Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

На этом мы закончим наш краткий обзор архитектуры Интернета. Впереди еще много разделов, посвященных изучению отдельных компонентов этого вопроса: проектирования, алгоритмов, протоколов. Еще один момент, стоящий упоминания, — изменение понятия «быть в Интернете». Мы привыкли, что машина находится в Интернете, если: (1) выполняется стек протокола TCP/IP; (2) у нее имеется IP-адрес; и (3) она может пересылать IP-пакеты другим машинам в Интернете. Однако провайдеры часто повторно используют IP-адреса, в зависимости от того, какие компьютеры работают в настоящее время, и домашние сети часто совместно задействуют один IP-адрес для нескольких компьютеров. Эта практика подрывает второе условие. Меры по безопасности, такие как брандмауэры, могут также частично заблокировать компьютеры от получения пакетов, подрывая третье условие. Несмотря на эти трудности, имеет смысл расценивать такие машины, как находящиеся в Интернете, в то время как они соединены со своими провайдерами.

Хочется напоследок отметить еще один нюанс: некоторые компании, объединяющие свои внутренние сети, часто используют те же технологии, которые используются в глобальной сети Интернет. Доступ к данным этих интрасетейобычно ограничивается пределами компании или ноутбуками, принадлежащими компании, но во всем остальном это тот же самый Интернет, только в миниатюре.

1.5.2. Мобильная телефонная сеть третьего поколения

Люди любят говорить по телефону даже больше, чем путешествовать на просторах Интернета, и это сделало мобильную телефонную сеть самой успешной сетью в мире. Количество абонентов уже превысило четыре миллиарда — это примерно 60 % населения Земли и больше чем количество интернет-узлов и стационарных телефонных линий (ITU, 2009). За последние 40 лет сеть мобильной связи очень разрослась, а ее архитектура сильно изменилась. Системы первого поколения передавали голосовые вызовы в виде непрерывных (аналоговых) сигналов, а не как последовательность битов. Система AMPS (Advanced Mobile Phone System), развернутая в Соединенных Штатах в 1982 году, была самой популярной системой первого поколения. Системы второго поколения перешли на передачу голосовых вызовов в цифровом виде, что увеличило пропускную способность, повысило безопасность и позволило осуществлять обмен текстовыми сообщениями. GSM (Глобальная система мобильной связи) была развернута с 1991 года и стала наиболее широко используемой системой мобильной телефонной связи в мире, относится к системам 2-го поколения.

Третье поколение, или 3G-системы, были развернуты в 2001 году. Они предлагают как цифровую передачу голоса, так и широкополосную цифровую передачу данных. В 3G-системах используется множество различных стандартов. ITU (который мы обсудим в следующем разделе) утверждает, что 3G должен обеспечивать скорость передачи данных не менее 2 Мбит/с для неподвижных или идущих пользователей и 384 Кбит/с при перемещении в транспортном средстве. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), также названный WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), является основной 3G-системой, которая быстро развертывается во всем мире. Она может обеспечить до 14 Мбит/с для входящей и почти 6 Мбит/с для исходящей информации. Следующие версии 3G-системы будут использовать комплексы антенн и передатчиков, чтобы предоставить пользователям еще большие скорости.

Наиболее критичный ресурс в системах 3G (как и в более ранних 2G- и Ю-сис-темах) — ограниченность полосы радиочастот. Правительства предоставляют операторам мобильных сетей права на использование частотных диапазонов, для этого могут проводиться аукционы, на которых заинтересованные лица делают ставки. Лицензирование частотного диапазона облегчает разработку и управление системами, так как никто больше не может получить разрешение передавать на этих частотах, но обходится достаточно дорого. В Великобритании в 2000 году, например, пять лицензий 3G ушли с аукциона за сумму около $40 млрд.

Дефицит частотного диапазона привел к появлению схемы сотовой связи, показанной на рис. 1.27, которая используется сейчас в мобильных сетях. Чтобы снизить вероятность возникновения радиопомех между пользователями, зона охвата разделена на ячейки сот. В пределах ячейки пользователям назначаются каналы, не затрагивающие друг друга и не вызывающие проблем для смежных ячеек. Таким образом обеспечивается эффективное использование спектра и повторное использование частотных диапазонов в соседних ячейках, что увеличивает пропускную способность сети. В системах первого поколения, которые передавали каждое голосовое сообщение в определенном диапазоне частот, приходилось тщательно выбирать частоты, чтобы не возникало конфликтов передачи данных в соседних ячейках. Одна частота могла использоваться в группе соседних ячеек только однократно. Современные 3G-системы позволяют каждой ячейке использовать полный диапазон доступных частот, обеспечивая при этом удовлетворительную работу соседних ячеек. Существует множество способов построения отдельных ячеек, например с использованием направленных и секторных антенн, позволяющих уменьшить взаимное влияние ячеек, но основная идея — одна и та же.

Рис. 1.27.Схема сотовой сети мобильных телефонов

Архитектура мобильной сети сильно отличается от Интернета. Мобильную сеть можно разделить на несколько блоков, как показано в упрощенной схеме архитектуры UMTS (рис. 1.28). Первый блок — радиоинтерфейс — название протокола радиосвязи, который используется при беспроводной передаче данных между мобильным устройством (например, сотовый телефон) и сотовой базовой станцией. Совершенствование радиоинтерфейса за прошлые десятилетия очень увеличило скорость беспроводной передачи данных. Радиоинтерфейс UMTS основан на множественном доступе с кодовым разделением каналов (CDMA, Code Division Multiple Access), метод, который мы изучим в главе 2.

Сотовая базовая станция вместе с контроллером формирует сеть с радиодоступом. Этот фрагмент схемы — беспроводная сторона сети мобильных телефонов. Узел контроллера или RNC (Radio Network Controller, контроллер радиосети) управляет использованием спектра. Базовая станция обеспечивает радиоинтерфейс (так называемый «узел B»).

Остальная часть сети передает трафик в сеть с радиодоступом. Ее называют базовой сетью (core network). Базовая сеть UMTS происходит от базовой сети GSM, используемой в 2G-racreMax предыдущего поколения. Однако в базовой сети UMTS есть много интересных нюансов.