Дальняя связь. Как это бывает

ДЕНИС ЕЛАНСКИЙ

Дальняя связь. Как это бывает

Позволю себе немного пофантазировать: предположим, нужно сделать сеть. Чего бы проще? А как быть, если расстояния между подсетями от 5 до 1000 километров? Тоже вроде бы не проблема – арендуй линию у провайдера и не мучайся. Можно купить широкий канал, можно поуже – какие проблемы? А что делать, когда до ближайшего провайдера расстояние такое же, как и до наиболее удаленного подразделения?

А вот теперь исходные данные: расстояния – значительные (от 5 до 1000 км), инфраструктуры практически никакой (ни магистральных линий, ни обычных телефонных кабелей) и болота, болота, тайга, комары и прочий гнус, плюс суровый климат: градиент температуры – градусов 80.

И в этих условиях надо построить интерсеть для предприятия. Дальше я рассмотрю некоторые технологии, которые были использованы при реализации проекта (все-таки оно заработало) и сделаю некоторые обобщения на основании собственного опыта, полученного от этой работы.

LAN

Изначально локальные вычислительные сети предназначались для объединения вычислительных машин в пределах малых зданий. Причиной тому была низкая пропускная способность сети (которая при увеличении рабочих расстояний снижалась экспоненциально), а также отсутствие подходящих алгоритмов и средств передачи. Однако с развитием этого направления, с возникновением стандартов, описывающих высокоскоростные сети, с появлением новых материалов, позволяющих расширить радиус сегмента сети, стало возможным использование локальных сетей для создания достаточно протяженных структур с высокой пропускной способностью.

Среди множества технологий локальных сетей для построения магистральных каналов дальнего действия стоит рассматривать оптико-волоконные Ethernet-сети. Современные реализации этого направления позволяют достичь скорости передачи в 10 Гб/с, а с учетом дуплексности (одновременной приемопередачи) – 20Гб/с. При этом, используя технологию объединения каналов, предложенную Cisco Systems (EtherChannel), номинальная скорость передачи данных может быть увеличена еще в 8 раз. Естественно, что полезная производительность канала Ethernet значительно ниже, т.к. существенную часть трафика составляет служебная информация.

Технология Ethernet характеризуется алгоритмами CSMA/CD и CSMA/CA. Оба этих алгоритма определяют множественный доступ с контролем несущей и различаются лишь методом борьбы с коллизиями: в первом случае это обнаружение коллизий, во втором – избежание. В любом случае, при соединении типа точка-точка при полнодуплексной передаче коллизий данных не возникает.

Таблица  1. Дальнодействие оптоволоконных сетей Ethernet

Длина сегмента зависит от типа оптического носителя (одномодовое или многомодовое оптоволокно используется), от типа передатчика и от длины световой волны.

К преимуществам этой технологии можно отнести:

• высокая скорость передачи данных (до 160 Гб/с);
• значительные расстояния, которые могут быть перекрыты сегментом сети (существующие 40 километров, очевидно, не предел – существует отчетливая тенденция к увеличению дистанций);
• помехозащищенность (эта положительная черта соответствует не столько технологии Ethernet, сколько технологиям передачи данных по оптоволокну).

К недостаткам метода нельзя не отнести следующие:

• высокая стоимость линий;
• недостатки технологии Ethernet (избыточность служебной информации, понижающая полезную пропускную способность канала);
• проблемы, связанные с использованием оптоволокна (физическая хрупкость, способность к замутнению сердечника и потере проводимости).

MAN

К классу городских сетей принято относить вычислительные сети, построенные на базе технологии FDDI.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.
• Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода: повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.
• Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru: «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца.

В таблице 2 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 2. Сравнение характеристик сетей FDDI, Ethernet и Token Ring

Помимо FDDI существуют решения SDDI и UDDI, отличающиеся только средой передачи (экранированная и неэкранированная витая пара соответственно).

WAN

Говоря о глобальных сетях, стоит различать логические и физические технологии сетей. Под физическими WAN я буду понимать методы создания физического канала, линии передачи, а под логическими WAN – способ инкапсуляции, технологию передачи. В настоящее время существуют и широко используются несколько технологий, относящихся к глобальным сетям: xDSL, ISDN, Frame Relay, ATM и SDH. Но поскольку основной задачей исследования является подбор технологий для построения глобальных каналов в крайне неблагоприятной среде, технологии ATM и SDH (та компонента, которая отвечает за канал передачи данных, во всяком случае) из рассмотрения исключаются по причине высокой стоимости и требовательности к каналам передачи данных, а о Frame Relay и ISDN писали достаточно много, чтобы делать это снова.

xDSL

Существует несколько стандартов класса xDSL. Их общие характеристики (скорость, дальность, топология) приводятся в таблице 3.

Таблица 3. Стандарты xDSL

Наиболее перспективной отечественной разработкой в области xDSL является система MEGATRANS-2L. С целью достижения требуемых параметров по дальности и помехозащищенности оборудования используется несимметричная, адаптивная многопозиционная модуляция с регулируемым уровнем. В новом поколении оборудования применяется алгоритм Аналоговой Обработки и Коррекции Сигнала (АОКС). Алгоритм АОКС позволяет оптимизировать работу системы на кабелях с диаметром жил от 0,8 до 1,2 мм и тем самым добиться дальнейшего увеличения дальности работы. На сегодняшний день система MEGATRANS-2L обеспечивает большую дальность работы (длину участка регенерации), чем любая другая цифровая система передачи той же пропускной способности.

