Przegląd technik dostępu do sieci Internet

Modem analogowy

Modem jest urządzeniem umożliwiającym przesyłanie danych pomiędzy komputerami przy pomocy linii telefonicznych. Aby było to możliwe, przed wysłaniem dane cyfrowe muszą zostać zamienione na sygnał analogowy. Proces ten nazywamy MOdulacją. Odbiór danych przez komputer może być zrealizowany dopiero po wykonaniu procesu odwrotnego zwanego DEModulacją. Stąd też pochodzi nazwa urządzenia MODEM. Oprócz wymienionych zadań modem przyjmuje dane z komputera, wybiera numer telefoniczny, dba o jak najszybszą i bezbłędną transmisję danych.

Pierwsze modemy akustyczne przesyłały dane poprzez słuchawkę telefoniczną umieszczaną na modemie i osiągały szybkość transmisji do 300 bps czyli ok. 30 znaków na sekundę. Obecnie wykorzystywane są głównie analogowe modemy galwaniczne, czyli bezpośrednio podłączane do sieci telefonicznej. Mogą one pracować na łączu komutowanym lub dzierżawionym. Łącze komutowane to zwykłe łącze telefoniczne, do którego podłączamy telefon. Duża część modemów na łącza komutowane potrafi pracować również na łączu bezpośrednim, ale najlepsze rezultaty daje stosowanie specjalnego modemu typu „base-band”, umożliwiającego transmisję asynchroniczną i synchroniczną. Wymagają one specjalnego łącza V.3.5 i karty synchronicznej lub router’a.

Aby modemy różnych producentów mogły ze sobą współpracować procesy modulacji i demodulacji muszą odbywać się w identyczny, znormalizowany sposób. Wszystkie modemy pracują zgodnie z zaleceniami Międzynarodowego Komitetu Doradczego ds. Telefonii i Telekomunikacji CCITT (Comite Consultatif International Telegraphique et Telephonique) oraz agendy ONZ ITU (International Telecomunications Union). Wytyczne ustalające normy pracy modemów publikowane są w protokołach. Chronologicznie ukazywały się następujące protokoły V.2.1, V.22, V.22bis, V.32, V.32bis, V.34, V.34bis, V.90. Protokół definiuje m.in. sposoby modulacji, szybkość transmisji, sposoby kodowania i kontroli błędów oraz metody kompresji danych.

Modem generuje sygnał o ściśle określonych parametrach (tzw. nośna), który jest modulowany (zmieniany) w rytm przesyłanych danych. Modemy wykorzystują równoczesną modulację fazy i amplitudy, czyli modulację kwadraturowo-amplitudową QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Rodzaje transmisji to sposób przesyłania danych pomiędzy urządzeniami. Istnieją dwa rodzaje transmisji: asynchroniczna i synchroniczna.

ISDN

ISDN (Integrated Services Digital Network) to cyfrowa sieć telekomunikacyjna z integracją usług. Oznacza to przenoszenie danych dowolnego typu, zarówno cyfrowych jak i analogowych, pomiędzy abonentami i systemami w sieci. Ograniczeniem jest odległość urządzeń abonenta od centrali, która maksymalnie może wynosić 8 km. W przypadku instalacji ISDN klient otrzymuje łącze NT1 (Network Terminator), które pośredniczy pomiędzy siecią telekomunikacyjną a urządzeniami abonenta. Daje ono dostęp do .sieci typu BRi (Basie Rate Interface) zwane również 2B+D. Jest to trakt cyfrowy, który pozwala na korzystanie z dwóch kanałów B i jednego D. Kanał nośny B (Bearer) służy do przesyłania danych w obie strony w pełnym dupleksie. Oba kanały B mają szybkość 64 kbps, która jest stała i nie zależy np. od pogody. Dwa kanały B można łączyć w jeden kanał o szybkości przesyłu danych 128 kbps, ale opłaty wzrastają wówczas dwukrotnie. Kanał danych D (Data) ma szybkość tylko 16 kbps, ale służy wyłącznie do przesyłania informacji pomiędzy centralą a terminalem np. wezwania (dzwonki), identyfikacja numeru dzwoniącego itp. Wykorzystanie dwóch kanałów oznacza, że włączając się do Internetu nie blokujemy telefonu podłączonego do drugiego kanału, a na czas ściągania dużych plików możemy dynamicznie połączyć kanały przyspieszając transmisję. Innym oferowanym dostępem jest PRI (Primary Ratę Interface), czyli zestaw 30 kanałów B i jednego kanału D (20B+D). Pojedyncze łącze ISDN umożliwia instalację 8 cyfrowych urządzeń końcowych takich jak telefon, telefaks, komputer, wideotelefon, router. Dodatkowo istnieje możliwość podłączenia starych urządzeń analogowych, ale poprzez specjalne łącze TA (Terminal Adapter). Urządzenia cyfrowe dołączane są do złącza NT równolegle poprzez styk S przewodem zakończonym końcówką RJ-45. Dzięki usłudze MSN (Multiple Subscriber Number) każdy z podłączonych terminali może mieć swój własny numer zewnętrzny, ale i tak tylko dwa z tych urządzeń mogą być aktywne równocześnie (dwa kanały B).

