Мультиплексирование информации на абонентском окончании

Как мы видим на рис. 22.1, большинство домов и многоквартирных зданий связаны с POP либо телефонными абонентскими окончаниями, либо абонентскими окончаниями кабель­ного телевидения.

Поэтому для обеспечения клиентов тремя основными на сегодня видами доступа (к телефонной сети, телевизионной сети и сети передачи данных) необходимо реализовать одновременную передачу информации разного типа по одной линии связи. Например, совместить передачу данных с передачей голоса и по телефонному окончанию или же совместить передачу данных с передачей телевизионного сигнала по коаксиальному кабелю.

В идеале желательно использовать единственное абонентское окончание, способное пере­давать информацию всех трех типов. К сожалению, витая пара на эту роль не подходит, так как ее полоса пропускания на расстояниях в несколько километров не превышает 1 МГц. Этого явно недостаточно для одновременной передачи голоса, компьютерных данных со скоростями в несколько мегабит в секунду и цветного телевизионного изображения. Поэтому на роль консолидирующего абонентского окончания могут претендовать только коаксиальный кабель сети CATV и широкополосные беспроводные линии связи. Есте­ственно, мы имеем в виду уже существующие и широко распространенные типы абонент­ских окончаний. Если же говорить о прокладке нового кабеля, что актуально в основном для новых крупных зданий, то к этому списку нужно добавить оптический кабель.

Почти во всех технологиях доступа, которые мы будем рассматривать в следующих раз­делах, требуется мультиплексирование каких-либо двух или всех трех упомянутых типов информации на абонентском окончании. Так, в линии ADSL аналоговые телефонные окончания служат для мультиплексирования голоса и компьютерных данных, кабельные модемы совмещают передачу телевизионного изображения и компьютерных данных по коаксиальному кабелю. Существуют также различные технологии беспроводного доступа, которые обеспечивают передачу телевизионного сигнала и компьютерных данных, а иногда и телефонии в одном абонентском окончании. Исключением является только наиболее старая технология доступа, а именно коммутируемый доступ, при котором аналоговое абонентское окончание может использоваться телефоном или модемом компьютера только попеременно.

Схема организации доступа с помощью универсального абонентского окончания показана на рис. 22.2.

Наиболее часто для мультиплексирования информации в абонентском окончании при­меняется техника FDM. Каждому из трех типов информации выделяется определенная полоса частот, ширина которой соответствует потребностям абонента. Для телефонного соединения выделяется полоса 4 КГц, соответствующая стандартной полосе абонента аналоговых телефонных сетей. Компьютерным данным нужна более широкая полоса, при асимметричном доступе для преобладающего нисходящего (входящего) трафика нужно выделить полосу, как минимум, в несколько сотен килогерц, а лучше — в несколько мега­герц. Менее интенсивный восходящий (выходящий) трафик требует полосы в несколько десятков килогерц. В кабельном телевидение традиционно используются полосы по 6 МГц для каждого абонента, но при этом передается только нисходящий трафик.

Рис. 22.2. Мультиплексирование трех типов информации в абонентских окончаниях

 

Для того чтобы реализовать выбранную схему FDM, в помещении клиента и точках при­сутствия устанавливаются распределители, которые выполняют операции мультиплек­сирования и демультиплексирования сигналов. Распределитель чаще всего представляет собой пассивный фильтр, который выделяет нужные диапазоны частот и передает каждый диапазон на отдельный выход. К выходу распределителя подключаются терминальные устройства абонента — телефон, телевизор и компьютер. Так как компьютер использует дискретные сигналы для обмена данными, то для него требуется дополнительное устрой­ство, которое будет преобразовывать дискретные сигналы в аналоговые сигналы необхо­димого диапазона частот.

Большинство пользователей привыкли иметь дело с коммутируемыми (телефонными) модемами, которые работают со стандартной полосой 4 кГц аналоговых телефонных сетей. Телефонные модемы не разделяют эту полосу с другими устройствами, целиком занимая ее для передачи компьютерных данных. Очевидно, что распределитель в этом случае не нужен.

Существуют также устройства ADSL и кабельные модемы; первые работают на абонент­ских окончаниях телефонных сетей, а вторые — на кабелях CATV. Для этих окончаний распределитель необходим, так как по ним вместе с компьютерными данными передается и основная для них информация, телефонная или телевизионная.

В POP поставщика услуг каждое абонентское окончание также подключено к распреде­лителю, который выполняет аналогичные операции мультиплексирования и демульти­плексирования на другом конце кабеля. В результате телефонная информация поступает с телефонных выходов распределителя на телефонный коммутатор поставщика услуг, который передает ее в телефонную сеть. Телевизионные сигналы от соответствующих вы­ходов распределителя собираются на оборудовании CATV, которое может быть связано с сетью CATV этого поставщика услуг.

