Технологии подключения к сети интернет

Сеть Internet начала бурно развиваться в начале 1990-х годов. Деловые люди очень быстро оценили возможности, предоставляемые новой информационной технологией. Компьютерный рынок пережил наплыв нового программного и аппаратного обеспечения, предназначенного для Internet.

Рассмотрим основные технологии подключенияк сети Internet, которые актуальны для Республики Беларусь:

Технологии проводных  соединений

• xDSL
• Ethernet
• Dial-up

Технологии беспроводных соединений

• GPRS & EDGE
• UMTS / WCDMA
• Wi-Fi

       хDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

Технологии хDSL появились в середине 90-х годов как альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия — Digital Subscriber Loop — цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т. д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение. Широкое распространение технологий хDSL должно сопровождаться некоторой перестройкой работы поставщиков услуг Интернета и поставщиков услуг телефонных сетей, так как их оборудование теперь должно работать совместно. Возможен также вариант, когда альтернативный оператор связи берёт оптом в аренду большое количество абонентских окончаний у традиционного местного оператора или же арендует некоторое количество модемов в DSLAM.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

Ethernet ([ˈiːθərˌnɛt] от англ. ether [ˈiːθər] «эфир») — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token ring.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования  витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля «витой пары»;
• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);
• минимально допустимый радиус изгиба меньше;
• большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
• гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить  длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 64 до 1518 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Формат  кадра 

Существует несколько  форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).
• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• Кадр IEEE 802.2 LLC.
• Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
• Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют  различный формат и значение MTU.

MAC-адреса 

При проектировании стандарта  Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов  достигается тем, что каждый производитель  получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (2^24) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert.

MAC-адрес считывается один  раз из ПЗУ при инициализации  сетевой карты, в дальнейшем  все пакеты генерируются операционной  системой. Все современные операционные  системы позволяют поменять его.  Для Windows начиная как минимум с Windows 98 он менялся в реестре. Некоторые драйвера сетевых карт давали возможность изменить его в настройках, но смена работает абсолютно для любых карт.

Некоторое время назад, когда  драйверы сетевых карт не давали возможность  изменить свой MAC-адрес, а альтернативные возможности не были слишком известны, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора. MAC адрес роутера передавался Mail.Ru агентом на свой сервер открытым текстом при логине.

Разновидности Ethernet 

В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды  существует несколько вариантов  технологии. Независимо от способа  передачи стек сетевого протокола и  программы работают одинаково практически  во всех нижеперечисленных вариантах.

Большинство Ethernet-карт и  других устройств имеет поддержку  нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

Коммутируемый удалённый доступ (англ. dial-up) — сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса передачи данных (например, для доступа в сеть Интернет). Обычно dial-up'ом называют только доступ в Интернет на домашнем компьютере или удаленный модемный доступ в корпоративную сеть с использованием двухточечного протокола PPP (теоретически можно использовать и устаревший протокол SLIP).

Телефонная связь через модем не требует никакой дополнительной инфраструктуры, кроме телефонной сети. Поскольку телефонные пункты доступны во всём мире, такое подключение остается полезным для путешественников. Подключение к сети с помощью модема по обычной коммутируемой телефонной линии связи — единственный выбор, доступный для большинства сельских или отдалённых районов, где получение широкополосной связи невозможно из-за низкой плотности населения и требований. Иногда подключение к сети с помощью модема может также быть альтернативой для людей с ограниченным бюджетом, поскольку оно часто предлагается бесплатно, хотя широкополосная сеть теперь всё более и более доступна по более низким ценам в большинстве стран. Однако в некоторых странах коммутируемый доступ в Интернет остается основным в связи с высокой стоимостью широкополосного доступа, а иногда и отсутствием востребованности услуги у населения. Дозвон требует времени, чтобы установилась связь (несколько секунд, в зависимости от местоположения) и было выполнено подтверждение связи прежде, чем передача данных сможет осуществиться.

Стоимость доступа в Интернет через  коммутируемый доступ часто определяется по времени, проведённому пользователем  в сети, а не по объёму трафика. Доступ по телефонной линии — это непостоянная или временная связь, потому что по желанию пользователя или ISP рано или поздно будет разорвана. Провайдеры услуг Интернета зачастую устанавливают ограничение на продолжительность связи и разъединяют пользователя по истечении отведённого времени, вследствие чего необходимо повторное подключение.

У современных модемных подключений максимальная теоретическая скорость составляет 56 кбит/сек (при использовании протоколов V.90 или V.92), хотя на практике скорость редко превышает 40-45 кбит/сек, а в подавляющем большинстве случаев держится на уровне не более 30 кбит/сек. Такие факторы, как шум в телефонной линии и качество самого модемаиграют большую роль в значении скоростей связи. В некоторых случаях в особенно шумной линии скорость может падать до 15 кбит/сек и менее, к примеру в гостиничном номере, где телефонная линия имеет много ответвлений. У телефонного соединения через модем обычно высокое время задержки, которое доходит до 400 миллисекунд или более и которое делает онлайн игры и видео конференц-связь крайне затруднительными или же полностью невозможными. Первые игры от первого лица (3d-actions) являются самыми чувствительными ко времени отклика, делая игру на модеме непрактичной, однако некоторые игры, такие как Star Wars Galaxies, The Sims, Warcraft 3, Guild Wars и Unreal Tournament,Ragnarok Online, всё-таки способны функционировать на подключении в 56 кбит/с.

Использование сжатия, для превышения скорости в 56 кбит/сек 

Сегодняшние стандарты V.42, V.42bis и стандарт V.44 позволяют модему передавать данные быстрее, чем его тарифная ставка подразумевала бы. Например, связь на 53.3 кбит/сек с V.44 может передать до 53.3*6 = 320 кбит/сек, используя чистый текст. Проблема состоит в том, что сжатие имеет тенденцию становиться лучше или хуже со временем в связи с шумом на линии или передаче уже сжатых файлов (файлы ZIP, изображения JPEG, аудио MP3, видео MPEG). В среднем модем будет пересылать сжатые файлы со скоростью примерно в 50 кбит/сек, несжатые файлы — 160 кбит/сек, чистый текст со скоростью 320 кбит/сек. В таких ситуациях небольшое количество памяти в модеме (буфер) используется, чтобы держать данные, в то время как они сжимаются и посылаются через телефонную линию, но чтобы предотвратить переполнение буфера, иногда становится необходимо сказать компьютеру делать паузу потока передачи. Это достигается через управление потоками аппаратных средств, используя дополнительные перехватчки на связи компьютера модема. Компьютер тогда собирается поставлять модем по некоторой более высокой норме, такой как 320 кбит/сек, и модем скажет компьютеру, когда начать или прекратить посылать данные.