Организация абонентского доступа к сети Интернет
на базе технологии DAIL-UP


В крупных городах, а тем более, мегаполисах, проблема подключения к сети Интернет давно перестала быть актуальной – сегодня есть достаточно много способов подключиться к сети Интернет. Например, большой популярностью сейчас пользуются подключение по технологии ADSL, подключение через сеть кабельного телевидения, беспроводные технологии подключения через WiFi, CDMA, GSM модемы, подключение через локальную сеть районного масштаба и др.

Иная ситуация наблюдается в малых городах, деревнях и поселках. Большинство сельских жителей не имеют опыта работы с сетью Интернет по причине отсутствия возможности выполнить подключение. Современные технологии доступа, как правило, не имеют распространения на таких территориях, и единственным выходом из сложившейся ситуации, вероятнее всего, будет оставаться технология доступа – dial-up.

Применение данной технологии в указанном случае является наиболее подходящим, так как ее внедрение не требует больших затрат как со стороны провайдера услуги, так и со стороны конечного пользователя. Любой населенный пункт может быть подключен к сети Интернет при наличии проложенной телефонной сети. Для предоставления услуги провайдеру достаточно установить на телефонной станции модемный пул, а пользователям приобрести dial-up модемы, которые в настоящее время являются доступными большинству жителей страны. Таким образом, посредством dial-up возможно осуществить процесс объединения городов и сельской местности в рамках единого информационного пространства, об очевидной пользе которого упоминать нет необходимости.

Проверенная и достаточно надежная технология dial-up определенное время все еще будет играть заметную роль в предоставлении услуг удаленного доступа, а значит, потребуется изучение ее принципов работы, ускорить и упростить которое поможет материал данной лекции.

 

1. Технологии для увеличения пропускной способности абонентских линий местной телефонной сети. Место dial-up среди других технологий

 

Первое подключение к Интернет по телефонной линии (т. н. «дозвон», англ. dial-up access) было зафиксировано в 1990 году. В настоящее время Интернет доступен не только через компьютерные сети, но и через спутники связи, радиосигнал, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии, электропровода и даже через трубы водопровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

В настоящее время Интернет доступен не только через компьютерные сети, но и через спутники связи, радиосигнал, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии, электропровода и даже через трубы водопровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

1.1. xDSL-технологии

хDSL — семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (Digital Subscriber Line, цифровая абонентская линия). Технологии хDSL позволяет передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, R-ADSL, SDSL и VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология, предназначенная для решения проблемы «последней мили». Превращает стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Основное преимущество данной технологии в том, что нет необходимости прокладывать кабель до абонента. Используются уже проложенные телефонные кабели.

Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных в направлении от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, а также для доступа к локальным сетям (ЛВС) и т. п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объём информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «входящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 24 Мбит/с и скорость «исходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 3,5 Мбит/с. ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6-8 Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам диаметром 0,5 мм. В табл. 1.1 приведены основные стандарты ADSL.

VDSL (Very-high data rate Digital Subscriber Line, сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — аналог технологии ADSL, отличается тем, что может работать как в асимметричном, так и в симметричном режиме. По сравнению с ADSL VDSL имеет значительно более высокую скорость передачи данных: от 13 до 52 Мбит/с в направлении от сети к пользователю и от 1,5 Мбит/с от пользователя к сети при работе в асимметричном режиме; максимальная пропускная способность линии VDSL при работе в симметричном режиме составляет примерно 26 Мбит/с в каждом направлении передачи. В зависимости от требуемой пропускной способности и типа кабеля длина линии VDSL лежит в пределах от 300 метров до 1,3 км.

Таблица 1.1

Стандарты ADSL

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line, цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения). Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции.

DDSL (DDS Digital Subscriber Line, цифровая абонентская линия DDS) — вариант широкополосной DSL, обеспечивающий доступ по технологии Frame Relay со скоростью передачи данных от 9,6 Кбит/с до 768 Кбит/с.

ADSL G.lite или ADSL Lite — вариант ADSL, имеющий как асимметричный режим передачи с пропускной способностью до 1,536 Мбит/с от сети к пользователю, и со скоростью до 384 Кбит/с от пользователя к сети, так и симметричный режим передачи со скоростью до 384 кбит/с в обоих направлениях передачи. Является стандартом МСЭ-Т

CDSL (Consumer Digital Subscriber Line) является технологией DSL, разработанной компанией Rockwell Semiconductor Systems, которая практически является первой версией ADSL G.Lite.

IDSL (цифровая абонентская линия ISDN) — недорогая и испытанная технология, использующая чипы цифровой абонентской линии основного доступа BRI ISDN и обеспечивающая абонентский доступ со скоростью до 128 Кбит/с.

HDSL (High Speed Digital Subscriber Line, высокоскоростная цифровая абонентская линия) — вариант хDSL с более высокой скоростью передачи, который позволяет организовать передачу со скоростью более 1,5 Мбит/с (стандарт США Т1) или более 2 Мбит/с (европейский стандарт Е1) в обоих направлениях обычно по двум медным парам.

HDSL2 представляет собой усовершенствованный вариант технологии HDSL, имеющий те же самые функции, что и обычная технология HDSL, но при этом использующий для работы всего одну пару телефонного кабеля.