SDI

SDI jest usługą umożliwiającą jednoczesne korzystanie z telefonu i dokonywanie transmisji danych przez istniejące łącze abonenckie. Jest on adresowany do użytkowników, którym nie wystarcza zwykły modem telefoniczny czy to ze względu na szybkość transmisji czy też konieczność łączenia się z Internetem oraz tym, którym potrzebne jest stałe IP. Abonenci otrzymują szybkie, stałe połączenie dla przesyłania danych przy nie zakłóconej pracy telefonu. SDI umożliwia użytkownikom bezpośredni dostęp do sieci przesyłania danych.

System składa się z terminala umieszczonego w domu abonenta oraz urządzenia dostępowego znajdującego się przy centrali telefonicznej. Komunikacja pomiędzy terminalem a urządzeniem dostępowym odbywa się z szybkością 160 kbit/s z kodowaniem 2B1Q. Sygnał telefoniczny i sygnalizacja przenoszone są przezroczyście przez kanał analogowy. Transmisja danych odbywa się asynchronicznie z maksymalną szybkością 115,5 kbit/s. W czasie korzystania z telefonu szybkość transmisji danych zmniejszana jest do 70 kbit/s.

Serwer dostępowy, stanowiący część urządzenia dostępowego poza kontrolą dostępu koncentruje ruch danych i przesyła go do dedykowanej sieci. Przekierowanie ruchu do sieci transmisji danych eliminuje obciążenie centrali długimi połączeniami nieodłącznie towarzyszącymi przesyłaniu danych.

Urządzenie dostępowe ma postać 19'' półki, która zawiera 16 modułów abonenckich (HIS-LT) i moduł sterujący. Półka zasilana jest napięciem -48V. Każdy moduł abonencki obsługuje jedną linie abonenckie.

Sygnał telefoniczny jest przezroczyście przenoszony przez HIS-LT do HIS-NT. Przenoszone są też inne sygnały takie jak: sygnalizacja DTMF, identyfikacja dzwoniącego , impulsy taryfikacyjne itp. Komunikacja z centralą telefoniczną odbywa się drogą analogową.

ADSL

ADSL umożliwia szerokopasmowy dostęp abonentów do publicznych sieci telekomunikacyjnych i Internetu. Stanowi etap przejściowy w sytuacjach, gdzie już istnieje tradycyjna abonencka sieć miedziana (skrętka linii telefonicznej), a budowa od podstaw nowoczesnych światłowodowych linii opartych na technologiach FITL - przy braku sieci hybrydowej HFC (Hybrid Fiber Coax) nie jest uzasadniona ekonomicznie.

Podstawową cechą ADSL jest zróżnicowanie przepływności w zależności od kierunku transmisji - asymetria. W kierunku dosyłowym do abonenta (w dół -downstream) pasmo jest zwykle dziesięciokrotnie szersze niż w przeciwnym kierunku (w górę -upstream), w stronę sieci.

Rys.1 Podstawowe elementy połączenia ADSL.

Asymetria prędkości transmisji (od i do abonenta) jest wynikiem budowy i specyfikacji sieci dostępowych łącz telefonicznych. Kabel prowadzony od abonenta zbiega się, w miarę odległości, w coraz większe wiązki przewodów. Sytuacja taka sprzyja sprzęganiom sygnałów, które to zwiększają się w miarę odległości i wzrostu widma częstotliwości przesyłanego sygnału. Sytuację taką próbuje się poprawić przez odpowiednie splecenie par miedzianych, w praktyce jednak przenikanie sygnału pomiędzy kablami zawsze istnieje.

Okazuje się, że sprzężenia są dużo mniejsze jeżeli prześlemy sygnały niesymetrycznie. W tym przypadku jest to cecha nie przeszkadzająca w istnieniu systemu, który stworzony został w celu dostarczenia usług wymagających dużych przepływności w kierunku abonenta natomiast małych w kierunku odwrotnym. Dotyczy to zarówno usług takich jak wideo na żądanie, zakupy domowe jak i również szybkiego dostępu do Internetu. W każdym z wymienionych przypadków kanałem zwrotnym abonent wprowadza swoje żądania i kontroluje tylko strumień danych płynących w kanale do użytkownika.

Istnieje kilka odmian systemu ADSL o różnej przepływności:

ADSL-1 najstarsza wersja, pozwala na transmisję do abonenta z szybkością 1,536 Mb/s (T1) lub 2,048 Mb/s (E1) z kanałem zwrotnym 16 kb/s po łączach abonenckich nie dłuższych niż 5,5 km;

ADSL-2 rok 1992, szybkość dosyłowa 3,072 Mb/s i kanał zwrotny 64 kb/s na maksymalną odległość 3,7 km;

Najszybszy ADSL-3 pracuje z szybkością 6,144 Mb/s - wersja europejska 8,448 Mb/s podczas transmisji w kierunku abonenta, kanał zwrotny 576 kb/s; umożliwia transmisję na odległości do 2,5 km; w tego rodzaju sieciach stosowane są standardy MPEG umożliwiające uzyskiwanie obrazów o telewizyjnej jakości.

Ważnym jest fakt, iż uzyskiwane przepływności, w szczególności w dół do abonenta, są uzależnione od długości pętli cyfrowej oraz rodzaju użytej skrętki w naszych warunkach przede wszystkim jej stan techniczny. Zależność tą pokazuje tabela 2 oraz Rys 2.

Klasa pętli	Długość linii	Średnica kabla	Przepływność
Klasa I	2,5 km	24 AWG = 0,51 mm	8,448 Mb/s
Klasa II	2,7 km	26 AWG = 0,4 mm	6,144 Mb/s
Klasa III	3,7 km	26 AWG = 0,4 mm	4,096 Mb/s
	4,6 km	24 AWG = 0,51 mm
Klasa IV	5,5 km	24 AWG = 0,51 mm	2,048 Mb/s

Tabela 2. Zależność przepływności od rodzaju i długości zastosowanej skrętki.

Rys 2. Zależność przepływności od zasięgu pętli

GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) pakietowa sieć komórkowa ma na celu optymalne wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej poprzez przydzielenie kanału teletransmisyjnego na żądanie - jedynie wtedy, gdy istnieje potrzeba przesłania pakietu informacji. Pozwala to na wykorzystanie pojedynczego kanału przez więcej niż jednego użytkownika. Zasada działania jest bardzo podobna do pracy np. sieci komputerowej. Każdy komputer podłączony do sieci ma dostęp do kanału transmisyjnego (kabla sieciowego). Gdy kanał jest wolny, komputer może wysłać pakiet informacji do innego komputera. Jeżeli w danym momencie mamy do przesłania więcej informacji, pozostałe komputery czekają, aż kanał się zwolni. W momencie zakończenia transmisji z kabla mogą skorzystać inne komputery. Taka metoda dostępu charakteryzuje się bardzo szerokim pasmem (prędkością przesyłania danych) przy założeniu opóźnienia w transmisji (czasami należy poczekać na zwolnienie kanału przesyłowego). Przy wykorzystaniu istniejącej infrastruktury sieci GSM urządzenia GPRS mogą pracować równolegle z klasycznymi terminalami GSM.

Przy używanej technice wielokrotnego dostępu (TDMA - Time Division Multiple Access) w jednym kanale radiowym pracować może 8 urządzeń jednocześnie (w przypadku, gdy w danym sektorze używany jest tylko jeden kanał radiowy liczba ta zmniejsza się do 7). Dla celów transmisji pakietowej wydziela się kilka, np.. 3 kanały logiczne dla GPRS, resztę pozostawiając "normalnym" użytkownikom. W takim przypadku chwilowa prędkość transmisji może wynosić 3 x 9,6 kbit/s (lub 3 x 14,4 kbit/s w przypadku ulepszonej techniki kodowania). Dane z wydzielonych kanałów nie są transmitowane do centrali komórkowej (MSC), a do dodatkowych urządzeń GSN (GPRS Support Node). Węzeł GSN transmituje otrzymane pakiety do GGSN (Gateway GSN) skąd przesyłane są do publicznej sieci komutacji pakietów (np. X25 albo sieci TCP/IP). Dla celów prawidłowej pracy całego systemu niezbędne jest uaktualnianie położenia stacji ruchomej (tu konieczna jest łączność między centralą komórkową a węzłem GSN). Zapewnione jest to poprzez wykorzystanie standardowej sygnalizacji SS7.

Metoda komutacji pakietów zastosowana w opisywanym standardzie istnieje już od wielu lat. Używana jest np. w sieciach pakietowych Polpak, Telbank czy Kolpak pracujących właśnie w systemie X.25.

Oprócz wspominanego wcześniej zastosowania multimedialnego istnieje szeroka sfera usług tzw. telematycznych (np. przesyłanie danych o ruchu samochodowym czy kolejowym czy obsługa transakcji bankowych - a w szczególności kart płatniczych). W tego typu transmisjach ilość przesyłanych danych jest niewielka (kilkadziesiąt - kilkaset bajtów), istotna jest natomiast prędkość odpowiedzi. Do takich celów przewidziano możliwość zagwarantowania maksymalnego czasu transmisji pakietu.