Rozdział 12. ¨ Szybkie łącza WAN 315
u Łącza.
u ISDN.
u Złączyć to razem.
u X.25 i Frame Relay: wszechstronne i efektywne.
u ATM.
u Łączenie sieci LAN: nowe granice.
W poprzednim rozdziale opisano portale sieci LAN – urządzenia używane do przesyłania pakietów i ramek pomiędzy segmentami sieci LAN. Jeśli segmenty te są w odległości od kilkuset do tysiąca kilkuset metrów, można użyć mostów lub routerów i światłowodów, aby połączyć je ze sobą. Jednak wiele organizacji potrzebuje połączyć ze sobą sieci LAN oddalone o tysiące kilometrów. W takich przypadkach prędkość transmisji musi być niższa, a bardzo istotne stają się kwestie finansowe.
Wybór metody łączenia sieci LAN zależy niemal wyłącznie od kosztów. W poprzednim rozdziale wspomniano już, że przesyłanie danych z dużą prędkością na duże odległości jest trudne i drogie. We wszystkich decyzjach dotyczących łączenia sieci LAN konieczne jest równoważenie przepustowości, odległości i kosztu. Ponieważ najczęściej koszt jest najważniejszym czynnikiem w tym równaniu, nie od rzeczy będzie zainwestowanie w droższy sprzęt sieciowy, który umożliwi lepsze wykorzystanie łącza dalekiego zasięgu.
Nośniki transmisyjne umożliwiające łączenie sieci LAN to linie telefoniczne, sieci satelitarne, systemy mikrofalowe, sieci światłowodowe i być może sieci telewizji kablowych. Nośniki te łączą się z sieciami lokalnymi poprzez urządzenia portalowe, którymi najczęściej są routery.
Więcej informacji o routerach i innych portalach sieci LAN można znaleźć w podrozdziale „Rozbudowa i segmentacja sieci” w rozdziale 11.
„Zbyt wiele to za mało!” To hasło obowiązywało architektów wiktoriańskich pod koniec XIX wieku, ale może to być również mantrą osób planujących popyt na szerokość pasma transmisyjnego w sieciach komputerowych pod koniec wieku XX. Jesteśmy już na skraju takiej obfitości – jeśli chodzi o pasmo – jaką mamy w zakresie mocy obliczeniowej. George Gilder, który napisał więcej o wpływie informatycznej rewolucji na szerokość pasma niż ktokolwiek inny, twierdzi, że przepustowość łączy rośnie szybciej niż moc obliczeniowa, którą rządzi prawo Moore’a. Rozwój szerokości pasma to nowe doświadczenie. Koniec okresu niedoborów w zakresie możliwości transmisji wpływa na zmianę konstrukcji sieci, decyzje nabywców i projekt wielu aplikacji.
Od czasów telegrafu w planowaniu możliwości komunikacyjnych obowiązywała zasada, że z trzech przymiotników – szybko, daleko i niedrogo – transmisję mogą opisywać dowolne dwa.
Specjaliści od telekomunikacji robią wszystko, aby lepiej wykorzystać dostępne pasmo. W szczególności wykorzystują oni moc obliczeniową na obu końcach łącza, w celu złagodzenia wpływu prędkości na zasięg i koszt transmisji. Zwiększenie możliwości modemów spowodowało wzrost prędkości analogowych połączeń telefonicznych z 300 bitów na sekundę do 56 kilobitów na sekundę na przestrzeni dwudziestu lat istnienia magazynu Computer Shopper. Zwiększenie prędkości – bez pociągnięcia za sobą zmiany pozostałych dwóch zmiennych – to wyjście z zaklętego trójkąta planowania komunikacyjnego. Dzięki temu wszystkie oszałamiające obietnice handlu elektronicznego i konwergencji mogą się ziścić.
Czytelnicy magazynu Computers Shopper docenią w następnej dekadzie najbardziej widoczne zalety taniego pasma w urządzeniach przenośnych. Przenośne systemy komputerowe i komunikacyjne są ograniczone mocą baterii i możliwościami rozpraszania ciepła. Jeśli pasmo okaże się tanie, konstruktorzy będą mogli przeznaczyć więcej mocy niewielkich urządzeń przenośnych do obsługi interfejsu użytkownika zamiast do obsługi procesów komunikacyjnych. Zapowiadane terminale łączące funkcje telefonu komórkowego i przeglądarki staną się wszechobecnym, niesłychanie ważnym produktem. To dziedzina, w której Microsoft i Intel mają wiele do stracenia.