ReachDSL является фирменной технологией компании Paradyne, относится к группе симметричных технологий, была специально разработана для использования на длинных и некачественных абонентских линиях. С ее помощью можно передавать данные со скоростью до 2,2 Мбит/с в обоих направлениях на расстояние не менее 9 км без оборудования ретрансляции. Преимуществами новой технологии является расширение радиуса обслуживания по сравнению с ADSL (~3,5 км), меньшая подверженность внешним влияниям или наводкам (~15 дБ на декаду), значительно меньшие линейные потери. Кроме того становятся менее заметны неподключенные ответвления кабеля, радиочастотные помехи. За счет того, что ReachDSL работает в низкочастотном спектре, общие энергетические затраты оборудования с поддержкой технологии ReachDSL существенно меньше по сравнению с любой другой технологией DSL. Во многих случаях ReachDSL используется для сложных и длинных линий.

ADSL2 и ADSL2+ являются модификациями «классической» технологии ADSL. Они разрабатывались с учетом возросших требований провайдеров и конечных пользователей. В ADSL2 и ADSL 2+ при практически той же дальности передачи, что и в ADSL, скорости увеличены до 12 и 25 Мбит/с, соответственно. Кроме того, реализована функция адаптивного изменения скорости. Благодаря этим изменениям стала возможной поддержка большого количества новых приложений и дополнительных услуг (видео, мультимедиа и др.).

1.2. Коммутируемый удалённый доступ

Коммутируемый удалённый доступ (англ. dial-up) — сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса передачи данных. Тем не менее, обычно dial-up называют только доступ в Интернет или корпоративную сеть. Обычно при этом используется протокол PPP, можно использовать и устаревший протокол SLIP.

Коммутируемый удалённый доступ в Интернет

Причина популярности этой технологии кроется в ее простоте, дешевизне и доступности. Этот способ доступа поддерживается практически всеми провайдерами (иногда это единственный способ доступа, который предлагает тот или иной провайдер). Расценки на dial-up самые дешевые из подобных услуг.

Простота настройки и конфигурирования коммутируемого доступа позволяет работать с ним даже начинающим пользователям. А из оборудования необходимо иметь компьютер, аналоговый модем и телефонную линию.

2. Интернет-провайдеры и организация услуги dial-up доступа

2.1. Примеры Интернет-провайдеров

Интернет-провайдер (Internet Service Provider, ISP) — организация, предоставляющая услуги доступа к Интернет и иные, связанные с Интернет, услуги.

В число предоставляемых Интернет-провайдером услуг могут входить: доступ в Интернет по коммутируемым и выделенным каналам, выделение дискового пространства для хранения и обеспечения работы сайтов (хостинг), поддержка работы почтовых ящиков или виртуального почтового сервера, размещение оборудования клиента на площадке провайдера (колокация), аренда выделенных и виртуальных серверов, резервирование данных и другие.

Интернет-провайдеров можно разделить на типы в соответствии с предоставляемыми услугами:
                    провайдеры доступа;
                    хостинг-провайдеры;
                    магистральные (backbone) провайдеры;
                    канальные провайдеры (Network service provider);
                    провайдеры последней мили;
                    и др.

С юридической точки зрения, Интернет-провайдер — это оператор связи, имеющий лицензию на один из следующих видов услуг:
                    Услуги связи по предоставлению каналов связи.
                    Услуги связи в сети передачи данных, за исключением передачи голосовой информации.
                    Услуги связи по передаче голосовой информации в сети передачи данных.
                    Телематические услуги связи.

Примеры Интернет-провайдеров:
                    ТрансТелеКом
                    РТКомм.РУ
                    Golden Telecom
                    КОМСТАР-Директ (ранее «МТУ-Интел»)
                    Корбина
                    ЦентрТелеком
                    Ростелеком

Golden Telecom (Голден Телеком)

Одна из крупнейших телекоммуникационных компаний, действующих на российском рынке. Полное наименование — Golden Telecom Incorporated. Зарегистрирована по законодательству США в штате Делавэр. Штаб-квартира — в Москве.

Учреждена в 1996 международной корпорацией Global Telesystems.

Собственники и руководство

Основные акционеры — Altimo (бывшая Альфа Телеком, около 30 % акций), норвежская Telenor (20,5 %), Ростелеком (11 %). Около 20 % акций находится в свободном обращении на NASDAQ. Капитализация на 15 марта 2007 года — $1,82 млрд.

Главный управляющий — Жан-Пьер Вандромм, президент — Александр Виноградов.

Деятельность

Компания оказывает услуги цифровой телефонной связи, доступа в Интернет, передачи данных, построения выделенных каналов и т. п. Сеть компании включает более 165 точек присутствия в России и СНГ. Владеет одной из первых в России лицензий на оказание услуг дальней связи (на настоящий момент этот рынок монополизирован Ростелекомом).

В собственности компании находится Golden Telecom LLC — оператор сотовой связи, оказывающий услуги на территории Украины.

Федеральная транзитная сеть

Сеть компании в России основывается на оптоволоконном канале связи Москва — Петербург и, по пресс-релизу от 17 марта 2006, на новой оптоволоконной магистрали Москва — Нижний Новгород. Протяженность линии — 485 км. Строительство новой магистрали Москва — Нижний Новгород осуществлялось вместе с ОАО ВымпелКом; данный этап строительства обошелся Голден Телекому и ВымпелКому в $4,5 млн.

5 июня 2006 Голден Телеком завершил строительство участка Нижний Новгород — Казань, длина которого составляет 490 км.

На четвертый квартал 2006 запланирована сдача в коммерческую эксплуатацию еще одного участка линий связи: Казань — Уфа. В 2007 компания собирается начать строительство ВОЛС на участке Казань — Набережные Челны — Пермь — Екатеринбург, а к концу 2007 завершить строительство участка Уфа — Самара — Саратов.

Голден Телеком намерен реализовать еще один совместный с ВымпелКомом проект — строительство ВОЛС Москва — Воронеж — Ростов-на-Дону — Краснодар.

Golden WiFi

В 2006 году Голден Телеком объявил о начале строительства в Москве крупнейшей в Европе Wi-Fi-сети — Golden WiFi.

Показатели деятельности

Выручка компании за 2006 год увеличилась по сравнению с 2005 годом на 28 % до $855 млн., чистая прибыль — на 12 % до $86 млн., рентабельность по EBITDA снизилась за год с 30 % до 27 %.

Приобретения

Приобретения
                    сентябрь 1999 — Совам Телепорт, Москва
                    апрель 2000 года — портал Absolute Games
                    июль 2000 года — IT Infoart Stars (основной актив — развлекательный портал infoart.ru)
                    июль 2000 года — Поисковая система aport.ru, интернет-каталог atrus.ru, развлекательный портал omen.ru
                    март 2002 — ООО СЦС Совинтел
                    июнь 2003 — СибЧелендж-Телеком, Красноярск
                    июнь 2003 — группа компаний Коминком-Комбеллга
                    август 2006 — группа компаний Кубтелеком, Краснодарский край
                    ноябрь 2006 — Корус ИСП, Екатеринбург
                    декабрь 2006 — приобретен контрольный пакет Корбины
                    январь 2007 — ОАО Уралхиммаш и ООО Лес-Транзит, Екатеринбург
                    январь 2007 — ООО Витус, Нижний Новгород
                    январь 2007 — ООО Информтехнолоджи, Чебоксары

Корбина Телеком

Российская телекоммуникационная компания. Штаб-квартира — в Москве. Образована в конце 1995 года. Старший вице-президент компании Корбина Телеком — Александр Малис. Вице-президент — Дмитрий Малов.

Оптоволоконная сеть (на всю Москву)

На конец 2006 года компании удалось реализовать программу подключения к оптоволоконной сети связи около 20 000 домов на скорости 1 Гбит/с. Абонентская база компании превысила 120 000 человек. К концу 2007 года планируется увеличить число абонентов до 300 000, а в 2009 г. довести эту цифру до 500 000 человек.

Волоконно-оптическая сеть Корбины Телеком, протяжённостью 4 500 км, охватила 97 районов Москвы. До конца марта 2007 года запланировано подключение оставшихся 22 жилых районов столицы.

Тарифная политика компании в течение года шла в соответствии с поставленными в конце 2005 года задачами по ежеквартальному снижению цен на трафик и параллельным ростом скорости передачи данных. При этом изменения тарифных планов коснулись не только новых абонентов, но и всех клиентов сети.

Структура оптоволоконной сети (на всю Москву)

Опорная сеть: два десятигигабитных кольца.

Районные опорные узлы: подключены от опорной сети оптоволоконным каналом в десять гигабит, один районный узел на каждые 240 домов.

Дома: подключены оптоволокном от районных опорных узлов, вначале канал будет на скорости один гигабит в секунду.

Квартиры: в каждую квартиру будет проведён медный кабель 5-ой категории, обеспечивающий полнодуплексную скорость в 100 мегабит в секунду.

Бюджет проекта — 72 миллиона долларов, из которых 20 миллионов будут взяты из собственной прибыли.

Стоимость доступа — неограниченный доступ в Интернет, например, на полнодуплексной скорости в 5 Мбит/сек стоит 49 долларов в месяц. За дополнительную плату в 5 долларов в месяц возможно предоставление внешнего статического адреса. Подключение абонентов является бесплатным.

Ростелеком

Российская телекоммуникационная компания, оператор дальней связи. Полное наименование — Открытое акционерное общество Ростелеком. Штаб-квартира — в Москве. Юридически компания с 2006 зарегистрирована в Санкт-Петербурге. Основана в 1993.

В июне 2006 Ростелеком приобрёл оператора IP-телефонии Зебра Телеком у компании Starford Investment, зарегистрированной на Кипре.

Собственники и руководство

Ростелеком контролируется холдингом Связьинвест. Председатель совета директоров — Валерий Яшин, генеральный директор — Дмитрий Ерохин.

Деятельность

Общая протяженность сети «Ростелекома» составляет порядка 200 тысяч км. Основу сети составляют волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) «Москва — Новороссийск», «Москва — Хабаровск» и «Москва — Санкт-Петербург». По цифровым линиям «привязок» обеспечен выход на 88 цифровых автоматических междугородных телефонных станций (АМТС) в 77 субъектах Российской Федерации. Сеть компании базируется на восьми узлах автоматической коммутации (УАК) и 11 международных центрах коммутации (МЦК). В составе компании функционируют 7 региональных филиалов и 2 функциональных филиала.

