Masarykova univerzita v Brně. Pedagogická fakulta. Moderní technologie počítačových sítí

Transkript

1 Masarykova univerzita v Brně Pedagogická fakulta Moderní technologie počítačových sítí Vyučující: Ing. Martin Dosedla Vypracoval: Bureš Lubomír Brno, 2009

2 Moderní technologie počítačových sítí Vybrané technologie -xdsl technologie -WiMAX -Přístup k internetu po elektrické síti xdsl technologie Jedná se o připojení k internetu, které využívá stávající telefonní rozvody, lze jej v současné době označit za světově nejpopulárnější řešení přístupu k internetu. Zkratka DSL (Digital Subscriber Line - digitální účastnická linka) v sobě ukrývá technologii schopnou dosahovat na obyčejném telefonním vedení vysokých rychlostí a to až 52 Mb/s. Nejstarším přenosovým médiem používaným v Internetu byly telefonní linky, pomocí nichž byly propojeny první počítače tvořící dnešní Internet. Základním prostředkem pro komunikaci pomocí telefonní linky je modem neboli MOdulátor/DEModulátor. Přenos dat pomocí klasického 56K analogového modemu se časem ukázal jako zdaleka nevyhovující pro všechny aplikace.protože telefonní linka přenáší signál pouze ve velmi úzkém frekvenčním spektru, je také dána maximální přenosová rychlost, které lze na klasické telefonní lince dosáhnout. Zlepšení nastalo zavedením služeb ISDN, kde může uživatel použít dvě datové linky, každou s datovým tokem 64 Kb/s a v případě potřeby je sloučit. ISDN (Digitální telekomunikační síť s integrovanými službami) V roce 1984 vznikl standard ISDN (Integrated Services Digital Network, tedy digitální telekomunikační síť s integrovanými službami). Jak již z názvu vyplývá, nabídla tato služba široké spektrum služeb od klasické hlasové komunikace přes přenos dat až k videokonferencím. Jenže přes počáteční optimismus přišlo poměrně rychlé vystřízlivění, celý standard se prosazoval podstatně pomaleji, než jeho tvůrci předpokládali. Byl to pak vedle videokonferencí právě obrovský boom Internetu, který paradoxně umožnil masivní nástup ISDN do praxe. Začalo se totiž kriticky nedostávat rychlých přístupových tras, a tak uživatelé vzali zavděk i malým zrychlením, které ISDN přináší.

3 Teprve technologie xdsl přinášejí do přístupových sítí ke koncovým zákazníkům nové možnosti. Technologie xdsl představuje celou řadu různých typů DSL, jež se liší svými vlastnostmi a každá se hodí pro jiný typ nasazení. Umožňuje asymetrický (vyšší rychlost k uživateli než od uživatele - ADSL) i symetrický přenos (SHDSL), pro připojení domácností a firem bez vlastního internetového serveru se využívá ADSL, které je výrazně levnější, běžní uživatelé beztak více dat stahují na svůj počítač, než by posílali do internetu. Kromě O2 existují další poskytovatelé technologie xdsl, kteří využívají stejné infrastruktury - Telenor a ČRa. Jsou vždy výrazně levnější a kvalitnější než DSL od O2, bohužel ale pokrývají zatím jen velká města a nemají tolik prostředků na masivní marketing, proto je jejich instalací méně, než by si zasloužili. Hlavní nevýhodou nabídek od O2 jsou především limity na objem přenesených dat, které jsou velmi nízké (jednotky GB) a dají se překročit za pár hodin. Uživatel potom musí platit poplatky za přídavné datové balíčky, případně je mu snížena rychlost připojení až na úroveň dial-up. xdsl Zkratka DSL (Digital Subscriber Line digitální účastnická linka) v sobě ukrývá technologii schopnou dosahovat na obyčejném měděném telefonním vedení vysokých rychlostí a to až 52 Mb/s. Písmeno x před DSL udává, o kterou z technologií digitálního přenosu se jedná. Jak je možné těchto závratních rychlostí dosáhnout, když na stejném vedení ze svého klasického modemu jsme mohli získat teoretických 56 kb/s. Odpověď je ve frekvenčním pásmu a ve způsobu jeho využití. U klasického telefonního analogového přenosu dat, který je realizován prostřednictvím modemu, je k dispozici přenosové pásmo 4 khz. U DSL modemu je pro účely přenosu dat vyhrazeno pásmo vyšších frekvencí viz obr.1. Toto přenosové pásmo je rozděleno do 256 nezávislých kanálů (subpásem), po nichž je přenos realizován. Díky frekvenčnímu rozdělení je přenos poměrně odolný proti rušení, protože pokud nastane, ovlivní pravděpodobně pouze některé frekvence, zatímco na zbývajících probíhá přenos bez problému. Tato varianta modulace se jmenuje DTM (Discrete Multi-Tone).

