Сетевые технологии передачи данных. Высокоскоростные сети

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Л14: Высокоскоростные технологии Ethernet

В1: Fast Ethernet

Fast Ethernet была предложена фирмой 3Com для реализации сети со скоростью передачи 100 Мбит\с при сохранении всех особенностей 10-Мбитного Ethernet. Для этого полностью сохранялся формат кадра и метод доступа. Это позволяет полностью сохранить программное обеспечение. Одним из требований было также применение кабельной системы на основе витой пары, которая к моменту появления Fast Ethernet заняла доминирующее положение.

Fast Ethernet предусматривает использование следующих кабельных систем:

1) Многомодовая волоконно-оптическая линия связи

Структура сети: иерархическая древовидная, построена на концентраторах, так как коаксиальный кабель применять не предполагалось.

Диаметр сети Fast Ethernet составляет порядка 200 метров, что связано с уменьшением времени передачи кадра минимальной длины. Сеть может работать как в полудуплексном режиме, так и в дуплексном режиме.

Стандарт определяет три спецификации физического уровня:

1) Использование двух неэкранированных пар

2) Использование четырех неэкранированных пар

3) Использование двух оптических волокон

П1: Спецификация 100 Base - TX и 100 Base - FX

Эти технологии, не смотря на использование разных кабелей, имеют много общего с точки зрения функциональности. Отличие заключается в том, что спецификация TX обеспечивает автоматическое определение скорости передачи. Если определить скорость не удалось, считается, что линия работает на скорости 10 Мбит.

П2: Спецификация 100 Base - T 4

К моменту появления Fast Ethernet большинство пользователей применяли витую пару категории 3. Для того чтобы по такой кабельной системе пропустить сигнал со скоростью 100 Мбит\с была использована специальная система логического кодирования. В этом случае удается для передачи данных применять только 3 пары кабеля, а 4-ая пара используется для прослушивания и обнаружения коллизий. Это позволяет увеличить скорость обмена.

П3: П равила построения многосегментных сетей Fast Ethernet

Повторители Fast Ethernet делятся на 2 класса:

a. Поддерживает все виды логического кодирования

b. Поддерживает только один из видов логического кодирования, зато стоимость его гораздо ниже.

Поэтому в зависимости от конфигурации сети допускается использование одного или двух повторителей 2-го типа.

В2: Спецификация 100 VG - Any LAN

Это технология разработанная для передачи данных со скоростью 100 Мбит\с с использование протоколов либо Ethernet, либо Token Ring. Для этого использован метод доступа с приоритетом и новая схема кодирования данных, которая получила название «квартетное кодирование». При этом данные передаются со скоростью 25Мбит\с по 4-м витым парам, что в сумме обеспечивает 100 Мбит\с.

Суть метода заключается в следующем: станция, имеющая кадр, для передачи посылает запрос концентратору, при этом требуется низкий приоритет для обычных данных и высокий приоритет для данных критичных к задержкам, то есть для мультимедийных данных. Концентратор обеспечивает разрешение на передачу соответствующего кадра, то есть работает на втором уровне OSI-модели (канальном уровне). Если сеть занята, концентратор ставит запрос в очередь.

Физическая топология такой сети обязательно звезда, при этом ветвление не допускается. Концентратор такой сети имеет 2 вида портов:

1) Порты для связи вниз (на нижний уровень иерархии)

2) Порты для связи вверх

Кроме концентраторов в такой сети могут исписываться коммутаторы, маршрутизаторы и сетевые адаптеры.

В такой сети могут использоваться кадры Ethernet, Token Ring, а также собственные кадры тестирования соединения.

Основные достоинства этой технологии:

1) Возможность использования существующей 10-Мбитной сети

2) Отсутствие потерь из-за конфликтов

3) Возможность построения протяженных сетей без использования коммутатора

В3: Gigabit Ethernet

Высокоскоростная технология гигабит Ethernet обеспечивает скорость до 1 гб\сек, и он описан в рекомендациях 802.3z и 802.3ab. Особенности этой технологии:

1) Сохранены все виды кадров

2) Предусмотрено использование 2-ух протоколов доступа к среде передачи CSMA/CD и полнодуплексная система

В качестве физической среды передачи можно использовать:

1) Волоконно-оптический кабель

3) Коаксиальный кабель.

По сравнению с предыдущими версиями имеются изменения, как на физическом уровне, так и на уровне MAC:

1) Увеличен минимальный размер кадра с 64-ёх до 512-ти байт. Кадр дополняется до 51-ти байт специальным полем расширения размером от 448-ми до 0 байт.

2) Для уменьшения накладных расходов конечным узлам разрешено передавать несколько кадров подряд без освобождения среды передачи. Такой режим носит название Burst Mode. При этом станция может передать несколько кадров с общей длиной 65536 бит.

Гигабит Ethernet может быть реализован на витой паре категории 5, при этом используется 4 пары проводников. Каждая из пар проводников обеспечивает скорость передачи 250 Мбит\сек

В4: 10-ти гигабитный Ethernet

Ряд фирм к 2002-му году разработали аппаратуру, обеспечивающую скорость передачи 10 Гбит\сек. Это в первую очередь аппаратура фирмы Cisco. В связи с этим был разработан стандарт 802.3ae. Согласно этому стандарту в качестве линий передачи данных использовалась волоконно-оптическая линия. В 2006 году появился стандарт 802.3an, в котором применялась витая пара 6-ой категории. Технология 10-ти гигабитного Ethernet предназначена в 1-ую очередь для передачи данных на большие расстояния. Она использовалась для объединения локальных сетей. Позволяет строить сети диаметром в несколько 10-ов км. К основным особенностям 10-ти гигабитного Ethernet можно отнести:

1) Дуплексный режим на основе коммутаторов

2) Наличие 3-ёх групп стандартов физического уровня

3) Использование в качестве основной среды передачи данных волоконно-оптического кабеля

В5: 100 гигабитный Ethernet

В 2010 году был принят новый стандарт 802.3ba, в котором предусматривались скорости передачи 40 и 100 Гбит\сек. Основная цель разработки этого стандарта состояла в распространении требований протокола 802.3 на новые сверхскоростные системы передачи данных. При этом стояла задача максимального сохранения инфраструктуры локальных вычислительных сетей. Необходимость в новом стандарте связана с ростом объемов данных передаваемых по сетям. Требования к объёмам существенно превышают существующие возможности. Данный стандарт поддерживает дуплексный режим и ориентирован на различные среды передачи данных.

Основными целями разработки нового стандарта было:

1) Сохранение формата кадра

2) Сохранение минимального и максимального размера кадра

3) Сохранение уровня ошибок в прежних рамках

4) Обеспечение поддержки высоконадёжной среды для передачи разнородных данных

5) Обеспечение спецификаций физического уровня при передаче по оптическому волокну

Основными пользователями систем, разработанных на основе этого стандарта, должны стать сети хранения данных, серверные фермы, центры обработки данных, телекоммуникационные компании. Для этих организаций коммуникационные системы передачи данных уже на сегодняшний день оказываются узким местом. Дальнейшей перспективой развития сетей Ethernet связывают с 1 Тбит\сек сетями. Предполагается что технология, поддерживающая такие скорости, появится к 2015-ому году. Для этого необходимо преодолеть целый ряд трудностей, в частности разработать более высокочастотные лазеры с частотой модуляции, по крайней мере, 15 Ггц. Для этих сетей нужны также новые оптические кабеля и новые системы модуляции. В качестве наиболее перспективных сред передачи рассматриваются волоконно-оптические линии с вакуумной сердцевиной, а так же изготовленные из углерода, а не из кремния как современные линии. Естественно при таком массовом использовании волоконно-оптических линий необходимо больше внимания уделять оптическим методам обработки сигналов.

Л15: ЛВС Token Ring

В1: Общие сведения

Token Ring - маркерное кольцо - сетевая технология, в которой станции могут передавать данные только тогда, когда они владеют маркером, непрерывно циркулирующем по сети. Эта технология предложена фирмой IBM и описана в стандарте 802.5.

Основные технические характеристики Token Ring:

1) Максимальное число станций в кольце 256

2) Максимальное расстояние между станциями 100 м. для витой пары категории 4, 3 км для оптоволоконного многомодового кабеля

3) С помощью мостов можно объединить до 8-ми колец.

Существует 2 варианта технологии Token Ring, обеспечивающие скорость передачи 4 и 16 Мбит\сек.

Достоинства системы:

1) Отсутствие конфликтов

2) Гарантированное время доступа

3) Хорошее функционирование при большой загрузке, в то время как Ethernet при загрузке 30% существенно снижает свои скорости

4) Большой размер передаваемых данных в кадре (до 18-ти Кбайт).

5) Реальная скорость 4-ёх мегабитной сети Token Ring оказывается выше, чем в 10-ти мегабитной Ethernet

К недостаткам можно отнести:

1) Более высокая стоимость оборудования

2) Пропускная способность сети Token Ring в настоящее время меньше чем в последних версиях Ethernet

В2: Структурная и функциональная организация Token Ring

Физическая топология Token Ring - звезда. Она реализуется за счёт подключения всех компьютеров через сетевые адаптеры к устройству множественного доступа. Оно осуществляет передачу кадров от узла к узлу, представляет собой концентратор. Он имеет 8 портов и 2 разъёма для подключения к другим концентраторам. В случае выхода из строя одного из сетевых адаптеров данное направление перемыкается и целостность кольца не нарушается. Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в кластер. Внутри этого кластера абоненты соединены в кольцо. Каждый узел сети принимает кадр от соседнего узла, восстанавливает уровень сигнала и передаёт следующему. Кадр может содержать данные либо маркер. Когда узлу необходимо передать кадр, адаптер дожидается поступления маркера. Получив его, он преобразует маркер в кадр данных и передаёт его по кольцу. Пакет совершает оборот по всему кольцу и поступает на сформировавший этот пакет узел. Здесь проверяется правильность прохождения кадра по кольцу. Количество кадров, которое может передать узел за 1 сеанс, определяется временем удержания маркера, которое обычно = 10 мсек. При получении маркера, узел определяет, есть ли у него данные для передачи, и превышает ли их приоритет значение зарезервированного приоритета записанного в маркере. Если превышает, то узел захватывает маркер и формирует кадр данных. В процессе передачи маркера и кадра данных, каждый узел проверяет кадр на наличие ошибок. При их обнаружении устанавливается специальный признак ошибки, и все узлы игнорируют этот кадр. В процессе прохождения маркера по кольцу узлы имеют возможность зарезервировать приоритет, с которым они хотят передать свой кадр. В процессе прохождения по кольцу к маркеру будет присоединён кадр, имеющий наивысший приоритет. Это гарантирует среду передачи от столкновения кадров. При передаче небольших кадров, например запросов на чтение файла, возникают непроизводительные задержки, необходимые для полного оборота этого запроса по всему кольцу. Для увеличения производительности в сети со скоростью 16 Мбит\сек, используется режим ранней передачи маркера. При этом узел передаёт маркер следующему узлу сразу же после передачи своего кадра. Сразу после включения сети 1 из узлов назначается активным монитором, он выполняет дополнительные функции:

1) Контроль наличия маркера в сети

2) Формирование нового маркера при обнаружении потери

3) Формирование диагностических кадров

В3: форматы кадров

В сети Token Ring используется 3 типа кадров:

1) Кадр данных

3) Последовательность завершения

Кадр данных представляет собой следующий набор байт:

НР - начальный разделитель. Размер 1 байт, указывает начало кадра. Он также отмечает тип кадра: промежуточный, последний или единственный.

УД - управление доступом. В это поле узлы, которым необходимо передать данные, могут записать необходимость резервирования канала.

УК - управление кадром. 1 байт. Указывает информацию для управления кольцом.

АН - адрес узла назначения. Может быть длиной 2 или 6 байт, в зависимости от настроек.

АИ - адрес источника. Также 2 или 6 байт.

Данные. Данное поле может содержать данные, предназначенные для протоколов сетевого уровня. Специального ограничения на длину поля, однако, его длина ограничивается исходя их допустимого времени удержания маркера (10 миллисекунд). За это время, обычно, можно передать от 5 до 20 килобайт информации, что является фактическим ограничением.

КС - контрольная сумма, 4 байта.

КР - концевой разделитель. 1 байт.

СК - статус кадра. Может, например, содержать информацию о содержащийся в кадре ошибке.

Второй тип кадра - маркер:

Третий кадр - последовательность завершения:

Используется для завершения передачи в любой момент времени.

Л16: ЛВС FDDI

В1: Общие сведения

FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных.

Это одна из первых высокоскоростных технологий, используемая в сетях на волоконно-оптическом кабеле. Стандарт FDDI реализован с максимальным соответствием стандарту Token Ring.

Стандарт FDDI обеспечивает:

1) Высокую надежность

2) Гибкую реконфигурацию

3) Скорость передачи до 100 Мбит\с

4) Большие расстояния между узлами, до 100 километров

Достоинства сети:

1) Высокая помехозащищенность

2) Секретность передачи информации

3) Прекрасная гальваническая развязка

4) Возможность объединения большого количества пользователей

5) Гарантированное время доступа к сети

6) Отсутствие конфликтов даже при большой загрузке

Недостатки:

1) Высокая стоимость оборудования

2) Сложность эксплуатации

В2: Структурная организация сети

Топология - двойное кольцо. Причем используется 2 разнонаправленных оптоволоконных кабеля:

В нормальном режиме работы для передачи данных используется основное кольцо. Второе кольцо - резервное, обеспечивает передачу данных в обратном направлении. Оно автоматически активизируется в случае повреждения кабеля, либо при выходе из строя рабочей станции

Соединение точка-точка между станциями упрощает стандартизацию и позволяет использовать на разных участках волокна разного типа.

Стандарт позволяет применение сетевых адаптеров 2 типов:

1) Адаптер типа А. Подключается сразу к 2-м линиям и может обеспечить скорость работы до 200 Мбит\с

2) Адаптер типа Б. Подключается только к 1-му кольцу и поддерживает скорость до 100 Мбит\с

Кроме рабочих станций в состав сети могут входит связные концентраторы. Они обеспечивают:

1) Контроль за работой сети

2) Диагностику неисправностей

3) Преобразование оптического сигнала в электрический и наоборот при необходимости подключения витой пары

Скорость обмена в таких сетях в частности возрастает за счет специального метода кодирования, разработанного специально для этого стандарта. В нем символы кодируется не с помощью байтов, а с помощью полубайтов, который получили название ниббл .