Услуга IP-транзита была выделена из Ростелекома в отдельную компанию РТКомм, использующую канальные ресурсы Ростелекома.

В начале августа Ростелеком ввёл в эксплуатацию собственную магистральную 10G IP-сеть, охватывающую Ростов-на-Дону, Краснодар, Волгоград, Ставрополь, и завершил охват всей территории России в октябре 2006 года.

19 октября Ростелеком получил сертификат качества своей IP-MPLS сети и стал провайдером магистрального Интернет.

В декабре 2006 года Ростелеком и телекоммуникационная компания Японии KDDI в рамках проекта «Транзит Европа - Азия» подписали соглашение о строительстве линии Находка — Наоетцу общей пропускной способностью в 640 Гбит/с вместо прежних 560 Мбит/с.

Финансовые показатели

Выручка Ростелекома за 2004 — 37,5 млрд. руб.

2.2. Организация услуги dial-up доступа

Пользователь настраивает свой компьютер и модем на соединение по номеру телефона модемного пула и производит подключение к серверу провайдера. После установки соединения сервер проверяет пользователя на принадлежность к клиентам провайдера и при положительных результатах проверки позволяет использовать ресурсы сети.

Обычно для доступа к сети пользователь должен получить от провайдера номер дозвона, имя пользователя, под которым сервер будет определять данного клиента, и пароль.

Компании-провайдеры допускают несколько способов оплаты такой услуги, как dial-up.

1. Неограниченный доступ. Предусматривает заключение договора с провайдером, внесение каждый месяц определенной платы, подключение в любое время и сколько угодно долго.

2. Повременная оплата. В этом случае также заключается договор с провайдером. Оплата производится за количество времени, которое пользователь провел в сети. Обычно используется авансовый метод платежей.

3. Учет трафика. Так же заключается договор с провайдером. Но в этом случае оплачивается не время, проведенное в сети, а количество информации, которую скачал пользователь. Нельзя забывать, что почта и сайты, которые посещает пользователь, тоже предварительно скачиваются на пользовательский компьютер. Возможно, самый выгодный способ, но при этом и самый редкий.

4. Карточная система. Похожа на повременную оплату, но при этом не требуется заключать договор с провайдером. Можно купить карточку того или иного провайдера, тем самым сразу оплатив его услуги.

5. Зона Интернет. Доступ осуществляется через систему биллинга междугородней связи. Оплачивается время, проведенное в сети, а оплата производится по счетам за междугородние переговоры.

Пример тарифного плана Интернет-провайдера Голден Телеком


Счет за использование сети придет вместе со счетом за междугородние переговоры. Никаких договоров, платы за подключение, абонентской платы и авансовых платежей. Имя пользователя и пароль не используются.

Карточная система

Покупая карточку, пользователь сразу оплачивает услуги Интернет-провайдера. Для активации счета нужно подключиться к серверу провайдера под каким-то общим именем пользователя с простым паролем и в системе обслуживания карточек самостоятельно зарегистрировать нового пользователя, придумав ему имя пользователя и пароль, а также ввести код карточки, подтверждая этим оплату. Затем, используя эти имя пользователя и пароль, работать в сети. Либо на карте уже указаны имя пользователя и пароль для доступа, введя которые пользователь сразу получает доступ в Интернет. Покупая новые карточки, пользователь просто сможет пополнять свой счет. Удобство этого способа заключается в отсутствии необходимости общения с провайдером напрямую, более простое и удобное слежение за денежным балансом. Так же есть возможность пользоваться сайтом провайдера абсолютно бесплатно, используя общие имя пользователя и пароль.

Пример тарифного плана Интернет-провайдера Голден Телеком


Если у компании провайдера с оператором местной связи заключен договор, то независимо от используемого пользователем тарифного плана на телефонные разговоры (повременной или безлимитный) пропуск трафика на модемные пулы оператора не должен тарифицироваться, то есть оплачивается только время по карте.

3. Модемы для коммутируемого доступа, стандарты, характеристики

3.1. Классификация модемов

Модем — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

По исполнению:
         внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы (производитель — Prolink));
         внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA.

По принципу работы:
         аппаратные — все операции и преобразования (цифро-аналоговые и аналого-цифровые) сигнала производятся отдельным процессором — Digital Signal Processor DSP, а все функции управления сигнальным процессором и обработка команд компьютера производится специальным контроллером. Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом;
         винмодемы — аппаратные модемы, лишенные ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Такой модем работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows;
         полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых присутствует аппаратный Digital Signal Processor DSP, а функции контроллера выполняет компьютер, к которому подключен модем;
         программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится только АЦП, обеспечивающий перевод сигнала из цифровой в аналоговую форму (и обратно), сопряжение уровней сигнала и их передачу в телефонную линию (только в DSL и коммутируемых модемах).

По типу:
         аналоговые — наиболее распространенный тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий;
         ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий;
         DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий, используя обычную телефонную сеть. Отличие от коммутируемых модемов в кодировании сигнала. Некоторые варианты позволяют одновременно с передачей данных осуществлять пользование телефонной линией в обычном порядке;
         кабельные — используются для передачи данных по специализированным кабелям — к примеру, по кабелям систем коллективного телевидения;
         радио;
         спутниковые;
         PLC — используют технологию передачи данных по электрическим проводам, в частности — по электропроводке 220 Вольт.

