Устройство сети

Устройство сети. Топология сети кабельного телевидения имеет древовидную графа без циклов структуру. В узлах дерева не листьях, т. е. на головных станциях операторов, располагаются оконечные системы кабельных модемов Cable Modem Termination System, CMTS , а на его листьях, т. е. в доме или на квартире у подписчиков, находятся собственно кабельные модемы.

Связывающая их инфраструктура представляет собой коаксиальную или гибридную Hybrid Fiber-Coaxial, HFC сеть. ма УМ ЧР УД HUB РС РС Рис. 10 Общая топология сети ГС КТВ- Головная станция кабельного телевидения ГС INTERNET- Головное оборудование передачи данных включает в себя - Головной модем - Транслятор - Маршрутизатор - WEB, Mail серверы ОМ- Ответвитель магистральный УМ- Усилитель магистральный УД- Усилитель домовой ЧР- Частотный разделитель LCP- Кабельный модем УАР- Оконечное устройство для подключения абонентов кабельного телевидения РС- Рабочая станция абонента компьютерной сети ТВ- телевизионные приемники абонентов кабельной сети На рисунке 10 показан только один сегмент сети. Остальные сегменты подключаются к магистрали аналогично через магистральные ответвители.

С противоположной стороны кабельные модемы подключаются к оборудованию в помещении заказчика HUBу. Таким оборудованием является обычно одиночный ПК. Вообще говоря, кабельные модемы позволяют обеспечить доступ в Internet и для небольшой домашней сети. Наиболее популярным интерфейсом для подключения ПК является Ethernet на 10 Мбит с. Оконечная система на головной станции передает поступающие от кабельных модемов запросы на маршрутизатор IP. От него же она получает данные для передачи абонентским устройствам.

Такая передача осуществляется в широковещательной рассылке, и каждый из модемов извлекает предназначенные для него данные.

При передаче данные объединяются с телевизионными сигналами. CMTS HUB и маршрутизатор составляют минимальную сетевую конфигурацию для передачи данных на головной станции вместе они называются распределительным концентратором Distribution Hub. Кроме того, на головной станции могут располагаться кэширующие серверы для ускорения предоставления информационного наполнения и снижения нагрузки на магистральные каналы доступа. Разрабатываемую сеть планируется развернуть в микрорайоне Заречный.

Сеть КТВ охватывает в микрорайоне 5 тыс. квартир. Она имеет три ветки, каждая - протяженностью до 3 км. Максимальное число магистральных усилителей на одной ветке - 7, расстояние между ними - около 350 м. Используется магистральный кабель разных типов PK-75-17, PK-75-19, PK-75-24, Sat-703, RG-11 и др. В сети используются магистральные и домовые усилители преимущественно серии 300 соответственно УМ-311 и УД-311 . Еще до начала эксплуатации сети большинство ее магистральных усилителей поддерживало обратный канал.

Напротив, почти все домовые усилители его не обеспечивали, поскольку для трансляции программ КТВ он был не нужен. Сейчас производится постепенная реконструкция сети и устанавливаются усилители фирмы Hirshman 800 MГц с обратным каналом. Для организации интрасети на инфраструктуре КТВ как замечалось выше были выбраны кабельные модемы серии LANcity компании Bay Networks. Для передачи данных используются два телевизионных канала на несущих 227 MГц прямой канал и 24 MГц обратный канал. В каждом их них задействуется полоса 6 МГц. Модемы LANcity обеспечивают быстродействие в обоих направлениях до 10 Мбит с, т.е. являются симметричными.

Аппаратная часть системы передачи данных по сети КТВ включает в себя головное оборудование и хотя бы один пользовательский модем. Головное оборудование состоит из головного модема LCb и транслятора LCt. Головной модем рассчитан на обслуживание 2000 пользователей и подключается к маршрутизатору или компьютеру по интерфейсу AUI, а к транслятору - при помощи коаксиального кабеля.