Система передачи MEGATRANS-2L гарантированно работоспособна на всех сегментах кабельной линии, где может быть успешно применена аналоговая аппаратура типа К-60. Более того, в ряде случаев система MEGATRANS-2L обеспечивает больший «запас устойчивости» при ухудшении параметров кабельной линии, чем системы К-60.

Линейный тракт рассчитан главным образом на работу по симметричным электрическим кабелям связи, однако возможна работа системы и по коаксиальным кабелям. Приведенные ниже параметры даны для работы по симметричным кабелям.

Оконечное оборудование линейного тракта имеет стандартные интерфейсы G.703 (формат кадра G.704) для сопряжения с любыми системами, поддерживающими данный стандарт, например, непосредственно с оборудованием коммутации каналов (цифровой АТС), оборудованием временного разделения (мультиплексором) или коммутации пакетов (IP, ATM, FR и т. д.).

При замыкании, асимметрии или обрыве кабельных пар дистанционное питание отключается. Предусмотрена возможность определения поврежденного сегмента путем реверса полярности дистанционного питания.

Беспроводные системы связи

Рассмотренные ранее случаи предполагали использование существующих, либо прокладку новых кабельных систем. Однако в случаях, когда подобная операция невозможна, целесообразно обратиться к беспроводным линиям связи. Беспроводные (радио-) каналы можно разделить на мультиплексируемые (ISDN-подобные) и немультиплексируемые (Ethernet-подобные). К первому типу относится оборудование Natex (Natex Mikrolink SDH), а ко второму – радиомосты Cisco AirNet 350.

Эти технологии позволяют ретранслировать сигнал на расстоянии до 60 км (расстояние зависит от типа используемых антенн, от погодно-климатических условий и рельефа).

Оборудование класса Nateks-Microlink SDH используется для построения радиорелейных линий уровня STM-1. Оно позволяет создавать как однопролетные, так и многопролетные линейные и кольцевые радиорелейные линии с резервированием. Длина одного пролета РРЛ-линии может составлять от 5 до 60 км. Так же могут организовываться РРЛ с частотным или пространственным разносом приемников и передатчиков. Nateks-Microlink SDH может быть встроена в телекоммуникационные сети, отвечающие стандартам SDH/SONET, и является высокопроизводительным решением для беспроводной передачи информации по этим сетям, резервирования и/или доступа к ним. Система поддерживает транспортные протоколы АТМ и IP по SDH. Оборудование может быть соединено с мультиплексором доступа и управляться сетевым менеджментом SDH, превращаясь в часть сквозного SDH-решения. Поддерживается трафик АТМ 155 Мбит/с и ЕЗ/ТЗ и Fast Ethernet.

В таблице 4 приводятся общие характеристики оборудования и получаемого канала передачи.

Таблица 4. Основные характеристики Nateks-Microlink STM-1

Для построения недорогих, но при этом достаточно производительных радиоканалов, возможно использование технологии Ethernet. Подобную функциональность предоставляет радиомост Cisco Air Net 350.

Это устройство обеспечивает передачу данных на скорости 11 Мб/с на расстояния до 40 км (дальность и скорость, как и у Микролинк, зависит от погодно-климатических условий и рельефа местности, а также от типа используемой антенны). Основными преимуществами системы является простота установки, настройки и эксплуатации. Кроме того, не требуется дополнительное оборудование для сопряжения беспроводного тракта передачи с локальными сетями: мост имеет два интерфейса: RJ-45 для подключения к ЛВС и два высокочастотных интерфейса для подключения к антеннам. Другим положительным моментом при использовании Cisco Air Net 350 являются его мостовые функции, позволяющие осуществлять разбиение сети на домены широковещания.

Предоставляемые сервисы подходят для последовательного объединения локальных сетей, при этом для построения магистральной линии данная технология не приемлема по причине низкой пропускной способности и особенностей технологии Ethernet.

Заключение

Ну а теперь попробую подвести некоторый итог, посчитать сухой остаток.

В рассмотренном выше материале предлагаются различные методы построения линий связи дальнего действия как в условиях наличия, так и отсутствия каких-либо проводных сетей. Предлагаются способы построения локальных объединений, а также магистральных каналов с широкой полосой пропускания.

В таблице 5 отражены сводные результаты проведенной работы.

Таблица 5. Применяемая технология в зависимости от назначения канала и развитости местной инфраструктуры

Приводимая рекомендация неабсолютна, т.к. носит общий характер и не учитывает местной специфики, такой как финансовые возможности, реальные потребности в качестве связи, априорно существующие возможности и т. п.

При этом она и неголословна – все решения были использованы в проекте, речь о котором шла в самом начале статьи. Другое дело, что конкретные условия могут отличаться в зависимости от места реализации, так что эта условность неизбежно внесет некие коррективы. На мой взгляд, сколь я могу себе его позволить, наиболее перспективным для внедрения направлением является технология беспроводных SDH, позволяющая высокоскоросную производительную передачу данных на большие расстояния с высокими возможностями мультиплексирования.

Ссылки в тему:

1. www.xdsl.ru
2. www.citforum.ru
3. www.cisco.com
4. www.nateks.ru
5. www.nortel.com
6. http://lattice.itep.ru