Спутниковый Интернет – шаг за шагом

0. Введение – способы спутникового доступа в Интернет
1. Спутник – диапазоны и зоны покрытия
2. Оператор – параметры несущей и кодирование сигнала
3. Идентификация услуги – PID
4. Идентификация абонента – MAC-адрес и IP-адрес
5. Маршрутизация трафика – “по земле” и “через космос”
6. Скорость передачи данных – задержки, протоколы, акселераторы

Эта статья не содержит конкретных рекомендаций и примеров по выбору, установке и настройке оборудования спутникового Интернета. В ней излагаются общие принципы для тех, кто хочет понимать, как всё это работает, что значат и для чего нужны те параметры и настройки, которые нужно делать при подключении.

Более подробные описания отдельных услуг, рекомендации по выбору оборудования, информацию о том, как подключить спутниковый Интернет, о его установке и настройке вы можете найти на нашем сайте, в Интернете, в документации к оборудованию.

0. Введение – способы спутникового доступа в Интернет

Существует два способа организации спутникового Интернета. Один из них можно назвать “симметричным”, при этом спутниковые каналы используются и для передачи информации в Интернет, и для получения информации из Интернета. При другом – “ассиметричном” – способе доступа спутниковый канал используется только для приема информации из Интернета, а для передачи нужен отдельный “наземный” канал – то есть, хоть какой-то способ попасть в Интернет уже должен быть доступен.

Асимметричный доступ в Интернет

Асимметричный доступ не требует дорогого и сложного оборудования и достаточно дешев в установке. Всё, что для него требуется, это:

  • Антенна спутникового приема. Такая же сравнительно легкая и дешевая металлическая “тарелка”, что и для приема спутникового ТВ.
  • Устанавливаемый на антенну усилитель-конвертер (именуемый также МШУ или LNB – то есть ”малошумящий усилитель”). Опять же аналогичный тому, что используется для ТВ-приема, дешевый, компактный и простой в установке.
  • Плата спутникового приема, устанавливаемая в компьютер. При установке на компьютере соответствующего программного обеспечения может использоваться и для приема спутникового ТВ-вещания (но не одновременно с приемом данных спутникового Интернета).
  • Какое-нибудь существующее наземное подключение к сети Интернет. Как правило, асимметричный спутниковый Интернет имеет смысл в том случае, когда существующее наземное подключение слишком медленное и/или слишком дорогое, например, GPRS/EDGE, CDMA, доступ по телефонной линии с помощью аналогового модема, а иногда и подключения ADSL и Wi-Fi. При этом надо помнить, что характеристики получаемой услуги спутникового доступа зависят не только от спутникового, но и от наземного канала. При нестабильном и некачественном наземном канале падает и уровень услуги в целом.

В то же время, схема взаимодействия абонентов асимметричного доступа с оператором спутниковой связи и получения ими доступа в Интернет достаточно сложна в реализации и настройке и требует некоторого понимания используемых спутниковых и сетевых технологий. Значительная часть этой статьи посвящена как раз этим особенностям. Очевидно также, что асимметричный доступ применим при получении данных из Интернета (веб-сёрфинга, закачки файлов и т.п.), когда “исходящий” трафик по медленной и дорогой наземной сети в десятки раз меньше, чем “входящий” через спутниковый канал. В тех же случаях, когда требуется передавать большие объемы информации, асимметричный доступ неэффективен.

Симметричный доступ в Интернет

При симметричном доступе у абонента должно быть установлено достаточно дорогое и сложное приемо-передающее оборудование. Оно включает:

  • Спутниковую антенну, обычно диаметром от 1,2 метра, существенно более тяжелую, громоздкую и дорогую, чем телевизионные “тарелки” того же размера.
  • Устанавливаемые на антенне усилитель-конвертер (LNB) и передатчик (BUC).
  • Терминал спутниковой связи, выполняющий функции приема и передачи спутникового сигнала и маршрутизации трафика Интернет. Компьютеры абонентов подключаются к спутниковому терминалу через порт Ethernet, к одному терминалу одинаково легко может быть подключен как один компьютер, так и целая сеть.

