Выход в Интернет

В нашем динамично развивающемся мире многие люди, даже не имеющие непосредственного отношения к вычислительной технике, имеют дома компьютер. Зачастую человек, впервые купивший ПК, вдоволь наигравшись, решает подсоединиться к Интренету, о котором хорошо наслышан. Среди нескольких интернет-провайдеров, предлагающих свои услуги, он должен выбрать одного. Приведенный ниже материал поможет принять решение. В нем рассмотрены способы подключения ПК к Сети и технологии, позволяющие выходить в нее через обычную электрическую розетку.

Есть несколько причин, способствующих распространению Всемирной паутины в России. И объясняются они не повышением доходов населения, а, во-первых, снижением цен на коммуникационное оборудование, да и вообще на технику в целом; во-вторых, увеличением числа интернет-провайдеров и укрупнением уже существующих; в-третьих, снижением цен на подключение к Сети, в результате его расширения, а также принятия нового закона «О связи».

Сейчас доступ в Интернет можно получить с помощью сети КТВ (кабельное телевидение), домовой локальной сети (ЛС), асимметричной цифровой абонентской линии — ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Lines) и проч. Причем одни из технологий доступа к всемирной Сети не требуют прокладки дополнительных коммуникаций, а другие, наоборот, не могут без них обойтись.

Доступ через стационарный или мобильный телефон

Еще недавно основным видом доступа в Интернет был коммутируемый (здесь и далее речь идет о московском регионе, где существует многообразие технологий). Его преимущества очевидны. Стоимость модема, включающегося в обычную телефонную розетку, снизилась и в зависимости от модели колеблется от 20 до 100 долл. Подсоединение зависит только от того, включен ли абонент в телефонную сеть общего пользования (ТфОП). Повсеместный переход на цифровые АТС позволяет работать со скоростями до 56 кбит/с, а с учетом сжатия — с еще большими (протоколы V.92, V.44). Этого достаточно для просмотра HTML-страниц, игр, копирования файлов объемом до 10 Мбайт и чтения почты. Но эта же простота порождает множество проблем, обусловленных прежде всего недоступностью абонента для входящих звонков. Кроме того, в связи с особенностями построения ТфОП скорость у обычных коммутируемых модемов не может превысить 64 кбит/с, даже при наличии идеального канала, т.е. при отсутствии каких-либо мешающих факторов, помех в линии и т.п., что ограничивает возможность пользователя получать полноценный доступ к мультимедийной информации. (Мы не обсуждаем абонентские устройства ISDN, поскольку в России слабо развита сеть, работающая по этой технологии, да и домашние пользователи Интернета вряд ли позволят ее себе, невзирая на многие ее преимущества.) К тому же абонент получает доступ в Сеть только во время сеанса связи, что также не всегда удобно.

При рассмотрении коммутируемого доступа в Интернет следует сказать и о сотовых сетях связи, ставших очень популярными благодаря дешевизне и широким возможностям. В 2004 г. по количеству абонентов они превзошли традиционную ТфОП. Их зоны покрытия охватывают значительную территорию России, не говоря уже о Москве и Московской области. В отличие от традиционной телефонии сотовая связь с введением новых стандартов стала активно развиваться и наращивать скорость доступа. Так, уже предоставляется выход в Интернет со скоростью до 171,2 кбит/с (GPRS, General Packet Radio Service). Суть данной технологии заключается в автоматическом выделении не используемых в определенный момент времени каналов, что позволяет оптимизировать загрузку сети. Но скорость передачи по этой технологии не сможет оставаться всегда высокой и будет довольно сильно зависеть от загруженности сети, поскольку телефонные переговоры имеют приоритет над передачей данных. Следующее поколение сотовых сетей — 3G позволит передавать информацию со скоростью до 2 Мбит/с для абонентов, находящихся в помещении, т.е. это уже видео в реальном времени. Для ряда стран, в частности для Японии, 3G уже вчерашний день, так как на очереди стоят стандарты 4G, разрабатываемые с 1998 г. Максимальная скорость, обеспечиваемая с помощью 4G, составит 1 Гбит/с, коммерческий запуск этой сети планируется в 2010 г.

