бытовой электроники и широкополосных телекоммуникационных сетей приводит к организации универсальной сети обслуживания, включающей (см. рис. 4 и 5):

– цифровые видеорекордеры;

– пульт следующего поколения видеоигр;

– видео по требованию;

– высококачественное цифровое телевидение;

– «быстрый» интернет;

– IP-телефонию;

– беспроводной съем данных от датчиков воды и т.п.;

– компьютерные сети.

Рисунок 1.6 - Технология Ethernet + WLAN Plus

 

Технология Ethernet + WLAN Plus сегодня является самой передовой технологией с развитыми инструментами управления и анализа. Она способна поддерживать все виды услуг (голос, видео, данные) в различных средах передачи, включая медные и волоконно-оптические линии. Технология Ethernet + WLAN Plus выросла до уровня, позволяющего применять ее в операторских сетях. Она выгодно отличается от более сложной и дорогостоящей ATM, поскольку при обеспечении качества услуг различные виды сервиса, свойственные ATM, можно реализовать по цене Ethernet, что и определяет ее популярность. Понятие локальных и глобальных сетей становится довольно условным, а унификация протоколов позволит в будущем получить единую технологию во всей сети.

 

Вывод

Рост числа приложений, требующих увеличения полосы пропускания, повышает спрос на широкополосные сети следующего поколения, предназначенные для передачи голоса, данных и видеоуслуг. Дело уже не в дебатах о скоростном интернете или противостоянии цифровых абонентских линий и кабельных модемов. Конечные потребители теперь стали владельцами частных сетей в жилых домах, квартирах с несколькими пользователями или сотрудниками малых/домашних офисов (SOHO), использующих доступ к интернету, и скорость этого доступа часто становится проблемой. Высокий рост количества сайтов также вызывает потребность в увеличении полосы пропускания, как и рост числа частных пользователей.

Видео и голосовые сообщения, передаваемые по IP, чрезвычайно чувствительны к потерям и задержкам пакетов. Поэтому обеспечение QoS является наиважнейшим вопросом при создании сети IPTV и VOIP. Проектируемая сеть должна обеспечивать хорошее качество услуг, которое будет оцениваться параметрами: для VoIP – время задержки пакета между двумя соседними маршрутизаторами не более 10 мс, вероятность потерь не более 3 %, а для IPTV – время задержки пакета не более 150 мс, вероятность потерь не более 1 %.