Wynik przełamania korelacji pomiędzy ceną, prędkością i odległością będzie zaskakujący, jednak prace nad tym trwają już od wielu lat. Tylko jedna z nowych technologii zwiększania prędkości – zwielokrotnienie
proszę się zdecydować czy dla nowych terminów jest używany styl „wyróżnienie”, czy tylko pochyła czcionka
falowe (wave division multiplexing) – jest rzeczywistą nowością. Korzenie innych technologii, w tym ISDN, modemy kablowe, łącza satelitarne czy cyfrowe linie abonenckie (digital subscriber line – DSL) sięgają dziesięciu, a nawet dwudziestu lat wstecz. To „nowinki” techniczne, nad którymi pracowano od dwudziestu lat.
Tak jak w przypadku wszystkich zmian rewolucyjnych, nagłemu wzrostowi przepustowości towarzyszy wiele gwałtownych ruchów. Zmiany są różne w różnych obszarach. Wystarczy zastanowić się nad wzajemnym oddziaływaniem dwóch nowych technologii: modemów kablowych i wirtualnych sieci prywatnych (virtual private network – VPN). Sieci VPN oferują doskonały sposób włączenia prywatnej komunikacji do publicznych łączy transmisyjnych. Sprzęt dla sieci VPN pozwala zaoszczędzić olbrzymie pieniądze oraz oferuje wygodę i uniwersalność, wydzielając prywatne kanały komunikacyjne w całym Internecie lub w podsieciach należących do usługodawcy internetowego. Idea wygląda zachęcająco, ale rewolucje technologiczne mogą pogrążyć się w rzeczywistości biznesowej jak w bagnie.
Sieci VPN w dużych przedsiębiorstwach umożliwiają każdemu uprawnionemu pracownikowi dostęp do Internetu z każdego miejsca, możliwość korzystania z oprogramowania klienckiego do nawiązywania szyfrowanych i zabezpieczonych połączeń VPN oraz zdalnej pracy w korporacyjnej sieci.
Miesięczny budżet korporacji dla dostępu do Internetu z prędkością 4,6 megabita w obu kierunkach może wynosić kilka tysięcy złotych. Można wyobrazić sobie konsternację, kiedy jeden pracownik za pomocą modemu kablowego z abonamentem miesięcznym w wysokości 200 zł. wykorzystuje 100 % drogiego korporacyjnego dostępu do Internetu. Jeśli tylko kilku pracowników korzystających z modemów kablowych spróbuje jednocześnie pobierać nowe wersje oprogramowania, dla innych „drzwi” do Internetu będą zamknięte.
Problemem nie jest jednak nierówny podział pasma, a nieadekwatne ceny. Firmy wykorzystują do dostępu do Internetu łącza dzierżawione T1 (w Europie E1 – przyp. tłum.), które są lukratywną usługą świadczoną przez firmy telekomunikacyjne. Firmy ponoszą koszty z początku lat 90. za technologię z lat 70., podczas gdy pracownicy w domu mają dostęp do technologii nowego tysiąclecia po okazyjnych stawkach. Operatorzy telekomunikacyjni obsługujący linie lokalne nie śpieszą się z adaptowaniem technologii DSL, praktycznej alternatywy dla łączy dzierżawionych, aby nie tracić przychodów z dzierżawy. Organizacje branżowe i spora rzesza firm próbują przełamać ten impas, jednak lokalni operatorzy bronią się wszelkimi siłami.
Najważniejsza technologia, która może pokonać opornych operatorów telekomunikacyjnych, to połączenia bezprzewodowe. Największe nadzieje w tym względzie można pokładać w technologii o nazwie Local Multipoint Distribution Services (LDMS). Częstotliwość 28 GHz wykorzystywana przez LMDS to spore wyzwanie dla konstruktorów, ale może ona udostępnić bardzo szerokie pasmo transmisyjne.
Rosnąca dostępność pasma sprawia, że już nic nie będzie takie jak dawniej! Przyjrzyjmy się zatem bliżej niektórym możliwościom i technologiom.
W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że są dwa rodzaje linii telefonicznych: linie wykorzystywane do publicznych sieci telefonicznych (linie komutowane) i linie dzierżawione, które są dedykowane do długoterminowego użytku prywatnego. Wybranie zamiejscowego numeru telefonicznego powoduje, że komputery w centralach telefonicznych zestawiają tymczasowe połączenie aparatu lokalnego z aparatem o wybranym numerze. W przypadku linii dzierżawionych połączenie ma charakter stały i nie przechodzi przez system przełącznic telefonicznych.
Jak zwykle rzeczywiste produkty rozmywają proste definicje, oferując na przykład obwody w sieci komutowanej, które pozornie wyglądają jak linie dedykowane.
