Реферат: Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения

Реферат: Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения

Организация доступа в Internet по существующим сетям кабельного телевидения (Диплом)

                                               Содержание

   Стр.

1.  Введение...........................................................................................................3                   

2.  Общие данные систем доступа в Internet ........................…..............……...4

3.  Требования, предъявляемые к оборудованию доступа в Internet .....……..9

3.1  Архитектуры передачи upstream данных............................……….9

3.2  Стандарты модемов...........................................................…...........12

            3.3  Стек протоколов Docsis……….........................................…...........13

            3.4 Подуровень Maс………........................................................….........15

3.5   Организация защиты………..............................................…..........16

3.6  Голос по кабелю..................………....................................…..........17

            3.7  Требования стандартов (сводная таблица)………......….........…...20

4.  Планирование сети………...................................................................….......20

4.1  Анализ производителей модемов........................................…....…21

4.2  Устройство и функции кабельного модема……..............……......26

4.3   Устройство сети....................................................................…........28

4.4   Настройка сети……………………………………………………..32

4.5  Программное обеспечение...................................................…........33

5.  Расчет затрат и экономической эффективности планируемой сети……...42

6.  Безопасность жизнедеятельности…………………………………………...46

7.  Заключение........................................... ...............................................…..…..62

8.  Библиографический список……………………............................................63

9. Приложение 1

Технические характеристики некоторых кабельных модемов…………..64

10. Приложение 2

      Перспективы и проблемы применения КТВ для доступа в Internet……..71

            10.1  Преимущества кабельных модемов. ......................................…...71

10.2  Проблемы кабельных модемов . .......................................……....73 10.3  Применение кабельных модемов. ..................................…….......74

10.4   Кабельные модемы в России. …..............................................…..78

                                            1.Введение

Идея использования существующих линий связи для передачи цифровых сигналов не нова. Именно так работает обычный модем, который передает информацию по телефонной линии. Но возможности такой связи ограниченны, и это заставляет провайдеров Internet искать новые пути к домам своих клиентов. Если посмотреть, сколько кабелей подходит к каждой отдельной квартире, то можно заметить, что их обычно три: силовой (220 В), телефонный и телевизионный. Силовую сеть использовать трудно (хотя в этой области есть уже определённые наработки). Возможности телефонной линии постепенно исчерпываются. Остается телевизионный кабель. Но как его использовать?

Передавать данные по телевизионным каналам - хорошая идея, но для полноценной работы в Internet необходима обратная связь между пользователем и головной станцией (где находится телевизионное оборудование, а так же оборудование для выхода в Internet), которая в обычных условиях отсутствует, но при соответствующей аппаратной модификации эта проблема разрешима. Однако телевизионные сигналы распространяются не только по воздуху, но и через кабельную сеть. Кабельное телевидение может быть хорошей средой для передачи цифровой информации. Эта идея и лежит в основе технологии кабельных модемов. Целью данной работы является исследование технологии доступа в интернет с помощью существующих сетей кабельного телевидения, а так же планирование сети в отдельно взятом микрорайоне, на базе этой технологии. Цель работы предполагает решение следующих задач:

     -      анализ существующих на данный момент разработок в этой области;

-      изучение архитектуры устройств, предназначенных для оказания   подобного рода услуг, так называемых, «Кабельных модемов»;

-      изучение стандартов этих устройств;

-     анализ характеристики модемов некоторых производителей;

-     анализ компонентов, необходимых для создания сети на базе этой технологии;

-      планирование и настройка сети в жилом микрорайоне;

     -     выделение преимуществ и недостатков этой технологии, а также                                                методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок.

Данная работа проводилась по предложению и в сотрудничестве с ООО “Телесеть-Сервис”. Предлагаемая модель сети уже запущена в эксплуатацию        и имеет коммерческий успех.

                         2.Общие данные систем доступа в интернет.

Альтернативные технологии

                                                          ISDN [6]

Одной, из получивших распространение, технологий высокоскоростного доступа в интернет, является технология ISDN, которая предоставляет доступ в интернет при помощи телефонных сетей.