Выход в Интернет через домовую сеть

Проблемы, связанные с коммутируемым доступом, знакомы большинству пользователей, поэтому в Москве стали появляться их сообщества, пытающиеся наладить надежную и высокоскоростную связь с Интернетом своими силами. Результатом их деятельности стало создание локальных домовых сетей на основе Ethernet. Такие сети подключались к интернет-провайдеру по выделенным высокоскоростным каналам, например, с помощью xDSL-модемов. Подобное решение оказалось вполне оправданным, поскольку, во-первых, стоимость выделенного канала зачастую не по карману отдельному пользователю, во-вторых, абоненты одной сети могли обмениваться данными с высокими скоростями, не выходя вовне (игры, обмен файлами, чат), что снижало затраты, и в-третьих, «на всю катушку» использовался внешний канал доступа в Интернет. Локальные сети обычно строятся на базе Ethernet, HPNA, Wi-Fi. Эти технологии имеют низкую надежность, а также не могут работать на расстоянии более нескольких сотен метров (здесь не рассматриваются локальные волоконно-оптические сети). Если для Ethernet приходится прокладывать отдельный кабель, что порой сопряжено с трудностями организации и дальнейшей эксплуатации, то для Wi-Fi желательна прямая видимость. К тому же этот вид сети напрямую зависит от атмосферных явлений. Но указанные недостатки окупаются высокими скоростями внутри сети и незначительностью материальных затрат.

Обычно домовая сеть строится с помощью Ethernet (протокол IEEE 802.3). Для этого используется витая пара, протягиваемая в каждую подключаемую квартиру. В результате пользователь получает доступ в локальную сеть, как правило, без оплаты внутреннего трафика, а при желании и выход в Интернет, но тогда за входящий трафик придется платить. При организации сети такого вида телефон не занят. Кроме того, скорость обмена внутри локальной сети довольно высока, а скорость выхода вовне зависит от числа пользователей, одновременно работающих с Сетью, и конечно же от пропускной способности интернет-канала. В данном случае крупным недостатком следует считать то, что приходится прокладывать дополнительный кабель. Однако существует способ под названием HPNA, позволяющий обойтись без этого.

Разработаны две версии этой технологии — HPNA 1.0 (топология «звезда») и HPNA 2.0 (топология «общая шина»). Первая обеспечивает передачу данных со скоростью до 1 Мбит/с, а вторая — до 10 Мбит/с. Оборудование стандарта HPNA 1.0 подключается параллельно телефонному аппарату. Данную технологию создавали для работы по обыкновенной «лапше». Она не влияет на разговоры между абонентами ТфОП, а также на работу xDSL-устройств, поскольку ее полоса пропускания лежит в пределах 5,5—9,5 МГц (для HPNA 1.0). Тогда, как и в случае подключения к Интернету по xDSL-технологии, при передаче данных через домовую сеть аппарат остается свободным. Для HPNA 2.0 полоса пропускания находится в интервале от 2 до 30 МГц. Способ подключения по второму стандарту несколько отличается от первого варианта. В подъезде по стояку снизу доверху протягивается кабель, к которому и подсоединяются желающие объединиться в домовую сеть. В этом случае скорость 10 Мбит/с распределяется на всех подключенных к «общей шине». Сегмент подъезда может быть подсоединен к конвертеру HPNA/Ethernet, который, в свою очередь, коммутируется в сеть передачи данных. Работающие по описанным технологиям устройства способны эксплуатироваться на расстоянии 150 и 350 м соответственно. Впрочем, допустима и линия длиной до 1 км, но тогда скорость будет в несколько раз ниже. Это объясняется адаптацией приемника к различным уровням помех, а также изменением уровня сигнала в зависимости от характеристик линии. В процессе работы между приемником и передатчиком постоянно происходит согласование, что позволяет снизить требования к среде передачи. В HPNA 2.0 используется также подстройка оптимальной скорости передачи данных в зависимости от изменяющихся характеристик кабеля. Одновременно к одной абонентской линии можно подключать до 32 компьютеров.