Szerokość pasma, prędkość sygnalizacji i przepustowość
Z prędkością wiążą się trzy bezpośrednie lub pośrednie wielkości: szerokość pasma, prędkość sygnalizacji (transmisji) i przepustowość. Są one ważne, jednak związana z nimi terminologia to przysłowiowy „groch z kapustą”. Prawidłowo szerokość pasma powinna być wyrażana w megahercach. Zależność pomiędzy szerokością pasma a prędkością sygnalizacji jest złożona. Kluczowym czynnikiem w równaniu jest wielkość wyrażana w bitach na megaherc, która wynika bezpośrednio z technologii sygnalizacji. Jako przykład można podać wzrost możliwej prędkości kodowania z 300 bodów do 56 000 bitów na sekundę w tradycyjnej analogowej linii telefonicznej o szerokości pasma około 3 kHz. Z kolei przepustowość jest mierzona jako ilość użytecznych danych, jaką można przesłać przez łącze w ciągu sekundy. W przypadku kompresji przepustowość może być w rzeczywistości wyższa niż prędkość sygnalizacji, ale najczęściej nie jest. W potocznym użyciu wszyscy – nie wyłączając Autora – utożsamiają te terminy ze sobą.
Są to wirtualne sieci prywatne (virtual private network – VPN) oferowane w USA przez AT&T, MCI, Sprint i inne firmy obsługujące linie międzymiastowe. Sieci VPN umożliwiają operatorom telekomunikacyjnym optymalne wykorzystanie systemów telefonii komutowanej i udostępnienie użytkownikom usług równoważnych stałym łączom dzierżawionym.
Standardowych komutowanych łączy telefonicznych można użyć w ten sposób do łączenia oddalonych od siebie sieci lokalnych. Najnowsze szybkie modemy zgodne ze standardem sygnalizacji V.pcm oraz standardem kompresji danych V.42bis umożliwiają przesyłanie na przykład wiadomości poczty elektronicznej z całkiem przyzwoitą prędkością ponad 80 kb/s (kilobitów na sekundę). Inny typ połączeń komutowanych – ISDN – umożliwia przesyłanie danych z prędkością 128 kb/s.
Konkurencja w branży połączeń międzymiastowych w Stanach Zjednoczonych spowodowała spadek cen komutowanych usług międzymiastowych, więc wykorzystanie takich połączeń do łączenia sieci LAN to praktyczna alternatywa dla wielu organizacji. Codzienne, kilkugodzinne połączenie międzymiastowe pomiędzy routerami lub mostami w celu aktualizacji bazy danych lub programów użytkowych w sieci LAN to w USA rozwiązanie praktyczne i ekonomiczne. Jednak w wielu innych krajach połączenia międzymiastowe są wciąż drogie, a w niektórych przypadkach stan łączy nie pozwala na efektywne przesyłanie danych z dużą prędkością.
Więcej informacji o wykorzystaniu modemów do połączeń komutowanych można znaleźć w podrozdziale „Podstawy modemów” w rozdziale 15.
Dzierżawa linii telefonicznych jest poważnym biznesem firm telekomunikacyjnych od lat 30., ale w Stanach Zjednoczonych sytuacja stała się bardziej złożona po postanowieniu sądu o podziale Bell Telephone System i decyzji Computer II FCC. Obydwa akty prawne stworzyły warunki konkurencji na rynku telefonii międzymiastowej. W rezultacie w wielu regionach USA konkurencja w zakresie usług telekomunikacyjnych objęła wszystkie poziomy usług. Najczęściej klient może wybierać spośród dwóch lub nawet czterech operatorów komórkowych, tuzina operatorów międzymiastowych i przynajmniej dwóch operatorów lokalnych.
Osoba, która chciałaby w USA wydzierżawić stałe łącze poza granice stanu, może być w tym celu zmuszona do koordynowania współpracy trzech różnych firm, aby uzyskać łącze, linię lokalną od sprzętu operatora do własnej siedziby oraz niezbędne urządzenia końcowe.
Mimo to często czas oczekiwania na linię dzierżawioną nie przekracza kilku dni, najdalej kilku tygodni od złożenia zamówienia. Jednak w niektórych regionach wymagane są dodatkowe studia na technicznymi warunkami przyłączenia, które mogą wydłużyć czas oczekiwania do wielu tygodni.
W krajach poza USA pakiet usług związanych z dzierżawą linii uzyskuje się najczęściej od jednej firmy – zwykle monopolisty – jednak powszechnie zdarza się, że trzeba czekać na zamówione usługi miesiącami.
Linie dzierżawione na potrzeby transmisji danych są dostępne w różnych klasach usług. Klasa usług odnosi się do prędkości, z jaką mają być transmitowane dane poprzez linie dzierżawioną. Dzierżawione linie danych są specjalnie konfigurowane – „kondycjonowane” – do transmisji danych w kilku zakresach prędkości.