ISDN доставляет информацию от цифрового коммутатора через два типа пользовательских интерфейсов: Basic Rate Interface (BRI) и Primary Rate Interface (PRI). Каждый из интерфейсов состоит из нескольких каналов со скоростью 64Kb/s, или каналов B. Каналы В связаны в одни данные и образуют канал D. По определению, каналы B являются 64Kb/s соединениями и могут использоваться для коммутируемого соединений данных и голоса. Канал D определен для пакетно-комммутируемого вызова, установки и сигнализации соединений, доступный всем пользователям ISDN.

Это действительно перспективная технология, но основным препятствием для её развития на Урале служит, отсутствие в нашем регионе АТС поддерживающих эту технологию, а так же высокая цена подобного оборудования.

ADSL [12]

Другим конкурентом технологии CATV является технология ADSL. ADSL обеспечивает скорости передачи данных до 8 Мбит/с по направлению к пользователю(downstream) и до 1 Мбит/с в обратном направлении(upstream). Конкретные значения скоростей передачи данных сильно зависят от расстояния между пользователем и телефонной станцией. Полоса пропускания 8 Мбит/с обеспечивается пользователям, находящимся на расстоянии до 2,7 км от телефонной станции; расстояниям 2,7-3,5 км соответствует предел в 6 Мбит/с; если же пользователь удален от телефонной станции на 3,5-5,5 км, он должен довольствоваться скоростью в 1,5 Мбит/с. На расстоянии свыше 5,5 км связь по ADSL не гарантируется. Не так давно московская компания Plus Communications провела испытания оборудования для ADSL от фирмы 3Com. На физической линии длиной 4 км была зафиксирована скорость 2 Мбит/с по направлению от провайдера к клиенту и 1 Мбит/с - в противоположном направлении.

Для передачи данных по технологии ADSL используется диапазон частот, находящийся выше полосы частот, отведенной для передачи голоса, поэтому данные и обычный телефонный трафик можно передавать по одной и той же линии. Для этого, правда, с каждой стороны приходится устанавливать так называемый частотный разделитель (POTS splitter). Он обеспечивает передачу низкочастотного голосового сигнала на оборудование ТфОП (со стороны клиента - на телефонный аппарат, со стороны телефонной станции - на коммутатор), а высокочастотного сигнала передачи данных - на оборудование ADSL.

Стандарт на ADSL (T1.413) был утвержден ANSI еще в 1995 г., однако данная технология до сих пор не получила широкого распространения. Причина этого в значительной степени связана со сложностью установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети). Кроме того, нужно отдельно устанавливать частотный разделитель; нередко приходится частично менять телефонную кабельную проводку. Всё это в конечном итоге привело к слишком большой цене подключения, поэтому трудно ожидать, что услуга доступа к Internet по ADSL станет массовой.

Технология доступа с помощью КТВ(CATV) [3,4,5]

Для начала рассмотрим сущность и основные особенности кабельного телевидения. Станция кабельного телевидения получает и обрабатывает различные сигналы радиопередач, спутниковых программ и передач местных телевизионных студий. Теле сигналы - это электромагнитные импульсы, или
волны, и они занимают отведенное им место в частотном спектре. Для распространения теле сигналов необходим некоторый носитель, по которому они проходят от станции к телевизорам клиентов. Сигналы обычного телевидения могут передаваться по воздуху на разных частотах и распространяться по системам кабельного телевидения, в которых используются специальные кабели - коаксиальные или оптоволоконные.

Каждый телевизионный сигнал передается по кабелю на своей частоте (набор таких несущих частот и создает спектр телевизионных каналов), поэтому кабельное телевидение имеет свой собственный частотный спектр. Таким образом, можно смотреть телепрограммы даже там, где невозможно принимать сигнал через эфир. Головная станция кабельного телевидения получает различные телепрограммы из эфира, при необходимости преобразовывает их (конвертирует), суммирует, усиливает и подает в кабельную магистраль. Обычно магистралей бывает несколько (2-4). Это зависит от количества домов в микрорайоне, а так же от места расположения головной станции. Чтобы поддерживать нужный уровень сигнала в магистрали, через определенное расстояние (порядка 300 метров) ставятся магистральные усилители. Через специальные ответвители сигнал из магистрали попадает на домовую разводку, где окончательно усиливается и подается к абонентам.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
Большая кабельная магистраль обычно проходит через весь микрорайон. Кабельные отводы, которые имеют меньший диаметр, передают сигналы из магистрали в локальную кабельную сеть, «пронизывающую» жилые и
производственные здания. Когда клиент хочет подключиться к кабельному телевидению, работники станции прокладывают в его дом кабель от ближайшего отвода и подключают к телевизору. Если телевизор не может
принять все  каналы из-за несовместимости кабелей или кодировки сигналов, то между кабельной сетью и телевизором устанавливается специальный конвертор. Такая организация сети, называемая «древовидной с отростками», позволяет наиболее эффективно и экономично передавать весь набор телепередач от станции к клиентам.