Наиболее распространены в настоящее время внутренние программные модемы и внешние аппаратные модемы.

3.2. Устройство типового модема

1. Порты ввода-вывода с адаптерами. Предназначены для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны и модемом и компьютером — с другой.

2. Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие в соответствии с используемым протоколом передачи данных.

3. Контроллер управляет сигнальным процессором и обрабатывает команды компьютера.

4. Микросхемы памяти:
              - ROM — память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд управления модемом, всех используемых коммуникационных протоколов и интерфейс с компьютером. Для обеспечения нормальной работы модема эта память доступна только на чтение, а часто пользователь совсем не имеет к ней непосредственного доступа. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура, описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память;
              - EPROM, EEPROM или NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема в момент выключения. Пользователь может изменять установки, пользуясь набором AT-команд или средствами операционной системы;
              - RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего;
              - Флэш-память — тип памяти, допускающей перезапись хранящейся в ней информации, которая используется вместо обычного ПЗУ (её имеют далеко не все модемы). Это позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

3.3. Модемы с дополнительными возможностями

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединен, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Голосовой модем — имеет функцию оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведение произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Это позволяет осуществить:
           - передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удаленный голосовой модем и прием сообщений от него, и воспроизведение их через внутренний динамик;
           - использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

3.4. Протоколы модемной связи

При установке связи между двумя компьютерами модемы должны «договориться» между собой о скорости связи, корректировке ошибок и сжатии данных. Для этого и существуют протоколы — стандартизированные алгоритмы работы модема.

Стандартные протоколы утверждены Международным телекоммуникационным союзом (ITU). Примеры протоколов.

V.21. Обеспечивает скорость передачи данных 300 бит/с в дуплексном режиме. Допускает также передачу факсимильных сообщений.

V.22. Скорость составляет 1200 бит/с в полудуплексном режиме.

V.22bis. Вторая редакция протокола V.22, отличается увеличенной скоростью – 2400 бит/с и допускает дуплексный режим.

V.23. Ассиметричный протокол 75 бит/c в восходящем (от пользователя) канале и 600 или 1200 бит/c – в нисходящем. В конце 1980-х - начале 1990 множество выпускавшихся тогда нестандартных модемов, использовавших нестандартную, как правило, реализуемую программно модуляцию, маркировались как соответствующие стандарту "V.23 mode 2". На практике они не были совместимы между собой, а реальная скорость могла колебаться от 300 до 5600 бит/c. Наиболее известным представителем такого типа модемов являлись модемы Лександ. Модификация протокола V.23, позволяющая менять восходящий и нисходящий канал местами в процессе работы, используется во французской компьютерной сети Минител.

V.29. Ассиметричный протокол 2400/2400–4800–7200–9600, позволяющий переключать направление, в котором работает более скоростной канал в процессе работы. Является стандартным для факсов, но в модемах большого распространения не получил в связи с более низкой помехоустойчивостью, чем V.32, и рядом проблем с патентами.

V.32. Дуплексный режим. Скорость 4800 и 9600 бит/с, допускает автоматическую настройку скорости передачи.

V.32bis. Расширение V.32 до скорости 14400 бит/c.

V.34. Дуплексный протокол, максимальная скорость 28800 бит/с. Может также поддерживать 24000 и 19200 бит/с.

V.34bis. Другое название — V.34+. Максимальная скорость 33600 бит/с. Пониженные скорости: 31200, 24000 и 19200 бит/с.

V.42. Протокол обнаружения и коррекции ошибок для передачи данных с высокими скоростями.

V.42bis. Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причем независимо для каждого направления.

V.44. Протокол сжатия данных.

V.70. Обеспечивает одновременную передачу голоса и данных.

V.80. Протокол видеосвязи. Обеспечивает скорость передачи видео до 10-15 кадров в секунду.

V.90. Дуплексный асимметричный высокоскоростной протокол передачи. Скорость в прямом направлении достигает 56000 бит/с, а в обратном — 33600 бит/с.

V.92. Самый современный протокол. Скорость в прямом направлении 56000 бит/с, а в обратном — 48600 бит/с.

Помимо протоколов, утверждённых ITU, существует множество других, которые были разработаны производителями оборудования или же приняты в какой-то стране.

Bell 103 и Bell 212A — применялись в США вместо V.21 и V.22, соответственно.

K56flex и x2 —одновременно разработаны компаниями Lucent и Rockwell с одной стороны и Motorola с другой. Поддерживают скорость связи до 56 Кбит/с, но взаимно несовместимы. Для связи приходилось использовать V.34.

3.5. Протоколы передачи факсимильных сообщений

V.17. Скорость до 14400 бит/с, используется в современных модемах, но поскольку большинство факсимильных аппаратов рассчитано на 9600 бит/с, на практике преимуществ не даёт.

V.27ter. Скорость 2400—4800 бит/с, встречается в старых модемах, но его поддерживают и многие современные модемы.

V.29. Скорость 7200—9600 бит/с, поддерживают все современные модемы.