Стоимость оборудования симметричного доступа в десяток и более раз выше, чем для асимметричного, его установка и настройка требует довольно высокой квалификации, и, как правило, осуществляется квалифицированными специалистами за отдельную плату. Стоимость трафика для симметричного доступа также выше, поскольку дорогой спутниковый ресурс используется “в две стороны”, для приема и для передачи трафика. При этом – по технологическим причинам – “запросный” канал, то есть тот, по которому передается трафик от абонента в Интернет, – оказывается медленнее и дороже, чем тот, по которому передается информация к абоненту из Интернета.

В то же время симметричный доступ не требует для установки ничего, кроме наличия электропитания, позволяет как принимать, так и передавать большие объемы трафика с достаточно высокой скоростью, легко подключать к Интернету целые сети с большим количеством абонентов (например, домашние или поселковые). При этом основную часть работы по настройке спутникового оборудования берет на себя оператор, а для абонента настройки подключения оказываются максимально простыми и не требующими специальных знаний.

Перед тем, как подключаться к спутниковому Интернету, абоненту нужно, естественно, выбрать тот спутник, через который он будет получать услуги.

1. Спутник – диапазоны и зоны покрытия

Орбита телекоммуникационных геостационарных спутников расположена над экватором Земли. Период обращения спутника на этой орбите строго равен периоду обращения Земли вокруг своей оси (астрономическим суткам), поэтому каждый спутник всегда расположен над одной и той же точкой экватора. Долгота этой точки соответствует “орбитальной позиции” спутника и выражается в градусах восточной или западной долготы (для спутников, “работающих” на территорию России – в основном восточной). Из любого места Земли каждый спутник всегда виден под одним и тем же углом, поэтому достаточно один раз навести на него антенну, и она всегда будет принимать сигнал именно с него.

Спутники, вещающие на территорию России, работают в диапазонах С и Ku. С – более низкочастотный диапазон, требующий антенн большего диаметра, более дорогих и громоздких усилителей-конвертеров, но менее “чувствительный” к затуханию сигнала в плохих атмосферных условиях (дождь, снег, туман и т.д.). Ku – более высокочастотный диапазон, позволяющий использовать антенны меньшего диаметра и более компактные и дешевые конвертеры, но сильнее “затухающий” при прохождении через атмосферу.

Большинство операторов спутникового Интернета работают в Ku-диапазоне, но есть и те, кто работает в диапазоне С. Освоение еще более высокочастотного Ka-диапазона на территории России только начинается и его мы рассматривать не будем.

Спутник ”висит” высоко (около 40 тыс. км.) и с него видно громадные площади, с которых он может принимать и на которые может передавать сигнал. Реальные зоны покрытия спутников, конечно, гораздо меньше и определяются установленными на них антеннами. Спутник может иметь несколько антенн (еще говорят ”лучей”), работающих на разные зоны. Но, в любом случае, зоны покрытия для современных спутников, работающих в диапазонах С и Ku, покрывают, как правило, пространства размером тысячи на тысячи километров. Любая станция (антенна), находящаяся на Земле в зоне покрытия спутникового луча, может принять любой передаваемый в нём сигнал.

Спутниковый Интернет – зоны покрытия

Если абонент хочет получить услуги спутникового доступа к Интернет, то прежде всего нужно проверить, попадает ли он в зону покрытия того луча спутника, в котором работает интересующей его оператор и не перекрыто ли направление на спутник какими-либо препятствиями. После этого надо выбрать спутниковую антенну. Размер антенны зависит от местонахождения в зоне покрытия спутника, от диапазона и от уровня принимаемого сигнала. Чем ближе к краю зоны покрытия и чем слабее сигнал, тем большего диаметра нужна антенна. Приобретенную антенну надо установить так, чтобы ее не шевелило и не срывало ветром, чтобы она не мешала окружающим, после чего навести на спутник.

На эту антенну абонент может принимать все сигналы всех операторов, предоставляющих услуги в данном луче спутника. Чтобы получить желаемые услуги, абонент должен настроиться на нужного оператора.