Этот модем может использоваться и как пользовательский корпоративный модем. Настройка режима его работы в качестве головного или пользовательского модема осуществляется при помощи программного обеспечения. Транслятор служит для связи головного модема с сетью КТВ. Он включает в себя усилитель и конвертор частот прямого и обратного каналов. Головное оборудование передачи данных подключается параллельно ГС кабельного телевидения до первого магистрального усилителя. рис. 10 Необходимо также специальное ПО, одной из функций которого является формирование конфигурационных файлов для пользовательских модемов.

В состав ПО входит также SNMP-менеджер, поскольку по этому протоколу осуществляется управление оборудованием и его диагностика. ПО поддержки SNMP входит в комплект поставки. В настоящее время один пользовательский модем LCP компании Bay Networks способен обслуживать до 16 пользователей.

Подключение абонентов осуществляется следующим образом непосредственно после выхода домового усилителя устанавливается разветвитель на две ветки, одна из которых уходит на домовую телевизионную разводку, а вторая - на кабельный модем. рис. 10 При помощи витой пары к последнему подключен концентратор. Далее домовая разводка системы передачи данных осуществляется при помощи витой пары или коаксиального кабеля. При этом учитываются ограничения на дальность связи, которые накладывает протокол Ethernet.

Как правило, устанавливается один кабельный модем на многоквартирный дом или группу близлежащих домов. Во втором случае промежуток между домами преодолевается по воздуху - с помощью коаксиального кабеля. Другими словами, в доме нескольких домах строится локальная сеть ЛС Ethernet, а кабельный модем служит коллективным устройством доступа в сеть КТВ, которая, в свою очередь, позволяет решить проблему последней мили. Для предоставления услуг доступа в Internet необходимо проложить магистраль до первичного провайдера. В качестве первичного провайдера выступает компания УралРелком, которая выделяет 10Мб канал для доступа в Internet.

На начальном этапе предлагается установить сервер на основе windowsNT, который будет выполнять функции Web- сервера,Mail-сервера и первичного концентратора, подключить к нему головной кабельный модем, сетевую карту, и установить соответствующее программное обеспечение. Далее потребуется компьютер - маршрутизатор для которого на начальном этапе достаточно конфигурации 486 32mb озу,2 сетевые карты, без винчестера и монитора.

На период инсталляции Freesco см. ниже можно взять монитор с windowsNT сервера, дальнейшая работа маршрутизатора будет осуществляться с дискеты. Маршрутизатор предлагается соединить с winNT сервером при помощи витой пары одна сетевая карта на маршрутизаторе и сетевая карта на winNT сервере необходимы именно для этой цели, вторая же сетевая карта на маршрутизаторе предназначена для подключения к более крупному провайдеру. Далее будет необходимо соединить головной кабельный модем с телевизионной сетью.

Для организации обратного канала необходимо настроить усилители обратного сигнала. После чего остаётся подключение компьютеров пользователей к сети КТВ при помощи кабельных модемов. Минимальные требования к компьютеру пользователя это процессор не ниже 486, 4Мб ОЗУ, любой монитор и установленная Ethernet карта. Если на компьютере пользователя установлена O.С. windows9x windowsNT windows2000, то необходимо будет сконфигурировать лишь tcp ip настройки OS так как предполагается использование модемов компании BayNetworks, которые обладают интерфейсом plug and play и модем будет найден сразу после включения и перезагрузки. В случае же систем на базе Linux а так же dos, ещё перед этим некоторые временные затраты вызовет настройка драйверов, хотя и в этих O.С. работа с кабельным модемом возможна, более того в последних версиях пакетов уже включена поддержка кабельных модемов, и перекомпиляция ядра будет произведена автоматически. 4.4 Настройка сети 1. Сборка схемы на столе, без использования кабельных усилителей.

Необходимо добиться загрузки головного и пользовательского модемов, понять принцип работы оборудования. 2. Добавление к схеме кабельного усилителя.

Этот этап позволяет понять, как влияют параметры прямого и обратного каналов на работу кабельных модемов. 3. Установка головного оборудования на линию и подключение пользовательского модема непосредственно после первого магистрального усилителя. 4. Настройка линии сети КТВ в соответствии с требованиями, выявленными на втором этапе. 5. Установка кабельного модема на выбранном участке линии, тестирование, подстройка в зависимости от условий работы.