В3: Функциональная организация сети

За основу стандарта был взят метод маркерного доступа, используемый в Token Ring. Отличие метода доступа FDDI от Token Ring заключается в следующем:

1) В FDDI применяется множественная передача маркера, при которой новый маркер передается другой станции сразу же после окончания передачи кадр, не ожидая его возвращения

2) В FDDI не предусмотрена возможность установки приоритета и резервирования. Каждая станция рассматривается как асинхронная, время доступа к сети для нее не критично. Имеется также синхронные станции, с очень жестким ограничением на время доступа и на интервал между передачами данных. Для таких станций устанавливается сложный алгоритм доступа к сети, зато обеспечивается высокоскоростная и приоритетная передача кадров

В4: Форматы кадров

Форматы кадров несколько отличаются от сети Token Ring.

Формат кадра данных:

П. В состав кадра данных входит преамбула. Она служит для начальной синхронизации приема. Начальная длина преамбулы 8 байт (64 бита). Однако со временем, в ходе сеанса связи, размер преамбулы может уменьшаться

НР. Начальный разделитель.

УК. Управление кадром. 1 байт.

АН и АИ. Адрес назначения и источника. Размером 2 или 6 байт.

Поле данных по длине может быть произвольным, однако размер кадра не должен превышать 4500 байт.

КС. Контрольная сумма. 4 байт

КР. Концевой разделитель. 0,5 байта.

СК. Статус кадра. Поле произвольной длины, не более 8 бит (1 байта), указывающие результаты обработки кадра. Обнаружена ошибка\ данные скопированы и так далее.

Кадр маркера в этой сети имеет следующий состав:

Л17: Беспроводные ЛВС (БЛВС)

В1: Общие принципы

Возможны 2 способа организации таких сетей:

1) С базовой станцией. Через которую, осуществляется обмен данными между рабочими станциями

2) Без базовой станции. Когда обмен осуществляется на прямую

Преимущества БЛВС:

1) Простота дешевизна построения

2) Мобильность пользователей

Недостатки:

1) Низкая помехоустойчивость

2) Неопределенность зоны покрытия

3) Проблема «скрытого терминала». Проблема «скрытого терминала» заключается в следующем: станция А передает сигнал станции Б. Станция С видит станцию Б и не видит станцию А. Станция С считает, что Б свободна и передает ей свои данные.

В2: Методы передачи данных

Основными методами передачи данных являются:

1) Ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM)

2) Расширение спектра скачкообразным изменением частоты (FHSS)

3) Прямое последовательное расширение спектра (DSSS)

П1: Ортогональное частотное мультиплексирование

Применяется для передачи данных со скоростью до 54 Мбит\с на частоте 5 ГГц. Битовый поток данных делится на N подпотоков, каждый из которых модулируется автономно. На основе быстрого преобразования Фурье все несущие сворачиваются в общий сигнал, спектр которого примерно равен спектру одного модулируемого подпотока. На приемном конце при помощи обратного преобразования Фурье восстанавливается исходный сигнал.

П2: Расширение спектра скачкообразным изменением частоты

Метод основан на постоянной смене частоты несущей в пределах заданного диапазона. В каждый из временных интервалов передается определенная порция данных. Этот метод обеспечивает более надежную передачу данных, но более сложен в реализации, чем первый метод.

П3: Прямое последовательное расширение спектра

Каждый единичный бит в передаваемых данных заменяется двоичной последовательностью. При этом скорость передачи данных возрастает, а значит и расширяется спектр передаваемых частот. Этот метод также обеспечивает повышение помехоустойчивости.

В3: Технология WiFi

Это технология описывается стеком протоколов 802.11.

Существует несколько вариантов построения сети в соответствии с этим стеком.

Вариант	Стандарт	Диапазон	Метод кодирования	Скорость передачи
		Инфракрасный 850 нм

В4: Технология WiMax (802.16)

Технология беспроводного широкополосного доступа с высокой пропускной способностью. Представлена стандартом 802.16 и предназначена для построения протяженных сетей регионального уровня.

Он относится стандарту точка-многоточка. И требовал нахождения передатчика и приемника в зоне прямой видимости.

Вариант	Стандарт	Диапазон	Скорость	Радиус ячейки
			32 - 134 Мбит\с
			1 - 75 Мбит\с	5 - 8 (до 50) км
			1 - 75 Мбит\с

Основные отличия стандарта WiMax от WiFi:

1) Малая мобильность, только последний вариант обеспечивает мобильность пользователей

2) Более качественная аппаратура требует больших затрат

3) Большие расстояния передачи данных требуют повышенного внимания к защите информации

4) Большое число пользователей в ячейке

5) Высокая пропускная способность

6) Высокое качество обслуживая мультимедийного трафика

Первоначально эта сеть развивалась как сеть беспроводного, стационарного кабельного телевидения, однако с этой задачей она справлялась не очень хорошо и в настоящее время ведутся разработки по обслуживанию мобильных пользователей перемещающихся с высокой скоростью.

В5: Беспроводные персональные сети

Такие сети предназначены для взаимодействия устройств принадлежащих одному владельцу и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (несколько десятков метров).

П1: Bluetooth

Данная технология, описанная в стандарте 802.15 обеспечивает взаимодействие различных устройств в диапазоне частот 2,4 МГц, со скоростью обмена до 1 Мбит\с.

В основе Bluetooth лежит концепция пикосети.

Отличается следующими свойствами:

1) Область покрытия до 100 метров

2) Количество устройств 255

3) Количество работающих устройств 8

4) Одно устройство главное, обычно компьютер

5) С помощью моста можно объединять несколько пикосетей

6) Кадры имеют длину 343 байта

П2: Технология ZigBee

ZegBee - это технология описанная в стандарте 802.15.4. Она предназначена для построения беспроводных сетей с использованием маломощных передатчиков. Она нацелена на длительное время автономной работы от батареи и на большую безопасность при низкой скорость передачи данных.

Основные особенности этой технологии заключается в том, что при не высоком энергопотреблении поддерживаются не только постные технологии и связи точка-точка, но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией.

Основное назначение таких сетей:

1) Автоматизация жилых и строящихся помещений

2) Индивидуальное медицинское диагностическое оборудование

3) Системы промышленного мониторинга и управления

Технология разработана с целью быть проще и дешевле чем все остальные сети.

Существует 3 типа устройств в ZigBee:

1) Координатор. Устанавливающий связь между сетями и способный хранить информацию от устройств находящихся в сети

2) Маршрутизатор. Для подключения

3) Конечное устройство. Может только передавать данные координатору

Эти устройства работают в различных частотных диапазонах, примерно 800 МГц, 900 МГц, 2400 МГц. Комбинация разных частот обеспечивает высокую помехозащищенность и надежность этой сети. Скорость передачи данных несколько десятков килобит в секунду (10 - 40 кбит\с), расстояние между станциями - 10 - 75 метров.

В6: Беспроводные сенсорные сети

Они представляют собой распределенную самоорганизующуюся устойчивую к отказу сеть, состоящую из множества не обсуживающихся и не требующих специальной настройки датчиков. Такие сети находят применение в производстве, на транспорте, в системах обеспечения жизнедеятельности, в охранных системах. Используются для контроля различных параметров (температура, влажность…), доступа к объектам, отказам исполнительных механизмов, экологических параметров окружающей среды.

Сеть может состоять из устройств следующего типа:

1) Сетевой координатор. Организация и установка параметров сети

2) Полнофункциональное устройство. Включает в частности, поддержку ZigBee

3) Устройство с ограниченным набором функций. Для подключения к датчику

Л18: Принципы организации глобальных сетей

В1: Классификация и оборудование

Совокупность различных сетей расположенных на значительном расстоянии друг от друга и объединенных в единую сеть с помощью телекоммуникационных средств, представляют собой территориально-распределенную сеть.

Современные средства телекоммуникации объединяют территориально-распределенные сети в глобальную вычислительную сеть. Поскольку территориально-распределенные сети и Интернет используют одинаковые системы формирования сетей их принято объединять в единый класс WAN (Глобальные сети).

В отличие от локальных вычислительных сетей основными особенностями глобальных сетей являются:

1) Неограниченный территориальный охват

2) Объединение компьютеров различных типов

3) Для передачи данных на большие расстояния используется специальное оборудование

4) Топология сетей произвольна

5) Особе внимание уделяется маршрутизации

6) Глобальная сеть может содержать каналы передачи данных различный типов

К достоинствам следуют отнести:

1) Предоставление пользователям неограниченных возможностей доступа к вычислительным и информационных ресурсам

2) Возможность доступа к сети практически из любой точки земного шара

3) Возможность передачи любых видов данных, включая видео и аудио.

К основным типам устройств глобальных вычислительных сетей относятся:

1) Повторители и концентраторы. Являющиеся пассивными средствами объединения сетей. Работают на первом уровне OSI-модели

2) Мосты, маршрутизаторы, коммуникаторы и шлюзы. Являющиеся активными средствами построения сетей. Основной функцией активных средств является усиление сигнала и управление трафиком, то есть они работают на втором уровне OSI-модели

В2: Мосты

Это простейшее сетевое устройство, объединяющие сегменты сети и регулирующие прохождение кадров между ними.

2 сегмента объединенные мостом превращаются в единую сеть. Мост работает на втором канальном уровне и прозрачен для протоколов вышележащих уровней.

Для передачи кадров из одного сегмента в другой мост формирует таблицу, в которой содержится:

1) Список адресов, подключенных к станции

2) Порт, к которому подключены станции

3) Время последнего обновления записи

В отличие от повторителя, который просто передает кадры, мост анализирует целостность кадров и фильтрует их. Для получения информации о местоположении станции мосты считывают информацию из кадра, проходящего через него и анализирует ответ станции, принявшей этот кадр.

Достоинствами мостов являются:

1) Относительная простота и дешевизна

2) Локальные кадры не передаются в другой сегмент

3) Наличие моста прозрачно для пользователей

4) Мосты автоматически адаптируются к изменениям конфигурации

5) Мосты могут объединять сети, работающие по разным протоколам

Недостатки:

1) Задержки в мостах

2) Невозможность использования альтернативных путей

3) Способствуют всплескам трафика в сети, например, при поиске станций отсутствующих в списке

Существуют мосты 4-х основных типов:

1) Прозрачные

2) Транслирующие

3) Инкапсулирующие

4) С маршрутизацией

П1: Прозрачные мосты

Прозрачные мосты предназначены для объединения сетей с идентичными протоколами на физическом и канальном уровне.

Прозрачный мост является самообучающимся устройством, для каждого подключаемого сегмента он автоматически строит таблицы адресов станции.

Алгоритм функционирования моста примерно следующий:

1) Прием поступающего кадра в буфер

2) Анализ адреса источника и его поиск в таблице адресов

3) Если адрес источника отсутствует в таблице, то адрес и номер порта, откуда пришел кадр записывается в таблицу

4) Анализируется адрес назначения и ведется его поиск в таблице адресов

5) Если адрес назначения найден и он принадлежит тому сегменту, что и адрес источника, то есть номер входного порта совпадает с номером выходного порта, то кадр удаляется из буфера

6) Если адрес назначения найден в таблице адресов и он принадлежит другому сегменту, то кадр передается на соответствующий порт для передачи в нужный сегмент

7) Если адрес назначения отсутствует в таблице адресов, то кадр передается во все сегменты, за исключением того сегмента из которого он поступил

П2: Транслирующие мосты

Они предназначены для объединения сетей с разными протоколами на канальном и физическом уровнях.

Транслирующие мосты объединяют сети путем манипулирования с «конвертами», то есть при передаче кадров из Ethernet сети Token Ring заголовок и концевик Ethernet кадра заменяются на заголовок и концевик Token Ring. При этом может возникнуть проблема, связанная с тем, что допустимый размер кадра в двух сетях может оказаться разными, поэтому заранее все сети должны быть сконфигурированы на одинаковый размер кадра.

П3: Инкапсулирующие мосты

оптоволоконный интерфейс сеть беспроводной

Инкапсулирующие мосты предназначены для объединения сетей с одинаковыми протоколами через высокоскоростную магистральную сеть с другим протоколом. Например, объединение сетей Ethernet через объединение FDDI.

В отличие от транслирующих мостов, в которых заменяются заголовок и концевик, в этом случае полученные кадры вместе с заголовком вкладываются в другой конверт, который используется в магистральной сети. Конечный мост изымает оригинальный кадр и отправляет его в сегмент, где находится адресат.

Длина поля FDDI всегда достаточная для размещения любого кадра другого протокола.

П4: Мосты с маршрутизацией от источника

Такие мосты используют информацию о маршруте передачи кадра, записанную в заголовке этого кадра базовой станцией.

В этом случае таблица адресов не нужна. Такой метод чаще всего используется в Token Ring для передачи кадров между разными сегментами.

В3: Маршрутизаторы

Маршрутизаторы как и мосты позволяют эффективно объединять сети и увеличивать их размеры. В отличи от моста, работа которого прозрачна для сетевых устройств, маршрутизаторы должны явно указывать на порт, через который пройдет кадр.

Поступающие пакеты заносятся во входной буфер обмена и с помощью центрального процессора маршрутизатора анализируются. По результатам анализа выбирается выходной буфер обмена.

Маршрутизаторы можно разбить на следующие группы:

1) Периферийные маршрутизаторы. Для соединения небольших филиалов с сетью центрального офиса

2) Маршрутизаторы удаленного доступа. Для сетей среднего размера

3) Мощные магистральные маршрутизаторы

П1: Периферийные маршрутизаторы

Для соединения с сетью центрального офиса имеют 2 порта с ограниченными возможностями. Один для соединения со своей сетью, а другой с центральной сетью.

Все функции возложены на центральный офис, поэтому периферийные маршрутизаторы не требуют обслуживания и очень дешевые.

П2: Маршрутизаторы удаленного доступа

Они обычно имеют фиксированную структуру и содержат 1 местный порт и несколько портов для соединения с другими сетями.

Они обеспечивают:

1) Предоставление канала связи по требованию

2) Сжатие данных, для повышения пропускной способности

3) Автоматическое переключение трафика на коммутируемые линии при выходе основной или выделенной линии из строя

П3: Магистральные маршрутизаторы

Они подразделяются на:

1) С централизованной архитектурой

2) С расправленной архитектурой

Особенности маршрутизаторов с распределенной архитектурой:

1) Модульная конструкция

2) Наличие до нескольких десятков портов для подключения к разным сетям

3) Поддержка средств обеспечения отказоустойчивости

В маршрутизаторах с централизованной архитектурой все функции сосредоточены в одном модуле. Маршрутизаторы с распределенной архитектурой обеспечивают более высокие показатели надежности и производительности по сравнению с централизованной архитектурой.