2. Оператор – параметры несущей и кодирование сигнала

Каждому оператору, предоставляющему услуги через спутник, выделен так называемый “спутниковый ресурс” – полоса частот, в которой он может передавать свой сигнал. На самом деле выделяются две полосы, “разнесенные” по частоте – в одной сигнал передается “с Земли на спутник”, в другой спутник передает этот сигнал обратно на Землю. Если спутниковая услуга “однонаправленная” (телевещание, асимметричный доступ в Интернет и т.п.), то абонента интересует только полоса, в которой сигнал передается со спутника на Землю (так называемый “прямой канал”, от оператора к абоненту). При симметричном доступе в Интернет оператор выделяет абонентам часть своего спутникового ресурса и для организации “обратного канала” – от абонента к оператору.

Чтобы не создавать помех операторам, арендующим соседние полосы частот на спутнике, для передачи информации используется не весь выделенный спутниковый ресурс. Та часть спутникового ресурса, в которой оператор передает полезную информацию, выражается параметром “символьная скорость”. Измеряется символьная скорость обычно в “килосимволах в секунду” (в тысячах символов, т.е. элементарных информационных посылок, которые могут быть переданы за одну секунду).

Для того чтобы более эффективно использовать диапазон, выделенный для спутниковой связи, на спутнике могут использоваться приемопередатчики, работающие на перекрывающихся частотах, но с разной поляризацией (ориентацией электромагнитной волны в пространстве). В C-диапазоне используется, как правило “круговая” поляризация, а в Ku – чаще используется “линейная”, но встречается и “круговая”. Чтобы принимать сигнал спутникового оператора, нужно иметь конвертер, поддерживающий нужный тип поляризации – круговой или линейный.

Спутниковый Интернет – параметры несущей

Таким образом, для того, чтобы ”настроиться” на нужного оператора, нужно знать параметры его сигнала  – центральную частоту занимаемой на спутнике полосы (Frequency, задается в Мегагерцах, или, более точно, в килогерцах), символьную скорость (Symbol rate в килосимволах/сек) и поляризацию сигнала (вертикальную/горизонтальную линейную или левую/правую круговую). Совокупность этих параметров часто называют ”несущей”, на которой работает оператор.

При симметричном спутниковом доступе к Интернет оператор предоставляет абоненту две несущих – для приема и для передачи. При использовании асимметричного спутникового Интернета абоненту достаточно настроить свое оборудование для приема несущей, на которой сигнал оператора передается со спутника.

Кроме центральной частоты и символьной скорости, есть еще ряд параметров, определяющих способ “упаковки” передаваемых данных в радиосигнал. При предоставлении услуг спутникового Интернета, как правило, используется передача в стандартах DVB-S или DVB-S2. DVB-S – более старый стандарт, разработанный для передачи цифрового телевизионного сигнала, широко применяется и для передачи данных. DVB-S2 – более поздний стандарт, допускающий более эффективное использование спутникового ресурса (несколько большая символьная скорость в той же полосе частот) и более плотное кодирование информации (большая информационная скорость в битах/секунду на той же символьной скорости) или большую помехоустойчивость. Для того чтобы принять сигнал оператора, нужно знать стандарт передачи – DVB-S или DVB-S2.

Следует иметь в виду, что приемники, работающие с DVB-S2, могут работать и с DVB-S, а вот более дешевые приемники DVB-S принимать DVB-S2 не могут.

Некоторые устройства спутникового приема требуют указать при настройке более подробную информацию: “избыточность”, используемую для компенсации ошибок (выражается дробной величиной FEC, чем меньше значение FEC – тем меньше полезная информационная скорость, но выше помехоустойчивость) и модуляцию (способ кодирования данных в радиосигнале, для DVB-S это всегда QPSK, для DVB-S2, как правило, 8PSK, но может использоваться и QPSK). Другим устройствам достаточно указать только стандарт – DVB-S или DVB-S2, а остальные параметры определяются автоматически, но захват сигнала спутниковым приемником при этом требует больше времени.

После того как настроены параметры несущей и выбран правильный способ кодирования, приемник “захватывает” сигнал и дешифрует информационный поток данных, передаваемый оператором.

3. Идентификация услуги – PID

Оператор спутниковой связи может использовать свою несущую для одновременной передачи различных услуг. Некоторые операторы предоставляют часть своей несущей другим компаниям. В результате в одной несущей может передаваться совершенно разнородный трафик – телевизионное и радиовещание, доступ в Интернет, частные сети передачи данных, многоадресная рассылка информации и т.п. Может быть и так, что на одной несущей работают несколько провайдеров Интернет.

Абоненту нужно выделить из всего информационного потока, передаваемого в несущей, только те данные, которые относятся к нужной ему услуге. Для этого используется специальный признак, называемый PID (program ID, или “идентификатор программы”). На одном приемнике можно указать несколько разных PID и принимать несколько разных услуг одновременно – например, трафик Интернет и многоадресную рассылку.

Спутниковый Интернет – идентификация услуги, PID

PID услуги сообщается оператором в виде числа, которое может быть выражено в десятичном или шестнадцатеричном виде. Большинство приемников, используемых для спутникового Интернета, позволяют ввести PID в обоих форматах.

Для широковещательных услуг (ТВ-вещания, многоадресной рассылки) указания PID достаточно для идентификации спутниковым приемником ”полезной” информации. При доступе в Интернет каждый приемник должен выделить из потока данных, передаваемых с одним PID, именно ту часть информации, которая относится только к нему.

4. Идентификация абонента – MAC-адрес и IP-адрес

Для выделения информации, предназначенной для отдельных абонентов, используется традиционная в широковещательных сетях идентификация по MAC-адресу. MAC-адрес (от media access control, “управление доступом к среде”) – это специальный идентификатор, присваиваемый каждому устройству. MAC-адрес состоит из шести байт, записываемых обычно в виде шестнадцатеричных цифр, разделенных двоеточием или дефисом. Каждое устройство принимает из сети только ту информацию, которая ”помечена” его MAC-адресом и игнорирует (фильтрует) остальную. В случае симметричного спутникового доступа вся передаваемая от абонента информация также “помечается” MAC-адресом устройства и позволяет оператору определить источник трафика. Каждое устройство, работающее в широковещательной сети, должно иметь свой уникальный MAC-адрес.

Спутниковый Интернет – идентификация абонента, MAC-адрес и IP-адрес

Трафик, передаваемый между абонентом и ресурсами в Интернет, может проходить через множество “внешних” сетей, устройства в которых используют свои MAC-адреса или не используют их вовсе. Получателя и отправителя в Интернет определяет IP-адрес (4 байта, традиционно записываемые десятичными числами, разделенными точкой).

Для того чтобы “связать” Интернет-трафик с конкретным абонентом, оператор должен знать MAC-адреса работающего в спутниковой сети оборудования и установить их соответствие с IP-адресами абонентов. В сети с ”двунаправленной” передачей это не является проблемой и может осуществляться оператором централизованно и независимо от абонента. В сети асимметричного доступа в Интернет оператор только передает информацию в спутниковую сеть, и не может автоматически узнать MAC-адреса спутниковых приемников, которым она предназначена. Поэтому при асимметричном доступе в Интернет используется один из следующих способов “привязки” MAC-адресов к IP-адресам абонентов:

В первом случае абонент должен сообщить оператору “аппаратный” MAC-адрес своей спутниковой платы, присвоенный ей производителем, а оператор привяжет его к IP-адресу абонента в спутниковой сети.

К недостаткам этого способа, с точки зрения оператора, нужно отнести трудоемкость ведения большого количества записей и оперативного изменения записей при смене абонентом IP-адреса или замены оборудования. Количество записей о MAC-адресах абонентов, которые может одновременно вести оператор, определяется используемым оборудованием, но в любом случае ограничено. Из-за этого многие операторы, использующие "аппаратные" MAC-адреса,  вынуждены ограничивать количество активных пользователей, принудительно переводя в "неактивное" состояние тех, кто не пользовался услугами в течении какого-то времени.

Кроме того, не все производители плат спутникового приема придерживаются строгих правил присвоения “аппаратных” MAC-адресов, поэтому возможно, что в одной спутниковой сети окажется несколько приемников с одинаковыми MAC-адресами, что может привести к сбоям в предоставлении услуг для абонентов.

Преимуществом этого способа для абонента является независимость от оператора – во всех сетях, использующих такой способ “привязки”, абонент работает с одним и тем же MAC-адресом.

К недостаткам с точки зрения абонента нужно отнести необходимость обращения к оператору при каждой смене спутникового приемника и невозможность использовать одну учетную запись на разных рабочих местах (например, с домашнего компьютера и ноутбука на даче).

Во втором случае оператор не использует “аппаратный” MAC-адрес платы абонента, а назначает абоненту “виртуальный” MAC-адрес из специально выделенного для этого пространства адресов. “Виртуальный” MAC-адрес вычисляется из IP-адреса абонента по простым и стандартным правилам. Такой способ иногда неверно называют “фильтрацией по IP-адресу”, хотя фильтрация все равно происходит по MAC-адресу получателя, присвоенному его спутниковому приемнику, только не “аппаратно” производителем, а временно оператором.

Все существующие на рынке платы спутникового приема поддерживают такой способ назначения MAC-адреса, хотя реализовано это может быть по-разному. В настройках одних плат надо установить назначенный MAC-адрес в явном виде, в других – указать IP-адрес интерфейса, из которого будет вычисляться MAC-адрес.

Преимущества такого способа для оператора – упрощение управления адресами, исключение вероятности ошибок и дублирования MAC-адресов в сети, возможность поддерживать практически любое количество "активных" пользователей единовременно.

Преимуществом для абонента является возможность свободно и независимо от оператора менять оборудование и переходить с одного рабочего места на другое.

Недостатком с точки зрения абонента является необходимость менять настройки MAC-адреса при смене IP-адреса в сети оператора или при переходе к другому оператору.

5. Маршрутизация трафика – “по земле” и “через космос”

После того как абонент подключен к спутниковой сети и ”идентифицирован” в ней, нужно обеспечить ему доступ в Интернет. Каждый абонент определяется в Интернете своим IP-адресом, которым помечена ”уходящая” от него информация. На этот же адрес направляется и вся информация из Интернет, предназначенная абоненту.

Для симметричного спутникового доступа, как и для “традиционных” наземных сетей, где доступ осуществляется через одно подключение, маршрут в сети оператора всегда известен и предсказуем, поэтому нет необходимости применять сложные схемы маршрутизации и выделения IP-адресов. Оператор просто назначает абоненту симметричного доступа выделенный адрес или набор адресов, обычно из своей внутренней сети, но возможно и из “внешнего” пространства адресов Интернета.

Спутниковый Интернет – маршрутизация трафика, симметричный доступ

В случае асимметричного доступа трафик от абонента уходит с адреса его местного наземного оператора, а ответный трафик абонент хочет получить через спутник. Адрес абонента в сети наземного оператора может быть любым, да ещё и различным в разные моменты времени. При этом никто в Интернете, естественно, не знает, что абонент хочет получить ответ совсем не по тому каналу, по которому посылал запрос.

Для обеспечения желаемой ассиметричной схемы доступа абонент должен оказаться подключен во внутреннюю сеть спутникового оператора. Оператор отправляет запросы абонента в Интернет от своего имени, получает ответы из Интернета и пересылает их абоненту через спутниковый канал.

Для того чтобы включить абонента во внутреннюю сеть спутникового оператора, устанавливается специальное логическое соединение, по которому передается Интернет-трафик абонента. Без такого соединения с оператором, осуществляющим передачу данных через спутник, никакого асимметричного доступа не получится и весь входящий к абоненту Интернет-трафик пойдёт по тому же наземному каналу, что и исходящий.

Наиболее простой и самый универсальный способ подключения – это так называемый “VPN-туннель” (VPN – virtual private network, виртуальная частная сеть). На компьютере абонента при этом возникает виртуальный сетевой интерфейс, с отдельным IP-адресом, выделенным спутниковым оператором, на который назначается “основной шлюз” (default gateway), определяющий, куда именно пойдут данные.

Спутниковый Интернет – маршрутизация трафика, VPN-туннель

Существует несколько разных протоколов и технологий построения VPN-туннеля. Наиболее широко известны и используются PPTP (point-to-point tunneling protocol), L2TP (layer 2 tunneling protocol) и OpenVPN. Для тех, кто использует операционные системы семейства Windows, проще всего использовать встроенный в систему клиент PPTP, немногим сложнее – L2TP, а OpenVPN потребует скачать, установить и настроить отдельную программу-клиента. Выбор протокола VPN зависит от особенностей наземного подключения и того, что позволяет использовать спутниковый оператор.

Удобство подключения через VPN-туннель в том, что абоненту не надо делать никаких дополнительных настроек в приложениях на своем компьютере. Если все настройки стандартны и на компьютере абонента не назначено никаких специальных схем маршрутизации, то VPN-туннель, установленный при соединении с VPN-сервером оператора, автоматически становится “основным шлюзом”, весь запросный трафик абонента уходит через него, а весь ответный трафик из Интернета возвращается абоненту через спутник. При этом остается небольшой входящий трафик “по земле” от оператора к абоненту, нужный для поддержания VPN-туннеля. Но этот трафик настолько мал, что им можно смело пренебречь (обычно около 100 байт в минуту или 6 кбайт/час).

Но, как всякая удобная вещь, VPN-подключение к спутниковому оператору создает, естественно, и ряд проблем. Прежде всего, некоторые наземные операторы не позволяют устанавливать некоторые типы VPN-соединений в своих сетях (“ошибка 619”). Чаще всего блокируется PPTP, а L2TP или OpenVPN работают свободно.

Во-вторых, VPN-соединение вносит довольно заметную избыточность в передаваемые данные. Для того чтобы трафик абонента был помещен в “логический туннель”, к нему необходимо добавить дополнительную служебную информацию. Для “запросного” канала при доступе в Интернет эта служебная информация может увеличивать объем передаваемых данных на 10-50%, в зависимости от типа передаваемого трафика и используемого протокола VPN. На ту же величину вырастают и затраты абонента на наземный трафик, если он платит за него помегабайтно. Наибольшую избыточность создает OpenVPN, избыточность, вносимая PPTP и L2TP, примерно одинакова.

Третий недостаток проявляется в случаях, когда “наземный” оператор дает канал очень низкого качества. Чаще всего это встречается в сетях GPRS, где передача данных осуществляется по “остаточному принципу” в полосе, не занятой телефонными разговорами. В этом случае VPN-туннель иногда может разрываться, прекращается и соединение со спутниковым оператором. При этом, естественно, рвутся все установленные сессии с ресурсами в Интернет, а входящий трафик новых сессий начинает идти по земле. Более чувствителен к этому протокол PPTP, менее – L2TP и OpenVPN. В таких случаях следует включить в настройках VPN ”автоматическое восстановление при разрыве”. Это позволит, по крайней мере, избежать неожиданного входящего трафика по земле.

Существует другой способ подключения абонента в сеть спутникового оператора, лишенный недостатков VPN, но вызывающий ряд других проблем. Это подключение через прокси-сервер. В этом случае соединение с сетью спутникового оператора устанавливается на уровне отдельных приложений – интернет-браузера, почтового клиента, FTP-клиента и т.п. Для каждого из используемых приложений, включая он-лайн игры, системные обновления и т.п., требуется создавать отдельные настройки прокси-сервера (что иногда может быть непросто или вообще невозможно). Весь входящий трафик приложений, для которых подключение через прокси-сервер не настроено, будет идти не через спутник, а по земле.

Спутниковый Интернет – маршрутизация трафика, прокси-сервер

В “чистом виде” подключение через прокси-сервер спутниковыми операторами обычно не используется, основная область его применения – так называемые “акселераторы трафика”.

6. Скорость передачи данных – задержки, протоколы, акселераторы

Особенностью спутникового канала является довольно большая задержка распространения сигнала – спутник далеко, а радиоволны распространяются со скоростью света. Только на то, чтобы радиоволнам добраться от оператора до спутника и от спутника до абонента, нужно около 250 мс. В случае симметричного доступа в Интернет такая же задержка возникает и на “запросном” канале.

Для ассиметричного доступа задержка в ”запросном” канале может быть, вообще говоря, любой, и варьироваться в широких пределах, от десятка-другого миллисекунд, если “наземное” подключение абонента осуществляется по скоростному каналу, до единиц секунд при использовании сильно загруженных сетей GPRS. К этому надо еще добавить задержку передачи информации в самой сети Интернет. Таким образом, при использовании спутниковой сети для доступа в Интернет задержки практически не бывают менее 300 мс, для симметричного спутникового доступа типичная задержка оказывается в районе 600 мс, а при использовании GPRS в качестве запросного канала может оказаться и несколько секунд.

Это было бы не такой большой бедой, если бы приводило только к тому, что для открытия каждой новой страницы надо ждать лишние полсекунды-секунду. Но большинство способов передачи данных, используемых в Интернет, работают на базе протокола TCP (transmission control protocol, протокол управления передачей). TCP основан на подтверждении принятой информации, и, если в заданный интервал времени подтверждения не происходит, передача замедляется или вовсе прекращается. Настройки протокола TCP в большинстве систем ориентированы на “наземные” сети с небольшим временем задержки сигнала. При работе через спутниковый канал это приводит к тому, что короткие страницы загружается достаточно быстро, а при передаче больших объемов информации подтверждения не приходят в заданный интервал времени и максимально доступная скорость ограничивается на уровне гораздо более низком, чем позволяет сеть оператора.

Спутниковый Интернет – загрузка со стандартными настройками TCP
Загрузка файла через спутниковый канал со стандартными настройками TCP (ограничение скорости в сети 512 кбит/с)

Для увеличения этой скорости требуются специальные настройки TCP-стека на компьютере (увеличение так называемого “окна TCP”). Тогда при “закачке” больших файлов скорость постепенно увеличивается до максимально доступной. При этом любые потери информации как в “запросном”, так и в спутниковом канале приводят к снижению доступной скорости и увеличению объемов передаваемого трафика (не получив ожидаемого подтверждения, протокол TCP несколько раз перезапрашивает данные, резко “роняет” скорость передачи и пытается постепенно увеличивать ее снова). Причиной могут быть как характеристики канала связи (большое количество ошибок в "наземном" или спутниковом), так и ограничения скорости оператором. В итоге  скорость загрузки файла меняется “пилообразно” – постепенно растет до достижения ограничения скорости или до появления ошибок в канале, после чего падает и начинает расти снова.  

Спутниковый Интернет – загрузка с оптимизированными настройками TCP
Загрузка файла с "оптимизированным" TCP-стеком через спутниковый канал с потерями

Получающаяся в итоге средняя скорость загрузки файлов зависит от характеристик запросного канала, качества приема спутникового сигнала и от применяемой оператором политики ограничения скорости. Большое количество ошибок в спутниковом или наземном канале может привести к резкому снижению “средней скорости загрузки”, вплоть до полной ее остановки.

Для того чтобы уменьшить влияние задержек и более эффективно использовать канал связи, применяются специальные средства и протоколы “акселерации” (ускорения) трафика. При симметричном спутниковом доступе обычно используются протоколы, работающие между спутниковым терминалом и центральной станцией спутниковой сети, такие как TCP-PEP или аналогичные. Эти протоколы совершенно “прозрачны” для конечных приложений и не требуют никаких дополнительных установок и настроек на компьютерах абонентов.

Для ассиметричного доступа распространено использование специальных программ, так называемых “акселераторов” или “ускорителей”. На компьютере абонента ставится специальная программа-клиент, "перехватывающая" запросы от приложений – WEB, FTP, e-mail и т.д. Перехват может осуществляться автоматически для ограниченного списка приложений и не требовать от абонента никаких дополнительных настроек (например, ускоритель AcceleNet), задаваться абонентом отдельно для каждого приложения (например, ускоритель Globax), либо работать "прозрачно" для всех приложений через таблицы маршрутизации  (например, Slonax 3G).

Перехваченные клиентом ускорителя запросы отправляются на сервер акселератора. Сервер уже от своего имени отправляет их в Интернет по высокоскоростным наземным каналам, получает ответ и перенаправляет его на программу-клиент у абонента, которая “возвращает” ответ тому приложению, от которого получила запрос. При этом между клиентом и сервером ускорителя используется специальный протокол, малочувствительный к задержкам в канале. В итоге возрастает средняя скорость загрузки данных, уменьшается время ожидания информации и сокращаются объемы трафика в "запросном" канале.

Спутниковый Интернет – загрузка файла с ускорителем трафика
Загрузка файла через спутниковый канал с ”ускорителем”

Еще одной функцией “ускорителей” является дополнительное сжатие данных, позволяющее уменьшить объемы передаваемой через сеть информации и еще более увеличить эффективную скорость. Естественно, “сжиматься” могут далеко не все данные. Файлы передаются обычно уже в “сжатом” формате (zip, rar, mp3, avi, wmv, jpg и т.п.) и попытки сжать их еще раз приводят только к увеличению нагрузки на процессор, а часто и к замедлению приёма. В то же время Web-страницы, почтовые сообщения и т.п. обычно сжимаются очень неплохо, давая дополнительный выигрыш по скорости. Некоторые ускорители могут дополнительно сжимать содержащиеся на Web-страницах рисунки, анимации и т.п., уменьшая время загрузки и экономя трафик ценой некоторого снижения качества изображений.

