Модемы DSL и кабельные

Архитектура кабельной сети и  ее реализация в распространенных моделях кабельных  модемов

   Существует  две архитектуры кабельной сети — симметричная и асимметричная. При использовании симметричной архитектуры для передачи данных оба сигнала — прямой и обратный — передаются по одному кабелю. Чтобы разделить прямой и обратный сигналы, их необходимо передавать в различных диапазонах частот. Учитывая это, прямая и обратная передачи происходят с разными скоростями, что, собственно, является существенным недостатком.

   Симметричная  архитектура имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих ее применение:

   ·         Устанавливать высокоскоростную связь через симметричную кабельную сеть сложно и дорого, так как обратная передача сигнала выполняется неэффективно.

   ·         Прямая передача сигнала сильно влияет на обратную, поскольку вся информация передается по одному каналу.

   ·         Маршрутизация и безопасность рассматриваются как внешние элементы системы.

   Именно  поэтому производители кабельных  модемов отдают предпочтение асимметричной  архитектуре, которая обладает следующими преимуществами:

   ·         Широко используется в беспроводных сетях, поскольку обратную связь со станцией часто приходится выполнять с помощью телефона или ISDN.

   ·         Можно создать канал с минимальной разницей скоростей прямой и обратной передачи сигнала.

   ·         Минимальные требования к обратной передаче информации.

   ·         Разделение прямого и обратного каналов передачи дает возможность использовать существующее оборудование для передачи данных от станции к пользователю.

   ·         Асимметричные системы могут быть построены достаточно быстро, поскольку уже есть необходимая инфраструктура кабельного телевидения и телефонной сети.

   ·         Гибридная архитектура с раздельными каналами для прямой и обратной передачи сигнала может обеспечить различные способы и скорости передачи информации.

   ·         Асимметричная архитектура обеспечивает хорошую настройку системы на изменение внешних условий, оставаясь при этом надежной и недорогой.

   Поэтому некоторые фирмы, выпускающие кабельные  модемы, используют для своих устройств  более привлекательную, асимметричную  архитектуру кабельной сети. Так, например, в кабельных модемах ZENITH предлагается симметричная схема, то есть схема с одинаковой скоростью передачи данных в прямом и обратном направлении на одной из двух скоростей — 4 Мб/с или 500 Кб/с. Модем SUPERSURFR фирмы MOTOROLA обеспечивает асимметричную схему со скоростями 10 Мб/с в прямом направлении и 768 Кб/с в обратном. Кабельный модем LCP (LANCITY, BAYNETWORKS) позволяет настроить передачу как с симметричной, так и с асимметричной схемой с максимальной скоростью 10 Мб/с в обоих направлениях. MAC-подуровень управляет доступом сетевых узлов к среде передачи данных. В ZENITH реализован стандартный ETHERNET-протокол CSMA/CD, и, следовательно, приоритет доступа никак не контролируются. В CYBERSURFR используется детерминированный подход, базирующийся на опросе узлов о необходимости передать данные. LCP использует собственный протокол UNILINK, сочетающий оба подхода и основанный на выделении временных слотов для передачи данных.

   Существует  два подхода во взаимодействии между  головным и пользовательским модемом  — первый, когда и головной, и  пользовательский модем принимают  участие в управлении передачей  данных, например, настройкой скорости, адресов, приоритетов и т.д. (PEER-TO-PEER MODEL), и второй, когда все управление сетью кабельных модемов осуществляется с головного модема (MASTER/SLAVE MODEL). Сегодня  второй подход постепенно становится преобладающим, поскольку обеспечивает больший контроль за состоянием устройств, управляемость параметрами и секретность передачи данных.

   Обе архитектуры — симметричная и  асимметричная — могут хорошо дополнять друг друга. Например, вы можете использовать для отправки запросов подключение по коммутируемой телефонной линии, а для приема данных — кабель. Какой же архитектуре отдать предпочтение?

   Передача  информации по кабельным сетям может  использоваться для различных целей. В промышленности, где кабельная  сеть создается самим предприятием для пересылки информации, разумно  использовать симметричную архитектуру, поскольку в этом случае скорость обратной и прямой передачи одинакова. Для существующих модемов она  составляет примерно 10 Мб/с (LANCITY), то есть сопоставима со скоростью передачи в ETHERNET.

   Для подключения домашнего компьютера к Интернету или другой глобальной сети, видимо, придется использовать асимметричную  архитектуру. Существующая кабельная  сеть, к которой можно подключить домашний компьютер, предназначена  для телевизионных сигналов и  не позволяет передавать обратный сигнал с достаточно высокой скоростью. Обычно пользователи домашнего компьютера используют связь с Интернетом для  доступа к WWW и телеконференциям, а для этого требуется передача большего количества данных от станции  к пользователю, а не наоборот. Чтобы  получать графические, звуковые и видеофайлы из сети, требуются большие скорости передачи от станции к клиенту. Выполнение же URL-запросов или передача электронной почты не порождают большого потока данных от пользователя к станции. Поэтому передачу обратного сигнала можно выполнять с меньшей скоростью, например по телефонной линии.

Сетевой сервис сетей кабельных  модемов

   СКМ представляют собой новый тип коммуникационной технологии для сетей городского масштаба (metropolitan area network — MAN). Очень типичной является ситуация, когда к сети подсоединяются разные категории абонентов с различными требованиями к уровню сервиса (скорости доступа, надежности и скорости передачи информации, возможностям передачи частной закрытой информации).