Для организации доступа в интернет посредством существующих сетей кабельного телевидения необходимы специальные устройства – кабельные модемы. Кабельные модемы располагаются на отводе кабельной магистрали и выполняют функции различных устройств: модема, шифратора-дешифратора информации, маршрутизатора, сетевого адаптера, SNMP-агента и даже концентратора Ethernet. Однако такое устройство все равно остается модемом, поскольку, прежде всего оно модулирует и демодулирует сигналы.
Обычно передача и прием информации с помощью кабельного модема осуществляется разными способами. При передаче информации от станции к кабельному модему (downstream) цифровые данные модулируются
стандартной для телевизионных сигналов частотой (6 МГц), на которую накладывается несущая частота (от 42 до 750 МГц).                   

Рис. 1. Устройства для обеспечения доступа в интернет посредством сетей кабельного телевидения.

Такой сигнал передается кабельной системе вместе с сигналами кабельного телевидения и не мешает телепередачам. Есть несколько схем модуляции, но наиболее популярны из них две - QPSK
(обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с) и QAM64 (до 36 Мбит/с).
Обратный сигнал от модема к станции (upstream) передавать сложнее. Это связано с тем, что в обычной дуплексной кабельной сети обратный сигнал (Upstream) может передаваться на частотах от 5 до 40 МГц. Такому сигналу могут помешать радиошумы и радиопередачи, а также неподключенная антенна или плохое соединение коаксиальных кабелей. Поскольку кабельная сеть имеет древовидную форму, все шумы из всех ответвлений собираются вместе и препятствуют распространению обратного сигнала. Большинство производителей планирует использовать QPSK или аналогичную схему модуляции для передачи в прямом направлении, поскольку этот метод лучше подходит для сильно зашумленной окружающей среды, чем высокочастотные методы модуляции. Недостаток же QPSK очевиден - более низкая скорость передачи, чем при использовании схемы модуляции QAM. Если кабельная сеть не может передать обратный сигнал, (это случается из-за плохих проводов и качества соединений), то это можно сделать с помощью сети ГТС или ISDN.

Кабельный модем работает как приемник и передатчик телевизионных сигналов. Импульсы от станции по коаксиальному кабелю поступают в кабельный модем, который передает их компьютеру или в локальную сеть.
Есть несколько методов подключения модема к компьютеру. Самый распространенный из них - технология Ethernet 10BaseT. В этом случае модем имеет встроенный адаптер Ethernet, который подключается к локальной сети или компьютеру. Естественно, на персональном компьютере также должен быть установлен адаптер Ethernet и программное обеспечение, обслуживающее протокол TCP/IP. Установка кабельного модема внутри
компьютера, возможно, обошлась бы дешевле, но для этого необходимо разработать набор плат для всех существующих платформ.

 Эра компьютерных интерактивных служб (КИС) [16] на базе сетей кабельного телевидения (КТВ) началась в конце 1996 года, когда в коммерческую эксплуатацию были запущены сразу три службы крупнейших в США операторов КТВ - TCI, Time Warner и Continental Cablevision. Первые КИС были открыты в Канаде в декабре 1995 года и в Австралии летом 1996 года, но грандиозная эпопея по массовому внедрению данной технологии началась в сентябре 1996 года. На сегодняшний день из 300 тыс. работающих в мире кабельных модемов две трети установлены в США и Канаде. Из 300 тыс. абонентов КИС 85% пользуются услугами двухсторонних сетей (с обратным каналом), а остальные - односторонними (обратным каналом служит телефонная линия). На сегодняшний день крупнейшей в мире КИС является @Home компании @Home Network. Учредителями этого предприятия являются крупнейший оператор КТВ в США - корпорация TCI, которая в настоящее время имеет 17 млн. подписчиков по всей стране и инвестиционная компания Kleiner Perkins Caufield & Byers. Совладельцами и с операторами службы являются еще семь американских и канадских компаний, в том числе четвертый и пятый по величине операторы КТВ в США, компании Comcast и Cox Communications. По состоянию на 1 мая 1999 года @Home имела более 160 тыс. подписчиков. Потенциально же услугами этой КИС могут воспользоваться 6-7 млн. абонентов КТВ. На втором месте (64 тыс. пользователей) находится КИС Road Runner.

