В конечном счете максимальная скорость кабельного интернета ограничена возможностями коаксиального кабеля; в оптоволоконном кабеле доступный спектр намного больше. В кабельной сети скорость передачи данных в узле снижается по мере подключения к нему новых пользователей. В связи с этим кабельные провайдеры разделяют особо загруженные кабели, подключая каждый непосредственно к оптоволоконному узлу; эту практику иногда называют разделением узлов (node split). Как уже упоминалось, число домов из расчета на один узел неуклонно падает по мере прокладывания кабельными провайдерами оптоволокна все ближе к границе сети.
Кабельные, оптоволоконные и ADSL-сети доступны в разных регионах, а быстродействие сети зависит не только от самой технологии, но и от того, как именно она применяется. Большинство домашних пользователей в развитых странах имеют доступ к телефонной линии, но не все живут достаточно близко к оконечной телефонной станции, чтобы пользоваться ADSL. Некоторым приходится обходиться 56-килобитными модемными соединениями, особенно в сельской местности. На самом деле даже в США существуют обширные территории, где линия T1 со скоростью 1,544 Мбит/с является недоступной роскошью. В крупных городах Европы, благодаря большей плотности населения, оптоволоконный интернет на скорости 500 Мбит/с — обычное дело. Иногда скорость даже достигает 1 Гбит/с.
Кабельный интернет есть далеко не у всех. Если в вашем регионе проложен кабель и работает провайдер, то подключиться легко, при этом расстояние до оптоволоконного узла или головной станции значения не имеет. Однако в некоторых регионах, особенно малонаселенных, кабельное и оптоволоконное подключение остается проблемой. По большому счету, высокоскоростной доступ в интернет сегодня все еще зависит от прокладки кабеля или оптоволокна до домов. Все большее разделение узлов кабельных сетей требует проведения оптоволокна вглубь микрорайонов на замену существующей кабельной инфраструктуре. Даже в случае ADSL уже в нескольких километрах от центральной станции скорость существенно падает. Чтобы предоставить пользователям в малонаселенных районах высокую скорость, приходится прокладывать оптоволокно все ближе к краю сети, например до сетевого узла (FTTN). Все это стоит больших денег.
Исторически сложилось, что телефонная инфраструктура (и сети DSL) обычно более надежны, чем коаксиальный кабель. Однако по данным MBA Федеральной комиссии по связи, разрыв между ними постепенно сокращается, а большинство кабельных и DSL-сервисов достигают надежности в «две девятки» (они доступны 99 % времени, что означает несколько десятков часов простоя в год). Спутники и общегородские беспроводные сети менее надежны. Для сравнения: показатели обычной телефонной сети — «пять девяток», что соответствует всего нескольким минутам недоступности в год (см. работу Бишофа и др.; Bischof et al., 2018).
ADSL, будучи двухточечной средой передачи, по сути, более безопасна, чем кабель. Любой пользователь может считывать проходящие по кабелю пакеты вне зависимости от их истинного адресата. Поэтому любой уважающий себя поставщик услуг кабельного интернета шифрует весь трафик в обоих направлениях. Тем не менее ситуация, в которой сосед видит ваши зашифрованные сообщения, не так безопасна, как ситуация, в которой он не видит их вообще.
2.9.2. Спутники и наземные сети
Полезно сравнить спутниковые и наземные сети. Не так давно казалось, что будущее телекоммуникаций — за спутниками. В конце концов, телефонные системы мало поменялись за предыдущие сто лет и вряд ли серьезно поменяются за следующие сто. Такой медленный прогресс во многом был обусловлен регуляторной политикой, предполагающей предоставление достойного сервиса голосовой связи по разумной цене (это и было достигнуто) в обмен на гарантированную доходность вложений. Для передачи данных пользователи могли воспользоваться модемами со скоростью 1200 бит/с. Других вариантов не было.
Появление конкуренции на рынке связи в 1984 году в США и чуть позднее в Европе резко изменило положение дел. Телефонные компании начали заменять свои междугородние сети оптоволоконным кабелем и предоставлять сервисы с высокой пропускной способностью, например ADSL. Кроме того, они перестали завышать цены на междугородние звонки для дотирования местных звонков. Неожиданно наземное оптоволокно стало казаться победителем этого соревнования.
Между тем у спутников связи есть свои ниши на рынке, где оптоволокно не может с ними конкурировать. Во-первых, они с легкостью выигрывают у оптоволокна, если развернуть систему связи необходимо как можно быстрее. Оперативность важна для систем военной связи во время войны, а также при реагировании на чрезвычайные ситуации в мирное время. После мощного землетрясения на Суматре в 2004 году и последующего цунами благодаря спутникам удалось за 24 часа наладить систему связи для сотрудников чрезвычайных служб. Это стало возможным благодаря развитому рынку спутниковой связи. Крупные игроки, например Intelsat, имеющий в распоряжении более 50 спутников, могут предоставлять в аренду мощности практически в любом уголке земного шара. А пользователи уже существующих спутниковых сетей могут легко и быстро установить VSAT на солнечных батареях и получить мегабитный канал связи.