Еще одна технология, не требующая дополнительной проводки кабеля при организации домовой сети, называется Wi-Fi. Она строится на ряде протоколов семейства IEEE 802.11, работает на частоте 2,4 ГГц и позволяет передавать данные со скоростью до 11 Мбит/с. Архитектура сети следующая. У оператора организуется точка доступа, где монтируется оборудование, отвечающее за передачу радиосигнала, а у абонента ставится антенна, подключаемая через стандартные интерфейсы к компьютеру. Стоимость ее не превышает 150 долл. Расстояние, на котором будет работать подобное оборудование, колеблется от 100 до 1000 м. К сожалению, Wi-Fi имеет один существенный недостаток — как уже говорилось, желательна прямая видимость, так как существенное влияние на радиосигнал оказывают не только стоящие рядом здания, но и кроны деревьев, которые его рассеивают. Бороться с этим можно лишь усилением мощности передаваемого сигнала (но здесь также есть ограничения), так что лучше всего обеспечить прямую видимость.

Доступ в Сеть через спутниковый канал

Входящий интернет-трафик обычно значительно превышает исходящий от пользователя. С учетом такой асимметрии и строились последние модемные протоколы V.90 и V.92. Человек, работая с Сетью, отправляет туда короткие управляющие пакеты, а в ответ на них получает значительные объемы информации, в частности видео- и аудиофайлы, телевизионное вещание. Поэтому появилось решение, связанное с применением гибридного соединения с Интернетом, где модем через ТфОП передает исходящий трафик, а принимаемый идет через спутниковый канал. Благодаря этому скорость входящих данных многократно возрастает и порой достигает 0,5—2,5 Мбит/с. Принцип работы таков: пользователь через модем выходит на пул провайдера подобных услуг и работает с Сетью через определенный прокси-сервер, принимающий запросы пользователя, а ответы ему направляются через спутник. Затраты по подключению не такие большие, как может показаться. Для получения подобной услуги необходимы модем, антенна, конвертер, DVB-карта. Подобный вариант целесообра-зен для тех, кто находится на большом расстоянии от операторов, предоставляющих доступ к Интернету. Однако при данном способе телефонная линия будет занята. Ниже мы рассмотрим пути решения этой проблемы.

Доступ во Всемирную паутину через сеть КТВ

Существует еще один способ подключения к Интернету — через сеть КТВ. Организовать его можно двумя путями. Первый наиболее прост в реализации и напоминает доступ через спутник. Пользователь звонит по коммутируемой линии сети на модемный пул провайдера, предоставляющего подобную услугу. В дальнейшем запросы посылаются по коммутируемой линии сети, а ответы на них приходят по сети КТВ со скоростью до 56 Мбит/с на кабельный модем пользователя. При втором способе производится двусторонняя работа по телевизионной сети с применением кабельного модема. В этом случае исходящая скорость возрастает многократно, а телефон остается свободным.

Выход в Сеть по выделенному каналу

Наконец, рассмотрим еще один распространенный в Москве способ подключения к Сети, при котором не требуется прокладки дополнительных коммуникаций, а также остается свободным домашний телефон. Он заключается в организации выделенного высокоскоростного соединения между домашним ПК и выбранным интернет-провайдером по уже существующей телефонной проводке с использованием технологии ADSL или VDSL (оборудование ADSL дешевле, и потому соответствующая технология более популярна).

Телефонные разговоры отделяются от передачи данных с помощью сплиттера — частотного фильтра, к которому подсоединяются телефонный аппарат и ADSL-модем. Провайдер также устанавливает подобное оборудование, разделяющее по частотам телефонный разговор и передачу данных со стороны АТС. К компьютеру ADSL-модем подключается через порт USB или сетевую плату (порт Ethernet). Он обеспечивает передачу данных к абоненту со скоростью до 24 Мбит/с, а от него — со скоростью до 2 Мбит/с. (Подобные скорости обеспечиваются стандартами G.992.3, G.992.4, G.992.5, а в жизни используется G.992.1 со скоростью входящего потока до 8 Мбит/с и исходящего — до 1 Мбит/с.) Трафик асимметричен (ADSL), так как в большинстве случаев от пользователя идут управляющие команды, а в ответ он получает интернет-страницы с графикой, аудио- и видеоинформацию. Такое подключение обеспечивает работу на расстоянии более 1 км на максимальной скорости, что обычно удовлетворяет большинство абонентов. В последнее время наметилась тенденция к снижению стоимости данной услуги, и потому она становится более привлекательной для частных лиц. Этому способствует и продвижение ADSL в России.

