В областях как проводных, так и беспроводных сетей из некогда многочисленных претендентов на лидерство к концу первого десятилетия XXI века действительно широкое распространение получило лишь небольшое число транспортных протоколов, причем основные изменения претерпела, на взгляд автора, беспроводная связь. Впрочем, и в проводных сетях доступа не обошлось без интриги: старые как мир оптические системы обрели второе дыхание, а создатели оборудования xDSL продолжают «выжимать» из него максимум возможного.

Цифровые абонентские линии

Из многочисленных аббревиатур семейства xDSL наиболее популярной оказалась начинающаяся с первой буквы алфавита. Своим широким распространением асимметричные абонентские линии обязаны специфике работы пользователей во Всемирной сети и непрекращающимся усилиям стандартообразующих организаций по совершенствованию ADSL.

Несмотря на сохраняющуюся распространенность сетей доступа, основанных на изначальном варианте ADSL (в том числе в России), в технологическом отношении последний сегодня интересует, скорее, археологов от ИТ. Поначалу усилия, нацеленные на модернизацию этой технологии, завершились появлением стандарта ITU G.992.3/4 (ADSL2). Как известно, в сетях ADSL максимальная физическая скорость передачи данных в нисходящем направлении не превышает 8 Мбит/с (длина линии до 300 м), а в восходящем — 1 Мбит/с.

Технология ADSL2 несколько улучшила характеристики асимметричных цифровых абонентских линий (12 Мбит/с в восходящем и 1 Мбит/с в нисходящем направлениях). Еще более заметный прогресс был достигнут с появлением технологии ADSL2+, которая в 2001 году получила статус стандарта ITU G.992.5 и сегодня поддерживается многочисленными производителями. На расстояниях до 300 м максимальная скорость нисходящей передачи в сетях ADSL2+ составляет уже 24 Мбит/с, а пропускная способность в восходящем направлении доведена до 3,5 Мбит/с.

Как известно, аппетит приходит во время еды, и технические возможности ADSL2+, которые с лихвой перекрывают потребности в пропускной способности обычных киберпутешественников, могут оказаться недостаточными для видеосервисов. Услуги «видео по запросу» (VoD) требуют минимум 3 Мбит/с, а для трансляции по сетям доступа ТВ-сигналов высокой четкости (HDTV) необходима пропускная способность 15—20 Мбит/с. Это немного меньше теоретических возможностей ADLS2+, но запас прочности тает на глазах, стоит завести речь об одновременной трансляции нескольких HDTV-каналов. Какое-то время надежды возлагались на сверхскоростные абонентские линии (VDSL), пропускная способность которых в нисходящем направлении может доходить до 70, а в восходящем — до 30 Мбит/с, но физические ограничения максимальной протяженности таких линий (1300 м) делают инвестиции в эту технологию неоправданными.

Одно из решений найдено в рамках все того же семейства ADSL. Несколько лет назад на свет появилась технология ADSL2++, именуемая еще ADSL4. Ее параметры говорят сами за себя: благодаря удвоению ширины рабочей полосы частот (до 4,4 МГц) максимальная скорость передачи трафика в нисходящем направлении достигает 48, а в восходящем — 3 Мбит/с. Некоторые компании уже заявили о поддержке данной технологии, и это позволяет надеяться на то, что после начала массового выпуска соответствующих устройств сети ADSL2++ получат широкое распространение.

Не остановилось и развитие протоколов VDSL. В 2005 году ITU-T опубликовал новый стандарт G.993.2, который описывает передачу данных по телефонному кабелю со скоростью до 100 Мбит/с в обоих направлениях на расстояния не более 350 м (теоретический максимум для нисходящего направления составляет 250 Мбит/с). Увеличение скорости передачи достигнуто благодаря расширению рабочей полосы частот с 12 до 30 МГц. Соответствующая технология, получившая название VDSL2, обратно совместима с ADSL2/2+, что позволяет устройствам VDSL2 на расстояниях до 1 км работать со скоростью около 50 Мбит/с, а при дальности связи свыше 1,6 км характеристики линий VDSL2 оказываются аналогичными таковым для ADSL2+. С точки зрения оператора, преимущества технологии VDSL2 состоят в возможностях постепенного перехода с оборудования ADSL2 на VDSL2, использования на третьем уровне протоколов ATM и IP, а главное — в прекрасной приспособленности сетей VDSL2 к организации сервисов HDTV и интерактивных игр.