Первый этап занял у нас около трех дней, поскольку пришлось повозиться с программным обеспечением, поставляемым вместе с оборудованием. Данное ПО рассчитано на Windows 95 и включает в себя утилиту формирования конфигурационных файлов для пользовательских модемов, серверы DHCP и TFTP. Оказалось, что ПО работает только если не пытаться изменять параметры системы вручную. Впоследствии мы отказались от использования этого ПО и перевели обслуживание модемов на Windows NT о чем говорилось выше. Второй этап не принес особых неожиданностей, однако пропускать его нельзя.

В противном случае будет очень сложно понять, что нужно сделать с усилителями на линии. Успешно завершив этот этап, можно представить последовательность усилителей на линии как один усилитель, у которого требуется правильно отрегулировать параметры работы.

Третий этап, по моему мнению, самый сложный. Дело в том, что для кабельных модемов допуски по уровням сигналов в прямом и обратном каналах лежат в достаточно широком диапазоне, но для реальной линии необходимо найти нужный баланс значений ослабления сигнала с помощью аттенюаторов. У нас основные проблемы были связаны с наличием помех в телевизионных каналах, а также с плохой работой головного модема при низком номинале ослабления сигналов в обратном канале.

Этот процесс отнимает довольно много времени, так как изменения в настройках требуют тестирования на протяжении нескольких дней. Сложности, возникшие на четвертом этапе, были связаны с отсутствием измерительного оборудования и методики регулировки обратного канала для целей КТВ он используется нечасто. Для регулировки обратного канала пришлось собрать генератор, работающий на частоте 27 MГц тот минимум, который может измерить наше оборудование. Напомню, модемы у нас работают на частоте 24 -3 MГц, что внесло дополнительные погрешности в измерения.

Пятый этап обычно не представляет сложности при правильном выполнении предыдущих действий. Кроме того, если модем загрузился хотя бы один раз, на его дисплее можно увидеть параметры прямого и обратного каналов кабельной линии и произвести необходимую регулировку. Весь процесс тестирования занял у нас около полугода. Однако можно сказать, что он продолжается до сих пор коммерческая эксплуатация позволяет проверить надежность сети, а кроме того, обеспечивает круглосуточный мониторинг ее состояния со стороны пользователей, чего невозможно добиться с помощью одного пользовательского модема.

Следует признать, что оборудование работает достаточно надежно. Модемы выдерживают изменение уровней сигнала в кабельной сети на 4-6 дБ. В тех случаях, когда связь все-таки прерывается, модемы перезагружаются автоматически. Этот процесс осуществляется практически незаметно для абонентов цикл загрузки пользовательского модема составляет около 30 с, после чего связь восстанавливается. 4.5 Программное обеспечение 5 WEB-серверы В настоящее время существует огромное количество всевозможных web-серверов, для всевозможных операционных систем, и с различными возможностями, сводные характеристики некоторых из них приведены в Таблице 2 Таблица 2 да нет Apache 1.1.3 Internet Connection Secure Server 4.1 Lotus Domino 4.5a Luckman s Web Commander 1.0 Microsoft Internet Information Server 3.0 Netscape Enterprise Server 2.01 Netscape FastTrack Server 2.01 Novell Web Server 3.0 WebSite Professional 1.1 WebStar 2.0.2 Цена, рекомендуемая изготовителем, долл. Бесплатно 295 995 редакция для одного процессора 249 Бесплатно при использовании windows nt 1 295 295 Поставляется вместе с IntranetWare 499 799 Виртуальные серверы - Автоматическое перенаправление URL Несколько портов Масштабирование на несколько процессоров Браузер Перенаправление URL на другие серверы - Работает как промежуточный сервер Встроенный процессор поиска Отключение индексации каталогов Агент SNMP Авторские инструменты HTML Утилита построения навигационных карт Инструменты управления узлами Web HTTP 1.1 Put Настройка и управление Управление Web-сервером С консоли сервера Web-браузера Утилита контроля производительности отслеживает Текущие соединения Запросы CGI и другие API-запросы Байты переданные принятые Файлы конфигурации сохраняются в Реестре каталоге N A 1 N A1 N A1 N A1 Протоколирование Стандартный формат регистрационного журнала CERN NCSA Инструменты составления отчетов Регистрация попыток доступа обращений к страницам Настраиваемые файлы регистрации Регистрация в базах данных ODBC SQL Записи в журнале выполняются CGI-сценариями Записи с идентификацией браузера Безопасность Пароль Опознание по методу запрос-ответ - Совместимость с SSL v.3 Управление доступом средствами ОС Управление доступом средствами сервера - Контроль за доступом по имени домена IP-адресу Контроль за доступом к документам Контроль за доступом к фрагментам документов Создание личных сертификатов Сценарии и мастера для создания сертификатов - Разработка прикладных программ CGI WinCGI N A 1 N A1 N A1 N A1 Java JavaScript на стороне сервера ISAPI NSAPI Прочие API Нет ISAPI ICAPI, Notes API Нет Active Server Pages, ActiveX, ADO Session Management, Database access Session Management, Database access Нет WSAPI W API Средства SSI Server Side Includes - Техническое обслуживание и сопровождение Оперативная техническая помощь Бесплатные консультации по телефону NA2 Пользователь управляет сервером Lotus Domino с клиентского ПК. N A 1 - неприменимо.