   Набор механизмов, позволяющих удовлетворить  эти требования, называется сетевыми услугами. Наиболее важными сетевыми услугами являются следующие:

   ·        Управление качеством услуг (QoS):

    Эта функция позволяет кабельному оператору задавать различные категории сервиса с гарантированными диапазоном скоростей потока и приоритетами предоставления канала. Это дает кабельному оператору возможность дифференцировать набор предоставляемых услуг (равно как и абонентскую плату) для разных категорий абонентов. Эта функция оптимизирует условия получения прибыли от эксплуатации кабельной сети. Ниже приведены основные механизмы управления качеством услуг:

   1.      Число уровней сервиса:  Уровни сервиса позволяют назначать приоритеты доступа к каналу в зависимости от требуемых услуг.

   2.      Автоматическая регулировка трафика: Эта функция позволяет перераспределять ресурсы выделенных обратных каналов при их неравномерной загрузке.

   3.      Гарантированная скорость потока:  Разные виды услуг предъявляют неодинаковые требования к постоянству скорости потока. Голос или видео требуют постоянной скорости передачи — CBR (constant bit rate). С другой стороны, Интернет или передача данных нечувствительны к колебаниям скорости передачи. Они могут передаваться по каналам с переменной скоростью — VBR (varaible bit rate). Если в СКМ реализуются разные типы услуг, то она должна поддерживать оба типа передачи — СBR и VBR.

·        Поддержка виртуальной частной сети — VPN (virtual private networking):

   VPN позволяет  кабельным операторам реализовать  защиту частной информации от  несанкционированного доступа. Такое  требование выдвигается высокоприбыльными абонентами с SO-HO (small office-home office), участниками телеконференций и корпоративными абонентами. Реализация этой функции в разных СКМ может существенно отличаться. Различия, в первую очередь, касаются числа поддерживаемых VPN и возможной степени защищенности информации.

Система Сетевого Управления

   Все сетевые  услуги СКМ, равно как конфигурирование СКМ, а также управление и мониторинг обеспечиваются системой сетевого управления (network management system — NMS).

   ·        дистанционное конфигурирование и мониторинг кабельных модемов

   Реализация  этой функции обязательно должна быть предусмотрена в NMS. Она особенно полезна при установке кабельных  модемов, их реконфигурации (добавлении, сокращении или изменении сервисных  услуг), дистанционной загрузке программного обеспечения и т.д.

   ·        работа NMS

   1.      Ведение статистики. Для выполнения своих функций NMS вынуждена оперировать большими объемами информации. Перерабатываемая информация может представлять и самостоятельный интерес для кабельного оператора. Ввиду огромного объема этой информации, ее обработка вручную вестись не может. Более изощренные NMS обрабатывают эту информацию и выдают результаты в графической форме или в виде таблиц.

   2.      Механизмы контроля использования частотной полосы. Эти механизмы поставляют операторам информацию об использовании системных ресурсов. Они помогают выявить необходимость добавления ресурсов, определить типовой трафик для каждого ресурса, отследить рост востребованности сетевых ресурсов.

   3.      Счетные механизмы. Эти механизмы отслеживают использование кабельных модемов, что затем может использоваться при составлении счетов.

   4.      Механизмы планирования загрузки. Эти механизмы позволяют просчитать реакцию СКМ на различные варианты использования полосы, разнообразные сочетания предоставляемых услуг, различное количество абонентов. Таким образом, механизмы планирования загрузки помогают кабельному оператору вовремя выявить необходимость подключения нового оборудования.

   5.      Измерение и статистика отношения сигнал/шум (CNR). Как уже отмечалось, наиболее негативным фактором, воздействующим на передачу по обратному каналу, являются шумы ингрессии. Природа возникновения этих шумов затрудняет фиксацию их появления с помощью обычного измерительного оборудования. Наиболее изощренные NMS способны постоянно сканировать полосу обратного канала, измеряя шумы ингрессии. Такие NMS обеспечивают одновременно и мониторинг обратного канала.

 ·        протокол управления NMS  и графический интерфейс пользователя

   СКМ может  быть не единственной телекоммуникационной системой кабельной сети, в которой  реализуется управление и мониторинг. В этих случаях отдельные NMS объединяются в интегрированную систему.

   Для такого объединения требуется, чтобы во всех NMS использовался одинаковый управляющий  протокол. Широко распространен Simple Network Management protocol (SNMP). Системы, использующие SNMP, легко объединяются в одну общую систему управления.

Для облегчения и большего удобства работы оператора  в NMS предусматривается графический  интерфейс пользователя. Наиболее распространенный интерфейс — H-P Open View visualization SW.

Преимущества  кабельных модемов  перед другими  технологиями высокоскоростной передачи данных

   Основным  преимуществом кабельных модемов, по сравнению с аналоговыми и ISDN модемами, является высокая скорость принимаемых данных, недостижимая даже для большинства дорогостоящих  xDSL модемов.

   Если  для примера рассмотреть время, необходимое для получения файла  размером 10 Мбайт при использовании  модемов разных типов, то можно получить примерно следующую таблицу:

   Вторым  важным преимуществом кабельных  модемов является низкая стоимость  подключения по сравнению с арендой  линии ISDN.