Ускоритель может быть как услугой, интегрированной в сеть оператора (Sprint у Радуги, Slonax 3G у SatGate и StarBlazer, Globax у СТВ и SkyFi и т.п.), так и внешней услугой, предоставляемой сторонней компанией (ускорители Slonax 3G и Globax у различных операторов). При использовании ускорителя, предоставляемого сторонней компанией, возникает необходимость согласования учетных записей у спутникового оператора и на ускорителе, раздельной авторизации и учета трафика на ускорителе и у оператора и раздельной оплаты за эти услуги.

Возможны различные способы использования ускорителя при асимметричном спутниковом доступе:

В первом случае подключение к услуге асимметричного спутникового доступа осуществляется через VPN (PPTP, L2TP, OpenVPN и т.п.), так же точно, как описано выше. В этом случае те приложения, для которых прописана работа через ускоритель – работают с ним, остальные – через спутниковую сеть без ускорителя. Такая схема дает и большую гибкость (в любой момент ускоритель может быть подключен или отключен, можно не направлять на ускоритель тот трафик, что не поддерживается ускорителем или не имеет смысла “ускорять”), и уверенность в том, что весь трафик пойдет через спутник, без риска получить входящий “по земле” из-за того, что какое-то приложение неправильно настроено или не поддерживает работу через "прокси". Но при этом сохраняются и недостатки VPN – наличие избыточности в запросном канале и риск разрыва VPN-соединения при внезапном ухудшении характеристик наземного канала.

Во втором случае ускоритель используется в качестве прокси-сервера, обеспечивающего доступ в спутниковую сеть, VPN-соединение не используется. Преимущества такого подключения – экономия исходящего трафика (нет избыточности, вносимой VPN) и большая устойчивость к потерям данных в наземном канале. В случае ухудшения характеристик наземного канала трафик просто перестает передаваться, но разрыва соединения, как правило, не происходит. Недостатки тоже очевидны – если на компьютере работает приложение, “не знающее” о том, что данные надо посылать через ускоритель, то весь его и входящий и выходящий трафик пойдет по наземному каналу. Если нужно передать трафик, не поддерживаемый ускорителем (например, обновления ПО), то приходится разрывать соединение через ускоритель и заново устанавливать соединение через VPN, либо устанавливать у пользователя дополнительные программы-"проксификаторы", достаточно сложные в настройке и не всегда правильно работающие.

В третьем случае ускоритель на компьютере пользователя работает как "прозрачный прокси". Т.е. весь трафик автоматически перенаправляется на установленную у пользователя программу-клиент ускорителя и далее эта программа-клиент ускорителя направляет трафик на сервер ускорителя. Этот способ позволяет избавиться от недостатков VPN (избыточный служебный трафик, неустойчивость на плохих каналах связи) и, в то же время, не требует дополнительных настоек в приложениях. В ускорителе Slonax 3G это делается с помощью перенаправления трафика на специально созданный сетевой интерфейс. Такой механизм работает "прозрачно" для пользователя, не требует дополнительных настроек и применим в любой операционной системе, но сложен в реализации. При этом в случае разрыва соединения программы-клиента ускорителя с сервером трафик может пойти "по земле". В версии Globax для Linux используются таблицы управления трафиком, с помощью которых данные направляются на "локальный прокси". Этот способ более устойчив к разрывам соединения, но требует от пользователя дополнительных настроек и неприменим в системах семейства Windows.

 Идеального варианта подключения "ускорителя", к сожалению, не существует, но под свои задачи всегда можно выбрать достаточно оптимальный.


© Copyright StarBlazer, 2009


Перепечатка статьи, полностью или частично, возможна только с разрешения автора. При размещении на других сайтах ссылка на www.starblazer.ru обязательна. Для получения разрешения напишите письмо по адресу  с указанием сайта, на котором Вы хотите разместить статью.

Новости

в контакте facebook twitter livejournal livejournal