Данная характеристика свойственна лишь программам на базе Windows.

N A 2 - неприменимо.

Пакет Apache не содержит средств телефонии.

Проанализировав эту таблицу можно сделать вывод, что наименьшим отношением цена качество обладает Microsoft IIS, именно эта программа рекомендуется для будущей сети. Mail-серверы Современные требования, предъявляемые к ПО электронной почты, не ограничиваются только необходимостью обеспечения передачи сообщений.

Электронная почта должна обеспечить выполнение одновременно несколько функций, или другими словами, она должна быть многокомпонентным программным продуктом. Проведем сравнения возможностей и характеристик программных продуктов Lotus Domino 4.6, Microsoft Exchange 5.0, Novell Groupwise 4.x и Netscape.

В первую очередь, современная почта должна быть многофункциональной и надежной.

Лучшую надежность можно получить при использовании технологии клиент-сервер. Многофункциональность обеспечивается наличием встроенных в продукт таких характеристик, как планирование мероприятий органайзер, ведение дискуссий или хотя бы общих папок, возможность работы с библиотеками документов и прозрачный режим работы из Internet через Web-browser.

В таблице 3 приведены о наличии этих характеристик в сравниваемых продуктах.

Таблица 3. Характеристики программ современной электронной почты Lotus Domino 4.6 Microsoft Exchange 5.0 Novell Groupwise 4.x или 5 Netscape Mail 3.0 Архитектура клиент-сервер - Календарное планирование - Отдельный сервер Ведение дискуссий общие папки Только в 5ой версии Отдельный Collabra сервер Ведение библиотек документов Отдельный Enterprise сервер Автоматическое получение Web-страниц на сервере На основе этой таблицы, а так же многочисленных заявлениях экспертов в различных компьютерных журналах посвящённых этой проблеме, можно сделать вывод, что Lotus Domino является наиболее функциональной программой в этом роде, она не только ни в чем не уступает своему основному конкуренту MS Exchange, но и по значительному числу параметров превосходит его. Исходя из этого выбираем для планируемой сети Lotus Domino.

Маршрутизатор В настоящее время существует огромное количество всевозможных маршрутизаторов, как аппаратных, так и программных, из всего этого многообразия хотелось бы особое внимание уделить пакету программ Freesco www.freesco.org, преимущества этого пакета состоят в том, что во- первых это операционная система на базе ядра Linux была разработана исключительно для маршрутизирования, а как следствие легкость в настройке и малые системные требования, во вторых это свойственная системам на базе Linux надёжность в сетевой сфере, в- третьих это поддержка данной OS кабельных модемов.

Сам по себе пакет программ является абсолютно бесплатным, а его полная готовая к работе версия занимает одну 1.44 mb дискету.

