Слайд 2
Рис. 8.1. Структурная схема СПИ
Слайд 3
Слайд 4
Слайд 5
8,2 Виды и модели сигналов
8.2.1. Общие сведения о сообщениях и сигналах
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11
Слайд 12
Слайд 13
Слайд 14
Слайд 15
Слайд 16
Слайд 17
Слайд 18
Слайд 19
Каналы передачи данных и их характеристики
Слайд 20
Слайд 21
Слайд 22
Слайд 23
Слайд 24
8.3.1. Кабельные линии связи
Слайд 25
Слайд 26
Слайд 27
Слайд 28
Слайд 29
Слайд 30
8.4 Информационные сети
Слайд 31
Слайд 32
Слайд 33
Слайд 34
Слайд 35
Слайд 36
Слайд 37
Слайд 38
Слайд 39
Слайд 40
Слайд 41
Слайд 42
Слайд 43
Слайд 44
8.4.4. Эталонная модель взаимодействия открытых систем и протоколы обмена
Слайд 45
Слайд 46
Слайд 47
Слайд 48
Слайд 49
Слайд 51
Слайд 53
Слайд 54
Слайд 55
Слайд 56
Слайд 57
Слайд 58
Слайд 59
Слайд 60
Слайд 61
Слайд 62
Слайд 63
Слайд 64
Слайд 65
Слайд 66
Слайд 67
Слайд 68
Слайд 69
Слайд 70
Слайд 71
Слайд 72
Слайд 73
Слайд 74
Физический уровень семейства протоколов 802.11
Стандарт IEEE 802.11
Стандарт IEEE 802.11b
Стандарт IEEE 802.11g
Стандарт IEEE 802.11а
Механизмы коллективного доступа в сетях 802.11
Функция распределенной координации DCF
Алгоритм RTS/CTS
Функция централизованной координации PCF
Технология уширения спектра DSSS
CCK-последовательности
Двоичное пакетное сверточное кодирование PBCC
Частотное ортогональное разделение каналов с мультиплексированием (OFDM)
Разработкой стандартов WiFi 802.11 занимается организация IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)
IEEE 802.11 – базовый стандарт для сетей Wi-Fi, который определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных (transfer).
Слайд 75
IEEE 802.11b – описывает большие скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Этот стандарт широко продвигался со стороны WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) и изначально назывался Wi-Fi.
Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz (Подробнее о частотах и каналах WiFi).
Ратифицирован в 1999 году.
Используемая радиочастотная технология: DSSS.
Кодирование: Barker 11 и CCK.
Модуляции: DBPSK и DQPSK,
Максимальные скорости передачи данных (transfer) в канале: 1, 2, 5.5, 11 Mbps,
/для облегчения восприятия некоторые фундаментальные основы WiFi/
IEEE 802.11a – описывает значительно более высокие скорости передачи (transfer) чем 802.11b.
Используются частотные каналы в частотном спектре 5GHz. Протокол Не совместим с 802.11b.
Ратифицирован в 1999 году.
Используемая радиочастотная технология: OFDM.
Кодирование: Convoltion Coding.
Модуляции: BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
Максимальные скорости передачи данных в канале: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps.
Слайд 76
IEEE 802.11g – описывает скорости передачи данных эквивалентные 802.11а.
Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz. Протокол совместим с 802.11b.
Ратифицирован в 2003 году.
Используемые радиочастотные технологии: DSSS и OFDM.
Кодирование: Barker 11 и CCK.
Модуляции: DBPSK и DQPSK,
Максимальные скорости передачи данных (transfer) в канале:
- 1, 2, 5.5, 11 Mbps на DSSS и
- 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps на OFDM.
IEEE 802.11n – самый передовой коммерческий WiFi-стандарт, на данный момент, официально разрешенный к ввозу и применению на территории РФ (802.11ac пока в процессе проработки регулятором). В 802.11n используются частотные каналы в частотных спектрах WiFi 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g. Хотя рекомендуется строить сети с ориентацией только на 802.11n, т.к. требуется конфигурирование специальных защитных режимов при необходимости обратной совместимости с устаревшими стандартами. Это ведет к большому приросту сигнальной информации и существенному снижению доступной полезной производительности радиоинтерфейса.
Слайд 77
Собственно даже один клиент WiFi 802.11g или 802.11b потребует специальной настройки всей сети и мгновенной ее существенной деградации в части агрегированной производительности.
Сам стандарт WiFi 802.11n вышел 11 сентября 2009 года.
Поддерживаются частотные каналы WiFi шириной 20MHz и 40MHz (2x20MHz).
Используемая радиочастотная технология: OFDM.
Используется технология OFDM MIMO (Multiple Input Multiple Output) вплоть до уровня 4х4 (4хПередатчика и 4хПриемника). При этом минимум 2хПередатчика на Точку Доступа и 1хПередатчик на пользовательское устройство.
Примеры возможных MCS (Modulation & Coding Scheme) для 802.11n, а также максимальные теоретические скорости передачи данных (transfer) в радиоканале представлены в следующей таблице:
Здесь SGI это защитные интервалы между фреймами.
Spatial Streams это количество пространственных потоков.
Type это тип модуляции.
Data Rate это максимальная теоретическая скорость передачи данных в радиоканале в Mбит/сек.
Слайд 78
Слайд 79
Важно подчеркнуть, что указанные скорости соответствуют понятию channel rate и являются предельным значением с использованием данного набора технологий в рамках описываемого стандарта (собственно эти значения, как Вы вероятно заметили, производители пишут и на коробках домашних WiFi-устройств в магазинах). Но в реальной жизни эти значения не достижимы в силу специфики самой технологии стандарта WiFi 802.11. Например здесь сильно влияет "политкорректность" в части обеспечения CSMA/CA (устройства WiFi постоянно слушают эфир и не могут передавать, если среда передачи занята), необходимость подтверждения каждого юникастового фрейма, полудуплексная природа всех стандартов WiFi и только 802.11ac/Wave-2 сможет это начать обходить с MU-MIMO и т.д.. Поэтому практическая эффективность устаревших стандартов 802.11 b/g/a никогда не превышает 50% в идеальных условиях(например для 802.11g максимальная скорость на абонента обычно не выше 22Мб/с), а для 802.11n эффективность может быть до 60%. Если же сеть работает в защищенном режиме, что часто и происходит из-за смешанного присутствия различных WiFi-чипов на различных устройствах в сети, то даже указанная относительная эффективность может упасть в 2-3 раза. Это касается, например, микса из Wi-Fi устройств с чипами 802.11b, 802.11g в сети с точками доступа WiFi 802.11g или устройства WiFi 802.11g/802.11b в сети с точками доступа WiFi 802.11n и т.п..
Слайд 80
Помимо основных стандартов WiFi 802.11a, b, g, n, существуют и используются дополнительные стандарты для реализации различных сервисных функций:
• 802.11d. Для адаптации различных устройств стандарта WiFi к специфическим условиям страны. Внутри регуляторного поля каждого государства диапазоны часто различаются и могут быть отличны даже в в зависимости от географического положения. Стандарт WiFi IEEE 802.11d позволяет регулировать полосы частот в устройствах разных производителей с помощью специальных опций, введенных в протоколы управления доступом к среде передачи.
• 802.11e. Описывает классы качества QoS для передачи различных медиафайлов и, в целом различного медиаконтента. Адаптация МАС-уровня для 802.11e, определяет качество, например, одновременной передачи звука и изображения.
• 802.11f. Направлен на унификацию параметров Точек Доступа стандарта Wi-Fi различных производителей. Стандарт позволяет пользователю работать с разными сетями при перемещении между зонами действия отдельных сетей.
Слайд 81
• 802.11k. Этот стандарт фактически направлен на реализацию балансировки нагрузки в радиоподсистеме сети Wi-Fi. Обычно в беспроводной локальной сети абонентское устройство обычно соединяется с той точкой доступа, которая обеспечивает наиболее сильный сигнал. Нередко это приводит к перегрузке сети в одной точке, когда к одной Точке Доступа подключется сразу много пользователей. Для контроля подобных ситуаций в стандарте 802.11k предложен механизм, ограничивающий количество абонентов, подключаемых к одной Точке Доступа, и дающий возможность создания условий, при которых новые пользователи будут присоединяться к другой ТД даже не смотря на более слабый сигнал от нее. В этом случае аггрегированная пропускная способность сети увеличивается благодаря более эффективному использованию ресурсов.