3.6. Виды набора телефонного номера

Импульсный набор (или пульсовый набор) — способ набора телефонного номера, при котором цифры набираемого номера передаются на АТС путём последовательного замыкания и размыкания телефонной линии, количество импульсов соответствует передаваемому числу (однако «0» передаётся 10 импульсами). Паузы между числами кодируются более длительной паузой.

В старых телефонных аппаратах сигнал импульсного набора создавался специальным вращающимся диском. В электронных аппаратах сигнал иногда создаётся без использования механических деталей, но для полной совместимости со старыми аппаратами, как правило, используют электромагнитные реле.

Согласно ГОСТ 23595-79 длительность одного импульса должна быть не менее 195 мc и не более 205 мс; интервал между импульсами при кодировании — не менее 95 мс и не более 105 мс. Однако большинство АТС имеют намного более широкие допуски при приёме сигнала импульсного набора, что делает относительно лёгким даже ручной набор номера при помощи прерывателя цепи.

Тональный (тоновый) сигнал (DTMF, Dual Tone Multi Frequency). Двухтональный многочастотный сигнал.

Таблица 3.1

Таблица 3.2

Тоновый сигнал может быть декодирован с использованием алгоритма Гэртцеля.

3.7. Примеры модемов для организации доступа в Интернет

Таблица 3.3

4. Программное обеспечение абонента для организации dial-up доступа

4.1. Пример пошаговой настройки соединения для ОС Windows XP

Шаг 1: Зайдите в меню Пуск и запустите Пуск/Панель управления/Сетевые подключения/Мастер новых подключений.

Шаг 2: Запустился Мастер новых подключений. Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 3: В диалоговом окне Тип сетевого подключения выберите Подключить к Интернету (Connect to internet). Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 4: Следующий шаг – выбрать: Каким образом подключиться к Интернету?

Необходимо выбрать Установить подключение вручную.

Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 5: Выберете: Каким образом подключиться к Интернету? Необходимо выбрать Через обычный модем. Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 6: Введите Имя подключения, например SOVINTEL. Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 7: Теперь необходимо ввести телефонный номер модемного пула. Необходимо сначала поставить английскую букву p (импульсный набор), а потом указать номер модемного пула, например 3805995. Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 8: Введите данные о пользователе. Это данные, указанные в карте: Имя пользователя (Login), Пароль (Password), а в качестве подтверждения необходимо ввести пароль еще раз. Нажмите кнопку Далее (Next).

Шаг 9: Создание нового подключения закончено. Нажмите кнопку Готово (Finish).

Шаг 10: У вас на экране появилось Ваше новое соединение. Нажмите кнопку Вызов.

Подключение создано, доступ в Интернет обеспечен, но иногда при подключении могут возникать ошибки. Это может быть связано с неисправностью модема, плохим качеством телефонной линии и проблемами с картой доступа, такими как: закончился срок действия карты, баланс карты равен нулю, неверный ввод имени пользователя и пароля. Вот примеры возникающих ошибок:

Таблица 4.1

Провайдер может отслеживать ошибки пользователя. Пример:

4.2. Технические и программные средства Интернет-провайдера

Коммутируемая линия связи (Dial-up link) – линия связи, устанавливаемая только на время соединения передающего и принимающего устройств. Данная линия обеспечивает недорогую связь с Интернет (обычно при помощи модема через телефонную линию). Абоненты коммутируемых линий подключаются через модемный пул оператора связи.

Модемный пул состоит из сервера доступа, который является специализированным компьютером, предназначенным для соединения модемов с сетью. Пользователь устанавливает соединение через модем с сервером доступа, а затем соединяется оттуда с сетью Интернет. Некоторые серверы доступа имеют средства безопасности, которые могут ограничить соединения определенными системами, или потребовать от пользователя аутентификации. Или же сервер доступа может быть обычной машиной с присоединенными к ней модемами.

Модемный пул физически представляет собой стандартный каркас, где размещается какое-то количество бескорпусных модемов. На передней панели находится, как правило, только индикация, выходы в телефонную сеть, разъемы последовательного интерфейса подключаются через заднюю панель. Такой пул содержит в себе обычно управляющий процессор. Так как в настоящее время не существует стандартов на организацию модемных пулов, они ориентированы на использование модемов только определенной фирмы. К пулу может подключаться дисплей, который отображает текущее состояние всех модемов. Процессор может контролировать состояние модемов, устанавливать их режим работы, а в некоторых случаях и выполнять функцию маршрутизатора, управляя встроенным многоканальным последовательным интерфейсом. В последнем случае такой пул подключается непосредственно к локальной сети (например, Ethernet), а не к ЭВМ. Пул позволяет предотвращать «повисание» и отключение телефонных линий, что заметно повышает надежность системы. Некоторые модемы имеют независимые узкополосные (~300 бит/с) дополнительные каналы для дистанционного управления. Такие каналы обладают повышенной устойчивостью, что позволяет сохранять целостность системы даже при временных отключеньях электропитания.

Главным параметром модемного пула провайдера является соотношение портов модемного пула к количеству абонентов. Это означает, что если абонентов слишком много, а модемный пул слишком маленький, то будет невозможно дозвониться до провайдера.