Оптика на «последней миле»

Разные варианты построения сетей доступа на основе волоконно-оптических линий связи, зародившиеся еще в 80-е годы прошлого века и поднятые на щит рядом производителей, через какое-то время практически полностью сошли со сцены. Их ренессанс в последние годы кому-то кажется парадоксальным, но в действительности имеет веские причины. Во-первых, заметно снизилась стоимость как оптического волокна, так и оборудования ВОЛС. Использование технологии пассивных оптических сетей (PON) привело к еще большему удешевлению инфраструктуры сетей доступа. Во-вторых, переход широкополосного доступа в категорию массовых услуг уменьшил операторские капиталовложения в пересчете на одного абонента, вследствие чего провайдеры смогли инвестировать в технологии, которые ранее казались непозволительной роскошью. Правда, следует отметить, что эра полного перевода сетей доступа на оптику, о которой твердили производители и эксперты, еще не наступила: с точки зрения физической среды передачи проводные сети доступа чаще всего представляют собой гибридные системы.

Специфика комбинированного подхода в полной мере нашла отражение в аббревиатурах FTT (рис. 1), обозначающих семейство архитектур, в которых оптоволокно частично или полностью заменяет кабельную проводку на «последней миле». В случае FTTc (Fiber to the Curb) волоконно-оптическая линия связи простирается до терминирующего узла, вынесенного за границы здания, где находится оборудование конечных пользователей. Подключение абонентов осуществляется по коаксиальному кабелю или витой паре.

Двумя частными случаями этой архитектуры являются FTTN (Fiber to the Neighborhood) и FTTC (Fiber to the Cabinet). Схема FTTn (Fiber to the Node) очень близка к предыдущей и отличается от нее тем, что терминирующее оптическое оборудование еще более удалено от конечного пользователя. Как правило, в архитектуре FTTN один терминирующий оптический узел обслуживает пользователей, удаленных на расстояние не более 1500 м. Если же «радиус действия» узла не превышает 300 м, то используют аббревиатуру FTTC. При этом в обоих случаях сервис доступа может предоставляться сразу нескольким сотням пользователей.

Еще один вариант, FTTb (Fiber to the Building), как следует из его названия, предполагает прокладку оптоволокна непосредственно до здания, а кабелем выполняется только внутренняя разводка. Иногда этот вариант обозначают как FTTB (Fiber to the Basement или Fiber to the Business). Наконец, в архитектуре FTTH (Fiber to the Home) оптоволокно прокладывается непосредственно до компьютера пользователя. В этом случае кабельная проводка отсутствует вовсе, а сетевой адаптер заменяется на оптическое терминирующее устройство.

Технологии FTTx появились не сегодня. Одной из первых экспериментировать с оптикой на «последней миле» начала во второй половине 80-х годов американская BellSouth. Воскрешение интереса к перечисленным архитектурам, включая FTTH, не в последнюю очередь связано с прогрессом в области пассивных оптических сетей.

Пассивные оптические сети

Как известно, в активной оптической сети доступа (AON) для распределения оптического сигнала используются активные сетевые устройства (коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры), в результате чего трафик, исходящий из оборудования центрального офиса, попадает непосредственно тому пользователю, которому он адресован. Другими словами, в этом случае имитируется оптическое соединение «точка — точка». Трафик, поступающий от пользователей в обратном направлении, не претерпевает коллизий благодаря буферизации в активном оборудовании. Наибольшее распространение в сетях AON получил протокол Ethernet, в частности регламентируемый стандартом IEEE 802.3ah, а сами сети стали называться «активными оптическими Ethernet-сетями». В типичной конфигурации активное оптическое устройство, вынесенное ближе к пользователю, коммутирует трафик на втором-третьем уровнях эталонной модели OSI, полноценная же маршрутизация выполняется оборудованием центрального офиса.

Пассивная оптическая сеть (PON), рис. 2, реализует топологию «точка — много точек», позволяя по одному оптоволокну предоставлять услуги доступа 32 пользователям, а в отдельных случаях — даже 128. Вместо дорогостоящего активного оборудования в PON используются пассивные разделители, ответвители и аттенюаторы. Совокупность этих устройств вместе с оптоволоконными линиями именуется «оптической распределительной сетью» (ODN). Оборудование, установленное на операторском конце соединения называется «терминальным устройством оптической линии» (OLT), а на пользовательском конце — «терминальным устройством оптической сети» (ONT).

OLT обеспечивает интерфейс между пассивной оптической сетью и сетевыми сервисами оператора, такими как IP или ATM. В свою очередь, ONT выполняет похожую функцию применительно к конечному пользователю, формируя интерфейс с такими сервисами, как передача данных, голоса и видео. В противоположность активной оптической сети трафик, поступающий в PON от оборудования центрального офиса, является широковещательным. Восходящий трафик передается при помощи технологии множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), порядок пропуска трафика от разных ONT устанавливает OLT.

История технологии PON началась в 1995 году, когда семь крупных операторов связи (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) при поддержке Международного союза электросвязи создали консорциум FSAN (Full Service Access Network). Первым результатом его деятельности стало принятие в октябре 1998 года стандарта ITU-T G.983.1, описывающего транспортировку по PON ячеек ATM (технология APON). Более современная версия этого стандарта (G.983.3), вышедшая в марте 2001 года, закрепила увеличение скорости передачи до 622 Мбит/с, транспортировку по оптической сети смешанного трафика и расширение спектрального диапазона. Описанная в ней технология стала называться BPON (Broadband PON).

Передача трафика Ethernet в сетях PON оказалась возможной благодаря усилиям IEEE и деятельности альянса EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance), созданного в декабре 2001 года. Стандарт IEEE 802.3ah, в котором нашла отражение топология соединения «точка — много точек» в пассивной оптической сети (EPON), был принят в 2004 году.

Дальнейшее развитие технологии APON/BPON получили в стандарте HYPERLINK, принятом в октябре 2003 года. Он регламентировал увеличение полосы пропускания до 2,5 Гбит/c в нисходящем и до 1,25 Гбит/с в восходящем направлениях (отсюда — название Gigabit PON, GPON), а также более эффективную передачу мультисервисного трафика. Сети GPON могут быть как симметричными, так и асимметричными. Допускается выбор протокола второго уровня (ATM, Ethernet). Наконец, один из комитетов IEEE предложил 10-гигабитную версию PON (10G-EPON), обратно совместимую с сетями стандарта 802.3ah и допускающую передачу восходящего трафика со скоростью 1 Гбит/с (в перспективе — 10 Гбит/с). Ожидается, что работа над стандартом IEEE 802.3av для сетей 10G-EPON завершится в текущем году.

Помимо первоначального варианта временного разделения каналов в сетях PON все чаще используется частотное мультиплексирование (WDM-PON). Оно позволяет в одном дереве PON обслуживать не десятки, а тысячи пользователей. Определенное развитие получили также DOCSIS over PON (DPON), Radio Frequency over PON (RF-PON) и другие варианты этой технологии.

Не в технологиях счастье

За пределами нашего обзора остался ряд технологий построения сетей доступа. В их числе — системы на базе сетей кабельного телевидения, которые, в соответствии со стандартом DOCSIS 3.0, могут иметь пропускную способность 160 Мбит/с в нисходящем и до 40 Мбит/с в восходящем канале. Другая разработка, активно пропагандировавшаяся рядом производителей и операторов во второй половине 90-х годов, но так и не получившая широкого распространения, позволяет передавать данные с мультимегабитными скоростями по сетям электропитания. Отдельного упоминания заслуживает технология домовых сетей на базе протокола 100BASE-T (Ethernet To The Home, ETTH), которая редко используется за рубежом, но прочно прописалась в сетях доступа отечественных Internet-провайдеров.

Остается добавить, что наличие ряда проверенных временем стандартизованных технологий доступа обеспечивает операторам значительную гибкость при выборе того или иного решения, но для конечных пользователей этот выбор большого значения не имеет. Переход широкополосного доступа в ранг массовой услуги привел к тому, что сегодняшнему абоненту перечень предлагаемых сервисов и их стоимость куда важнее технологии, на базе которой они предоставляются.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями