Ethernet
Самая популярная сетевая технология — Ethernet — представляет архитектуру сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Это означает, что все узлы сегмента сети получают пакет одновременно. В классическом варианте архитектуры с шинной топологией используется метод множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Суть этого метода заключается в том, что любой абонент может пытаться получить доступ к среде (начать передачу пакета) в любой момент времени, но будет делать это осмотрительно. Если в процессе передачи передающий узел обнаруживает коллизию (столкновение с работой другого передатчика), то он прекратит передачу и будет выжидать случайный интервал времени до возобновления попытки передачи. Такой метод доступа относится к классу недетерминированных с децентрализованным управлением (все узлы равноправны). Недостатком этого метода является возрастание числа коллизий при увеличении числа активных узлов в сегменте, в результате чего реальная пропускная способность с повышением числа активных узлов начинает резко падать. При большом количестве узлов (ориентировочно — более 30) для повышения пропускной способности применяют сегментирование сети. При этом отдельные сегменты сети соединяют между собой мостами, в задачу которых входит фильтрация кадров (фреймов) по физическим (MAC) адресам назначения. Если адрес назначения кадра относится к узлу данного сегмента, мост не выпускает его в другой сегмент, а если получателя кадра нет в данном сегменте, то для этого кадра мост будет прозрачным. Фильтрацией пакетов на более высоком уровне занимаются и маршрутизаторы.
В реализации Ethernet на витой паре применяется звездообразная физическая топология, в центре которой располагается устройство Hub. При использовании простейших хабов-повторителей логически все узлы оказываются объединенными в шину и ситуация с коллизиями выглядит так же, как и на коаксиале. Развитием технологии Ethernet стало применение коммутации пакетов (Switched Ethernet), реализуемое при звездообразной физической топологии. Здесь управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство — Switched Hub, обеспечивающее установление временных (на время передачи одного пакета) виртуальных выделенных каналов между парами портов — источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация «на лету» — On-the-fly Switching). Коммутирующие хабы существенно дороже, но возможно сочетание обычных хабов-повторителей с коммутирующими, что позволяет увязать требования производительности с ценой в каждом конкретном случае построения сети.
В качестве среды передачи в Ethernet возможно и применение оптоволокна, реализующего двухточечное соединение.
Технология Ethernet позволяет использовать скорости передачи данных 10 и 100 Мбит/с, высокая скорость доступна только для витой пары и оптоволокна. Появилась версия и со скоростью 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet), но пока что широкого распространения не получила из-за технических сложностей реализации кабельной системы и отсутствия жесткого стандарта. Популярные разновидности Ethernet обозначаются как 10Base2, 10BaseT и др. Здесь первый элемент обозначает скорость, Мбит/с. Второй элемент: Base — прямая (немодулированная) передача, Broad — использование широкополосного кабеля с частотным уплотнением каналов. Третий элемент: длина кабеля в сотнях метров (хотя в 10Base2 длина до 250 м) или среда передачи (F — оптоволокно, Т — 2 витые пары, Т4 — 4 витые пары). Эти разновидности будут рассмотрены ниже, за исключением «древнего» варианта lBase5 и 10Broad36 на 75-омном коаксиале, встреча с которыми маловероятна. Сориентироваться и выбрать подходящую реализацию Ethernet поможет табл. 10.2.
Таблица 10.2. Топологические характеристики популярных разновидностей Ethernet
| 10Base5 | 10Base2 | 10BaseT | 10BaseF | 100BaseT | ||
| Топология | Шина | Шина | Звезда | Точка-точка | Звезда | |
| Максимальная длина сегмента, м | 185 или 300 | 1000 (и больше) | ||||
| Расстояние между узлами, м | Кратно 2,5 | Больше 0,5 | Не задается | Не задается | Не задается | |
| Кабель | RG-8, RG-11 | RG-58 | UTP 3, 4, 5 категории | Оптоволокно | UTP 5 категории | |
| Макс. количество узлов в кабельном сегменте | Определяется хабами | Определяется хабами | ||||
| Напряжение изоляции между узлами | До 5 кВ | До 100 В | До 100 В | Любое | До 100В |
Адаптеры Ethernet
Сетевые адаптеры (Network Interface Card, NIC) для PC выпускаются для шин ISA, EISA, MCA, PCI, PC Card, VLB. Существуют адаптеры, подключаемые к стандартному LPT-порту PC, преимущество — отсутствие потребностей в системных ресурсах (порты, прерывания и т. п.) и легкость подключения (без вскрытия компьютеров), недостаток — при обмене они значительно загружают процессор.
Основные свойства адаптеров:
· Разъемы подключения к среде передачи: один разъем — BNC или RJ-45 (UTP или STP) или их комбинация. Наиболее универсальные «Combo» — имеют полный 10-мегабитньгй набор BNC/AUI/RJ 45. Разъемы RJ-45 для STP имеют блестящий металлический кожух-экран, что позволяет их легко отличать от черных пластмассовых розеток для UTP.
· Скорость передачи — 10 или 100 Мбит/с, многие 100-мегабитные адаптеры имеют режим и 10 Мбит/с.
· Системная шина и способ обмена данными. Для многозадачных применений желательно использование Bus-Master, разгружающего процессор. Адаптеры Bus-Master должны иметь 32-разрядную шину (EISA, MCA, PCI), в противном случае будут проблемы с использованием ОЗУ свыше 16 Мбайт.
· Возможность полного дуплекса для сред с раздельными линиями приемника и передатчика (витая пара или оптоволокно) — в многозадачных системах позволяет теоретически удвоить пропускную способность (при поддержке этого режима на другой стороне).
· Размер установленной буферной памяти — чем больше, тем лучше. Минимальный объем должен позволять хранить, по крайней мере, пару пакетов (максимальная длина пакета 1514 байт). Сейчас есть платы и с объемом буферной памяти, исчисляемой мегабайтами.
· Наличие гнезда для микросхемы BootROM, обеспечивающей возможность удаленной загрузки операционной системы (Remote Boot или Remote Reset) по сети с файл-сервера.
При приобретении адаптера стоит обратить внимание и на некоторые «мелочи», такие как:
· Наличие драйвера для используемой ОС в комплекте поставки адаптера или драйвера адаптера в составе используемой ОС.
· Наличие утилиты конфигурирования (для программно-конфигурируемых адаптеров).
· Доступность микросхемы с соответствующей программой загрузки, если предполагается использование удаленной загрузки.
Конфигурирование адаптера подразумевает настройку на использование системных ресурсов PC и выбор среды передачи. Конфигурирование осуществляется с помощью установки переключателей (джамперов) или программно (Jumper-less, Software configuration), с сохранением параметров в энергонезависимой памяти адаптера. Программное конфигурирование выполняется с помощью специальной обычно DOS-утилиты, поставляемой для конкретной модели или семейства адаптеров, или конфигурируется системой Plug and Play.
Базовый адрес используемой области портов и номер прерывания выбираются так, чтобы не возникало конфликтов с системными устройствами PC и другими адаптерами ввода/вывода.
Разделяемая память (Adapter RAM) адаптера — буфер для передаваемых и принимаемых пакетов — обычно приписывается к области верхней памяти (UMA), лежащей в диапазоне A0000h-FFFFFh. Дополнительные модули ROM BIOS адаптера обычно устанавливаются только для удаленной загрузки (Boot ROM) и также приписываются к UMA. Теневую память (Shadow RAM) и кэширование на область Adapter RAM задавать нельзя, на область Boot ROM — бессмысленно.
При ошибочном задании адресов RAM и ROM с перекрытием областей видеоадаптера компьютер или перестанет загружаться из-за ошибки тестирования видеоадаптера, или загрузится со «слепым» экраном (опасно для программно-конфигурируемых адаптеров).
Повторители и хабы Ethernet
Классический шинный вариант Ethernet на коаксиале при небольшом числе станций, территориально вписывающихся в допустимую длину сегмента, не требует какого-либо активного оборудования, кроме самих адаптеров узлов. Однако когда сеть состоит из нескольких сегментов, а также во всех случаях применения звездообразной физической топологии, возникает необходимость применения повторителей и хабов.
· Repeater (повторитель) в сетях Ethernet на коаксиале используется как средство преодоления ограничений длины кабеля и количества подключенных узлов (по электрическим характеристикам). Классический повторитель с внутренними терминаторами включается между концами соседних сегментов. Повторитель с внешними терминаторами может подключаться к Т-коннекторам (или трансиверам) в произвольных местах сегментов.
· Hub (хаб) является обязательным (кроме двухточечной сети) соединительным элементом сети на витой паре и средством расширения топологических, функциональных и скоростных возможностей для любых сред передачи. Простейшие хабы являются многопортовыми повторителями. Некоторые порты хабов могут иметь набор разъемов BNC, RJ-45, AUI, обеспечивая выбор среды передачи. К порту хаба можно подключать как отдельный узел, так и другой хаб или сегмент коаксиала. Хабы с набором разнотипных портов позволяют объединять сегменты сетей с различными кабельными системами.
· Intelligent Hub (интеллектуальный хаб) имеет более сложную архитектуру со встроенным микроконтроллером, позволяющим управлять сетью (обычно на основе средств SNMP). В хабе находится аппаратно-программный SNMP-агент, ведущий базу данных о состоянии управляемых ресурсов. Менеджер, управляющий хабом, взаимодействует с агентами по сети. Управляемость хаба обеспечивает возможность централизованного управления и диагностики состояния узлов сети, защиту от несанкционированного доступа, сегментирование сети для разделения графика.
· Stackable Hub (наращиваемый хаб) имеет специальные средства соединения нескольких хабов в стек, выступающий в роли единого целого. При этом обычно интеллектуальность одного хаба делает интеллектуальным весь стек. Расстояние между хабами в стеке может быть коротким (локальный стек) и длинным, до сотен метров (распределенный стек, более гибкий элемент для оптимизации кабельной системы).
· Switched Hub (коммутирующий хаб) — развитие технологии Ethernet, направленное на повышение производительности сети.
· Full-Duplex Hub (полнодуплексный хаб) — вариант коммутирующего, у которого порт может одновременно передавать и принимать пакеты.
Для логической шины Ethernet со скоростью 10 Мбит/с действует «правило 5-4-3»: не более пяти сегментов могут соединяться в одну сеть не более чем четырьмя повторителями, причем для подключения активных узлов (станций и серверов) возможно использование не более трех из этих сегментов. Многопортовые повторители позволяют существенно расширять топологические возможности в пределах этих ограничений, а применение хабов-мостов преодолевает это ограничение, поскольку разные порты моста относятся к различным сетям (имеющим и собственные сетевые адреса). Коммутирующие хабы, имеющие собственные буферы для пакетов, не подчиняются правилу 5-4-3. Для 100-мега-битных версий ограничения жестче — хабов в цепочке может быть не более двух.
ARCnet
ARCnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа маркерный (Token passing), логическая топология — шина, физическая — комбинация шины и звезды (дерево). Традиционная скорость передачи 2,5 Мбит/с, хотя существуют адаптеры и на другие скорости.
Кабель коаксиальный RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, возможно применение кабеля с волновым сопротивлением 50-110 Ом и соответствующими терминаторами. Мало распространенные варианты — неэкранированная витая пара и скорость 20-100 Мбит/с.
· Адаптеры: высокоимпедансные (Bus), низкоимпедансные (Star) и переключаемые, использующиеся в различных топологиях. Каждому адаптеру в сети при инсталляции назначают свой уникальный восьмибитный адрес, задающийся переключателями в диапазоне 1-254. Потребляемые системные ресурсы аналогичны адаптерам Ethernet.
· Хабы: активные (с усилением сигнала) от 4 до 64 портов, применяются в высоко- и низкоимпедансных сетях; пассивные четырехпортовые резис-тивные согласователи импедансов применяются только для низкоимпедансных сетей
· Терминаторы: устанавливаются на концах шинных сегментов и неиспользуемых портах пассивных хабов.
· Высокоимпедансные сети. Максимальная длина сегмента 305 м, узлы подключаются через BNC Т-коннекторы, ответвления недопустимы, минимальное расстояние между узлами составляет 1 м, допускается включать до 8 узлов в сегменте. Используются только активные хабы. Сегменты должны заканчиваться терминатором или активным хабом (адаптером).
· Низкоимпедансные сети. Активный хаб может соединяться кабелем с адаптером (610 м), активным хабом (610 м) или пассивным хабом (30 м). Пассивный хаб может стоять только между активными узлами. На свободные порты пассивных хабов должны, а активных — могут устанавливаться терминаторы.
Смешанные сети строятся по вышеприведенным правилам. Общие ограничения: максимальное затухание в кабеле на частоте 5 МГц не должно превышать 11 дБ, задержка распространения сигналов между узлами — не более 30 мкс.
В настоящее время оборудование для ARCnet практически не выпускается, что осложняет эксплуатацию ранее установленных сетей этой архитектуры.
Token Ring
Token Ring (маркерное кольцо) — архитектура сетей с кольцевой логической топологией и детерминированным методом доступа с передачей маркера. Скорость передачи 4 или 16 Мбит/с, в ближайшее время ожидается и версия на 100 Мбит/с. Фирма IBM ведет работу по гигабитной реализации сети.
Стандарт определен документом IEEE802.5, но IBM использует несколько отличающуюся спецификацию.
Логическое кольцо реализуется на физической топологии звезды, в центре которой находится MAU (Multistation Access Unit) — хаб с портами подключения каждого узла. Для присоединения кабелей используются специальные разъемы, обеспечивающие постоянство замкнутости кольца Token Ring даже при отключении узла от сети. При необходимости сеть может расширяться за счет применения дополнительных MAU, связанных в общее кольцо. В качестве среды передачи используется экранированная или неэкранированная витая пара. «Облегченный» вариант разводки обеспечивает подключение до 96 станций к 12 восьмипортовым хабам с максимальным удалением станции от хаба не более 45 м. Длина кабеля между хабами может достигать 45 м при их суммарной длине не более 120 м.
Стационарная разводка обеспечивает подключение до 260 станций и 33 ха-бов с расстоянием между устройствами до 100 м при общей длине кольца хабов до 200 м.
Оптоволоконный кабель увеличивает максимальную длину каждого из сегментов до 1 км.
Используемые системные ресурсы: порты ввода/вывода, прерывания, DMA и буферная память в области UMA.
Основное преимущество Token Ring — заведомо ограниченное время ожидания обслуживания узла (в отличие от Ethernet не возрастающее при увеличении графика), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом.
Local Talk, 100VG, 10OVG-AnyLAN, TCNS
Local Talk — сетевая архитектура фирмы Apple, штатная подсистема Macintosh. Среда передачи — витая пара, скорость 230,4 Кбит/с, интерфейс RS-422, метод доступа CSMA/CA.
100VG — 100 Мбит/с сеть на витой паре категории 3 (Voice-Grade TP — витая пара для голосовой телефонии). Разработана фирмами Hewlett-Packard и AT&T Microelectronics как развитие Ethernet, описывается стандартом IEEE802.12. Использует 4 пары проводов, передача в любую сторону использует все пары одновременно (Quartet Signaling). Физическая топология — звезда, метод доступа — Demand Priority, управление передачей возложено на центральные коммутационные устройства, что обеспечивает предопределенное время отклика для критичных ко времени задач и повышение производительности за счет исключения коллизий.
100VG-AnyLAN — расширение 100VG, введенное фирмами Hewlett-Packard и IBM. Является неким гибридом Ethernet и Token Ring, поддерживая их форматы кадров (802.3 и 802.5). Кроме приоритетов доступа поддерживает 2 уровня приоритетов передачи, что позволяет использовать такую технологию для критичных ко времени приложений (мультимедийных, видеоконференций и др.). Среда передачи — неэкранированная витая пара 3, 4, 5 категории. Адаптеры AnyLAN можно объединять с обычными адаптерами Token Ring и Ethernet на витой паре 10 и 100 Мбит/с.
TCNS (Thomas-Conrad Network System) — 100 Мбит/с версия ARCnet фирмы Thomas-Conrad. Среда передачи — коаксиал, витая пара IBM Type I STP или UTP Level 5, оптоволокно; топология — звезда.
FDDI И CDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизованная спецификация ANSI X3T9.5 для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/с. Топология — кольцо (двойное) или гибридная (включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор). Метод доступа — маркерный с возможностью одновременного циркулирования множества кадров в кольце. Максимальное количество станций в сети — 1 000, расстояние между станциями до 2 км при многомодовом и до 45 км при одномодовом кабеле, затухание сигнала между станциями 11 дБ, длина кольца до 100 км (может увеличиваться за счет применения дополнительных повторителей. В некоторых случаях вторичное кольцо используется для удвоения пропускной способности.
CDDI (Copper Distributed Data Interface), он же TPDDI (Twisted Pair Distributed Data Interface) — чисто электрическая реализация архитектуры FDDI на витой паре 5 категории с разъемами RJ-45. Существенно дешевле оптической реализации, длина сегмента ограничена 100 м, применяется в локальных кольцах. Корректное взаимодействие аппаратуры различных производителей не гарантируется.
Очень высокая стоимость оборудования определяет круг применений FDDI:
· базовые сети (Backbone), объединяющие множество сетей;
· объединение больших и мини-компьютеров с периферией (Back-end network);
· соединение мощных рабочих станций, требующих высокоскоростного обмена (Front-end network).
Станции, или узлы, могут быть одинарного (SAS) или двойного (DAS) подключения. DAS (Dual-Attachment Stations), они же станции класса А, имеют два трансивера и могут включаться непосредственно в базовую сеть, к первичному и вторичному кольцам. SAS (Single-Attachment Stations), они же станции класса В, имеют один трансивер и включаются только в первичное кольцо. В базовую сеть они могут включаться только через концентратор, или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.
FDDI определяет четыре типа портов станций:
· порт А определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается к первичному кольцу, выход — ко вторичному;
· порт В определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается ко вторичному кольцу, выход — к первичному;
· порт М (Master) определен для концентраторов (DAC или SAC) и соединяет два концентратора или концентратор со станцией (DAS или SAS);
· порт S (Slave) определен только для устройств одинарного подключения и используется для соединения двух станций или станции и концентратора.
Каждый порт имеет трансивер, содержащий передатчик (лазерный или светодиодный излучатель) и фотодетектор. Выходы передатчиков соседних узлов соединяются со входами приемников раздельными оптическими кабелями, образуя замкнутое кольцо. Каждому узлу кольца при конфигурировании назначается адрес и приоритет.
Для повышения надежности базовая сеть имеет два кольца с противоположным направлением передачи: первичное и вторичное. В нормальном режиме используется только первичное. В случае разрыва связи между двумя станциями крайние станции замыкают первичное кольцо с помощью вторичного.
Адаптеры FDDI для PC используют системные шины ISA, EISA, MCA, PCI, реже VLB; их цена может превышать цену компьютера. Адаптер может иметь один (порт S) или два (порты А и В) трансивера.
АТМ
АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — технология коммутации ячеек, формирующая ядро Broadband ISDN (BISDN), обеспечивающая передачу цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же линиям. Первоначально скорость передачи была определена 155 Мбит/с, затем 662 Мбит/с и до 2,488 Гбит/с. АТМ используется как в локальных, так и в глобальных сетях, с успехом применяется для связи локальных сетей, удаленных друг от друга на значительные расстояния. Основные черты:
· Линии связи — оптические, локальные или длинные. Длинные линии могут быть выделенными (арендуемыми) или коммутируемыми.
· Обеспечение параллельной передачи. Каждый узел может иметь выделенное соединение с любым другим узлом.
· Работа всегда на максимально возможной скорости.
· Использование пакетов фиксированной длины — ячеек (Cell) по 53 байта.
· Коррекция ошибок и маршрутизация на аппаратном уровне (частично благодаря фиксированному размеру ячеек).
· Одновременная передача данных, видеоинформации и голоса. Фиксированный размер ячеек обеспечивает равномерность голосового потока.
· Легкость балансирования загрузки: коммутируемость пакетов позволяет при необходимости повышения пропускной способности установить множество виртуальных цепей между передатчиком и приемником.
Интерфейс пользователя UNI (User Network Interface) определен АТМ-фо-румом и допускает различные типы физического интерфейса:
· SONET (ОС-3, STS-3 или STM-1 в терминологии CCITT), 155,52 Мбит/с;
· DS3, 44,736 Мбит/с;
· 100 Мбит/с с кодированием 4 В/5 В;
· 155 Мбит/с с кодированием 8 В/10 В.
Все эти интерфейсы используют оптоволокно, разрабатываются варианты стандартов на витой паре (UTP).
Для различных видов информации (голос, видеоинформация и данные), передаваемой с помощью АТМ, определены следующие классы сервисов:
· класс А используется для передачи с постоянной скоростью потока данных (Constant Bit Rate, CBR), обеспечивает эмуляцию коммутированного канала, подходит для голосовых данных;
· класс В используется для передачи с переменной скоростью потока данных (Variable Bit Rate, VBR), например для видеоконференций;
· класс С используется для передачи данных с установлением соединения;
· класс D используется для передачи данных без установления соединения.
Беспроводные сети
До недавнего времени беспроводная связь в локальных сетях практически не применялась. Однако с конца 90-х годов 20 века наблюдается настоящий бум беспроводных локальных сетей (WLAN – Wireless LAN). Это связано в первую очередь с успехами технологии и с теми удобствами, которые способны предоставить беспроводные сети. По имеющимся прогнозам, число пользователей беспроводных сетей в 2005 году достигнет 44 миллионов, а 80% всех мобильных компьютеров будут оснащены встроенными средствами доступа к таким сетям.
В 1997 году был принят стандарт для беспроводных сетей IEEE 802.11. Сейчас этот стандарт активно развивается и включает в себя уже несколько разделов, в том числе три локальные сети (802.11a, 802.11b и 802.11g). Стандарт содержит следующие спецификации:
· 802.11 – первоначальный стандарт WLAN. Поддерживает передачу данных со скоростями от 1 до 2 Мбит/с.
· 802.11a – высокоскоростной стандарт WLAN для частоты 5 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 54 Мбит/с.
· 802.11b – стандарт WLAN для частоты 2,4 ГГц. Поддерживает скорость передачи данных 11 Мбит/с.
· 802.11e – устанавливает требования качества запроса, необходимое для всех радио интерфейсов IEEE WLAN.
· 802.11f – описывает порядок связи между равнозначными точками доступа.
· 802.11g – устанавливает дополнительную технику модуляции для частоты 2,4 ГГц. Предназначен для обеспечения скоростей передачи данных до 54 Мбит/с.
· v802.11h – описывает управление спектром частоты 5 ГГц для использования в Европе и Азии.
· 802.11i – исправляет существующие проблемы безопасности в областях аутентификации и протоколов шифрования.
Разработкой и поддержкой стандарта IEEE 802.11 занимается комитет Wi-Fi Alliance. Термин Wi-Fi (wireless fidelity) используется в качестве общего имени для стандартов 802.11a и 802.11b, а также всех последующих, относящихся к беспроводным локальным сетям (WLAN).
Оборудование беспроводных сетей включает в себя точки беспроводного доступа (Access Point) и беспроводные адаптеры для каждого абонента.
Точки доступа выполняют роль концентраторов, обеспечивающих связь между абонентами и между собой, а также функцию мостов, осуществляющих связь с кабельной локальной сетью и с Интернет. Несколько близкорасположенных точек доступа образуют зону доступа Wi-Fi, в пределах которой все абоненты, снабженные беспроводными адаптерами, получают доступ к сети. Такие зоны доступа (Hotspot) создаются в местах массового скопления людей: в аэропортах, студенческих городках, библиотеках, магазинах, бизнес-центрах и т.д.
Каждая точка доступа может обслуживать несколько абонентов, но чем больше абонентов, тем меньше эффективная скорость передачи для каждого из них. Метод доступа к сети – CSMA/CD. Сеть строится по сотовому принципу. В сети предусмотрен механизм роуминга, то есть поддерживается автоматическое подключение к точке доступа и переключение между точками доступа при перемещении абонентов, хотя строгих правил роуминга стандарт не устанавливает.
Поскольку радиоканал не обеспечивает высокой степени защиты от прослушивания, в сети Wi-Fi используется специальный встроенный механизм защиты информации. Он включает средства и процедуры аутентификации для противодействия несанкционированному доступу к сети и шифрование для предотвращения перехвата информации.
Стандарт IEEE 802.11b был принят в 1999 г. и благодаря ориентации на освоенный диапазон 2,4 ГГц завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования. В качестве базовой радиотехнологии в нем используется метод DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), который отличается высокой устойчивостью к искажению данных, помехам, в том числе преднамеренным, а также к обнаружению. Поскольку оборудование 802.11b, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, то стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала. Пропускная способность (теоретическая 11 Мбит/с, реальная – от 1 до 6 Мбит/с) отвечает требованиям большинства приложений. Расстояния – до 300 метров, но обычно – до 160 метров.
Стандарт IEEE 802.11a рассчитан на работу в частотном диапазоне 5 ГГц. Скорость передачи данных до 54 Мбит/с, то есть примерно в пять раз быстрее сетей 802.11b. Это наиболее широкополосный из семейства стандартов 802.11. Определены три обязательные скорости – 6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных – 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с. В качестве метода модуляции сигнала принято ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Его наиболее существенное отличие от методов DSSS заключается в том, что OFDM предполагает параллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра передают сигналы последовательно. В результате повышается пропускная способность канала и качество сигнала. К недостаткам 802.11а относятся большая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия (около 100 м). Кроме того, устройства для 802.11а дороже, но со временем ценовой разрыв между продуктами 802.11b и 802.11a будет уменьшаться.
Стандарт IEEE 802.11g является новым стандартом, регламентирующим метод построения WLAN, функционирующих в нелицензируемом частотном диапазоне 2,4 ГГц. Благодаря применению технологии ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) максимальная скорость передачи данных в беспроводных сетях IEEE 802.11g составляет 54 Мбит/с. Оборудование, поддерживающее стандарт IEEE 802.11g, например точки доступа беспроводных сетей, обеспечивает одновременное подключение к сети беспроводных устройств стандартов IEEE 802.11g и IEEE 802.11b. Стандарт 802.11g представляет собой развитие 802.11b и обратно совместим с 802.11b. Теоретически 802.11g обладает достоинствами двух своих предшественников. В числе преимуществ 802.11g надо отметить низкую потребляемую мощность, большие расстояния (до 300 м) и высокую проникающую способность сигнала.
Спецификация IEEE 802.11d. устанавливает универсальные требования к физическому уровню (процедуры формирования каналов, псевдослучайные последовательности частот и т. д.). Стандарт 802.11d пока находится в стадии разработки.
Спецификация IEEE 802.11e позволит создавать мультисервисные беспроводные сети для корпораций и индивидуальных потребителей. При сохранении полной совместимости с действующими стандартами 802.11а и b она расширит их функциональность за счет обслуживания потоковых мультимедиа-данных и гарантированного качества услуг. Пока утвержден предварительный вариант спецификаций 802.11е.
Спецификация IEEE 802.11f описывает протокол обмена служебной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol, IAPP), что необходимо для построения распределенных беспроводных сетей передачи данных. Находится в стадии разработки.
Спецификация IEEE 802.11h предусматривает возможность дополнения действующих алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля излучаемой мощности и генерации соответствующих отчетов. Находится в стадии разработки.
Среди изготовителей Wi-Fi оборудования такие известные компании, как Cisco Systems, Intel, Texas Instruments и Proxim.
Таким образом, беспроводные сети весьма перспективны. Несмотря на свои недостатки, главный из которых – незащищенность среды передачи, они обеспечивают простое подключение абонентов, не требующее кабелей, мобильность, гибкость и масштабируемость сети. К тому же, что немаловажно, от пользователей не требуется знания сетевых технологий.
5. Модель OSI
5.1. Общая характеристика модели OSI
Из того, что протокол представляет собой соглашение, принятое двумя взаимодействующими объектами, в данном случае двумя работающими в сети компьютерами, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике при реализации сетей обычно используются стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты.
В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью ISO/OSI.
Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.
Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.
В модели OSI (рис. 11.6) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.
Рис. 11.6. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами и аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.
Следует также иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается напрямую к системным средствам, ответственным за транспортировку сообщений по сети, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI.
Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. В нашем случае заголовок, очевидно, должен содержать информацию о местонахождении файла и о типе операции, которую необходимо выполнить. Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Но для того чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.
После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т. д. (Некоторые протоколы помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого "концевика".) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адресату.
Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.
Наряду с термином сообщение (message) существуют и другие термины, применяемые сетевыми специалистами для обозначения единиц данных в процедурах обмена. В стандартах ISO для обозначения единиц данных, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используется общее название протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU>. Для обозначения блоков данных определенных уровней часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).
5.2. Физический уровень
Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.
Физический уровень:
- передача битов по физическим каналам;
- формирование электрических сигналов;
- кодирование информации;
- синхронизация;
- модуляция.
Реализуется аппаратно.
Функ