Доступ в Интернет через электрическую розетку

9 декабря 2004 г. появилась информация о том, что компания «Электроком» планирует задействовать такую коммуникацию, как электросеть, для обеспечения широкополосного доступа в Интернет с использованием технологии PLC (Power Line Communications). Инвестиции для столь грандиозного замысла, предоставленные фондом «Русские Технологии» и компанией Intel Capital, подразделением корпорации Intel, составили 4 млн. долл. Организация домовых сетей на базе такой технологии намечена не только в Москве, но и в других регионах России.

Огромная территория нашей страны опутана электрическими проводами, и для оперативного управления такой сетью необходима связь. Попытки организовать передачу данных по высоковольтным проводам предпринимались и ранее, но ее скорость была мала.

В течение 1997—2000 гг. в этом направлении был совершен основной технологический прорыв, чему способствовали накопленный опыт, а также появление высокоскоростных и дешевых DSP (Digital Signal Processor — цифровой сигнальный процессор). В апреле 2000 г. был создан альянс HomePlug Powerline Alliance, в состав которого вошло немало компаний, в том числе в качестве спонсоров. Это 3Com, AMD, Cisco Systems, Compaq, Conexant, Diamond Multimedia, Enikia, Intel, Intellon, Motorola, Panasonic, Tandy/RadioShack и Texas Instruments. Таким образом был дан мощный толчок дальнейшему развитию и стандартизации передачи данных и голоса по электропроводам. А поскольку началось массовое подключение к Интернету, альянс принял решение о развитии именно этого сегмента рынка. И уже в июне 2001 г. появился первый стандарт HomePlug 1.0, позволяющий использовать электросеть в качестве локальной и подключать к ней различные устройства. Работа в этой сети могла идти со скоростью до 14 Мбит/с, а через специальные шлюзы была реализована возможность выхода в Интернет и ТфОП.

Электрический кабель представляет собой среду, изначально не предназначенную для высокоскоростной передачи данных (когда речь идет о скоростях в десятки мегабит в секунду, то и полоса частот должна быть соответствующей). Процесс затухания сигнала в кабеле показан на рис. 2.

Рис. 2. Затухание сигнала в электрическом кабеле

Кроме того, на приведенные значения влияют такие факторы, как материал кабеля (медный или алюминиевый), качество соединения, наличие перехода с одного кабеля на другой. Но даже если все сделано идеально, нужно учитывать различные помехи, создаваемые бытовыми приборами, электроинструментами и промышленным оборудованием. А поскольку электрический кабель не экранирован, то свою лепту в увеличение помех вносят и различные радиостанции.

Непросто было выбрать стандарт для высокоскоростной передачи данных, но все же из множества разнообразных технологий для HomePlug 1.0 было использовано решение Power Packet фирмы Intellon, которое базируется на модифицированном методе модуляции OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — ортогональное частотное разделение каналов с одновременной передачей сигналов на разных несущих). Передача данных с помощью OFDM по сути очень похожа на протокол PEP, применявшийся в модемах, подключаемых к ТфОП. Весь спектр частот (от 4,3 до 20,9 МГц) делится на 84 диапазона, и в каждом из них принимается своя несущая частота, что позволяет осуществлять демодуляцию даже тогда, когда в канале появляется узкочастотная помеха или происходит сильное затухание. При этом пораженный участок временно блокируется, но передача все равно не прекращается. Данная технология передачи помогает подстраиваться под те условия, которые устанавливают службы радионадзора за использованием радиочастот, поскольку неэкранированный электрический кабель может создавать помехи и для радиостанций, и для специального оборудования.

Для борьбы с межсимвольной интерференцией, возникающей при изменении среды передачи (например, при включении какого-нибудь устройства, скажем лампочки, изменяется структура среды не только у вас в квартире, но и у соседей, поскольку они подключены к вашей фазе), было решено увеличить длину посылки вызова и ввести дополнительную микросекундную преамбулу, а кроме того, постоянно отслеживать состояние среды непосредственно перед передачей информации.