4.3. Пример расчета емкости модемного пула

Для расчета модемного пула воспользуемся моделью системы массового обслуживания с явными потерями по вызовам. Это позволит рассчитывать модемный пул по второй формуле Эрланга. Пусть номер модемного пула будут использовать 4000 тысячи абонентов. Каждый абонент совершает один вызов раз в 2 часа и устанавливают соединение в среднем на 17 минут. Нагрузка, создаваемая абонентами, равна 566 Эрл. По второй формуле Эрланга рассчитаем емкость модемного пула, установив величину потерь в 1% :

M = 4000,

где M – количество абонентов.

? = M/120,

где ? – интенсивность поступающей нагрузки.

? = 1/17,

где µ - интенсивность обслуживаемой нагрузки.

A = ?/?,

где A – нагрузка, создаваемая абонентами.

A = 566 Эрл

По графику зависимости вероятности блокировки от количества модемов ? m в модемном пуле определяем количество модемов, необходимое для обеспечения вероятности потерь не более 1% - 600 модемов.

4.4. Модемный пул на базе шлюзов CISCO AS 5400

Рассмотрим пример реализации модемного пула, установленного и функционирующего у одного из Интернет-провайдеров Санкт-Петербурга. Модемный пул построен на базе оборудования фирмы CISCO AS 5400.

Универсальный шлюз на базе CISCO AS5400 имеет в своем составе следующие элементы: материнскую плату, высокоскоростную объединяющую заднюю панель и четыре соединительных слота объединяющей панели.

Слоты объединяющей панели используются для инсталляции несущих карт, в каждую из которых может быть установлено две DFC карты.

Каждая DFC карта обладает функциональностью горячей замены, то есть их можно инсталлировать и деинсталлировать в режиме работы шлюза. Несущие карты таким свойством не обладают, и могут быть заменены только при отключении шлюза.

DFC карты поддерживают интерфейс E1 с сигнализацией по выделенному сигнальному каналу (CAS). Карты оснащены HDLC контроллерами, предназначенными для терминирования ISDN вызовов. На каждой карте размещается 36 контактный разъем для присоединения потоков Е1, каждый разъем поддерживает присоединение 8 потоков, то есть одна плата может обслуживать до 240 одновременных сессий.

Шлюз поддерживает протоколы доступа PPP и SLIP, модемные протоколы V.44 и V.92. Протокол V.44 увеличивает полосу пропускания на 100 процентов в процессе Интернет навигации. Протокол V.92 позволяет поставить Интернет сессию на удержание для осуществления телефонного разговора, а также заметно увеличивает скорость установления соединения. Кроме интерфейсов E1 шлюз оснащен RJ-45 интерфейсами для передачи информации по протоколу Fast Ethernet. После преобразования информации, поступающей на шлюз по потокам Е1, она передается в локальную сеть провайдера через три интерфейса Fast Ethernet, которыми оснащен каждый шлюз.

Для выполнения правил политики безопасности и учета стоимости на шлюзе также реализован протокол RADIUS.

На рисунке изображен установленный и функционирующий модемный пул на основе шлюзов CICSO AS540. В модемный пул входят пять шлюзов, к шлюзам подведены потоки E1 (по бежевым кабелям, соединенным с передней панелью каждого шлюза). К модемному пулу подведено 64 потока Е1, что позволяет обслуживать одновременно до 1920 сессий.








4.5. Протоколы подключения

Point-to-Point Protocol

PPP (Point-to-Point Protocol) — протокол точка-точка. Протокол канального уровня сетевой модели OSI.

PPP — это механизм для создания и запуска IP (Internet Protocol) и других сетевых протоколов на последовательных линиях связи — будь это прямая последовательная связь (по нуль-модемному кабелю), связь поверх Ethernet или модемная связь по телефонным линиям.

Используя PPP, можно подключить компьютер к PPP-серверу и получить доступ к ресурсам сети, к которой подключён сервер так, как будто вы подключены непосредственно к этой сети.

Протокол РРР является основой для всех протоколов 2 уровня.

Связь по протоколу РРР состоит из четырёх стадий. Первая стадия: установление связи (осуществляется выбор протоколов аутентификации, шифрования, сжатия и устанавливаются параметры соединения). Вторая стадия: установление подлинности пользователя (реализуются алгоритмы аутентификации, на основе протоколов РАР, СНАР или MS-CHAP). Третья стадия: контроль повторного вызова РРР (необязательная стадия, в которой подтверждается подлинность удалённого клиента). Четвертая стадия: вызов протокола сетевого уровня (реализация протоколов, установленных в первой стадии).

PPP включает IP, IPX и NetBEUI пакеты внутри PPP кадров. Обычно используется для установки прямых соединений между двумя узлами. Широко применяется для соединения компьютеров с помощью телефонной линии. Также используется поверх широкополосных соединений. Многие Интернет-провайдеры используют PPP для предоставления коммутируемого доступа в Интернет.

PPP включает два компонента:

1. LCP (Link Control Protocol) – протокол управления линией. Функции LCP:

1.1. Открытие, конфигурирование и завершение физического соединения

1.2. Аутентификация (установление подлинности)

1.3. Целостность связи

2. NCP (Network Control Protocol) – протокол управления PPP сетью.

Функции NCP. Открытие, настройка и закрытие соединения протокола сетевого уровня.

Пример процедуры подключения ПЭВМ к серверу доступа

1. Установление физического соединения.

2. Обмен последовательностью LCP пакетов, вложенных в поля одного или нескольких PPP кадров, для согласования параметров PPP соединения.

3. Обмен последовательностью NCP пакетов для конфигурирования сетевого уровня и использования IP пакетов.

4. Обмен данными посредством протоколов TCP/IP.

5. Обмен последовательностью NCP пакетов для завершения сессии и освобождения IP адреса.

6. Обмен последовательностью LCP пакетов для завершения установленного PPP соединения.

Алгоритм установления соединения


Протокол PAP

Протокол PAP используется при двухточечном соединении и реализует функцию аутентификации посредством сравнения локальной и удаленной станциями ID пользователя (идентификатор – Логин) и пароля.

PAP аутентификация состоит из следующей последовательности шагов:

1. Отправка пакета аутентификации, включающего локальный ID и пароль.

2. Сравнение на приемной стороне полученных от удаленной станции ID и пароля с имеющимися.

3. Если они совпали, получатель посылает подтверждение авторизации.

4. Если пароль или ID не совпали, получатель посылает запрос на повторное выполнение авторизации. Частота и количество неудачных попыток контролируется и определяется вызывающей станцией (сервером).

Протокол SLIP

SLIP (Serial Line Internet Protocol) — устаревший сетевой протокол канального уровня эталонной сетевой модели OSI для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путем простой инкапсуляции IP-пакетов. Используются коммутируемые соединения через последовательные порты для соединений клиент-сервер типа точка-точка. В настоящее время вместо него используют более совершенный протокол PPP.

SLIP был разработан в начале 80-ых компанией 3COM. Протокол начал быстро распространяться после включения в ОС Berkeley Unix 4.2 Риком Адамсом(Rick Adams) в 1984, так как благодаря нему стало возможным подключение к Интернет через последовательный COM-порт, имевшийся на большинстве компьютеров. Ввиду своей простоты сейчас используется в микроконтроллерах.

Принцип работы.

Для установления связи необходимо заранее задать IP-адреса, так как в протоколе SLIP нет системы обмена адресной информацией.

В принимаемом потоке бит SLIP позволяет определить признаки начала и конца пакета IP. По этим признакам SLIP собирает полноценные пакеты IP и передает верхнему уровню. При отправлении IP-пакетов происходит обратная операция — они переформатируются и посимвольно отправляются получателю через последовательную линию.

Для передачи необходимо использовать конкретную конфигурацию UART: 8 бит данных (8 data bits), без паритета (no parity), аппаратное управление каналом передачи (EIA hardware flow control) или трехпроходной нуль-модемный кабель (3-wire null-modem — CLOCAL mode).

Недостатки.

1. Нет возможности обмениваться адресной информацией — необходимость предустановки IP-адресов.

2. Отсутствие индикации типа инкапсулируемого протокола — возможно использование только IP.

3. Не предусмотрена коррекция ошибок — необходимо выполнять на верхних уровнях, рекомендуется использовать протокол TCP.

4. Высокая избыточность — из-за использования стартовых и стоповых битов при асинхронной передаче (+20 %), передачи в каждом SLIP-кадре полного IP-заголовка (+20 байт) и полных заголовков верхних уровней, байт-стаффинга.

5. В некоторых реализациях протокола максимальный размер кадра ограничен 1006 байтами для достижения обратной совместимости с реализацией в Berkeley Unix.

5. Тарификация пользователей

При подключении пользователя сначала происходит его аутентификация, то есть проверка подлинности. Для этого сервер доступа предлагает пользователю ввести логин (имя пользователя) и пароль.

После ввода сервер доступа формирует пакет и отсылает его серверу RADIUS (Remote Authentication Dial User Service). В данном пакете содержатся введенные пользователем данные. Содержимое пакета с запросом на аутентификацию будет содержать разные данные, в зависимости от того, какой метод аутентификации используется – PAP или CHAP.

После получения данных аутентификации сервер RADIUS проводит их проверку и, если они корректны, то отсылает обратно пакет “Доступ разрешен”, устанавливает соединение с пользователем. В противном случае посылается пакет “В доступе отказано”.

В пакете “Доступ разрешен” в поле атрибутов также могут передаваться параметры для установки сеанса, например, IP-адрес пользователя, тип протокола, максимальное количество времени, отведенное на сессию.

Сервер доступа, получив пакет “Доступ разрешен”, устанавливает соединение с пользователем. Если данный пакет не получен, либо получен пакет “В доступе отказано”, то соединение разрывается.

После успешного соединения сервер доступа отсылает на сервер RADIUS пакет “Запрос на учет”, в котором содержится информация о начале предоставления услуги и параметрах сеанса: порт на который подключился пользователь, идентификатор сессии. Это, так называемая, стартовая запись.

По-окончании сеанса отсылается пакет со стоп-записью. В этом пакете содержится информация об окончании предоставления услуги. Также в этом пакете содержится информация о том, сколько времени предоставлялась услуга, сколько принято или передано байт в ходе работы.

Все сведения о пользователях, их лицевых счетах и услугах хранятся в базе данных на сервере баз данных.

Управление учетными записями и настройками биллинговой системы производится с помощью интерфейса администратора.

Пользователь, которому предоставляются услуги, тарифицируемые биллинговой системой, имеет возможность контролировать состояние своего счета через Web-интерфейс пользователя.