• 802.11m. Поправки и исправления для всей группы стандартов 802.11 объединяются суммируются в отдельном документе с общим названием 802.11m. Первый выпуск 802.11m был в 2007 г, далее в 2011 г и т.д..
Слайд 82
• 802.11p. Определяет взаимодействие Wi-Fi-оборудования, движущегося со скоростью до 200 км/ч мимо неподвижных Точек Доступа WiFi, удаленных на расстояние до 1 км. Часть стандарта Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE). Стандарты WAVE определяют архитектуру и дополнительный набор служебных функций и интерфейсов, которые обеспечивают безопасный механизм радиосвязи между движущимися транспортными средствами. Эти стандарты разработаны для таких приложений, как, например, организация дорожного движения, контроль безопасности движения, автоматизированный сбор платежей, навигация и маршрутизация транспортных средств и др.
• 802.11r. Определяет быстрый автоматический роуминг Wi-Fi-устройств при переходе из зоны покрытия одной Точки Доступа WiFi к зоне покрытия другой. Этот стандарт ориентирован на реализацию Мобильности и, прежде всего, важен именно для мобильных/носимых устройств с Wi-Fi, например, смартфонов, планшетных компьютеров, Wi-Fi IP-телефонов и т.п.. До появления этого стандарта при движении пользователь часто терял связь с одной точкой доступа, был вынужден искать другую и заново выполнять процедуру подключения. Это щанимало много времени. Существовали частные решения проблемы роуминга (хендоверов) между устройствами, например от CCKM от Cisco. Устройства с поддержкой 802.11r могут зарегистрироваться заранее с соседними Точками Доступа WiFi и выполнять процесс переподключения в автоматическом режиме. Таким образом значительно уменьшается время, когда абонент не доступен в сетях Wi-Fi.
Слайд 83
• 802.11s. Стандарт для реализации полносвязных сетей (Wireless Mesh), где любое устройство может служить как маршрутизатором, так и точкой доступа. Если ближайшая точка доступа перегружена, данные перенаправляются к ближайшему незагруженному узлу. При этом пакет данных передается (packet transfer) от одного узла к другому, пока не достигнет конечного места назначения. В данном стандарте введены новые протоколы на уровнях MAC и PHY, которые поддерживают широковещательную и многоадресную передачу (transfer), а также одноадресную поставку по самоконфигурирующейся системе точек доступа Wi-Fi. C этой целью в стандарте введен четырехадресный формат кадра.
• 802.11t. Стандарт создан для институализации процесса тестирования решений стандарта IEEE 802.11. Описываются методики тестирования, способы измерений и обработки результатов (treatment), требования к испытательному оборудованию.
• 802.11u. Определяет процедуры взаимодействия сетей стандарта Wi-Fi с внешними сетями. Стандарт должен определять протоколы доступа, протоколы приоритета и запрета на работу с внешними сетями. На данный момент вокруг данного стандарта образовалось большое движение как в части разработки решений – Hotspot 2.0, так и в части организации межсетевого роуминга – создана и растет группа заинтересованных операторов, которые совместно решают вопросы роуминга для своих Wi-Fi-сетей в диалоге (Альянс WBA).
Слайд 84
• 802.11v. В стандарте должны быть разработаны поправки, направленные на совершенствование систем управления сетями стандарта IEEE 802.11. Модернизация на МАС- и PHY-уровнях должна позволить централизовать и упорядочить конфигурацию клиентских устройств, соединенных с сетью.
• 802.11y. Дополнительный стандарт связи для диапазона частот 3,65-3,70 ГГц. Предназначен для устройств последнего поколения, работающих с внешними антеннами на скоростях до 54 Мбит/с на расстоянии до 5 км на открытом пространстве. Стандарт полностью не завершен.
• 802.11w. Определяет методы и процедуры улучшения защиты и безопасности уровня управления доступом к среде передачи данных (МАС). Протоколы стандарта структурируют систему контроля целостности данных, подлинности их источника, запрета несанкционированного воспроизведения и копирования, конфиденциальности данных и других средств защиты. В стандарте введена защита фрейма управления (MFP: Management Frame Protection), а дополнительные меры безопасности позволяют нейтрализовать внешние атаки, такие, как, например, DoS. Кроме того, эти меры обеспечат безопасность для наиболее уязвимой сетевой информации, которая будет передаваться по сетям с поддержкой IEEE 802.11r, k, y.
• 802.11ас. Новый стандарт WiFi, который работает только в частотной полосе 5ГГц и обеспечивает значительно большие скорости как на индивидуального клиента WiFi, так и на Точку Доступа WiFi.
Слайд 85
s. Стандарт для реализации полносвязных сетей (Wireless Mesh
802.11s. Стандарт для реализации полносвязных сетей (Wireless Mesh), где любое устройство может служить как маршрутизатором, так и точкой доступа. Если ближайшая точка доступа перегружена, данные перенаправляются к ближайшему незагруженному узлу. При этом пакет данных передается (packet transfer) от одного узла к другому, пока не достигнет конечного места назначения. В данном стандарте введены новые протоколы на уровнях MAC и PHY, которые поддерживают широковещательную и многоадресную передачу (transfer), а также одноадресную поставку по самоконфигурирующейся системе точек доступа Wi-Fi. C этой целью в стандарте введен четырехадресный формат кадра.
Mesh-сети – класс широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации, который широко применяется в локальных и распределенных городских беспроводных сетях (альтернатива WiMAX), в мультимедийных сенсорных сетях и т.д. Один из главных принципов построения mesh-сети – самоорганизация архитектуры, обеспечивающая такие возможности, как топология сети "каждый с каждым"; устойчивость при отказе отдельных компонентов; масштабируемость сети – увеличение зоны информационного покрытия в режиме самоорганизации; динамическая маршрутизацию трафика, контроль состояния сети и т.д. Mesh-сети могут быть стационарными или мобильными (все или часть узлов способы перемещаться). Узлами мобильной сети могут быть карманные ПК, мобильные телефоны и т.п.
Слайд 86
Mesh-сети описывает стандарт IEEE 802.11s. 
Рис.1. Архитектура сети 802.11: а) стандартной, б) mesh-сети
Протокол IEEE 802.11s
В существующих сетях стандарта 802.11 терминальные (абонентские, конечные) станции (STA) связаны с точками доступа (Access Point – AP) и могут взаимодействовать только с ними. АР имеют выход в другие сети (например, Ethernet), но не могут обмениваться информацией друг с другом (рис.1а). В mesh-сети, помимо терминальных станций и точек доступа, присутствуют особые устройства – узлы mesh-сети (Mesh Point – MP), способные взаимодействовать друг с другом и поддерживающие mesh-службы (рис.1б). Одно устройство может совмещать несколько функций. Так, МР, совмещенные с точками доступа, называются точками доступа mesh-сети (Mesh Access Point, MAP - Точка Доступа Сетки).
Слайд 87
Порталы mesh-сети (Mesh Point Portal, MPP Точка Портала Сети), являясь МР, соединяют mesh-сеть с внешними сетями. Таким образом, mesh-сеть с точки зрения других устройств и протоколов более высокого уровня функционально эквивалентна широковещательной Ethernet-сети, все узлы которой непосредственно соединены на канальном уровне.
Отметим, что изменения в стандарте IEEE 802.11s практически не затрагивают физический уровень. Все нововведения относятся к МАС (Media Access Control - уровень управления доступом к среде) - подуровню канального уровня. Кроме того, в стандарте 802.11s рассматриваются вопросы маршрутизации пакетов в рамках mesh-сети (фактически – сетевой и транспортный уровень модели OSI), что выходит за изначальные рамки IEEE 802.11.
Структура пакетов MAC-уровня в mesh-сети (рис.2) аналогична стандартному формату пакетов сетей 802.11 [2]. Формат заголовка МАС-пакета в mesh-сети такой же, как и в стандарте IEEE 802.11, за исключением поля HT Control (High Throughput Control Контроль Высокой Пропускной Способности), предназначенного для поддержки оборудования стандарта IEEE 802.11n.
Слайд 88
Рис.2. Формат MAC-кадра с Mesh-заголовком
Первые три поля заголовка и поле контрольной суммы FCS присутствуют во всех пакетах MAC-уровня. МАС-пакеты в 802.11s отличает mesh-заголовок в начале поля данных. Он присутствует в пакетах данных тогда и только тогда, когда они передаются от mesh-узла к mesh-узлу по установленному соединению, а также присоединяется к управляющим пакетам типа (Multihop Ac