Именно Freesco и выбираем в качестве маршрутизатора для будущей сети. Обеспечение авторификации 14 Как дополнительное расширение будущей сети предлагается усовершенствовать её при помощи возможности авторификации пользователей сети, из-за аппаратной сложности реализации подобных алгоритмов предлагается использовать специальное программное обеспечение, а именно, алгоритма доказательств с нулевым знанием ZKP Метод ZKP основан на том, что проверяющий знает всегда только половину информации.

Конечно, при таком условии нельзя быть уверенным в том, что человек тот за кого он себя выдает. Но проверяющий каждый раз может спросить любую часть информации, причем несколько раз. Рассмотрим данный метод на примере графов. Граф - конечная совокупность точек, называемых вершинами некоторые из них соединены друг с другом линиями, называемыми ребрами графа. Простейший вид графа - это города соединенные дорогами на карте.

У некоторых графов есть гамильтонов цикл - это способ соединения всех вершин графа одной кривой, проходящий по его ребрам и не проходящий через одну вершину дважды. Допустим, проверяющему показали гамильтонов цикл графа, но он не знает от какой точки к какой идти, если проверяющий убедился в том, что у проверяемого нужный граф, то он не видит гамильтонов цикл, так как у графа изменились координаты точек. Каждый вопрос будет понижать шансы на случайный ответ. Сначала, вероятность угадать, равна 1 2, потом 1 4 и через сто вопросов вероятность упадет до 1 2100. Если человек не знает правильного графа и гамильтонова цикла, то ему будет практически невозможно ответить на все вопросы ни разу не ошибавшись, а проверка заканчивается при первой же ошибке. Как происходит проверка? Допустим, некоторый компьютер А устанавливает подлинность представления удалённого компьютера Б . У компьютера Б есть граф, для которого ему известен гамильтонов цикл. Сначала компьютер Б посылает граф, который получился из проверочного случайным переименованием вершин.

Компьютер А случайным образом выбирает, какую информацию он хочет проверить, совпадение этого графа с тем, что у него есть, или известность компьютеру Б гамильтонова цикла для этого графа.

Предположим, что компьютер б хочет убедиться в совпадении этого графа с тем, что есть у него и посылает об этом сообщение компьютеру Б, компьютер Б в свою очередь посылает компьютеру А информацию о том, каким образом надо переименовать вершины графа, чтобы получился исходный.

Если подобное преобразование действительно переведет граф в исходный, то компьютер А считает, что на этот вопрос он получил правильный ответ и продолжает проверку. Далее компьютер Б снова посылает граф, на этот раз, переименовав вершины по-другому случайным образом. Пусть в этот раз компьютер А выбрал, что хочет узнать гамильтонов цикл, тогда компьютер Б посылает последовательность имен вершин, которая в измененном графе действительно является гамильтоновым циклом.

Таким образом, после некоторого числа подобных шагов, компьютер А убеждается, что компьютер Б действительно тот, за которого себя выдаёт, отметим, что при этом компьютер А не сможет сам представится компьютером Б, ведь он так и не узнал гамильтонова цикла для исходного графа, а гамильтонов цикл найти для граф с десятью вершинами уже не просто, а если у графа 100 вершин то это уже почти невозможно. А если вершин 1000, то подбор гамильтонова цикла на современном компьютере займет несколько сотен лет. Как же генерируются проверочные графы? Пусть в начале есть граф на 1000 вершин, где n-ая вершина соединена с n 1, а 1000 с 1, теперь случайным образом переименуем вершины, и запомним теперь для этого графа гамильтонов цикл далее для каждой пары вершин с вероятностью 34 будем соединять ребром, в конце данной процедуры получим граф, для которого мы знаем цикл и в то же время, найти его кем-то другим не представляется возможным.

Чтобы показать вам всю сложность нахождения гамильтонова цикла рассмотрим граф из семи точек, приведенный на рисунке ниже. Если попытаться самому придумать гамильтонов цикл, то на это уйдет от 30 минут до нескольких часов.

Рис. 11 Гамильтонов цикл На рисунке показан граф с 7 вершинами сплошные линии - гамильтонов цикл для данного графа пунктир ребра, по которым не прошла кривая гамильтонова цикла. При возможной реализации проекта, можно будет написать подобное программное обеспечение. 6.