Еще один сегмент рынка — регионы с неразвитой наземной инфраструктурой. Сегодня пользователи хотят быть на связи, куда бы они ни отправились. Мобильные сети охватывают районы с высокой плотностью населения, но плохо работают в других местах (например, на море или в пустыне). Iridium же предоставляет сервис голосовой связи по всему миру, даже на Южном полюсе. Кроме того, наземная инфраструктура порой обходится недешево в зависимости от рельефа и прав на землю. У Индонезии, например, есть свой спутник для местного телефонного трафика. Запустить его оказалось дешевле, чем протягивать тысячи подводных кабелей между 13 677 островами архипелага.
Третья ниша — широковещательная трансляция. Сообщение, отправленное спутником, могут получить тысячи наземных станций одновременно. Поэтому спутники применяются для распределения значительной доли сетевых телепрограмм по локальным станциям. Сегодня существует масштабный рынок спутникового цифрового теле- и радиовещания непосредственно конечным пользователям, установившим дома или в машине спутниковые приемники. Транслировать можно и множество других видов контента. Например, организация, предоставляющая тысячам дилеров поток рыночных данных (цен на акции, облигации или товары), может значительно сэкономить, используя спутниковую систему вместо других средств связи.
В США есть несколько конкурирующих между собой спутниковых провайдеров, в том числе Hughes (также известный как DISH; в прошлом — EchoStar) и Viasat, работающих в основном со спутниками GEO и MEO, хотя некоторые постепенно переходят на LEO. По данным проекта MBA, в 2016 году они оказались в числе немногих интернет-провайдеров, быстродействие которых постепенно снижалось, скорее всего, из-за роста числа абонентов и ограниченной пропускной способности. Согласно отчету, они предлагали скорости не выше 10 Мбит/с.
Тем не менее в последние годы спутниковый интернет вызывает все больший интерес, особенно в таких сегментах рынка, как онлайн-доступ на борту самолета. Иногда для этого применяется прямой обмен сообщениями с мобильными широкополосными вышками, но при трансокеанских полетах этот вариант не подходит. Еще один метод решения проблемы ограниченной пропускной способности в самолетах состоит в передаче данных группе спутников на геостационарной орбите. Некоторые другие компании — упомянутая выше OneWeb и Boeing — работают над созданием опорной интернет-сети на основе спутников LEO. Это все еще несколько нишевый рынок, поскольку пропускная способность ожидается в районе 50 Мбит/с — намного ниже, чем у наземного интернета.
Похоже, что основной системой связи в будущем станет сочетание оптоволокна и сотовых сетей, а спутники будут использоваться в особых случаях. Впрочем, нужно учитывать экономическую составляющую. Несмотря на то что пропускная способность оптоволокна выше, вполне возможно, что на некоторых рынках спутники смогут успешно конкурировать с ним по цене. Стоимость запуска спутников может резко упасть вследствие развития технологий (например, если какой-нибудь космический аппарат будущего сможет выводить на орбиту десятки спутников за раз), а низкоорбитальные спутники могут внезапно стать популярными. При таком развитии событий неизвестно, победит ли оптоволокно в этом соревновании.
2.10. Нормативное регулирование физического уровня
Различные аспекты физического уровня требуют нормативных и управленческих решений, принципиально влияющих на создание и использование технологий. Мы вкратце обсудим текущую деятельность по разработке стратегий как в наземных (то есть телефонных и кабельных), так и в беспроводных сетях.
2.10.1. Распределение частот
Основная проблема, связанная со спектром электромагнитных волн, заключается в эффективном и справедливом распределении частот (spectrum allocation). Если разрешить множеству пользователей в пределах региона передавать данные в одном диапазоне, это, скорее всего, приведет к возникновению взаимных помех. Чтобы предотвратить полный хаос, существуют общенациональные и международные соглашения по использованию частот. Всем нужна высокая скорость передачи данных, а значит, и более широкий диапазон частот. Правительства выделяют части спектра для AM- и FM-радио, телевидения и мобильных телефонов, а также для телефонных компаний, полиции, судоходства, навигации, вооруженных сил, государственных служб и многих других конкурирующих пользователей. Одно из агентств МСЭ-R (WRC) пытается координировать выделение частот таким образом, чтобы можно было производить устройства, работающие во многих странах. Впрочем, рекомендации МСЭ-R необязательны для государств и иногда отвергаются Федеральной комиссией по связи, распределяющей частоты в США (обычно потому, что какая-нибудь могущественная политическая структура не хочет отдавать требуемую часть спектра).