4 Způsob přenosu ke koncovému uživateli je patrný z typického uspořádání xdsl systému viz obrázek. U uživatele je jako první splitter - oddělovač standardních telefonních služeb. Toto zařízení odděluje standardní telefonní hovor od ADSL služby, takže obojí lze přenášet po jediném metalickém vedení. Ve skutečnosti dojde k rozdvojení přicházejícího signálu. Jedna část je přivedena do ADSL modemu, kde je odstraněn standardní telefonní hovor a regenerována data. Druhá část signálu prochází přes dolní propust a jako čistý telefonní signál je přiváděna do telefonního přístroje. Obdobně dochází k oddělení telefonního a ADSL signálu i na straně ústředny. Technologie používané u nás umožňují připojení na vzdálenost až cca. 8 km od ústředny, většinou ovšem nelze připojit uživatele vzdálenější než 4 kilometry. Protože se pro ADSL používá vyšší frekvenční pásmo než pro klasický telefonní hovor, je možné na stejném vedení současně provozovat standardní analogovou telefonní linku nebo ISDN přípojku. U ADSL mohou proudit data k uživateli rychlostí až 8 Mb/s, od uživatele pak

5 rychlostí až 1 Mb/s. Dnes jsou většinou přístupy operátory omezeny na mnohem nižší rychlost. Důležitým parametrem je tzv.agregace, hodnota vyjádřená zlomkem, např. 1:50, která značí, s kolika uživateli danou rychlost sdílíte. Reálná propustnost se tak pohybuje o 20-30% pod rychlostí v názvu služby při agregaci 1:50 (služby pro domácnosti od O2), u agregace 1:20 je propustnost o cca % pod touto rychlostí (služby pro firmy od O2). U nabídek pro domácnosti realizovaných přes síť O2 je výhodnější agregace 1:40, navíc mnohem lépe technicky zvládnutá, takže se většinou dosahuje plné rychlosti spoje. Pro firmy jsou zde pak i varianty s agregací 1:20, 1:8, 1:4 a dokonce i bez agregace. Navíc nabízí i symetrické varianty SHDSL, viz.dále. Odezva ADSL se pohybuje kolem 60 ms - doba, než požadavek od uživatele dorazí k požadovanému serveru. Různé typy DSL technologií Technologie xdsl představuje celou řadu různých typů DSL, jež se liší svými vlastnostmi a každá se hodí pro jiný typ nasazení. V praxi můžeme narazit nejspíše na tyto technologie: ADSL, R-ADSL, ADSL G.lite, IDSL, HDSL, SDSL a VDSL. ADSL ADSL značí asymetrickou DSL (data jedním směrem "tečou" rychleji, než ve směru opačném - v případě připojení k internetu stahujete data rychleji, než vysíláte požadavky). Protože se pro ADSL používá vyšší frekvenční pásmo než pro klasický telefonní hovor, je možné na stejném vedení současně provozovat standardní analogovou telefonní linku nebo ISDN přípojku. U ADSL mohou proudit data k uživateli rychlostí 8 Mb/s, od uživatele pak rychlostí až 1 Mb/s. Dnes jsou většinou přístupy operátory omezeny na mnohem nižší rychlost (64, 128, 256 Kb/s). ADSL LITE Jedná se o jakousi odlehčenou verzi základního ADSL označovanou jako G.Lite. Maximální přenosová rychlost 1,5 Mb/s v downstreamu je plně dostačující pro méně náročné uživatele a díky jednoduššímu a levnějšímu provedení má větší šanci na rozšíření i do domácností.