И, наконец, компьютерные данные поступают на устройство, концентрирующее компью­терный трафик и передающее его в локальную сеть поставщика услуг. Это устройство называют по-разному, на рисунке можно видеть одно из популярных названий — сервер удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Можно встретить и другие названия, например концентратор удаленного доступа (Remote Access Concentrator, RAC), мульти­плексор доступа или терминальная система. Будем для определенности называть здесь такое устройство сервером удаленного доступа. Обычно оно содержит большое количество модемов, которые выполняют обратные операции по отношению к модемам пользова­телей, то есть модулируют нисходящий трафик и демодулируют восходящий. Помимо модемов, RAS включает маршрутизатор, который собирает трафик от модемов и передает его в локальную сеть POP. Из этой локальной сети трафик передается обычным способом в Интернет или в определенную корпоративную сеть.

Мы рассмотрели обобщенную схему доступа, которая в зависимости от выбранного типа абонентского окончания и типа модема требует различных технологий доступа. Нужно под­черкнуть, что в терминах модели OSI все они являются технологиями физического уровня, так как создают поток битов между компьютером клиента и локальной сетью поставщика услуг. Для работы протокола IP поверх этого физического уровня должен использоваться один из протоколов канального уровня. Сегодня наиболее часто при удаленном доступе применяется протокол РРР, который поддерживает такие важные функции, как назначение IP-адреса клиентскому компьютеру, а также аутентификацию пользователя.

Режим удаленного узла

Наиболее распространенной услугой сегодня является предоставление доступа к общедо­ступному домену Интернета. При этом подразумевается, что поставщик услуг обеспечива­ет маршрутизацию IP-трафика между компьютером и любым сайтом Интернета, имеющим публичный адрес (или же имеющим частный адрес и обеспечивающим публичный доступ посредством техники NAT). Когда клиент располагает одним компьютером, для предостав­ления такой услуги поставщик услуг обычно использует режим удаленного узла.

Режим удаленного узла позволяет компьютеру клиента стать узлом удаленной локальной сети, что означает для его пользователя возможность получения всего спектра услуг обычного поль­зователя узла, физически расположенного в локальной сети.

Для этого поставщик услуг резервирует для своих клиентов удаленного доступа пул IP-адресов из диапазона адресов одной из своих подсетей. Для тех клиентов, которые не нуждаются в постоянном доступе к Интернету, услуга предоставляется как коммутируемая, и IP-адрес им назначается динамически только на время подключения клиента. Режим удаленного узла позволяет экономить адреса подсетей, так как в стандартном режиме IP-маршрутизатор должен назначить каждому своему порту адрес отдельной подсети, что для одного узла, из которого состоят сети многих клиентов, явно избыточно. Для тех же клиентов, которым требуется постоянное соединение, адрес может назначаться как на постоянной основе, так и динамически на время активности клиента.

Для обеспечения режима удаленного узла RAS поставщика услуг поддерживает протокол Proxy-ARP, рассмотренный в главе 15. Эта особенность отличает сервер удаленного доступа от обычного IP-маршрутизатора (рис. 22.3).

Рис. 22.3. Использование протокола Proxy-ARP при организации удаленного доступа

 

Для удаленных узлов в локальной сети поставщика услуг, имеющей адрес 200.25.10.0/24, выделен пул адресов от 200.25.10.5 до 200.25.10.254. Если клиент пользуется коммутируе­мым сервисом, то при его соединении с сетью поставщика услуг (например, по протоколу РРР), ему временно назначается адрес из этого пула. Так, компьютеру первого клиента был назначен адрес 200.25J0.5, а компьютеру второго клиента — адрес 200.25.10.6. При под­ключении к сети этих удаленных узлов сервер удаленного доступа заносит в специальную таблицу, являющуюся аналогом ARP-таблицы, следующие записи:

200.25.10.5-MAC-Р1

200.25.10.6-MAC-Р2

Здесь MAC обозначает адрес внутреннего интерфейса сервера удаленного доступа, а Р1 и Р2 — номера портов, к которым подключены клиенты удаленного доступа.

Если, например, сервер 2 (см. рис. 22.3), подключенный к сети одного из поставщиков услуг, посылает пакет компьютеру первого клиента, то маршрутизатор поставщика услуг считает, что пакет направлен к одному из узлов, принадлежащих непосредственно при­соединенной подсети 200.25.10.0/24. Поэтому маршрутизатор посылает ARP-запрос, содержащий адрес 200.25.10.5. На этот запрос отвечает не компьютер первого клиента, a RAS, сообщая в ARP-ответе маршрутизатору собственный МАС-адрес. После этого маршрутизатор направляет IP-пакет, упакованный в кадр Ethernet с МАС-адресом RAS. RAS извлекает IP-пакет из пришедшего кадра Ethernet и по IP-адресу определяет в таблице номер порта, на который ему нужно направить пакет. В данном случае это порт P1. RAS инкапсулирует пакет в кадр РРР, используемый для работы на абонентском окончании, соединяющем RAS с компьютером первого клиента.

В том случае, когда у клиента имеется своя локальная сеть, узлы которой имеют зареги­стрированные публичные IP-адреса, RAS работает как обычный маршрутизатор, и такой режим уже не называют режимом удаленного узла.