В4: Протоколы маршрутизации

Все методы маршрутизации можно разбить на 2 группы:

1) Методы статической или фиксированной маршрутизации

2) Методы динамической или адаптивной маршрутизации

Статическая маршрутизация подразумевает использование маршрутов, которые установлены системным администратором и не изменяются в течение длительного промежутка времени.

Статическая маршрутизация применяется в небольших сетях и обладает следующими достоинствами:

1) Низкие требования к маршрутизатору

2) Повышенная безопасность сети

В тоже время у нее есть и существенные недостатки:

1) Очень высокая трудоемкость эксплуатации

2) Отсутствие адаптации к изменениям топологии сети

Динамическая маршрутизация позволяет автоматически изменять маршрут следования при перегрузках или отказах в сети. Протоколы маршрутизации в этом случае реализуются программно в маршрутизаторе создавая таблицы маршрутизации, отображающие текущие состояния сети.

Протоколы внутренней маршрутизации основаны на алгоритмах обмена:

1) Таблицами вектор-длина (DVA)

2) Информацией о состояниях каналов (LSA)

DVA- это алгоритм обмена информации о доступных сетях и о расстояниях до них путем рассылки широковещательных пакетов.

Этот алгоритм реализуется в одном из самых первых протоколов RIP, который до сих пор не потерял своей актуальности. Они периодически посылают широковещательные пакеты, обновляя таблицы маршрутизации.

Достоинства:

1) Простота

Недостатки:

1) Медленное формирование оптимальное маршрутов

LSA - алгоритм обмена информации о состоянии каналов, его также называют алгоритмом предпочтения кратчайшего пути.

Он основан на построении динамический карты топологии сети за счет сбора информации о всех объединяемых сетях. При изменении состояния своей сети маршрутизатор немедленно отправляет сообщение всем другим маршрутизаторам.

К достоинствам относят:

1) Гарантированная и быстрая оптимизация маршрутов

2) Меньший объем передаваемой по сети информации

С развитием достоинств алгоритма LSA было разработка протокола OSPF. Это наиболее современный и часто используемый протокол, он обеспечивает следующие дополнительные к базовому алгоритму LSA возможности:

1) Более быстрая оптимизация маршрутов

2) Простота отладки

3) Маршрутизация пакетов в соответствии с классом обслуживания

4) Аутентификация маршрутов, то есть отсутствие возможности перехвата пакета злоумышленниками

5) Создание виртуального канала между маршрутизаторами

В5: Сравнение маршрутизаторов и мостов

К достоинствам маршрутизаторов по сравнению с мостами можно отнести:

1) Высокая безопасность данных

2) Высокая надежность сетей за счет альтернативных путей

3) Эффективное распределение нагрузки по каналам связи за счет выбора наилучших маршрутов для передачи данных

4) Большая гибкость за счет выбора маршрута в соответствии с его метрикой, то есть стоимость маршрута, пропускная способность и так далее

5) Возможность объединения с разной длиной пакета

К недостаткам маршрутизаторов следует отнести:

1) Сравнительно большую задержку при передаче пакетов

2) Сложность установки и конфигурирования

3) При перемещении компьютера из одной сети в другую необходимо изменять его сетевой адрес

4) Более высокая стоимость производства, так как требуются дорогостоящие процессоры, большая оперативная память, дорогое программное обеспечение

Можно выделить следующие характерные особенности мостов и маршрутизаторов:

1) Мосты работают с MAC (то есть физическими) адресами, а маршрутизаторы с сетевыми адресами

2) Для построения маршрута мосты используют только адреса отправителя и получателя, маршрутизаторы же используют много разных источников для выбора маршрута

3) Мосты не имеют доступа к данным в конверте, а маршрутизаторы могут вскрыть конверты и разбивать пакеты на более короткие

4) С помощью мостов пакеты только отфильтровываются, а маршрутизаторы пересылают пакеты на конкретный адрес

5) Мосты не учитывают приоритет кадра, а маршрутизаторы обеспечивают различные типы сервиса

6) В мостах обеспечивается не большое время задержки, хотя при перегрузке возможны потери кадров, а маршрутизаторы вносят большую задержку

7) Мосты не гарантируют доставку кадров, а маршрутизаторы гарантируют

8) Мост перестает работать при неисправности сети, а маршрутизатор обеспечивает поиск альтернативного маршрута и сохраняет работоспособность сети

9) Мосты обеспечивают достаточно низкий уровень безопасности, чем маршрутизаторы

В6: Коммутаторы

Коммутатор по функциональным возможностям занимает промежуточное положение между мостом и маршрутизатором. Он работает на втором канальном уровне, то есть коммутирует данные на основе MAC адресов.

Производительность коммутаторов значительно выше, чем мостов.

Каноническую структуру коммутатора можно представить в следующем виде:

В отличие от моста каждый порт в коммутаторе имеется свой процессор, в то время как в мосте имеются общий процессор. В коммутаторе устанавливается один путь для всех кадров, то есть формируется так называемая пачка.

Коммутационная матрица передает кадры из входных буферов в выходные на основе коммутационной матрицы.

Используются 2 способа коммутации:

1) С полной буферизацией кадра, то есть пересылка начинается после сохранения в буфере всего кадра

2) На лету, когда анализ заголовка начинается сразу же после поступления во входной порт\буфер и кадр с ходу направляется в нужный выходной буфер

Коммутаторы подразделяются на:

1) Полудуплексные, когда к каждому порту подключается сегмент сети

2) Дуплексные, когда к порту подключается только одна рабочая станция

Коммутаторы по сравнению с мостами являются более интеллектуальными сетевыми устройствами. Они позволяют:

1) Автоматически определять конфигурацию связи

2) Транслировать протоколы канального уровня

3) Фильтровать кадры

4) Устанавливать приоритеты трафика

Л19: Сети с установлением соединений

В1: Принцип передачи пакетов на основе виртуальных каналов

Коммутация в сетях может быть основана на 2-х методах:

1) Дейтаграммный способ (без установления соединения)

2) На основе виртуального канала (с установлением соединения)

Существует 2 типа виртуальных каналов:

1) Коммутируемый (на время сеанса)

2) Постоянный (формируемый вручную и неизменяемый в течение длительного времени)

При создании коммутируемого канала маршрутизация осуществляется один раз, при прохождении первого пакета. Такому каналу присваивается условный номер, по которому и адресуется передача остальных пакетов.

Такая организация уменьшает задержку:

1) Решение о продвижении пакета принимается быстрее, из-за короткой таблицы коммутации

2) Возрастает эффективная скорость передачи данных

Использование постоянных каналов более эффективно, так как отсутствует этап установления соединения. Однако, по постоянному каналу может одновременно передаваться несколько пакетов, что снижает эффективную скорость передачи данных. Постоянные виртуальные каналы дешевле, чем выделенные каналы.

П1: Назначение и структура сети

Такие сети наилучшим образом подходят для передачи трафика низкой интенсивности.

Сети х.25 называют еще сетями пакетной коммутации . В течение длительного времени такие сети были единственными сетями, которые работали на низкоскоростных ненадежных каналах связи.

Такие сети состоят из коммутаторов, называемых центрами коммутации пакетов и расположенных в различных географических точках. Между собой коммутаторы соединяются линиями связи, которые могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Несколько низкоскоростных потоков от терминалов соединяется в пакет, передаваемый по сети. Для этого используются специальные устройства - пакетный адаптер данных . Именно к этому адаптеру и подключаются терминалы, работающие в сети.

Функциями пакетного адаптера данных являются:

1) Сборка символов в пакеты

2) Разборка пакетов и вывод данных на терминалы

3) Управление процедурами соединения и разъединения по сети

Терминалы в сети не имеют собственных адресов, они распознаются по порту пакетного адаптера данных, к которому терминал подключен.

П2: Стек протоколов х.25

Стандарты описаны на 3-х уровнях протоколов: физическом, канальном и сетевом.

На физическом уровне определен универсальный интерфейс, между аппаратурой передачи данных и оконечным оборудованием.

На канальном уровне обеспечивается сбалансированный режим работы, что обозначает равноправие узлов, участвующих в соединении.

На сетевом уровне выполняются функции маршрутизации пакетов, установление и разрыва соединения и управление потоком данных.

П3: Установление виртуального соединения

Для установления соединения посылается специальный пакет Call Request (запрос на соединение). В этом пакете в специальном поле задается номер виртуального канала, который будет сформирован. Этот пакет проходит через узлы, формируя виртуальный канал. После прохождения пакета и создания канала в остальные пакеты вписывается номер этого канала и по нему осуществляется передача пакетов с данными.

Протокол сетей х.25 разработан для низкоскоростных каналов с высоким уровнем помех, и не гарантирует пропускной способности, однако позволяет устанавливать приоритет трафика.

П1: Особенности технологии

Такие сети гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей при наличии качественных линий связи (например, волоконно-оптических).

Особенности технологии:

1) Дейтаграммный режим работы обеспечивает высокую пропускную способность, до 2 Мбит\с, небольшие задержки кадров, в тоже время гарантия надежности передачи не обеспечивается

2) Поддержка основных показателей качества обслуживания, в первую очередь средней скорость передачи данных

3) Использование 2-х типов виртуальных каналов: постоянных и коммутируемых

4) Технология Frame Relay использует технику виртуальных соединений аналогичную х.25, однако данные передаются только на пользовательском и канальном уровнях, в то время как на х.25 еще и на сетевом

5) Накладные расходы в Frame Relay меньше чем в х.25

6) Протокол канального уровня имеет 2 режима работы:

a. Основной. Для передачи данных

b. Управляющий. Для контроля

7) Технология Frame Relay ориентированы на качественные каналы связи и не предусматривает обнаружение и коррекции искаженных кадров

П2: Поддержка качества обслуживания

Данная технология поддерживает процедуру заказа качества обслуживания. Сюда относятся:

1) Согласованная скорость, с которой будут передаваться данные

2) Согласованный объем пульсации, то есть максимальное количество байт за единицу времени

3) Дополнительный объем пульсации, то есть максимальное количество байт, которое может быть передано сверх установленного значения за единицу времени

П3: Использование сетей Frame Relay

Технологию Frame Relay в территориальных сетях можно рассматривать как аналог Ethernet в локальных сетях.

Обе технологии:

1) Предоставляют быстрые транспортные услуги без гарантии доставки

2) Если кадры теряются, не предпринимается попыток по их восстановлению, то есть полезная пропускная способность данной сети зависит от качества канала

При этом по таким сетям не целесообразно передавать звук и тем более видео, хотя благодаря наличию приоритетов речь может быть передана.

П1: Общие понятия АТМ

Это технология асинхронного режима, использующая маленькие пакеты, которые называются ячейками (cells).

Данная технология предназначена для передачи голоса, видео и данных. Может использоваться как для построения локальных сетей, так и магистралей.

Трафик компьютерных сетей можно подразделить на:

1) Потоковый. Представляющий собой равномерный поток данных

2) Пульсирующий. Неравномерный, непредсказуемый поток

Потоковый трафик характерен для передачи мультимедийных файлов (видео), для него наиболее критичным является задержка кадра. Пульсирующий трафик - это передача файлов.

Технология АТМ способна обслуживать все виды трафика за счет:

1) Техники виртуальных каналов

2) Предварительного заказа параметров качества

3) За счет установления приоритетов

П2: Принципы технологии АТМ

Подход заключается в передаче всех видов трафика пакетами фиксированной длины - ячейками, длиной 53 байта. 48 байт - данные + 5 байт - заголовок. Размер ячейки выбирался с одной стороны исходя из уменьшения времени задержек в узлах, и с другой стороны, исходя из минимизации потерь пропускной способности. Более того, при использовании виртуальных каналов заголовок содержит только номер виртуального канала, в который вмещается максимально 24 бита (3 байта).

Сеть АТМ имеет классическую структуру: АТМ-коммутаторы соединенные линиями связи, к которым подключаются пользователи.

П3: Стек протоколов АТМ

Стек протоколов соответствует нижним 3-м уровням OSI-модели. Он включает: уровень адаптации, уровень АТМ и физический уровень. Однако прямого соответствия между уровнями АТМ и OSI нет.

Уровень адаптации представляет собой набор протоколов, преобразующих данные верхних уровней в ячейки нужного формата.

Протокол АТМ занимается непосредственно передачей ячеек через коммутаторы. Физический уровень определяет согласование устройств передачи с линией связи, и параметры среды передачи.

П4: Обеспечение качества обслуживания

Качество задается следующими параметрами трафика:

1) Пиковая скорость передачи ячеек

2) Средняя скорость

3) Минимальная скорость

4) Максимальная величина пульсации

5) Доля потерянных ячеек

6) Задержка ячеек

Трафик в соответствии с указанными параметрами подразделяется на 5 классов:

Класс Х является резервным и параметры для него могут устанавливаться пользователем.

Л20: Глобальная сеть Internet

В1: Краткая история создания и организационные структуры

Глобальная сеть Internet реализована на основании стека сетевых протоколов TCP\IP, обеспечивающих передачу данных между локальными и территориальными сетями, а также коммуникационными системами и устройствами.

Появлению сети Internet из стека протоколов TCP\IP предшествовало в середине 60-х годов прошлого века создание сети ARPANET. Эта сеть создавалась под эгидой управления научных исследований Министерства обороны США и ее разработка была поручена ведущим американским университетам. В 1969 году сеть была запущена и состояла она из 4-х узлов. В 1974 году были разработаны первые модели TCP\IP и, в 1983 году сеть полностью перешла на этот протокол.

Параллельно в 1970 году началась разработка межуниверситетской сети NSFNet. И в 1980 году эти две разработки объединились, получив название Internet.

В 1984 году была разработана концепция доменных имен, а в 1989 все это оформилось в виде всемирной паутины (WWW), основу которой составлял протокол передачи текста HTTP.

Сеть Internet является общественной организацией, в которой нет руководящих органов, нет владельцев, а есть только координирующий орган, который называется IAB .

В его состав входят:

1) Исследовательский подкомитет

2) Законодательный подкомитет. Вырабатывает стандарты, которые рекомендуются для использования всем участникам Internet

3) Подкомитет ответственный за распространение технической информации

4) Ответственный за регистрацию и подключение пользователей

5) Ответственный за другие административные задачи

В2: Стек протоколов TCP\IP

Под стеком протоколов обычно понимается набор реализации стандартов.

Модель стека протоколов TCP\IP содержит 4 уровня, соответствие этих уровней OSI-модели приведем в следующей таблице:

На 1-ом уровне TCP-модели сетевой интерфейс находится аппаратно зависимое программное обеспечение, оно реализует передачу данных в конкретной среде. Среда передачи данных реализуется различным образом, от двухточечного звена до сложной коммуникационной структуры сети х.25 или Frame Relay. Сеть протоколов TCP\IP поддерживает все стандартны протоколов физического уровня, а также канального уровня для сетей Ethernet, Token Ring, FDDI и так далее.