6 R-ADSL Jinou verzí ADSL je pak tzv. R-ADSL Rate-Adaptive DSL (Rate-Adaptive DSL). Jedná se o stejnou technologii jako v případě základní ADSL, ale na rozdíl od ní je R-ADSL schopna analyzovat stav komunikační linky a jejímu momentálnímu stavu také přizpůsobit přenosovou rychlost (kvalita přenosu záleží na délce a na kvalitě provedení telefonní linky vedoucí k ústředně). Přitom přenosová rychlost na lince se mění buď podle jejího stavu při sestavování spojení, anebo během přenosu na základě signálu z ústředny. IDSL Technologie IDSL (ISDN Digital Subscriber Line) se od ADSL liší především tím, že neumožňuje přenášet vedle dat i hlas. Uživatelům je k dispozici datový kanál o přenosové rychlosti až 144 Kb/s (součet dvou datových kanálů o přenosové rychlosti 64 Kb/s a jednoho řídicího kanálu o kapacitě 16 Kb/s). IDSL používá stejnou metodu modulace přenosu jako ISDN, ale liší se od ní tím, že není založená na vytáčení (tudíž není nutné sestavovat spojení v ústředně). Pro připojení modemů IDSL je využíván jeden pár vodičů s rozhraním ISDN BRI. HDSL Hlavní vlastností tohoto řešení je, že HDSL (High Bit-rate Digital Subscriber Line) na rozdíl od ADSL nabízí symetrické rozdělení přenosového pásma, tedy pro příjem i pro vysílání dat je přenosová kapacita stejná. Pomocí této technologie propojují telekomunikační firmy své ústředny mezi sebou. Technologie HDSL je nabízena ve dvou provedeních a to buď s přenosovou rychlostí 1,544 Mb/s, což odpovídá lince T1 (USA), anebo 2,048 Mb/s, což odpovídá evropské lince E1. Důležité je, že HDSL vyžaduje na rozdíl od ADSL dva nebo tři páry telefonních vodičů (při rychlostech 1,544 Mb/s nebo 2,048 Mb/s), což ale znamená i podstatně vyšší spolehlivost přenosu dat. HDSL-2 Určitou modifikací však prochází i HDSL. Uživatelům se samozřejmě nelíbila nutnost využívat více párů telefonních vodičů, a proto vznikla nová verze HDSL, totiž HDSL-2. Ta předpokládá využití pouze jednoho páru metalických telefonních vodičů při zachování

7 stejných parametrů přenosu (tedy symetricky 1,544 nebo 2,048 Mb/s) a pro širší nasazení se jeví jako daleko zajímavější. SDSL SDSL (Symetric Digital Subscriber Line) je symetrická digitální účastnická přípojka. Obecně SDSL využívá pro přenos pouze jednoho páru. Obvykle se jedná o symetrickou variantu ADSL, princip přenosu je obdobný jako u ADSL s tím rozdílem, že přenosové rychlosti pro downstream a upstream jsou tytéž. Podobně jako ADSL může být provozována zároveň s analogovou či ISDN přípojkou. Přenosové rychlosti pro SDSL se pohybují od 144 do Kb/s pro každý směr. SDSL je vhodná pro rychlé datové připojení koncových uživatelů, kde není nutné za každou cenu udržet konstantní přenosovou rychlost 2 Mb/s. VDSL Jednou z nejperspektivnějších technologií do budoucna je technologie VDSL (Very High Bit- Rate Digital Subscriber Line). I když v tuto chvíli není tato technologie masivně instalována, řada firem ji považuje do budoucna za klíčovou. Podobně jako technologie ADSL je i VDSL založena na asymetrickém rozložení přenosové kapacity, přičemž pro "downstream" je vyhrazena kapacita od 13 do 52 Mb/s, pro "upstream" je to 1,5-2,3 Mb/s (VDSL však lze nastavit i pro symetrické přenosy pak je přenosová rychlost jednoho kanálu jedním směrem 34 Mb/s). Tyto přenosy lze realizovat u technologie VDSL prostřednictvím jediného páru telefonních vodičů, avšak oproti ADSL na podstatně menší vzdálenost maximálně asi metrů od telefonní ústředny. VDSL se hodí pro aplikace budoucnosti kterými jsou například digitální televize, nebo VoD (Video On Demand) video na požádání atd. Výhody technologie: vysoké rychlosti stabilní neobsazuje telefonní linku

8 Nevýhody technologie: nutnost telefonní linky, nutnost pořízení zařízení podporující danou technologii (ADSL modem) aktivace služby se závazkem, jinak bez závazku s vysokou cenou Zdroj: WiMAX České Radiokomunikace rozšířily nabídku svých služeb o vysokorychlostní připojení k internetu a hlasové a datové služby, které jsou poskytovány pomocí nově vybudované bezdrátové sítě - služba Business WiMAX. Je určena především menším a středním společnostem a je poskytována prostřednictvím nejmodernější technologie v licencovaném pásmu 3,5 GHz. WiMAX je zkratka anglického označení Worldwide Interoperability for Microwave Access. WiMAX je první otevřené řešení pro bezdrátový přístup v pásmech 2 11 GHz, které díky vyspělým technologiím, vyššímu vysílacímu výkonu a použití směrových antén nabízí velký dosah signálu teoreticky kolem 50 km při přímé viditelnosti a několik kilometrů v

9 městské zástavbě při využití spojů bez přímé viditelnosti (NLOS). Výhodou je rovněž kapacita připojení do 75 Mb/s, kterou lze rozdělit mezi desítky klientů a každému z nich garantovat stabilní přenosovou rychlost. Další vlastností je zabudovaná podpora QoS. Řízení kvality služeb umožňuje na wimaxových spojích provozovat například IP telefonii nebo přenášet video v reálném čase a v dostatečné kvalitě. Pro WiMAX existují dva odlišné standardy. První je tak zvaný fixní WiMAX dle normy d. Jedná se o technologii, která je v současnosti jediným povoleným typem WiMAXu v ČR. O druhém standardu e, který bývá označován jako mobilní WiMAX, se hodně v médiích píše a je mu přisuzována velká budoucnost. Reálně ovšem u nás zatím není nasazen. WiMAX v ČR je provozován v licencovaném pásmu 3,5 GHz na technologiích splňujících standard d-FDD (s kmitočtovou modulací). Existuje celá řada výrobců, kteří pracují na vývoji zařízení pro WiMAX. Mezi společnosti podílející se na vývoji wimaxových zařízení patří například Airspan, Alcatel-Lucent, Alvarion, Aperto Network, Axxcelera, Fujitsu, Intel, Motorola, Samsung, Siemens a další. Od pilotního projektu WiMAXu v ČR na jaře 2005 zprovoznili poskytovatelé internetu na našem území již několik stovek základnových stanic a tisíce klientských jednotek pro WiMAX. WiMAX v současné době provozuje na území ČR několik desítek poskytovatelů internetu. Téměř všechny instalace jsou realizovány technologií BreezeMax 3500 izraelské společnosti Alvarion..

10 Výrobci samotných zařízení se spíše zaměřují na WiMAX mobilní, u kterého se očekává masovější rozšíření. Ten je ale povolen pouze ve světě, v ČR v současnosti není jeho provoz povolen ČTÚ. Provozovatelé využívají WiMAX částečně jako páteřní spoje ve svých sítích, částečně pak k přímému připojení uživatelů na internet. WiMAX přináší provozovatelům nové možnosti: poskytování garantovaného a spolehlivého bezdrátového připojení (což je např. u technologií Wi-Fi téměř nemožné), příležitost připojit vzdálenější lokality nebo zákazníky, kteří nemají přímou viditelnost na vysílač, provozování IP telefonie a videa po bezdrátové síti. Čeští ISP si na WiMAXu pochvalují především rychlost instalace, spolehlivost a téměř nulový počet servisních zásahů. Spolehlivost technologie je srovnatelná s klasickým kabelovým připojením, jehož instalace je ale mnohem časově i finančně náročnější. Zdroj: Přístup k internetu po elektrické síti

11 Digitální komunikace po elektrické síti (PLC - Power Line Communication) není novou myšlenkou protože první patenty se datují už někdy do dvacátých/třicátých let minulého století. Od té doby technologii používají některé energetické společnosti po celém světě pro vzdálená měření a řízení. V poslední době se ale zkoumají a zkoušejí možnosti širokopásmové komunikace v přístupových a domácích sítích po elektrických rozvodech. Elektrická síť je natolik rozšířená, že je zcela přirozeně na prvním místě z hlediska využití existujících rozvodů, a to zejména ve vzdálených a málo osídlených oblastech, kam nedosáhne ani xdsl ani kabelová síť. Přes svůj nesporný potenciál ale znamená využití elektrické sítě pro datové přenosy vyšší rychlostí nutnost vyřešit řadu technických problémů a otázek regulace. Elektrická síť představuje velmi rušivé přenosové médium, proto je třeba pečlivě volit kódování, modulaci a techniky detekce/korekce chyb. Většina problematických oblastí datového přenosu je dnes vyřešena a prakticky odzkoušena. Regulátoři vstupují do této oblasti kvůli nestíněnému charakteru kabelů elektrického napájení, které jsou jednak zdrojem a jednak cílem elektromagnetického rušení. A kromě technických a regulačních záležitostí je zde v neposlední řadě také otázka bezpečnosti Rychlý přístup a další služby Rychlý přenos dat po elektrickém vedení (BPL - Broadband PowerLine) nabízí trvalou přípojku k Internetu (always on), ale podobně jako ve většině jiných typů širokopásmového přístupu (kabelová síť nebo bezdrátová místní smyčka) se jedná o sdílené médium, kdy rychlost klesá s růstem počtu současně připojených uživatelů na stejný transformátor.

12 Komunikace po elektrické síti umožňuje přenášet data vysokofrekvenčními signály po elektrické síti mezi transformátory a domácnostmi. BPL nepotřebuje ani telefonní, ani jinou specifickou kabeláž, protože zákazníci připojují modem přímo do elektrické zásuvky. Nové techniky modulace a opravy chyb umožňují BPL přenosy rychlostí do Mb/s. Řada rychlých BPL systémů je již nasazena a rutinně nabízí 45 Mb/s. Přenos dat po energetické síti může uživateli v domácnosti nabízet kromě přístupu k Internetu také další služby. Mezi ně patří přenos dat pro monitorovací účely v reálném čase a ovládání domácích spotřebičů a audio/video techniky na dálku, řízení topení, klimatizace, osvětlení, i zabezpečení domácnosti (proti vloupání, nahlášení zvláštní události jako požár apod.). Zdroj: