Схемы оборудования интернет сетей
Прежде чем рассматривать схемы организации связи с подключением к сети Интернет, приведу пример схемы простейшей локальной сети.
Современное сетевое оборудование и системное программное обеспечение позволяют практически полностью автоматизировать настройку оборудования в локальной сети при однородном программном обеспечении. Для этого достаточно подключить все компьютеры к коммутатору и после минимальной настройки, все они смогут передавать информацию друг другу.
Но в этом случае будет создана локальная сеть, работающая по протоколам той операционной системы, под которой эти компьютеры работают, причем совсем не обязательно, что эта сеть будет IP-сетью, т.е. «кусочком» глобальной интернет-сети.
IP-сеть была разработана еще и для того, чтобы можно было объединять между собой совершенно разнородные «программные среды». Сейчас практически все существующие ОС понимают и умеют работать с протоколами IP-сетей и поддерживают систему адресации, применяемую сети Интернет.
На Рис. 1 приведен пример простейшей схемы локальной сети, причем не важно под какой «программной средой» (Windows, Linux, MAC и т.п.).
Для настройки каждого из компьютеров этой сети необходимо задать минимум три параметра — IP-адрес, маску и адрес шлюза. На рисунке они указаны для «серой» сети — 192.168.1.0/24.
Замечу, что адресом шлюза в данном случае может быть любой не занятый IP-адрес из этой сети, так как шлюз — это адрес на который необходимо отправлять все IP-пакеты с адресами не принадлежащими к этой сети, а раз сеть — локальная и ни с кем не связана, то пакеты с неизвестными адресами можно просто проигнорировать, все равно они доставлены никуда не будут.
При подключении к Интернет одного компьютера обычно используют один из двух несколько различных вариантов подключения: с выделением подсети из четырех «белых» IP-адресов («связной четверки») или с выделением одного IP-адреса.
Первый вариант применяется обычно в случае подключения к сети по выделенным каналам связи т.н. «корпоративных клиентов» — организаций, которые в дальнейшем предполагают подключать к сети более одного компьютера. Схема такого включения приведанана Рис. 2
Для пользователей — частных лиц, которые редко подключают к сети более одного компьютера, провайдеры чаще используют второй вариант — схему, приведенную на Рис. 3. Эта принципиальная схема позволяет выделять клиентам как статические, так и динамические IP-адреса.
По такой схеме как правило подключаются клиенты т.н. «кампусных сетей», сетей FTTx и клиенты, подключающиеся на сеанс связи — DialUP и по технологии ADSL.
Необходимо подчеркнуть, что здесь приведены максимально упрощенные принципиальные схемы подключения — для понимания общего принципа организации связи. Реальные схемы обычно значительно сложнее.
Если клиенту необходимо подключить несколько обычных компьютеров (рабочих станций) к сети Интернет, то можно использовать схему, представленную на Рис 4. Она фактически является объединением схемы Рис. 1 со схемой Рис. 2 или Рис. 3 с помощью клиентского маршрутизатора.
Причем маршрутизатор должен уметь использовать NAT-сервис – механизм, который делает прямое и обратное преобразование «серых» IP-адресов локальной сети клиента (на схеме – сеть: 192.168.1.0/24) в один «белый» IP-адрес, под которым в Интернет «представляются» все компьютеры локальной сети клиента (на схеме – сеть: 80.255.255.0/30).
Такая схема оптимальна для домашней сети из 2-4 компьютеров или для небольших офисов компаний, в которых используются только обычные рабочие станции.
Достоинства этой схемы – экономия «белых» IP-адресов, независимость от провайдера (с ним не нужно согласовывать ни использование такой схемы, ни количество рабочих станций в ней). Количество одновременно работающих компьютеров, подключенных по этой схеме, может быт очень большое и оно зависит только от производительности маршрутизатора и «ширины» (пропускной способности) канала связи.
В последнее время стало популярным применение в небольших локальных сетях, а особенно в домашних локальных сетях, вместо проводной Ethernet сети, сети радиодоступа Wi-Fi, что при сохрании высокой скорости передачи, позволяет избавится от прокладки проводов по помещению.
В продаже, за вполне умеренную цену, сейчас есть большое количество устройств, так называемых Wi-Fi роутеров. Эти устройства объединяют в себе простейший маршрутизатор с NAT-сервисом, точку доступа беспроводной сети Wi-Fi, а иногда и встроенный коммутатор на небольшое количество портов.
Современные смартфоны, планшеты и ноутбуки почти всегда имеют встроенный Wi-Fi адаптер, а для стационарных рабочих станций не проблема такой адаптер купить и установить.
При использовании такого WiFi роутера на схеме Рис. 4 им можно заменить сразу два устройства — маршрутизатор и коммутатор. В остальном схема не изменится, кроме того, что часть рабочих станций (или даже все) будут работать через Wi-Fi и без проводов. IP-адресация при этом не изменится.
Примерно это будет выглядеть так:
На Рис. 5 приведена наиболее простая (для клиента сети) схема организации связи с использованием только «белых».
Однако, провайдеры соглашаются на нее крайне неохотно, так как эта схема требует чтобы ВСЕ устройства сети клиента имели «белые» адреса, что приводит к их неэкономичному использованию. Кроме того, маршрутизацией всех IP-пакетов передаваемых/принимаемых в Интернет приходится заниматься маршрутизатору провайдера.
Применение этой схемы допустимо в случаях, когда клиент сети предполагает подключение небольшого количества компьютеров (от 2 до 13), причем часть из них предполагается использовать в качестве Серверов.
Для подключения большого количества рабочих станций под «серыми» адресами и некоторого количества Серверов под «белыми» оптимальны схемы подключения, представленные на Рис. 6, Рис. 7 и Рис. 8
Схема на Рис. 6 — более универсальна, но требует от клиента использования достаточно мощного и сложного в настройке маршрутизатора, который должен иметь не менее трех интерфейсов и поддерживать NAT-сервис.
Схема на Рис. 7 — для клиента более удобна и не требует мощного и сложного маршрутизатора. Она фактически является объединением схем Рис.4 и Рис. 5.
Схема на Рис. 8 практически не отличается от схемы на Рис. 7 и имеет смысл, если Вы ранее были подключены по схеме Рис. 4 и хотите сохранить все «старые» настройки оборудования. Однако, эта схема не слишком «экономична» по отношению к количеству белых адресов и не всегда может быть технически реализована провайдером.
| > |
© Павел Никитенко
Допускается свободное распространение. При перепечатке — ссылка обязательна.
Построение сети GPON
В зависимости от условий использования различают несколько конфигураций FTTx:
- FTTB – Fiber To The Building (прокладка ОВ до здания);
- FTTH – Fiber To The Home (прокладка ОВ до квартиры).
Рассмотрим технологию FTTH. Технология подразумевает прокладку ОВ непосредственно до квартиры или частного дома абонента. Существуют два варианта для организации таких сетей: на базе PON и на базе Ethernet. Второй вариант не стал массовым из-за его недостатков: малая возможность масштабирования такой сети и рост емкости оптических кабелей сверх разумных пределов.
Именно сети FTTH/PON получили широкое распространение и на сегодняшний день активно развиваются.
Сети xPON
PON (от англ. Passive Optical Network) — пассивная оптическая сеть. Это распределительная сеть с пассивными оптическими делителями (сплиттерами), которые не требуют дополнительного обслуживания и какого-либо питания. Такая сеть имеет древовидную структуру, имеет возможность наращивания точек подключения в зависимости от будущих или уже подключенных абонентов.
Для передачи и приема информации используется одно ОВ (рис 1.). Прямой поток от центрального узла (Optical Line Terminal — OLT) к абонентским узлам (Optical Network Terminal — ONT) распространяется на длине волны λ=1490 нм. Обратный поток от ONT распространяется на длине волны λ=1310 нм.
На один порт OLT, то есть на 1 магистральное ОВ возможно подключить до 128 абонентов (ONT). При разъединении одного, либо нескольких ONT, это не повлияет на работу остальных абонентских узлов, так как все ONT — терминальные, и работают вне зависимости друг от друга.
Рис 1. Архитектура сети PON
APON, BPON и GPON
Первые стандарты семейства PON (APON, BPON) имели скорости передачи 155–622 Мб/с. Наиболее распространенным стандартом этой технологии стал ITU-T G.984.x, или GPON — Gigabit PON. Скорость передачи сети выросла и составила: downstream — 2488,32 Мб/с, upstream — 1 244,16 Мб/с. Стандарт xPON эволюционирует и сегодня — см. рис. 2:
Делители (сплиттеры) FTB и PLC
По типу изготовления сплиттеров (от англ. split — разделять) различают два основных вида: плоские (планарные) и сплавные.
Сплиттер типа PLC (Planar Lightwave Circuit) — плоский (планарный) волноводный делитель. Используется для равномерного разделения/объединения световых лучей (мод). Максимальный коэффициент разделения до 1:64.
Сплиттер типа FBT (Fused Biconical Taper) — сплавной биконический разветвитель. Основан на традиционной технологии сварки ОВ. Коэффициенты разветвления таких сплиттеров могут быть настроены, в отличие от PLC делителей. Коэффициент разделения — 1:2.
Топология сетей GPON
Топология сети — это геометрическая форма и физическое расположение оборудования по отношению друг к другу. Существует несколько различных топологий:
На рис. 3 представлен тип топологии «Дерево». После OLT размещается первый сплиттер, который входом подключается непосредственно к OLT, а выходы к оптическому кабелю, это и есть «ствол» дерева. По востребованности «ствол» отрезается: от него ответвляют одно ОВ, из которого начинает расти «ветвь». К «ветви» подключается второй сплиттер, к которому подсоединяются абоненты.
Следующая топология «Звезда» (рис. 4) – классика построения GPON сетей. Отличие от «Дерева» к выходам первого делителя (сплиттера) сразу подключаются абоненты.
Достоинства топологии «Звезда» выявляются только в случае, когда требуется обеспечить одновременный доступ к инфраструктуре нескольким провайдерам. В других случаях практичнее применять «Дерево» или «Шину».
Топология «Шина» организуется на одном ОВ с использованием каскада сплавных сплиттеров (FBT) с процентным соотношением мощности выходных сигналов. Вход первого сплиттера подключается к OLT, а его выход с меньшим затуханием соединяется с магистралью, к выходу с большим затуханием — абоненты. Есть возможность к выходу сплиттера с большим затуханием подключить вход PLC, в данном случае шина будет комбинированной с различными сплиттерами PLC, FBT. «Шинная» топология используется в основном в небольших сетях сельских провайдеров.
Измерение параметров сетей PON
На этапе строительства сети измерения очень важны. Если от центрального узла (OLT) к абоненту (ONT) придёт крайне низкий уровень сигнала, то терминал будет работать с ошибками, либо вовсе не заработает. Для проведения корректных измерений необходимы: оптический рефлектометр (OTDR) и связка источник оптического излучения и измеритель оптической мощности. Вся сеть PON условно делится на два участка. Первый измеряется оптическим рефлектометром, второй участок от распределительного шкафа до абонентского кросса — связкой источник оптического излучения и измеритель оптической мощности. Деление происходит из-за сплиттеров и коротких расстояний на втором условном участке.
В измерениях, на уже работающей сети, при её эксплуатации для поиска повреждений отличным помощником будет оптический рефлектометр с оптическим модулем, работающим на длине волны λ=1625, 1650 нм с фильтром. Это даёт возможность поиска места обрыва ОВ без отключения потока с OLT. В этом случае измерения производятся со стороны абонентского узла (ONT).
Отличным помощником при измерениях может стать курс Учебного центра ВОЛС.Эксперт по измерениям параметров сетей PON как в рамках строительства, так и для эксплуатации уже построенной сети.
Смотрите обзоры рефлектометров на канале ВОЛС.Эксперт в Ютубе