На 2-ом межсетевом уровне TCP-модели реализуется задача маршрутизации с использование протокола IP. Вторая важная задача этого протокола - скрытие аппаратно-программных особенностей среда передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого интерфейса, это обеспечивает многоплатформенное применение приложений.

На 3-м транспортном уровне решаются задачи надежной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности.

На 4-ом прикладном уровне находятся прикладные задачи запрашивающие сервис у транспортного уровня.

Основными особенностями стека протокола TCP\IP являются:

1) Независимость от среды передачи данных

2) Негарантированная доставка пакетов

Информационные объекты, используемые на каждом из уровней TCP\IP-модели, имеют следующие особенности:

1) Сообщение - блок данных, которым оперирует прикладной уровень. Он передается от приложения к транспортному уровню с соответствующими этому приложению размером и семантикой

2) Сегмент - блок данных, который формируется на транспортном уровне

3) Пакет, называемый также IP-дейтограммой, которым оперирует протокол IP на межсетевом уровне

4) Кадр - аппаратно зависимый блок данных, получаемый в результате упаковки IP-дейтограммы в формат, приемлемый для конкретной физической среды передачи данных

Рассмотри вкратце протоколы, используемые в стеке TCP\IP.

Протоколы прикладного уровня (нужно знать какие существуют, чем отличаются и знать что такое)

FTP - протокол передачи файлов. Предназначен для передачи файлов в сети и реализует:

1) Подключение к серверам FTP

2) Просмотр содержимого каталогов

FTP функционирует поверх транспортного уровня TCP протокола, использует 20й порт для передачи данных, 21й - для передачи команд.

В FTP предусмотрены возможность аутентификации (опознавание пользователя), возможность передачи файлов с прерванного места.

TFTP - упрощенный протокол передачи данных. Предназначен, в первую очередь, для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций. В отличие от FTP аутентификация невозможна, однако можно использовать идентификацию по IP-адресу.

BGP - протокол граничного шлюза. Используется для динамической маршрутизации и предназначен для обмена информацией о маршрутах.

HTTP - протокол передачи гипертекста. Предназначен для передачи данных в виде текстовых документов на основе клиент-серверной технологии. В настоящее время этот протокол используется для получения информации с веб-сайтов.

DHCP - протокол динамической конфигурации узла. Предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP адресов. Протокол реализуется в специализированом DHCP сервере по клиент-серверной технологии: в ответ на запрос компьютера, он выдает IP-адрес и конфигурационные параметры.

SMNP - протокол простого управления сетями. Предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами путем обмена управляющей информацией.

DNS - система доменных имен. Представляет собой распределенную иерархическую систему для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени.

SIP - протокол установления сеанса. Предназначен для установления и завершения пользовательского сеанса.

Подобные документы

История возникновения сети Token-Ring как альтернативы Ethernet. Топология сети, соединение абонентов, концентратор Token-Ring. Основные технические характеристики сети. Формат пакета (кадра) сети. Назначение полей пакета. Маркерный метод доступа.

презентация , добавлен 20.06.2014


Роль и общие принципы построения компьютерных сетей. Топологии: шинная, ячеистая, комбинированная. Основные системы построения сетей "Token Ring" на персональных компьютерах. Протоколы передачи информации. Программное обеспечение, технология монтажа сети.

курсовая работа , добавлен 11.10.2013


Історія виникнення Fast Ethernet. Правила побудови Fast Ethernet мереж, їх відмінність від правил конфігурування Ethernet. Фізичний рівень технології Fast Ethernet. Варіанти кабельних систем: волоконно-оптичний багатомодовий, вита пара, коаксіальний.

реферат , добавлен 05.02.2015


Требования к серверу. Выбор сетевых программных средств. Оптимизация и поиск неисправностей в работающей сети. Структура Fast Ethernet. Ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием. Классификация беспроводного сетевого оборудования.

дипломная работа , добавлен 30.08.2010


Характеристика существующей сети города Павлодар. Расчет нагрузки от абонентов сети Metro Ethernet, логическая схема включения компонентов решения Cisco Systems. Сопряжение шлюзов выбора услуг с городскими сетями передачи данных, подключение клиентов.

дипломная работа , добавлен 05.05.2011


Характеристика основных устройств объединения сетей. Основные функции повторителя. Физическая структуризация сетей ЭВМ. Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet. Особенности использования оборудования 100Base-T в локальных сетях.

реферат , добавлен 30.01.2012


Технологии построения локальных проводных сетей Ethernet и беспроводного сегмента Wi-Fi. Принципы разработки интегрированной сети, возможность соединения станций. Анализ представленного на рынке оборудования и выбор устройств, отвечающих требованиям.

дипломная работа , добавлен 16.06.2011


Объединение в локальную сеть по технологии FastEthernet компьютеров, которые находятся в квартирах трех домов. Технологии кодирования, применяемые в SHDSL. Соединение локальной сети с Internet по WAN-технологии. Правила построения сегментов Fast Ethernet.

курсовая работа , добавлен 08.09.2012


Алгоритмы сети Ethernet/Fast Ethernet: метод управления обменом доступа; вычисления циклической контрольной суммы (помехоустойчивого циклического кода) пакета. Транспортный протокол сетевого уровня, ориентированный на поток. Протокол управления передачей.

контрольная работа , добавлен 14.01.2013


Локальная сеть как группа персональных компьютеров (периферийных устройств), которые объединены между собой высокоскоростным каналом передачи цифровых данных в пределах близлежащих зданий. Сети Ethernet: формирование, история разработки. Сетевые кабели.

Эффективное использование ИС невозможно без применения сетевых технологий. Вычислительная сеть - это совокупность рабочих станций (например, на базе персональных ЭВМ), связанных между собой каналами передачи данных, по которым циркулируют сообщения. Сетевые операции регулируются набором правил и соглашений - сетевым протоколом, который определяет требуемые для совместной работы технические параметры аппаратуры, сигналы, форматы сообщений, способы обнаружения и исправления ошибок, алгоритмы работы сетевых интерфейсов и т.д.

Локальные сети позволяют эффективно использовать такие ресурсы системы как базы данных, периферийные устройства типа лазерных принтеров, быстродействующих накопителей на магнитных дисках большого объема и т.п., а также пользоваться электронной почтой.

Глобальные сети появились тогда, когда был создан протокол, позволяющий соединять между собой локальные сети. Обычно это событие связывают с появлением пары взаимосвязанных протоколов - протокола управления передачей / межсетевого протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol ), которые 1 января 1983 года связали в единую систему сеть ARPANET и сеть оборонной информации США. Так была создана «сеть сетей» - Интернет. Другим важным событием в истории Интернета явилось создание распределенной гипертекстовой информационной системы WWW (от англ, World Wide Web - «Всемирная паутина»). Оно стало возможным благодаря разработке набора правил и требований, облегчающих написание программного обеспечения для рабочих станций и серверов. И, наконец, третьим важным событием в истории Интернета была разработка специальных программ, облегчающих поиск информации и обрабатывающих текстовые документы, изображения и звуки.

Сеть Интернет состоит из компьютеров, которые являются ее постоянными узлами (они получили название хост от англ. host - хозяин) и терминалов, которые подключаются к хосту. Хосты соединены между собой по Интернет-протоколу, а в качестве терминала можно использовать любой персональный компьютер, запустив на нем специальную программу-эмулятор. Такая программа позволяет ему «притвориться» терминалом, то есть так же воспринимать команды и посылать такие же ответные сигналы, что и настоящий терминал. Для того, чтобы решить проблему учета миллионов ПЭВМ, соединенных в единую сеть, Интернет использует уникальные коды - число и имя, которые присваиваются каждому компьютеру. В качестве части имени используются названия стран (Россия - RU, Великобритания - UK, Франция - FR), а в США - типы организаций (коммерческая - СОМ, система образования EDU, сетевые службы - NET).

Для того, чтобы подключиться к сети по Интернет-протоколу, необходимо договориться с организацией-провайдером (от англ. provider - поставщик), которая будет перенаправлять информацию с помощью сетевого протокола TCP/IP по телефонным линиям на данный компьютер через специальное устройство - модем. Обычно провайдеры Интернета при регистрации нового абонента выдают ему специально написанный пакет программ, который автоматически устанавливает необходимое сетевое программное обеспечение на ЭВМ абонента.

Интернет предоставляет пользователям множество различных ресурсов. С точки зрения использования Интернет для целей образования наибольший интерес представляют два - система файловых архивов и базы данных World Wide Web (WWW, «Всемирная паутина»),

Система файловых архивов становится доступной с помощью протокола FTP { File Transfer Protocol - протокол передачи файлов); эту систему архивов так и называют: FTP-архивы. FTP-архивы - это распределенный депозитарий разных данных, накопленных за 10-15 лет. Любой пользователь может анонимно обратиться к этому хранилищу и скопировать интересующие его материалы. Команды протокола FTP определяют параметры канала передачи данных и самого процесса передачи, а также характер работы с файловой системой. Протокол FTP позволяет пользователям копировать файлы из одного присоединенного к сети компьютера в другой. Другое средство - протокол доступа к машинам сети Telnet позволяет соединяться с другим терминалом так же, как соединяются по телефону с другим абонентом, и вести с ним совместную работу.

Особенностью распределенной гипертекстовой информационной системы WWW является применение гипертекстовых ссылок, которые дают возможность просматривать материалы в порядке их выбора пользователем.

Фундаментом WWW служат четыре краеугольных камня:

язык гипертекстовой разметки документов HTML;

универсальный способ адресации URL;

протокол доставки гипертекстовых сообщений HTTP;

универсальный межсетевой интерфейс CGI.

Стандартный объект хранения в базе данных - это HTML-документ, которому соответствует обычный текстовый файл. Запросы клиентов обслуживает программа, называемая HTTP -сервер. Она реализует связь по протоколу HTTP { HyperText Transfer Protocol - протокол передачи гипертекстов), который является надстройкой над TCP/IP - стандартным протоколом Интернета. Законченный информационный объект, который отображается программой клиентом пользователя при обращении к информационному ресурсу, это страница базы данных WWW,

Местонахождения каждого ресурса определяется унифициро ванным указателем ресурса URL (от англ. Uniform Resource Locator ). Стандартный URL состоит из четырех частей: формат передачи (тип протокола доступа), имя хоста, на котором находится запрашиваемый ресурс, путь к этому файлу и имя файла. С помощью системы именования URL ссылки в гипертексте описывают местонахождение документа. Связь со всеми ресурсами сети осуществляется через единый пользовательский интерфейс CUI (Common User Interface ). Главное назначение этого средства - обеспечение единообразного потока данных между сервером и прикладной программой, которая запускается под его управлением. Просмотр информационного ресурса выполняется с помощью специальных программ - браузеров (от англ. browse - читать, бегло просматривать).

Термин «браузер» относится не ко всем ресурсам Интернет, а только к той их части, которая носит название «Всемирная паутина». Только здесь используется протокол HTTP, необходимый для передачи документов, написанных с помощью языка HTML, а браузер - это программа, распознающая HTML-коды форматирования переданного документа и отображающая его на экране компьютера в том виде, как его задумал автор, другими словами, программа, осуществляющая просмотр HTML-документа.

К настоящему времени разработано большое количество программ-браузе-ров для Интернета. Среди них Netscape Navigator, MS Internet Explorel, Mosaic, Tango, Ariadna, Cello, Lynx.

Остановимся на том, как работают просмотрщики (браузеры) .

Обработка данных в HTTP состоит из четырех стадий: открытие связи, пересылка сообщения запроса, пересылка данных ответа и закрытие связи.

Чтобы открыть связь, просмотрщик «Всемирной паутины» соединяется с сервером HTTP (Web-сервером), указанным в URL. После установления соединения WWW-просмотрщик посылает сообщение запроса. Оно указывает серверу, какой документ нужен. После обработки запроса сервер HTTP передает WWW-серверу запрошенные данные. Все эти действия видны на экране монитора - все это делает браузер. Пользователю видна только основная функция, которая состоит в индикации, то есть выделении из общего текста гиперссылок. Это достигается изменением рисунка указателя мыши: когда указатель попадает на гиперссылку, он вращается из «стрелки» в «указующий перст» - руку с вытянутым указательным пальцем. Если в этот момент щелкнуть кнопкой мыши, то браузер «уйдет» по адресу, указанному в гиперссылке.

Технология функционирования HTTP-сервера настолько проста и дешева, что нет никаких ограничений для создания WWW-подобной системы внутри отдельной организации. Поскольку необходимо только наличие внутренней локальной сети с ТСР/IР-протоколом, можно создать маленькую (по сравнению с глобальной) гипертекстовую «Паутинку», Такая технология создания Интернет-подобных локальных сетей носит название Интранет.

В настоящее время по сети Интернет перемещается ежемесячно более 30 терабит информации (это примерно 30 млн. книг по 700 страниц каждая), а число пользователей составляет, по разным оценкам, от 30 до 60 млн. человек .

Главная > Учебно-методическое пособие

Высокоскоростные сетевые технологии

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении 15 лет. Однако в настоящее время стала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Это происходит по разным причинам:

повышение производительности клиентских компьютеров; увеличение числа пользователей в сети; появление мультимедийных приложений; увеличение числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени.

Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Для повышения пропускной способности сети можно применить несколько способов: сегментацию сети с помощью мостов и маршрутизаторов; сегментацию сети с помощью коммутаторов; общее повышение пропускной способности самой сети, т.е. применение высокоскоростных сетевых технологий.

В высокоскоростных технологиях компьютерных сетей используются такие типы сетей, как FDDI (Fiber-optic Distributed Data Interface – оптоволоконный распределенный интерфейс передачи данных), CDDI (Copper Distributed Data Interface – проводной распределенный интерфейс передачи данных), Fast Ethernet (100 Мбит/с), 100GV-AnyLAN, ATM (Asynchronous Transfer Method – асинхронный метод передачи), Gigabit Ethernet.

Сети FDDI и CDDI

Волоконно-оптические сети FDDI позволяют решить следующие задачи:

повысить скорость передачи до 100 Мбит/с; повысить помехоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода; максимально эффективно использовать пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафика.

Для этой архитектуры Американский институт национальных стандартов ANSI (American National Standard Institute) в 80-х годах разработал стандарт X3T9.5. К 1991 г. технология FDDI надежно закрепилась в мире сетей.

Хотя стандарт FDDI изначально был разработан для использования волоконной оптики, позднейшие исследования дали возможность перенести эту надежную высокоскоростную архитектуру на неэкранированные и экранированные витые кабели. В результате компания Crescendo разработала интерфейс CDDI, позволивший реализовать технологию FDDI на медных витых парах, которая оказалась на 20-30% дешевле FDDI. Технология CDDI была стандартизована в 1994 г., когда многие потенциальные заказчики осознали, что технология FDDI слишком дорогая.

Протокол FDDI (X3T9.5) работает по схеме передачи маркера в логическом кольце на оптоволоконных кабелях. Он задумывался так, чтобы максимально соответствовать стандарту IEEE 802.5 (Token Ring) - различия имеются только там, где это необходимо для реализации большей скорости обмена данными и способности перекрытия больших расстояний передачи.

В то время как стандарт 802.5 определяет наличие одного кольца, сеть FDDI использует в одном кабеле два противоположно направленных кольца (первичное и вторичное), соединяющих узлы сети. Данные можно пересылать по обоим кольцам, но в большинстве сетей они посылаются только по первичному кольцу, а вторичное кольцо зарезервировано, обеспечивая отказоустойчивость и избыточность сети. В случае отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные, первичное кольцо замыкается на вторичное, вновь образуя замкнутое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap , т.е. «свертыванием» или «сворачиванием» колец . Операция свертывания производится средствами концентраторов или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой операции данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении, в по вторичному – в обратном.

В стандартах FDDI много внимания уделяется различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов, а при множественных отказах сеть распадается на несколько работоспособных, но не связанных между собой сетей.

В сети FDDI могут существовать узлы 4-х типов:

· станции одиночного подключения SAS (Single Attachment Stations); · станции двойного подключения DAS (Dual Attachment Stations); · концентраторы одиночного подключения SAC (Single Attachment Concentrators); · концентраторы двойного подключения DAC (Dual Attachment Concentrators).

SAS и SAC подключаются к только одному из логических колец, а DAS и DAC - к обоим логическим кольцам одновременно и могут справиться со сбоем в одном из колец. Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции – одинарное, хотя это и не обязательно.

Вместо манчестерского кода в FDDI используется схема кодирования 4В/5В, перекодирующая каждые 4 бита данных в 5-битовые кодовые комбинации. Избыточный бит позволяет применить для представления данных в виде электрических или оптических сигналов самосинхронизирующийся потенциальный код. Кроме того, наличие запрещенных комбинаций позволяет отбраковывать ошибочные символы, что улучшает надежность сети.

Т.к. из 32-х комбинаций кода 5B для кодирования исходных 4 бит данных используется только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 было выбрано несколько комбинаций, которые используются для служебных целей и образуют некий язык команд физического уровня. К наиболее важным служебным символам относится символ Idle (простаивать), который постоянно передается между портами в течение пауз между передачами кадров данных. За счет этого станции и концентраторы имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае отсутствия потока символов Idle фиксируется отказ физической связи и производится реконфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно.

Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring 16 Мбит/с. Существуют два основных различия в работе с маркером в протоколах FDDI и IEEE 802.5 Token Ring. Во-первых, время удержания маркера доступа в сети FDDI зависит от загрузки первичного кольца: при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших загрузках может уменьшаться до нуля (для асинхронного трафика). Для синхронного трафика время удержания маркера остается постоянной величиной. Во-вторых, FDDI не использует областей приоритета и резервирования. Вместо этого в FDDI каждая станция классифицируется как асинхронная или синхронная. При этом синхронный трафик обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В FDDI используется интегрированное управление станцией модулями STM (Station Management). STM присутствует на каждом узле сети FDDI в виде программного или микропрограммного модуля. SMT отвечает за мониторинг каналов данных и узлов сети, в частности, за управление соединениями и конфигурацией. Каждый узел в сети FDDI действует как повторитель. SMT действует аналогично управлению, предоставляемому протоколом SNMP, однако STM располагается на физическом уровне и подуровне канального уровня.

При использовании многомодового оптического кабеля (самой распространенной среды передачи FDDI) расстояние между станциями составляет до 2 км, при использовании одномодового оптического кабеля – до 20 км. В присутствии повторителей максимальная протяженность сети FDDI может достигать 200 км и содержать до 1000 узлов.

Формат маркера FDDI:

Преамбула	Начальный разделитель SD	Контроль пакета FC	Концевой разделитель ED	Статус пакета FS

Формат пакета FDDI:

Преамбула

Преамбула предназначена для синхронизации. Несмотря на то, что изначально его длина равна 64 битам, узлы могут динамически изменять ее в соответствии со своими требованиями к синхронизации.

Начальный разделитель SD . Уникальное однобайтовое поле, предназначенное для идентификации начала пакета.

Контроль пакета FC . Однобайтовое поле вида CLFFTTTT, где бит С устанавливает класс пакета (синхронный или асинхронный обмен), бит L - индикатор длины адреса пакета (2 или 6 байт). Допускается использование в одной сети адресов и той, и другой длины. Биты FF (формат пакета) определяют, принадлежит ли пакет подуровню МАС (т.е. предназначен для целей управления кольцом) или подуровню LLC (для передачи данных). Если пакет является пакетом подуровня МАС, то биты ТТТТ определяют тип пакета, содержащего данные в поле Info.

Назначение DA . Определяет узел назначения.

Источник SA . Определяет узел, передавший пакет.

Информация Info . Это поле содержит данные. Они могут быть данными типа МАС или данными пользователя. Длина этого поля переменная, но ограничена максимальной длиной пакета в 4500 байт.

Контрольная сумма пакета FCS . Содержит CRC - сумму.

Концевой разделитель ED . Имеет длину полбайта для пакета и байт для маркера. Идентифицирует конец пакета или маркера.

Статус пакета FS . Это поле произвольной длины и содержит биты “Обнаружена ошибка”, “Адрес опознан”, “Данные скопированы”.

Самая очевидная причина дороговизны FDDI связана с использованием оптоволоконного кабеля. Свой вклад в дороговизну сетевых плат FDDI сделала также их сложность (дающая такие достоинства, как встроенное управление станцией, избыточность).

Характеристики сети FDDI

Fast Ethernet и 100GV-AnyLAN

В процессе разработки более производительной сети Ethernet специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий локальных сетей – Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN.

Около 1995 г. обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а является дополнением к стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30.

Комитет 802.12 принял технологию 100VG-AnyLAN, которая использует новый метод доступа к среде передачи Demand Priority и поддерживает кадры двух форматов – Ethernet и Token Ring.

Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от стандартной Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet по сравнению с Ethernet остались неизменными.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем:

волоконно-оптический многомодовый кабель (используются два волокна); витая пара категории 5 (используются две пары); витая пара категории 3 (используются четыре пары).

Коаксиальный кабель в Fast Ethernet вообще не используется. Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети 10Base-T/10Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети до 200 м, что связано с 10-кратным уменьшением времени передачи кадра минимальной длины из-за увеличения скорости передачи.

Тем не менее, это ограничение не очень препятствует построению крупных сетей Fast Ethernet в связи с бурным развитием в 90-х годах локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, накладываемых способом доступа к среде передачи CSMA/CD, а остаются только ограничения на длину физических сегментов.

Ниже рассматривается полудуплексный вариант работы технологии Fast Ethernet, который полностью соответствует методу доступа, описанному в стандарте 802.3.

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации Fast Ethernet и дал им следующие названия:

100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1; 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля с двумя волокнами и длиной волны лазера 1300 нм; 100Base-T4 для 4-парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категорий 3, 4 или 5.

Для всех трех стандартов справедливы следующие общие утверждения:

Форматы кадров Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров классического 10-мегабитного Ethernet; Межкадровый интервал IPG в Fast Ethernet равен 0,96 мкс, а битовый интервал – 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа, измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились; Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигнала, как в стандарте Ethernet).

Физический уровень включает три компонента:

подуровень согласования (Reconciliation Sublayer); независимый от среды передачи интерфейс MII (Media Independent Interface ) между уровнем согласования и устройством физического уровня; устройство физического уровня (Physical Layer Device – PHY).

Подуровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, мог работать нормально с физическим уровнем через интерфейс MII.

Устройство физического уровня PHY обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC – подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле - приемнике. Оно состоит из нескольких подуровней (рис.19):

подуровня логического кодирования данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4B/5B или 8B/6T; подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды, обеспечивающих формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например, NRZI или MLT-3; подуровня автопереговоров, который позволяет всем взаимодействующим портам выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс MII . MII представляет собой спецификацию сигналов TTL-уровня и использует 40-контактный разъем. Существует два варианта реализации интерфейса MII: внутренний и внешний.

При внутреннем варианте микросхема, реализующая подуровни MAC и согласования, с помощью интерфейса MII соединяется с микросхемой трансивера внутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера или модуля маршрутизатора. Микросхема трансивера реализует все функции устройства PHY. При внешнем варианте трансивер выделен в отдельное устройство и подсоединяется с помощью кабеля MII.

Интерфейс MII использует 4-битные порции данных для параллельной передачи их между подуровнями MAC и PHY. Каналы передачи и приема данных от MAC к PHY и наоборот синхронизируются тактовым сигналом, генерируемым уровнем PHY. Канал передачи данных от MAC к PHY стробируется сигналом «Передача», а канал приема данных от PHY к MAC - сигналом «Прием».

Данные о конфигурации порта хранятся в двух регистрах: регистре управления и регистре статуса. Регистр управления используется для установки скорости работы порта, для указания, будет ли порт принимать участие в процессе автопереговоров о скорости линии, для задания режима работы порта (полу- или полнодуплексный).

Регистр статуса содержит информацию о действительном текущем режиме работы порта, в том числе и о том, какой режим выбран в результате автопереговоров.

Физический уровень спецификаций 100 Base - FX / TX . Эти спецификации определяют работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволоконному кабелю или кабелям UTP кат.5/STP Type 1 в полудуплексном и полнодуплексном режимах. Как и в стандарте FDDI, каждый узел здесь соединяется с сетью двумя разнонаправленными сигнальными линиями, идущими от приемника и от передатчика узла соответственно.

Рис.19. Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

В стандартах 100Base-FX/TX на подуровне физического присоединения используется один и тот же метод логического кодирования 4B/5B, куда он без изменения перенесен из технологии FDDI. Для отделения начала кадра Ethernet от символов простоя Idle используются запрещенные комбинации Start Delimiter и End Delimiter.

После преобразования 4-битовых тетрад кода в 5-битовые комбинации последние необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации 100Base-FX и 100Base-TX используют для этого различные методы физического кодирования.

Спецификация 100Base-FX использует потенциальный физический код NRZI. Код NRZI (Non Return to Zero Invert to ones – без возврата к нулю с инвертированием единиц) является модификацией простого потенциального кода NRZ (в котором для представления логического 0 и 1 используются два уровня потенциала).

В методе NRZI также используются два уровня потенциала сигнала. Логические 0 и 1 в методе NRZI кодируются следующим образом (рис.20): в начале каждого единичного битового интервала значение потенциала на линии инвертируется, если же текущий бит равен 0, то в его начале потенциал на линии не изменяется.

Рис.20. Сравнение потенциальных кодов NRZ и NRZI.

Спецификация 100Base - TX для передачи по витой паре 5-битовых кодовых комбинаций использует код MLT-3, позаимствованный из технологии CDDI. В отличие от кода NRZI этот код является трехуровневым (рис.21) и является усложненным вариантом кода NRZI. В коде MLT-3 используются три уровня потенциала (+V, 0, -V), при передаче 0 значение потенциала на границе битового интервала не изменяется, при передаче 1 изменяется на соседние по цепочке +V, 0, -V, 0, +V и т.д.

Рис.21. Метод кодирования MLT-3.

Кроме использования метода MLT-3 спецификация 100Base - TX отличается от спецификации 100Base - FX также и тем, что в ней используется скремблирование. Скремблер обычно представляет собой комбинационную схему на элементах «Исключающее ИЛИ», которая перед кодированием MLT-3 зашифровывает последовательность 5-битовых кодовых комбинаций таким образом, чтобы энергия результирующего сигнала равномерно распределилась по всему частотному спектру. Это улучшает помехозащищенность, т.к. слишком сильные составляющие спектра вызывают нежелательные помехи на соседние линии передачи и излучение в окружающую среду. Дескремблер в узле - приемнике выполняет обратную функцию дескремблирования, т.е. восстановления исходной последовательности 5-битовых комбинаций.

Спецификация 100 Base - T 4 . Эта спецификация была разработана для того, чтобы можно было использовать в Fast Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Спецификация 100Base-T4 использует все четыре витых пары кабеля для того, чтобы повысить общую пропускную способность канала связи за счет одновременной передачи потоков данных по всем витым парам. Кроме двух однонаправленных пар, используемых в 100Base – TX, здесь две дополнительные пары являются двунаправленными и служат для распараллеливания передачи данных. Кадр передается по трем линиям побайтно и параллельно, что позволяет снизить требование к пропускной способности одной линии до 33.3 Мбит/с. Каждый байт, передаваемый по конкретной паре, кодируется шестью троичными цифрами в соответствии с методом кодирования 8B/6T. В результате при битовой скорости 33.3 Мбит/с скорость изменения сигнала в каждой линии составляет 33.3*6/8 = 25 Мбод, что укладывается в полосу пропускания (16 МГц) кабеля UTP кат.3.

Четвертая витая пара во время передачи используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизий.

В домене коллизий Fast Ethernet, который не должен превышать 205 м, допускается использовать не более одного повторителя класса I (транслирующий повторитель, поддерживающий разные схемы кодирования, принятые в технологиях 100Base-FX/TX/T4, задержка 140 bt) и не более двух повторителей класса II (прозрачный повторитель, поддерживающий только одну из схем кодирования, задержка 92 bt). Таким образом, правило 4-х хабов превратилось в технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

Небольшое количество повторителей в Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, т.к. применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых строится на одном или двух повторителях.

Автопереговоры по режиму работы порта . Спецификации 100Base-TX/T4 поддерживают функцию автопереговоров Autonegotiation, с помощью которой два устройства PHY могут автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы. Для этого предусмотрен протокол согласования режимов , по которому порт может выбрать самый эффективный из режимов, доступных обоим участникам обмена.

Всего в настоящее время определено 5 режимов работы, которые могут поддерживать устройства PHY TX/T4 на витых парах:

10Base-T (2 пары категории 3); 10Base-T full duplex (2 пары категории 3); 100Base-TX (2 пары категории 5 или STP Type 1); 100Base-TX full duplex (2 пары категории 5 или STP Type 1); 100Base-T4 (4 пары категории 3).

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет в переговорном процессе, а режим 100Base-T4 – самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении источника питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент времени устройством управления.

Устройство, начавшее процесс автопереговоров, посылает своему партнеру специальную пачку импульсов FLP (Fast Link Pulse burst ), в которой содержится 8-битовое слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию автопереговоров и способен поддерживать предлагаемый режим, то он отвечает своей пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер поддерживает менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе и этот режим выбирается в качестве рабочего.

Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые 16 мс посылает импульсы теста связности, и не понимает запрос FLP. Узел, получивший в ответ на свой запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T и устанавливает этот режим работы и для себя.

Полнодуплексный режим работы . Узлы, поддерживающие спецификации 100Base FX/TX, могут работать и в полнодуплексном режиме. В этом режиме не используется метод доступа к среде передачи CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий. Полнодуплексная работа возможна только при соединении сетевого адаптера с коммутатором, или же при непосредственном соединении коммутаторов.

100VG-AnyLAN

Технология 100VG-AnyLAN отличается от классической Ethernet принципиальным образом. Главные различия между ними состоят в следующем:

используется метод доступа к среде передачи Demand Priority – приоритетное требование , который обеспечивает значительно более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с методом CSMA/CD для синхронных приложений; кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения; в сети есть выделенный арбитр доступа – центральный концентратор, и это заметно отличает данную технологию от других, в которых используется распределенный алгоритм доступа; поддерживаются кадры двух технологий – Ethernet и Token Ring (отсюда в названии AnyLAN). Сокращение VG означает Voice-Grade TP – витая пара для голосовой телефонии; данные передаются в одну сторону одновременно по 4-м витым парам UTP категории 3, полный дуплекс невозможен.

Для кодирования данных применяется логический код 5B/6B, который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания UTP категории 3) при битовой скорости 30 Мбит/с в каждой линии. В качестве физического способа кодирования выбран код NRZ.

Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов. Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор или сетевой адаптер этой сети может быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring.

Каждый концентратор циклически выполняет опрос состояния своих портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети 100VG-AnyLAN используется два уровня приоритетов – низкий и высокий. Низкий уровень соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и др.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа).

Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие, т.е. станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет за счет динамической составляющей.

Если сеть свободна, то концентратор разрешает узлу передачу пакета, а всем другим узлам посылает сигнал предупреждения о приходе кадра, по которому узлы должны переключиться в режим приема кадра (перестать посылать сигналы состояния). После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор отправляет пакет станции назначения. По окончании передачи кадра хаб посылает сигнал Idle, и узлы снова начинают передавать информацию о своем состоянии. Если сеть занята, то концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом их приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения опроса концентратором нижнего уровня. Принятие решения о предоставлении доступа к сети выполняется корневым концентратором после проведения опроса портов всеми концентраторами сети.

При всей простоте этой технологии неясным остается один вопрос: каким образом концентратор узнает, к какому порту подключена станция назначения? Во всех других технологиях этот вопрос не возникал, т.к. кадр попросту передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала принимаемый кадр в буфер.

В технологии 100VG-AnyLAN эта задача решается следующим образом - концентратор узнает MAC -–адрес станции в момент ее физического присоединения к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического присоединения выясняет связность кабеля (link test в технологии 10Base-T), тип порта (технология FDDI), скорость работы порта (автопереговоры в Fast Ethernet), то в технологии 100VG-AnyLAN при установлении физического соединения концентратор выясняет MAC-адрес подсоединяемой станции и запоминает его в своей таблице MAC-адресов, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отличие концентратора 100VG-AnyLAN от моста или коммутатора состоит в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он принимает от станций сети только один кадр и отправляет в порт назначения. Пока текущий кадр не будет принят получателем, новые кадры концентратор не принимает, так что эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети, т.к. теперь кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Конспект

В настоящее время рынок российского туризма развивается крайне неравномерно. Объем выездного туризма преобладает над объемами въездного и внутреннего туризма.

Программа по педагогической практике (немецкий язык и английский язык): Учебно-методическое пособие для студентов IV и Vкурсов филологического факультета / Сост. Ариничева Л. А., Давыдова И. В. Тобольск: тгспа им. Д. И. Менделеева, 2011. 60 с

Программа

Конспект лекций по дисциплине: «сетевая экономика» Количество разделов

Конспект

Появление интернет-технологий, позволяющих выстраивать деловые отношения в среде Интернет дает возможность говорить о возникновении нового образа экономики, которая может быть названа «сетевой» или «интернет-экономикой».

Высокоскоростное подключение делится на 2 типа:

Проводное соединение

К ним относится - телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель.

Беспроводное соединение

Основные технологии передачи данных для доступа к сети Интернет

Технологии проводных соединений:

• 1 DVB
• 2 xDSL
• 3 DOCSIS
• 4 Ethernet
• 5 FTTx
• 6 Dial-up
• 7 ISDN
• 8 PLC
• 9 PON

UMTS / WCDMA (HSDPA; HSUPA; HSPA; HSPA+)

Спутниковый Интернет

DVB (англ. Digital Video Broadcasting -- цифровое видео вещание) -- семейство стандартов цифрового телевидения, разработанных международным консорциумом DVB Project.

Стандарты, разработанные консорциумом DVB Project, делятся на группы по сфере применения. Каждая группа имеет сокращённое название с префиксом DVB-, например, DVB-H -- стандарт для мобильного телевидения.

Стандарты DVB охватывают все уровни модели взаимодействия открытых систем OSI с разной степенью детализации для различных способов передачи цифрового сигнала: наземного (эфирного и мобильного), спутникового, кабельного телевидения (как классического, так и IPTV). На более высоких уровнях OSI стандартизируются системы условного доступа, способы организации информации для передачи в среде IP, различные метаданные.

хDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) -- семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line -- цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия -- Digital Subscriber Loop -- цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

Широкое применение доступа через xDSL имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией ISDN. Пользователь получает интегрированное обслуживание двух сетей -- телефонной и компьютерной. Но для пользователя наличие двух сетей оказывается незаметным, для него только ясно, что он может одновременно пользоваться обычным телефоном и подключенным к Интернету компьютером. Скорость же компьютерного доступа при этом превосходит возможности интерфейса PRI сети ISDN при существенно более низкой стоимости, определяемой низкой стоимостью инфраструктуры IP-сетей.

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) -- стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю. Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.

DOCSIS 1.1 дополнительно предусматривает наличие специальных механизмов, улучшающих поддержку IP-телефонии, уменьшающих задержки при передаче речи (например, механизмы фрагментации и сборки больших пакетов, организации виртуальных каналов и задания приоритетов).

DOCSIS имеет прямую поддержку протокола IP с нефиксированной длиной пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATM Cell transport для передачи IP-пакетов (то есть, IP-пакет сначала переводится в формат ATM, который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный процесс).

Ethernet (от англ. ether -- «эфир» и англ. network -- «сеть, цепь») -- семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.

Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть» или «среда сети») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) -- это повышает скорость работы и безопасность сети.

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (224) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert.

MAC-адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все кадры генерируются операционной системой. Все современные операционные системы позволяют поменять его. Для Windows начиная как минимум с Windows 98 он менялся в реестре. Некоторые драйвера сетевых карт давали возможность изменить его в настройках, но смена работает абсолютно для любых карт.

Некоторое время назад, когда драйверы сетевых карт не давали возможность изменить свой MAC-адрес, а альтернативные возможности не были слишком известны, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора.

Разновидности быстрого Ethernet: Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с), 2,5- и 5-гигабитные варианты NBASE-T, MGBASE-T, 10-гигабитный Ethernet (10G Ethernet, 10 Гбит/с), 40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet.

О Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 Тбит/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на одной из конференций, посвящённых, оптоволоконным коммуникациям, который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии -- DWDM.

Fiber To The X или FTTx (англ. fiber to the x -- оптическое волокно до точки X) -- это общий термин для любой широкополосной телекоммуникационной сети передачи данных, использующей в своей архитектуре волоконно-оптический кабель в качестве последней мили для обеспечения всей или части абонентской линии. Термин является собирательным для нескольких конфигураций развёртывания оптоволокна -- начиная от FTTN (до узла) и заканчивая FTTD (до рабочего стола).

В строгом определении FTTx является только физическим уровнем передачи данных, однако фактически понятием охватывается большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В зависимости от условий использования телекоммуникационная отрасль различает несколько отдельных конфигураций FTTX:

FTTN (Fiber to the Node) -- волокно до сетевого узла. Оптоволокно оканчивается в уличном коммуникационном шкафу, возможно за 1-2 км от конечного потребителя, с дальнейшей прокладкой меди -- это может быть xDSL или гибридные волоконно-коаксиальные линии. FTTN зачастую является промежуточным шагом к полному FTTB и, как правило, используется для доставки расширенного пакета Triple Play телекоммуникационных услуг.

FTTC / FTTK (Fiber to the Curb / Fiber to the kerb) -- волокно до микрорайона, квартала или группы домов. Вариант весьма похож на FTTN, но уличный шкаф или столб ближе к помещениям клиента и находится, как правило, в пределах 300 метров -- расстояния для широкополосных медных кабелей, подобных проводному Ethernet или связи по ЛЭП IEEE 1901 или беспроводной технологии Wi-Fi. Иногда FTTC неоднозначно называют FTTP (fiber-to-the-pole, оптика до столба), что вызывает путаницу с «Fiber to the premises system» (оптика до системы помещений).

FTTdp (Fiber To The Distribution Point) -- волокно до точки распределения. Это также похоже на FTTC / FTTN, но ещё на один шаг ближе. Оптоволокно оканчивается в нескольких метрах от границы конечного потребителя и последнее соединение кабелей происходит в распределительной коробке, называемой точкой распределения, что позволяет предоставлять абонентам близкие к гигабитным скорости.

FTTP (Fiber to the premises) -- волокно до помещения. Это сокращение обобщает термины FTTH и FTTB или используется в тех случаях, когда оптоволокно подведено туда, где одновременно есть дома и малый бизнес.

FTTB (Fiber to the Building) -- волокно доходит до границы здания, такой как фундамент многоквартирного дома, подвальное помещение или технический этаж с окончательным подключением каждого жилого помещения при помощи альтернативных способов как в конфигурациях FTTN или FTTP.

FTTH (Fiber to the Home) -- волокно до дома, квартиры или отдельного коттеджа. Кабель доводится до границы жилой площади, например, коммуникационной коробки на стене жилья. Далее абоненту услуги оператора предоставляются посредством технологии PON и PPPoE посредством FTTH-сетей.

FTTD / FTTS (Fiber to the desktop, Fiber to the Subscriber) -- оптическое соединение приходит в основную компьютерную комнату в терминал или в медиаконвертер близ рабочего стола клиента.

FTTE / FTTZ (Fiber to the telecom enclosure, fiber to the zone) -- вид кабельной системы, обычно используемой в локальной сети предприятий, когда оптическое соединение используется от серверного помещения до рабочего места. Эти виды не входят в группу технологий FTTX, несмотря на схожесть в наименованиях.

Аппаратная архитектура и типы подключений

Простейшей архитектурой оптической сети является прямое волокно. При таком способе каждое волокно в кабеле от помещений оператора связи идёт к одному клиенту. Подобные сети могут обеспечить великолепную скорость передачи данных, но они существенно дороже по причине нерационального использования волокон и оборудования, обслуживающего линию связи.

Прямые волокна как правило предоставляются крупным корпоративным клиентам или государственным структурам. Преимуществом является возможность использования 2-го уровня сетевых технологий независимо от того, будь то активная, пассивная или гибридная оптическая сеть.

В прочих же случаях (массовых подключениях абонентов) каждое волокно, идущее от оператора связи, обслуживает множество клиентов. Оно носит название «общее волокно» (англ. shared fiber). При этом оптика доводится максимально близко до клиента, после чего оно соединяется с индивидуальным, идущим до конечного потребителя волокном. В таком соединении применяются как активные, так и пассивные оптические сети.

В зависимости от способа построения оптические сети делятся на:

активные оптические сети -- с работающим активным сетевым оборудованием для усиления и передачи сигнала;

пассивные оптические сети -- с разветвителями оптических сигналов;

гибридные оптические сети -- использующие активные и пассивные компоненты одновременно.

Активная оптическая сеть

Основана на передаче оптического сигнала сетевым электрооборудованием, принимающим, усиливающим и передающим эти сигналы. Это может быть коммутатор, маршрутизатор, медиаконвертер -- как правило, оптические сигналы в активной оптической сети преобразуются в электрические и обратно. Каждый оптический сигнал от централизованного оборудования оператора связи идёт только к тому конечному пользователю, для которого он предназначен.

Входящие со стороны абонентов сигналы избегают коллизий в едином волокне, так как электрооборудование обеспечивает буферизацию. В качестве первой мили от оборудования оператора связи используется оборудование активный ETTH, включающее в себя оптические сетевые коммутаторы с оптикой, и служащее для распространения сигнала к абонентам.

Подобные сети идентичны компьютерным сетям ethernet, используемым в офисах и образовательных учреждениях с тем лишь исключением, что они предназначены для подключения домов и строений к центральному зданию оператора связи, а не для подключения компьютеров и принтеров в ограниченном пространстве. Каждый распределительный шкаф может обслуживать до 1000 абонентов, хотя обычно ограничиваются подключением 400-500 человек.

Такое узловое оборудование обеспечивает коммутацию второго и третьего уровней, а также маршрутизацию, разгружая тем самым магистральный маршрутизатор оператора связи и обеспечивая передачу данных в его серверное помещение. Стандарт IEEE 802.3ah позволяет провайдерам услуг интернета предоставлять скорости до 100 Мбит/с и полным дуплексом по одномодовому оптоволоконному кабелю (англ. Single-mode optical fiber), подключенному по схеме FTTP. Коммерчески доступными также становятся скорости в 1 Гбит/с.

Удалённый доступ (англ. dial-up -- «набор номера, дозвониться») -- сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса передачи данных (например, для доступа в сеть Интернет). Обычно dial-up"ом называют только доступ в Интернет на домашнем компьютере или удаленный модемный доступ в корпоративную сеть с использованием двухточечного протокола PPP (теоретически можно использовать и устаревший протокол SLIP).

Телефонная связь через модем не требует никакой дополнительной инфраструктуры, кроме телефонной сети. Поскольку телефонные пункты доступны во всём мире, такое подключение остается полезным для путешественников. Подключение к сети с помощью модема по обычной коммутируемой телефонной линии связи -- единственный выбор, доступный для большинства сельских или отдалённых районов, где получение широкополосной связи невозможно из-за низкой плотности населения и требований. Иногда подключение к сети с помощью модема может также быть альтернативой для людей с ограниченным бюджетом, поскольку оно часто предлагается бесплатно, хотя широкополосная сеть теперь всё более и более доступна по более низким ценам в большинстве стран. Однако в некоторых странах коммутируемый доступ в Интернет остается основным в связи с высокой стоимостью широкополосного доступа, а иногда и отсутствием востребованности услуги у населения. Дозвон требует времени, чтобы установилась связь (несколько секунд, в зависимости от местоположения) и было выполнено подтверждение связи прежде, чем передача данных сможет осуществиться.

Стоимость доступа в Интернет через коммутируемый доступ часто определяется по времени, проведённому пользователем в сети, а не по объёму трафика. Доступ по телефонной линии -- это непостоянная или временная связь, потому что по желанию пользователя или ISP рано или поздно будет разорвана. Провайдеры услуг Интернета зачастую устанавливают ограничение на продолжительность связи и разъединяют пользователя по истечении отведённого времени, вследствие чего необходимо повторное подключение.

У современных модемных подключений максимальная теоретическая скорость составляет 56 кбит/с (при использовании протоколов V.90 или V.92), хотя на практике скорость редко превышает 40--45 кбит/с, а в подавляющем большинстве случаев держится на уровне не более 30 кбит/с. Такие факторы, как шум в телефонной линии и качество самого модема играют большую роль в значении скоростей связи. В некоторых случаях в особенно шумной линии скорость может падать до 15 кбит/с и менее, к примеру в гостиничном номере, где телефонная линия имеет много ответвлений. У телефонного соединения через модем обычно высокое время задержки, которое доходит до 400 миллисекунд или более и которое делает онлайн игры и видео конференц-связь крайне затруднительными или же полностью невозможными. Первые игры от первого лица (3d-actions) являются самыми чувствительными ко времени отклика, делая игру на модеме непрактичной, однако некоторые игры, такие как Star Wars Galaxies, The Sims, Warcraft 3, Guild Wars и Unreal Tournament, Ragnarok Online, всё-таки способны функционировать на подключении в 56 кбит/с.

Когда основанные на телефоне модемы 56 Кбит начинали терять популярность, некоторые провайдеры услуг Интернета, такие как Netzero и Juno, начали использовать предварительное сжатие, чтобы увеличить пропускную способность и поддержать клиентскую базу. Например, Netscape ISP использует программу сжатия, которая сжимает изображения, текст, и другие объекты, до отправки их через телефонную линию. Сжатие со стороны сервера работает эффективнее, чем «непрерывное» сжатие, поддерживающееся V.44 модемами. Обычно текст на веб-сайтах уплотнен к 5 %, таким образом пропускная способность увеличивается приблизительно до 1000 кбит/с, и изображения сжаты с потерями к 15--20 %, что увеличивает пропускную способность до ~350 кбит/с.

Недостаток этого подхода -- потеря качества: графика приобретает артефакты сжатия, однако скорость резко увеличивается, и пользователь может вручную выбирать и рассматривать несжатые изображения в любое время. Провайдеры, использующие такой подход, рекламируют это как «скорость DSL по обычным телефонным линиям» или просто «высокоскоростной dialup».

Замена широкополосной сетью

Начиная с (приблизительно) 2000 года, широкополосный доступ в Интернет по технологии DSL заменил доступ через обычный модем во многих частях мира. Широкополосная связь типично предлагает скорость начиная от 128 кбит/с и выше за меньшую цену, нежели dialup. Все увеличивающийся объём контента в таких областях, как видео, развлекательные порталы, СМИ и пр., уже не позволяет сайтам работать на dialup-модемах. Однако, во множестве областей коммутируемый доступ все ещё остается востребованным, а именно там, где высокая скорость не требуется. Отчасти это происходит из-за того, что в некоторых регионах прокладка широкополосных сетей экономически невыгодна или по тем или иным причинам невозможна. Хотя существуют технологии беспроводного широкополосного доступа, но из-за высокой стоимости инвестиций, низкой доходности и плохого качества связи сложно организовать необходимую инфраструктуру. Некоторые операторы связи, предоставляющие dialup, ответили на все увеличивающуюся конкуренцию, понижая тарифы к значениям 150 рублей в месяц и делающие dialup привлекательным выбором для тех, кто просто желает читать электронную почту или просматривать новости в текстовом формате.

ISDN (англ. Integrated Services Digital Network) -- цифровая сеть с интеграцией служб. Позволяет совместить услуги телефонной связи и обмена данными.

Основное назначение ISDN -- передача данных со скоростью до 64 кбит/с по абонентской проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.

Выбор 64 кбит/c стандарта определяется следующими соображениями. При полосе частот 4 кГц, согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равно 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел (8 кГц * 8 (число двоичных разрядов) = 64) и получается значение полосы B-канала ISDN, равное 64 кб/с. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2 Ч B + D = 2 Ч 64 + 16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала, ISDN может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал Н0 с полосой 384 кбит/с, Н11 -- 1536 кбит/c и Н12 -- 1920 кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 кбит/с.

Принцип работы

Для объединения в сети ISDN различных видов трафика используется технология TDM (англ. Time Division Multiplexing, мультиплексирование по времени). Для каждого типа данных выделяется отдельная полоса, называющаяся элементарным каналом (или стандартным каналом). Для этой полосы гарантируется фиксированная, согласованная доля полосы пропускания. Выделение полосы происходит после подачи сигнала CALL по отдельному каналу, называющемуся каналом внеканальной сигнализации.

В стандартах ISDN определяются базовые типы каналов, из которых формируются различные пользовательские интерфейсы (Приложение 1).

В большинстве случаев применяются каналы типов B и D.

Из указанных типов каналов формируются интерфейсы, наибольшее распространение получили следующие типы:

Интерфейс базового уровня (англ. Basic Rate Interface, BRI) -- предоставляет для связи аппаратуры абонента и ISDN-станции два B-канала и один D-канал. Интерфейс базового уровня описывается формулой 2B+D. В стандартном режиме работы BRI могут быть одновременно использованы оба B-канала (например, один для передачи данных, другой для передачи голоса) или один из них. При одновременной работе каналов они могут обеспечивать соединение с разными абонентами. Максимальная скорость передачи данных для BRI интерфейса составляет 128кб/с. D-канал используется только для передачи управляющей информации. В режиме AO/DI (Always On/Dynamic ISDN) полоса 9,6 кбит/c D-канала используется в качестве постоянно включённого выделенного канала X.25, как правило, подключаемого к Интернет. При необходимости используемая для доступа к Интернет полоса расширяется путём включения одного или двух B-каналов. Этот режим, хотя и стандартизирован (под наименованием X.31), не нашёл широкого распространения. Для входящих соединений BRI поддерживается до 7 адресов (номеров), которые могут назначаться различными ISDN-устройствами, разделяющими одну абонентскую линию. Дополнительно обеспечивается режим совместимости с обычными, аналоговыми абонентскими устройствами -- абонентское оборудование ISDN, как правило, допускает подключение таких устройств и позволяет им работать прозрачным образом. Интересным побочным эффектом такого «псевдоаналогового» режима работы стала возможность реализации симметричного модемного протокола X2 фирмы US Robotics, позволявшего передачу данных поверх линии ISDN в обе стороны на скорости 56 кбит/c.

Наиболее распространённый тип сигнализации -- Digital Subscriber System No. 1 (DSS1), также известный как Euro-ISDN. Используется два магистральных режима портов BRI относительно станции или телефонов -- S/ТЕ и NT. Режим S/ТЕ -- порт эмулирует работу ISDN телефона, режим NT -- эмулирует работу станции. Отдельное дополнение -- использование ISDN-телефона с дополнительным питанием в этом режиме, так как стандартно не все порты (и карты HFC) дают питание по ISDN-шлейфу (англ. inline power). Каждый из двух режимов может быть «точка-многоточка» (англ. point-to-multi-point, PTMP) он же MSN (англ. Multiple Subscriber Number), или «точка-точка» (англ. point-to-point, PTP). В первом режиме для поиска адресата назначения на шлейфе используются номера MSN, которые, как правило, совпадают с выделенными провайдером телефонии городскими номерами. Провайдер должен сообщить передаваемые им MSN. Иногда провайдер использует так называемые «технические номера» -- промежуточные MSN. Во втором режиме BRI-порты могут объединяться в транк -- условную магистраль, по которой передаваемые номера могут использоваться в многоканальном режиме.

ISDN-технология использует три основных типа интерфейса BRI: U, S и T.

U -- одна витая пара, проложенная от коммутатора до абонента, работающая в полном или полудуплексе. К U-интерфейсу можно подключить только 1 устройство, называемое сетевым окончанием (англ. Network Termination, NT-1 или NT-2).

S/T интерфейс (S0). Используются две витые пары, передача и приём. Может быть обжата как в RJ-45, так и в RJ-11 гнездо/кабель. К гнезду S/T интерфейса можно подключить одним кабелем (шлейфом) по принципу шины до 8 ISDN устройств -- телефонов, модемов, факсов, называемых TE1 (Terminal Equipment 1). Каждое устройство слушает запросы в шине и отвечает на привязанный к нему MSN. Принцип работы во многом похож на SCSI.

NT-1, NT-2 -- Network Termination, сетевое окончание. Преобразовывает одну пару U в один (NT-1) или два (NT-2) 2-х парных S/T интерфейса (с раздельными парами для приёма и передачи). По сути, S и T -- это одинаковые с виду интерфейсы, разница в том, что по S-интерфейсу можно подать питание для TE-устройств, например, телефонов, а по T -- нет. Большинство NT-1 и NT-2 преобразователей умеют и то, и другое, поэтому интерфейсы чаще всего называют S/T.

Интерфейс первичного уровня

• (Primary Rate Interface, PRI) -- используется для подключения к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет:
• * для стандарта E1 (распространён в Европе) 30 В-каналов и один D-канал 30B+D. Элементарные каналы PRI могут использоваться как для передачи данных, так и для передачи оцифрованного телефонного сигнала.
• * для стандарта Т1 (распространен в Северной Америке и Японии, а также -- в технологии DECT) 23 В-канала и один D-канал 23B+D.

Архитектура сети ISDN

Сеть ISDN состоит из следующих компонентов:

сетевые терминальные устройства (NT, англ. Network Terminal Devices)

линейные терминальные устройства (LT, англ. Line Terminal Equipment)

терминальные адаптеры (TA, англ. Terminal adapters)

абонентские терминалы

Абонентские терминалы обеспечивают пользователям доступ к услугам сети. Существует два вида терминалов: TE1 (специализированные ISDN-терминалы), TE2 (неспециализированные терминалы). TE1 обеспечивает прямое подключение к сети ISDN, TE2 требуют использования терминальных адаптеров (TA).

Интересные факты

Из более чем 230 базовых функций ISDN реально используется только весьма малая их часть (востребованная потребителем).

PLC -- (Power Line Communication) -- коммуникация, построенная на линиях электропередачи.

Связь через PLC - термин, описывающий несколько разных систем для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голосовой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ. Broadband over Power Lines -- широкополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL (англ. Narrowband over Power Lines -- узкополосная передача через линии электропередачи) со значительно меньшими скоростями передачи данных до 1 Мбит/с.

Технология PLC базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость передачи и слабая помехозащищённость были наиболее узким местом данной технологии. Появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигнальные процессоры) дало возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM-модуляция, что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC.

В 2000 году несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в HomePlug Powerline Alliance с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 года), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек.

Однако на данный момент стандарт HomePlug AV поднял скорость передачи данных до 500 Мбит/с.

Технические основы технологии PLC

Основой технологии PowerLine является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 1536 поднесущие частоты с выделением 84 наилучших в диапазоне 2--34 Мгц.

При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать большие затухания в передающей функции на определенных частотах, что может привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специальный метод решения этой проблемы -- динамическое включение и выключение передачи сигнала (dynamically turning off and on data-carrying signals). Суть данного метода заключается в том, что устройство осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания. В случае обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затухания, а данные передаются на других частотах.

Существует также проблема возникновения импульсных помех (до 1 микросекунды), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также включение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных электрическими двигателями.

Применение PLC-технологии для подключения к Интернету

В настоящее время подавляющее большинство конечных подключений осуществляется посредством прокладки кабеля от высокоскоростной линии до квартиры или офиса пользователя. Это наиболее дешевое и надежное решение, но если прокладка кабеля невозможна, то можно воспользоваться имеющейся в каждом здании системой силовых электрических коммуникаций. При этом любая электрическая розетка в здании может стать точкой выхода в Интернет. От пользователя требуется только наличие PowerLine-модема для связи с аналогичным устройством, установленным, как правило, в электрощитовой здания и подключенным к высокоскоростному каналу. PLC может быть хорошим решением «последней мили» в коттеджных посёлках и в малоэтажной застройке, в связи с тем, что традиционные провода стоят в несколько раз дороже PLC.

PON (аббр. от англ. Passive optical network, пассивная оптическая сеть) -- технология пассивных оптических сетей.

Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания узлов сети и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Первые шаги в технологии PON были предприняты в 1995 году, когда группа из 7 компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefonica и Telecom Italia) создала консорциум для реализации идеи множественного доступа по одному волокну.

Стандарты

APON (ATM Passive Optical Network).

BPON (Broadband PON)

GPON (Gigabit PON)

EPON или GEPON (Ethernet PON)

10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON)

Развитие стандартов PON

Стандарты NGPON 2 представляют собой спецификации дальнейшего развития технологий GPON и EPON. Сегодня на роль стандарта NGPON 2 претендуют как минимум три технологии:

«Чистая» (pure) WDM PON

Гибридная (TDM/WDM) TWDM PON

UDWDM (Ultra Dense WDM) PON

Основная идея архитектуры PON (принцип действия) -- использование всего одного приёмопередающего модуля в OLT (англ. optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT (optical network terminal в терминологии ITU-T), также называемых ONU (optical network unit) в терминологии IEEE и приёма информации от них.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приёмопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приёмопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT -- прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. Для передачи сигнала телевидения используется длина волны 1550 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически мы имеем дело с распределённым демультиплексором.

Обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается своё индивидуальное расписание по передаче данных с учётом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA.

Топологии сетей доступа

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа:

«кольцо»;

«точка-точка»;

«дерево с активными узлами»;

«дерево с пассивными узлами».

Преимущества технологии PON

отсутствие промежуточных активных узлов;

экономия оптических приёмопередатчиков в центральном узле;

экономия волокон;

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей, исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.

