Иерархия сетей и уровни провайдеров

Интернет состоит из тысяч связанных между собой автономных систем. Ни одна компания в мире не владеет сетью целиком, поэтому операторы делятся на три глобальных уровня.

  • Провайдеры первого уровня (Tier 1) владеют трансконтинентальными оптическими магистралями на дне океанов и связывают континенты. Они обмениваются трафиком друг с другом бесплатно на основе пиринговых соглашений.
  • Провайдеры второго уровня (Tier 2) работают в масштабах целых стран или регионов. Они покупают транзит трафика у глобальных операторов Tier 1 и бесплатно обмениваются локальными данными между собой в точках обмена трафиком (Internet Exchange, например MSK-IX в Москве).
  • Провайдеры третьего уровня (Tier 3) обеспечивают последнюю милю. Это городские и районные компании, которые протягивают кабель прямо в твою квартиру или частный дом.

Крупные российские операторы связи, такие как Ростелеком, объединяют в себе роли Tier 2 и Tier 3. Они содержат собственную гигантскую магистральную сеть протяженностью сотни тысяч километров по всей стране и одновременно подключают конечных абонентов в городах и селах.

Как работает маршрутизация трафика

Когда ты открываешь веб-страницу, компьютер нарезает запрос на маленькие части — IP-пакеты размером около 1500 байт. У каждого пакета есть заголовок с адресом отправителя и адресом получателя. Роутер пересылает эти пакеты на узел провайдера, где за дело берутся магистральные маршрутизаторы.

Маршрутизатор просматривает адрес назначения каждого пакета и сверяет его со своей таблицей маршрутизации. Для поиска оптимального пути между независимыми сетями операторы используют динамический протокол BGP (Border Gateway Protocol). Маршрутизаторы непрерывно обмениваются информацией о состоянии линий связи. Если прямой подводный кабель поврежден штормом, протокол BGP перенаправляет пакеты в обход через резервные наземные узлы.

Откуда берется скорость и что на нее влияет

Электрический или световой сигнал распространяется по кабелю с постоянной скоростью, близкой к скорости света — около 200 000 километров в секунду с учетом преломления в среде. Физическое время движения сигнала определяет задержку (ping), а не скорость загрузки. Скорость в тарифе — это ширина полосы пропускания, то есть плотность упаковки информации в единицу времени.

Чтобы передать больше бит в секунду, инженеры используют высокочастотные колебания и сложную модуляцию. Чем шире доступный частотный диапазон линии и чем выше соотношение полезного сигнала к шуму, тем больше информации передается за один такт. Провайдер регулирует скорость абонентов программно на серверах доступа (BRAS или BNG). Это устройство проверяет логин по тарифу и искусственно отбрасывает лишние пакеты, если пользователь превышает оплаченную полосу, например 100 Мбит/с.

Технологии доступа: DSL против оптоволокна

Технология DSL (Digital Subscriber Line) появилась для передачи цифровых данных по старым телефонным проводам из медных пар. Медный провод проектировался под передачу голоса на частотах до 3,4 кГц. Модемы стандарта ADSL2+ задействовали диапазон до 2,2 МГц, что дало теоретическую скорость загрузки до 24 Мбит/с. В стандарте VDSL2 частоту подняли до 17-30 МГц, доведя скорость до 100 Мбит/с на коротких участках.

Главное ограничение DSL заключается в свойствах меди. Высокие частоты быстро затухают на расстоянии, а кабель собирает электромагнитные наводки от соседних проводов и бытовой электросети. Если телефонная станция находится в двух километрах от дома, скорость по стандарту ADSL падает до скромных 4-8 Мбит/с. К тому же технология DSL почти всегда асимметрична. Канал загрузки делают широким за счет искусственного сужения обратного канала отправки, поэтому скорость отдачи на ADSL редко превышает 1-2 Мбит/с.

Путь пакета внутри оборудования провайдера

Разберем путь запроса от домашнего компьютера через сетевую инфраструктуру типового провайдера Ростелеком.

  1. Сетевая карта компьютера формирует кадры Ethernet и отправляет их на домашний роутер.
  2. Роутер передает сигнал по медному кабелю витой пары в подъездный коммутатор или преобразует его в оптический сигнал оптического терминала ONT.
  3. По распределительной сети трафик стекается на станционный терминал OLT или коммутатор уровня агрегации района.
  4. Пакеты попадают на сервер контроля доступа BNG, где система биллинга сверяет тариф абонента и включает ограничение скорости (шейпинг).
  5. Через ядро опорной сети пакет направляется на пограничный маршрутизатор (Border Router) и уходит в сторону точки обмена трафиком или дата-центра целевого сайта.

Частые вопросы

Почему реальная скорость в тестах оказывается ниже заявленной по тарифу?

Провайдер гарантирует полосу пропускания только внутри своей сети до пограничного шлюза. На скорость влияют помехи домашней сети Wi-Fi, нагрузка на удаленный сервер сайта, загруженность промежуточных транзитных узлов и служебный трафик протоколов TCP/IP.

Почему по вечерам интернет часто работает медленнее?

В вечерние часы жильцы одного дома или района одновременно начинают смотреть видео высокого разрешения и загружать обновления. Пропускная способность общего канала от подъездного коммутатора до районного узла делится между всеми активными пользователями.

Чем пинг отличается от скорости загрузки?

Пинг показывает время, за которое пакет данных преодолевает путь до сервера и возвращается обратно, измеряется в миллисекундах. Скорость показывает объем данных, который линия успевает перекачать за секунду. Можно иметь быстрый гигабитный канал с плохим пингом из-за географической удаленности сервера.

Зачем в технологиях DSL скорость отдачи делали ниже скорости приема?

Обычный пользователь домашнего интернета запрашивает и потребляет гораздо больше информации, чем генерирует сам. В условиях жесткого частотного дефицита медного кабеля инженеры отдали большую часть частот под входящий поток, оставив для исходящего сигнала лишь узкую полосу.