3. Требования, предъявляемые к оборудованию доступа в Internet

3.1 Архитектуры передачи upstream данных [2, 13]

Существует две архитектуры передачи upstream данных это симметричная и асимметричная архитектуры.

В случае симметричной архитектуры оба сигнала - прямой и обратный передаются по одному кабелю. Чтобы разделить прямой и обратный сигналы, их необходимо передавать в различных диапазонах частот. Из-за этого
прямая и обратная передачи происходят с разными скоростями. Стандартная симметричная архитектура имеет и другие недостатки, которые будут рассмотрены ниже. Поэтому некоторые фирмы, выпускающие кабельные
модемы, используют для своих устройств асимметричную архитектуру кабельной сети, которая в свою очередь имеет ряд недостатков, во первых - скорость upstream канала оставляет желать лучшего, во вторых - в связи возможным введением поминутной оплаты телефонных линий, данная архитектура может оказаться не рентабельной, именно последний аргумент сильно склоняет в сторону симметричной архитектуры. В случае   несимметричной архитектуры обратный канал предоставляется с помощью других сетей, зачастую ГТС. Обе системы - симметричная и асимметричная  могут хорошо дополнять друг друга. В скором времени асимметричная архитектура будет постепенно вытеснена симметричной архитектурой. Рассмотрим вопрос о том, какой архитектуре можно отдать предпочтение.

Передача информации по кабельным сетям может использоваться для различных целей. В промышленности, где кабельная сеть создается самим предприятием для пересылки информации, разумно использовать
симметричную архитектуру, поскольку в этом случае скорость обратной и прямой передачи одинакова. Для существующих модемов она составляет примерно 10 Мбит/с (LANcity), т. е. сопоставима со скоростью передачи в Ethernet.
Существующая кабельная сеть, к которой можно подключить
домашний компьютер, предназначена для телевизионных сигналов и не позволяет передавать обратный сигнал с достаточно высокой скоростью. Обычно пользователи домашнего компьютера используют связь с Internet для доступа к WWW и телеконференциям, а для этого требуется передача большего количества данных от станции к пользователю, а не наоборот. Чтобы получать графические, звуковые и видео файлы из Internet, требуются большие скорости передачи от станции к клиенту. Выполнение же URL-запросов или передача электронной почты не порождают большого потока данных от пользователя к станции.
Тем не менее, для подключения домашнего компьютера к Internet тоже нужно использовать симметричную архитектуру, модернизация кабельных сетей для организации обратного канала не так уж дорога, и в конечном итоге составит лишь сто долларов США на клиента (в достаточно больших сетях(50> абонентов)), как уже было упомянуто выше, в пользу этой архитектуры говорит, прежде всего, тот факт что, с Июля 2001 работникам

ГТС вводится повременная оплата предоставляемых ими услуг.

 На рис. 2, 3 изображена симметричная и асимметричная архитектуры передачи данных. [3]

 Рис. 2. Симметричная архитектура

upstream

Рис. 3. Асимметричная архитектура.

3.2 Стандарты модемов [7, 8]

Двумя основными стандартами на кабельные модемы являются MCNS/ DOCSIS и DVB/DAVIC. Однако если первый, американский, стандарт пользуется безоговорочной поддержкой американских производителей и операторов, то второй, европейский, стандарт сталкивается с все более жесткой конкуренцией европейского аналога DOCSIS — так называемого EuroDOCSIS (основное различие между американской и европейской версией DOCSIS связано с разной шириной телевизионных каналов в США и Европе и затрагивает только физический уровень).