К недостаткам сетевой технологии PON можно отнести:

возросшую сложность технологии PON;

отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Технологии беспроводных соединений:

Спутниковый Интернет

Wi-Fi -- торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

Wi-Fi был создан в 1996 году в лаборатории радиоастрономии CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) в Канберре, Австралия. Создателем беспроводного протокола обмена данными является инженер Джон О"Салливан (John O"Sullivan).

Стандарт IEEE 802.11n был утверждён 11 сентября 2009 года. Его применение позволяет повысить скорость передачи данных практически вчетверо по сравнению с устройствами стандартов 802.11g (максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме 802.11n с другими устройствами 802.11n. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. С 2011 по 2013 разрабатывался стандарт IEEE 802.11ac. Скорость передачи данных при использовании 802.11ac может достигать нескольких Гбит/с. Большинство ведущих производителей оборудования уже анонсировали устройства, поддерживающие данный стандарт.

27 июля 2011 года Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) выпустил официальную версию стандарта IEEE 802.22. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволяют принимать данные на скорости до 22 Мбит/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.

Принцип работы

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети SSID с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

Однако стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)

Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

По способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

Со статическими настройками радиоканалов

С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов

Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества Wi-Fi

Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.

Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.

Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.

Мобильность. Вы больше не привязаны к одному месту и можете пользоваться Интернетом в комфортной для вас обстановке.

В пределах Wi-Fi зоны в сеть Интернет могут выходить несколько пользователей с компьютеров, ноутбуков, телефонов и т. д.

Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

В диапазоне 2,4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др., и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.

Производителями оборудования указывается скорость на L1 (OSI), в результате чего создаётся иллюзия, что производитель оборудования завышает скорость, но на самом деле в Wi-Fi весьма высоки служебные «накладные расходы». Получается, что скорость передачи данных на L2 (OSI) в Wi-Fi сети всегда ниже заявленной скорости на L1 (OSI). Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друг друга и т. п.

Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах не одинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.

В России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.

Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенные протоколы шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало возможным применение более безопасной схемы связи, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.

В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA(2) недоступно, только легковзламываемый WEP.

Wi-Fi пригоден для использования VoIP в корпоративных сетях или в среде SOHO. Первые образцы оборудования появились уже в начале 2000-х, однако на рынок они вышли только в 2005 году. Тогда такие компании, как Zyxel, UT Starcomm, Samsung, Hitachi и многие другие, представили на рынок VoIP Wi-Fi-телефоны по «разумным» ценам. В 2005 году ADSL ISP провайдеры начали предоставлять услуги VoIP своим клиентам (например нидерландский ISP XS4All). Когда звонки с помощью VoIP стали очень дешёвыми, а зачастую вообще бесплатными, провайдеры, способные предоставлять услуги VoIP, получили возможность открыть новый рынок -- услуг VoIP. Телефоны GSM с интегрированной поддержкой возможностей Wi-Fi и VoIP начали выводиться на рынок, и потенциально они могут заменить проводные телефоны.

В настоящий момент непосредственное сравнение Wi-Fi и сотовых сетей нецелесообразно. Телефоны, использующие только Wi-Fi, имеют очень ограниченный радиус действия, поэтому развёртывание таких сетей обходится очень дорого. Тем не менее, развёртывание таких сетей может быть наилучшим решением для локального использования, например, в корпоративных сетях. Однако устройства, поддерживающие несколько стандартов, могут занять значительную долю рынка.

Стоит заметить, что при наличии в данном конкретном месте покрытия как GSM, так и Wi-Fi, экономически намного более выгодно использовать Wi-Fi, разговаривая посредством сервисов интернет-телефонии. Например, клиент Skype давно существует в версиях как для смартфонов, так и для КПК.

Международные проекты

Другая бизнес-модель состоит в соединении уже имеющихся сетей в новые. Идея состоит в том, что пользователи будут разделять свой частотный диапазон через персональные беспроводные маршрутизаторы, комплектующиеся специальным ПО. Например FON -- испанская компания, созданная в ноябре 2005 года. Сейчас сообщество объединяет более 2 000 000 пользователей в Европе, Азии и Америке и быстро развивается. Пользователи делятся на три категории:

linus -- выделяющие бесплатный доступ в Интернет,

bills -- продающие свой частотный диапазон,

aliens -- использующие доступ через bills.

Таким образом, система аналогична пиринговым сервисам. Несмотря на то, что FON получает финансовую поддержку от таких компаний, как Google и Skype, лишь со временем будет ясно, будет ли эта идея действительно работать.

Сейчас у этого сервиса есть три основные проблемы. Первая заключается в том, что для перехода проекта из начальной стадии в основную требуется больше внимания со стороны общественности и СМИ. Нужно также учитывать тот факт, что предоставление доступа к вашему интернет-каналу другим лицам может быть ограничено вашим договором с интернет-провайдером. Поэтому интернет-провайдеры будут пытаться защитить свои интересы. Так же, скорее всего, поступят звукозаписывающие компании, выступающие против свободного распространения MP3.

В России основное количество точек доступа сообщества FON расположено в московском регионе.

• Предисловие
• Глава 1.
  Исторические предпосылки развития высокоскоростных сетей передачи данных
• Глава 2.
  Эталонная модель взаимодействия открытых систем ЭМВОС (Open System Interconnection - модель OSI)
• Глава 3.
  Международные стандартизирующие организации
• Глава 4.
  Физическое и логическое кодирование данных
• Глава 5.
  Узкополосные и широкополосные системы. Мультиплексирование данных
• Глава 6.
  Режимы передачи данных. Среды передачи
• Глава 7.
  Структурированные кабельные системы
• Глава 8.
  Топологии систем передачи данных
• Глава 9.
  Методы доступа в канал
• Глава 10.
  Технологии коммутации
• Глава 11.
  Связь сегментов сетей
• Литература

Глава 5. Узкополосные и широкополосные системы. Мультиплексирование данных

Узкополосная система (baseband) использует цифровой способ передачи сигнала. Хотя цифровой сигнал имеет широкий спектр и теоретически занимает бесконечную полосу частот, на практике ширина спектра передаваемого сигнала определяется частотами его основных гармоник. Именно они дают основной энергетический вклад в формирование сигнала. В узкополосной системе передача ведется в исходной полосе частот, не происходит переноса спектра сигнала в другие частотные области. Именно в этом смысле система называется узкополосной. Сигнал занимает практически всю полосу пропускания линии. Для регенерации сигнала и его усиления в сетях передачи данных используют специальные устройства – повторители (repeater, репитор).

Примером реализации узкополосной передачи являются локальные сети и соответствующие спецификации IEEE (например, 802.3 или 802.5).

Ранее узкополосная передача из-за затухания сигналов использовалась на расстояниях порядка 1-2 км по коаксиальным кабелям, но в современных системах, благодаря различным видам кодирования и мультиплексирования сигналов и видам кабельных систем, ограничения отодвинуты до 40 и более километров.

Термин широкополосная (broadband) передача изначально использовался в системах телефонной связи, где им обозначался аналоговый канал с диапазоном частот (шириной полосы пропускания) более 4 КГц. С целью экономии ресурсов при передаче большого числа телефонных сигналов с полосой частот 0,3-3,4 КГц были разработаны различные схемы уплотнения (мультиплексирования) этих сигналов, обеспечивающие их передачу по одному кабелю.

В высокоскоростных сетевых приложениях широкополосная передача означает, что для передачи данных используется не импульсная, а аналоговая несущая. По аналогии термин «широкополосный Интернет» означает, что вы используете канал с пропускной способностью более 128 Кбит/c (в Европе) или 200 Кбит/c (в США). Широкополосная система обладает высокой пропускной способностью, обеспечивает высокоскоростную передачу данных и мультимедийной информации (голос, видео, данные). Примером являются сети АТМ, B-ISDN, Frame Relay, сети кабельного вещания CATV.

Термин «мультиплексирование» используется в компьютерной технике во множестве аспектов. Мы под этим будем понимать объединение нескольких коммуникационных каналов в одном канале передачи данных.

Перечислим основные техники мультиплексирования: частотное уплотнение – Frequency Division Multiplexing (FDM), временное уплотнение – Time Division Multiplexing (TDM) и спектральное или уплотнение по длине волны (волновое) – Wavelength Division Multiplexing (WDM).

WDM применяется только в оптоволоконных системах. Кабельное телевидение, например, использует FDM.

FDM

При частотном мультиплексировании каждому каналу выделяется своя аналоговая несущая. При этом в FDM может применяться любой вид модуляции или их комбинация. Например, в кабельном телевидении по коаксиальному кабелю с шириной полосы пропускания 500 МГц обеспечивается передача 80 каналов по 6 МГц каждый. Каждый из таких каналов в свою очередь получен мультиплексированием подканалов для передачи звука и видеоизображения.

TDM

При этом виде мультиплексирования низкоскоростные каналы объединяются (сливаются) в один высокоскоростной, по которому передается смешанный поток данных, образованный в результате агрегирования исходных потоков. Каждому низкоскоростному каналу присваивается свой временной слот (отрезок времени) внутри цикла определенной длительности. Данные представляются, как биты, байты или блоки бит или байт. Например, каналу А отводятся первые 10 бит внутри временного отрезка заданной длительности (фрейм, кадр), каналу B – следующие 10 бит и т.д. Кроме бит данных фрейм включает служебные биты для синхронизации передачи и других целей. Фрейм имеет строго определенную длину, которая обычно выражается в битах (например, 193 бита) и структуру.

Устройства сети, которые выполняют мультиплексирование потоков данных низкоскоростных каналов (tributary, компонентные потоки) в общий агрегированный поток (aggregate) для передачи по одному физическому каналу, называются мультиплексорами (multiplexer, mux, мукс). Устройства, выполняющие разделение агрегированного потока на компонентные потоки, называются демультиплексорами.

Синхронные мультиплексоры используют фиксированное разделение на временные слоты. Данные, принадлежащие определенному компонентному потоку, имеют одну и ту же длину и передаются в одном и том же временном слоте в каждом фрейме мультиплексированного канала. Если от некоторого устройства информация не передается, то его тайм слот остается пустым. Статистические мультиплексоры (stat muxes) решают эту проблему, динамически присваивая свободный временной слот активному устройству.

WDM

WDM использует различные длины волн светового сигнала для организации каждого канала. Фактически это особый вид частотного уплотнения на очень высоких частотах. При этом виде мультиплексирования передающие устройства работают на разных длинах волн (например, 820нм и 1300нм). Затем лучи объединяются и передаются по одному оптоволоконному кабелю. Принимающее устройство разделяет передачу по длинам волн и направляет лучи в разные приемники. Для слияния/разделения каналов по длинам волн используются специальные устройства – каплеры (coupler). Ниже приведен пример такого мультиплексирования.

Рис.5.1. WDM мультиплексирование

Среди основных конструкций каплеров различают отражающие каплеры и центрально-симметричные отражающие каплеры (SCR). Отражающие каплеры представляют собой крошечные “перекрученные” в центре кусочки стекла в виде звезды. Количество выходных лучей соответствует количеству портов каплера. А число портов определяет количество устройств, передающих на разных длинах волн. Далее показаны два вида отражающих каплеров.

Рис.5.2. Передающая звезда

Рис.5.3. Отражающая звезда

Центрально-симметричный отражающий каплер использует отражение света от сферического зеркала. При этом поступающий луч разделяется на два луча симметрично центра изгиба сферы зеркала. При повороте зеркала меняется положение изгиба сферы и соответственно путь отраженного луча. Можно добавить третий оптоволоконный кабель (fiber) и перенаправить отраженный луч еще на один порт. На этой идее основана реализация WDM – мультиплексоров и оптоволоконных коммутаторов.

Рис.5.4. Центрально-симметричный отражающий каплер

Оптические мультиплексоры могут реализовываться не только при помощи CSR-каплеров, но и при помощи отражающих фильтров и дифракционных решеток. В данном учебном пособии они не рассматриваются.

Основными факторами, определяющими возможности различных реализаций, являются мешающие наводки и разделение каналов. Величина наводки определяет, насколько хорошо разделены каналы, и, например, показывает, какая часть мощности 820-нм луча оказалась на 1300-нм порту. Наводка в 20 ДБ означает, что 1% сигнала появился на непредназначенном порту. Чтобы обеспечить надежное разделение сигналов длины волн должны быть разнесены “широко”. Трудно распознать близкие длины волн, например 1290 и 1310 нм. Обычно используют 4 схемы мультиплексирования: 850/1300, 1300/1550, 1480/1550 и 985/1550 нм. Лучшими характеристиками пока обладают CSR-каплеры с системой зеркал, например, двумя (рис.5.5).

Рис.5.5. SCR-каплер с двумя зеркалами

Технология WDM, представляющая собой одну из трех разновидностей спектрального уплотнения, занимает среднее положение в смысле эффективности использования спектра. В системах WDM объединяются спектральные каналы, длины волн которых отличаются одна от другой на 10 нм. Самой производительной является технология DWDM (Dense WDM). Она предусматривает объединение каналов, разнесенных по спектру не более чем на 1 нм, а в некоторых системах даже на 0,1 нм. Вследствие такого плотного размещения сигналов по спектру стоимость оборудования DWDM обычно очень высока. Наименее эффективно спектральные ресурсы используются в новых системах на основе технологии CWDM (Coarse WDM, разреженные системы WDM). Здесь спектральные каналы разнесены не менее чем на 20 нм (в некоторых случаях эта величина достигает 35 нм). Системы CWDM обычно используются в городских сетях и в LAN, где низкая цена оборудования является важным фактором и требуется организация 8-16 каналов WDM. Оборудование CWDM не ограничено одним участком спектра и может работать в диапазоне от 1300 до 1600 нм, в то время как аппаратура DWDM привязана к более узкому диапазону 1530 - 1565нм.

Выводы

Узкополосная система – это система передачи в исходной полосе частот с использованием цифровых сигналов. Для передачи нескольких узкополосных каналов в одном широкополосном в современных системах передачи по медным кабелям используется временное мультиплексирование TDM. В оптоволоконных системах используется волновое мультиплексирование WDM.

Дополнительная информация

Контрольные вопросы

• Устройство, в котором все входящие информационные потоки объединяются в одном выходном интерфейсе, выполняет функции:
  • коммутатора
  • ретранслятора
  • мультиплексора
  • демультиплексора
• Десять сигналов, каждому из которых требуется полоса 4000 Гц, мультиплексируются в один канал с использованием FDM. Какова должна быть минимальная полоса уплотненного канала при ширине защитных интервалов 400 Гц?
  • 40800 Гц
  • 44000 Гц
  • 4800 Гц
  • 43600 Гц