В качестве метода был принят множественный доступ в канал с контролем несущей/предотвращением коллизий CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), так как при подключении к сети компьютеров по технологии «общая шина» необходимо было решать вопрос разделения среды передачи.

Что же дает данная технология? В некоторых городах Западной Европы она практически вытеснила все остальные способы построения локальных сетей и выхода в Интернет. И это было оправданно, так как, в отличие от перечисленных выше решений, не требуется прокладывать дополнительные коммуникации, ведь не бывает домов, где есть ПК, но нет электропроводки. Пользователь подобной услуги наряду с доступом в Интернет получает возможность работы в домовой сети, а также подключения к ТфОП через электропроводку. Ему придется лишь приобрести небольшое устройство, которое свяжет домашний компьютер и телефон с Интернетом и ТфОП. Данные по сети идут по протоколу TCP/IP, для передачи голоса используется технология VoIP, скорость его кодирования составляет обычно 32 кбит/с. А вообще скорость передачи по такой сети на расстояние до 200 м достигает 14 Мбит/с. На организацию сети накладывается еще одно ограничение — подобные устройства должны подключаться лишь к одинаковым фазам, поскольку трансформаторы на подстанциях не пропускают высокочастотных сигналов. Значит, необходимо ставить дополнительные устройства перехода между фазами, но этим должен заниматься оператор, предоставляющий такой сервис. Причем эти устройства потребуются не только для соседних домов, но и для тех подъездов, в которых на квартиры заведены разные фазы (рис. 3).

Чтобы эта технология была работоспособна, величина напряжения в сети должна находиться в диапазоне 90—270 В. Стоимость абонентского устройства — около 100 долл. Рассмотренное решение перспективно, но пока не очень распространено в России. Сфера применения данной технологии достаточно широка, она охватывает прежде всего тех пользователей, для которых критичной является скорость подключения и у которых отсутствует сетевая инфраструктура.

Общеизвестно, однако, что прогресс не стоит на месте. И спустя три года вслед за HomePlug 1.0 был утвержден новый стандарт — HomePlug AV (его разработка была завершена в октябре 2004 г., а принят он был 18 августа 2005 г.), позволяющий передавать по той же электропроводке смешанный вид данных: голос, видео, видео с высокой четкостью (HDTV — несколько потоков), данные со скоростью до 200 Мбит/с. Это обеспечивает QoS — Quality of Service (гарантированное качество обслуживания). Чтобы суметь передать данные с такой скоростью по электросети, был изменен частотный диапазон. Он расширился и находится в пределах от 2 до 28 МГц. Для повышения безопасности передаваемых данных стандарт DES был изменен на AES, а также была увеличена длина ключа с 56 до 128 бит. Но тем не менее новый стандарт HomePlug AV обеспечивает совместимость с абонентскими устройствами стандарта HomePlug 1.0. Он использует модуляцию OFDM с расширенным FEC (Forward Error Control), которая позволяет оценивать канал и адаптироваться к нему. Как и в предыдущей спецификации, был выбран множественный доступ с контролем несущей CSMA. Новый стандарт также поддерживает TDMA и FDMA для совместимости с Broadband Over Powerline (BPL). Продажа оборудования, поддерживающего HomePlug AV, уже началась, и будем надеяться, что подобная технология найдет в России своих пользователей.

Капля дегтя в бочке меда

Не надо строить иллюзий — с доступностью технологии не все так просто, и в этом я имел возможность убедиться на практике. Прежде всего возникает проблема с дальностью, на которой работает PLC, — она не превышает 300 м. Значит, мы сможем создавать сети лишь для небольших офисов или между квартирами в одном подъезде. Чтобы увеличить дальность связи, придется устанавливать дополнительные регенераторы, из-за чего увеличится стоимость вложений. Кроме того, работающее по данной технологии оборудование еще не сертифицировано. К тому же предлагается целый спектр конкурирующих способов доступа в Интернет, так что технологии выхода в Сеть через электрическую розетку еще предстоит бороться за свое место под солнцем.