Firmy oferujące usługi międzymiastowej transmisji danych w USA często nazywa się operatorami między-centralowymi (inter-exchange carriers), ponieważ obsługują zwykle łącza biegnące pomiędzy głównymi centralami telefonicznymi. Firmy, które oferują usługi transmisji pomiędzy budynkami biurowymi i mieszkaniami a centralami to operatorzy lokalni (local carriers). W krajach poza Stanami Zjednoczonymi operatorów tych najczęściej nie rozróżnia się. Operatorem międzycentralowym, podlegającym specjalnym regulacjom jest AT&T. Cenniki, czyli „taryfy” tej firmy pozostają pod kontrolą Federalnej Komisji ds. Komunikacji (Federal Communications Commission – FCC). Inni operatorzy międzymiastowi, jak MCI i Sprint, nie muszą rejestrować planu publicznych taryf, ale ich stawki są niemal zawsze konkurencyjne w odniesieniu do publikowanych stawek publicznych AT&T.
Pomiędzy dwoma punktami możliwa jest dzierżawa obwodów dostosowanych do transmisji z prędkościami od 2 500 bitów na sekundę (b/s) do ponad 45 megabitów na sekundę (Mb/s). Podstawową jednostką transmisji używaną przez inżynierów do określenia usługi oraz przez sprzedawców do określania ceny jest kanał T1. Kanał T1 może przesyłać strumień danych z prędkością 1,544 Mb/s i jest zgodny z pewnymi charakterystykami technicznymi dla sygnalizacji i zakończenia obwodów.
Możliwe jest zestawienie kanału T1 do przesyłania danych w kompleksie budynków lub w obrębie dużego budynku. Jednak projektanci sieci i menedżerowie myślą najczęściej o kanale T1 jako usłudze przesyłu danych na setki i tysiące kilometrów poprzez linie dzierżawione. AT&T i inni operatorzy pobierają miesięczną opłatę w wysokości około 5 000 USD za dedykowaną linię T1 od długości 1 000 mil (to jest około 1 600 km, dla porównania, według cennika TP SA łącze dzierżawione o długości 300 km i przepustowości 2 Mb/s – tak zwany kanał E1 – kosztuje miesięcznie około 25 000 zł wraz z podatkiem VAT – przyp. tłum.). Łącze T1 o długości tylko 500 mil wciąż kosztuje około 3 000 USD, ale ta sama usługa na dystansie 2 000 mil kosztuje już tylko 8 000 USD, a więc o 20 % mniej za milę niż dla odległości 1 000 mil. Ogólny wzór wygląda tak: koszt = abonament miesięczny + (stawka za kilometr x liczba kilometrów).
Jeśli jest taka potrzeba, dostępne są nawet szybsze usługi transmisji, jednak nie są one tanie. Tak zwane łącze T3 o przepustowości 45 Mb/s kosztuje ponad 50 000 USD miesięcznie dla dystansu 1 000 mil.
Oprócz opłat za linię dzierżawioną, można się również liczyć z miesięcznymi opłatami rzędu kilkuset dolarów za połączenie pomiędzy siedzibą firmy a urządzeniami operatora między-centralowego, a także za urządzenia końcowe.
Możliwe jest wykorzystanie całkowitej pojemności obwodu T1 do połączenia dwóch segmentów sieci LAN, jednak urządzenia końcowe pozwalają najczęściej na podzielenie obwodu na kilka części. Na przykład jeden kanał dla transmisji głosowej wymaga przepustowości 64 kb/s. W przypadku dzierżawy obwodu T1 pomiędzy różnymi filiami organizacji, można wydzielić 12 kanałów dla połączeń telefonicznych pomiędzy centralami firmowymi, które pochłoną 768 kb/s z całkowitej pojemności 1,544 Mb/s, zaś pozostałe 768 kb/s użyć do połączenia segmentów sieci LAN poprzez router lub most na każdym końcu łącza.
Na marginesie należy wspomnieć, że AT&T koduje w strumieniu danych pewne informacje kontrolne, więc oferuje swoim klientom kanały o pojemności 56 kb/s, jednak stara się powiększyć ich pojemność do „przepisowych” 64 kb/s. Trzeba również wiedzieć, że kilka firm oferuje sprzęt umożliwiający kompresję transmitowanego głosu w kanały 32 kb/s, a nawet 16 kb/s, co sprzyja ekonomiczniejszemu wykorzystaniu przepustowości linii T1. Możliwe jest nawet użycie kanałów 8 kb/s do transmisji głosu, chociaż uzyskiwana jakość odbiega daleko od pojemniejszych kanałów 16 i 32 kb/s. Pomimo tego są firmy, które używają właśnie takiego rozwiązania.
Pojawiają się co prawda pewne problemy ze zmianami przydziału pasma do transmisji głosu i danych, ponieważ te dwie usługi mają różną tolerancję błędów i opóźnień, jednak wiele organizacji na bieżąco równoważy wykorzystanie linii T1 na p...
mgram