Изначально эти стандарты были рассчитаны на поддержку разных приложений. Если Совет по цифровому аудио и видео (Digital Audio Visual Council, DAVIC) разрабатывал стандарт для предоставления интерактивных услуг на базе телевизионных приставок, то американские кабельные операторы (Multiservice Cable Operator, MCO), объединившиеся в MCNS, ориентировались, прежде всего, на предоставление в качестве дополнительной услуги передачи данных по кабелю.

Отсюда и их основные отличия. Стандарт DVB/DAVIC опирается на использование фиксированных ячеек ATM и стандартных для ATM методов обеспечения качества услуг. Поддержка передачи данных, в частности TCP/IP, обеспечивается с помощью AAL5. Стандарт DOCSIS предусматривает использование стандартных кадров Ethernet и поэтому лучше всего подходит для передачи пакетных данных.

При сравнении конкурирующие группы производителей часто прибегают к одному и тому же трюку, а именно — сопоставляют последнюю версию своего стандарта с предыдущей версией соперничающего с ним. Так, например, сторонники DVB/DAVIC напирают на поддержку качества обслуживания, хотя схожие возможности были включены в версию 1.1; а сторонники DOCSIS говорят об отсутствии в DVB/DAVIC защиты информации, хотя соответствующие средства были определены уже в DVB/DAVIC 1.4.

Конечно же, объективные различия между стандартами существуют. Например, для обратного канала DVB/DAVIC предусматривает только модуляцию QPSK, тогда как DOCSIS — еще и 16-QAM. В результате первый поддерживает меньшую максимальную пропускную способность при доступе абонентов. Однако максимальная скорость в 10,24 Мбит/с в случае 16-QAM редко когда достижима на практике вследствие зашумленности каналов и конкуренции за доступ.

Вообще, продолжать сравнение двух стандартов можно было бы довольно долго, но дело не в реальных достоинствах конкурентов, а в широте поддержки, которой они пользуются, так что, по-видимому, DVB/DAVIC уготована та же судьба, что и Token Ring, 100VGAnyLAN и ATM в локальных сетях. Впрочем, хотя и нельзя говорить непосредственно об объединении двух стандартов, разрабатываемый OpenCable стандарт для телевизионных приставок опирается на DOCSIS, но включает и компоненты DAVIC.

Помимо двух названных есть и еще один, международный, стандарт IEEE 802.14. Однако из-за долгого отсутствия прогресса в разработке он не получил сколько-нибудь заметной поддержки, и сейчас соответствующая рабочая группа при участии компаний Broadcom и Terayon работает над физическим уровнем следующего поколения с высокой — до 30 Мбит/с — скоростью передачи данных в обратном направлении (от кабельного модема к станции). Иногда этот еще не появившийся стандарт неофициально называют DOCSIS 1.2.

3.3 Стек протоколов DOCSIS [14, 7]

Ввиду доминирующего положения на рынке оборудования на базе DOCSIS мы кратко рассмотрим именно эту спецификацию (сокращение DOCSIS переводится как спецификация интерфейса сервиса передачи данных по кабелю — Data Over Cable Service Interface Specification, а употребляемое взаимозаменяемо с ним MCNS как мультимедийная система на базе кабельной сети — Multimedia Cable-Network System). Вообще говоря, стандарт включает 12 документов, определяющих интерфейс между кабельным модемом и конечным оборудованием, интерфейс между оконечной системой (Cable Modem Termination System, CMTS) и внешней сетью, радиочастотный интерфейс, интерфейс для обратного телефонного соединения, защиту и интерфейс с системой управления.

Как написано в стандарте DOCSIS, главная функция оконечной системы и обслуживаемой ею кабельных модемов состоит в прозрачной передаче трафика TCP/IP между конечным оборудованием подписчика и распределительным узлом. Под словосочетанием «прозрачной передаче» подразумевается то что, ни пользователь, ни ПО работающее в операционной системе не подозревают, что к компьютеру подключен кабельный модем (если не принимать во внимание того, что модем стоит рядом с компьютером, и его можно банально увидеть), они лишь пользуются стандартным TCP/IP интерфейсом, предоставленным им операционной системой. Таким образом, кабельные модемы могут поддерживать все стандартные приложения на базе TCP/IP.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6