ВходОсновы сетевых технологий и высокоскоростной передачи данных - учебное пособие. Основные технологии передачи данных для доступа к сети Интернет
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 .
ГОУ ВПО «Дальневосточный государственныйуниверситет путей сообщения»
Институт ИИФО
Кафедра: «АТиС»
Реферат по дисциплине
Сетевые технологии высокоскоростных систем передачи данных
Тема: «Компьютерная сеть WLAN »
Выполнил: Ежиков Д.А.
КТ13-ИКТ(БТ)ОС-240
Проверил: Каритан К.А.
Хабаровск 2015 г.
Введение ……………………………………………………………………….3
Беспроводные технологии …………………………………………………..4
Безопасность …………………………………………………………………..6
Wireless LAN………………………………………………………………….. 7
Организация сети…………………………………………………………….. 8
………………………………………... 8
Заключение ……………………………………………………………………10……………………………………....11
Введение
Так сложилось, что в нашей стране большую распространенность получили районные Ethernet сети, затягивающие в квартиру витую пару. Когда дома всего один компьютер, вопросов с подключением кабеля обычно не возникает. Но когда появляется желание лазить в Интернет с компьютера, лэптопа и КПК с возможностью беспроводного подключения, задумываешься о том, как все это грамотно осуществить. Разделить один Интернет-канал на всех домочадцев нам помогают многофункциональные роутеры.
Потребность в создании дома персональной Wi-fi сети испытывает, наверное, любой обладатель ноутбука или КПК. Конечно, можно купить точку доступа и организовать беспроводный доступ через нее. Но куда удобнее иметь устройство «всё в одном», ведь роутеры справляются с этой функцией ничуть не хуже точек доступа. Главное, на что стоит обращать внимание, это поддерживаемые стандарты Wi-fi. Ибо в последние несколько лет среди производителей появилась тенденция выпускать устройства с поддержкой еще не существующих стандартов. Безусловно, в этом есть определенная польза. Мы получаем большую производительность и дальнобойность wi-fi при использовании оборудования от одного производителя. Однако, поскольку каждый из них реализует новшества так, как ему больше нравится (стандарт ведь пока не принят), совместимости оборудования от разных производителей мы не наблюдаем.
Обычно беспроводные сетевые технологии группируются в три типа, различающиеся по масштабу действия их радиосистем, но все они с успехом применяются в бизнесе.
WLAN (беспроводные локальные сети) - радиус действия до 100 м. С их помощью реализуется беспроводной доступ к групповым ресурсам в здании, университетском кампусе и т. п. Обычно такие сети используются для продолжения проводных корпоративных локальных сетей. В небольших компаниях WLAN могут полностью заменить проводные соединения. Основной стандарт для WLAN - 802.11.
Беспроводные технологии
Беспроводные технологии - подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение. В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.
Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий.
По дальности действия:
Беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий - Bluetooth.
Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks). Примеры технологий - Wi-Fi.
Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.
Беспроводные глобальные сети (WWAN - Wireless Wide Area Network). Примеры технологий - CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.......По топологии:
- «Точка-точка».
- «Точка-многоточка».......По области применения:
Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети - создаваемые компаниями для собственных нужд.
Операторские беспроводные сети - создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.
Беспроводные компьютерные сети
.Беспроводные компьютерные сети - это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.Применение
Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:
Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).
Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети - Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») - это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство - 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала - 100 м, офис из нескольких комнат - 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.
Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн - до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции - однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.
Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путем, и достаточно просто поднять мощность до 0,2-0,5 Вт. Для сравнения - мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше(в момент звонка - до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны. Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.
Безопасность
Продукты для беспроводных сетей, соответствующие стандарту IEEE 802.11, предлагают четыре уровня средств безопасности: физический, идентификатор набора служб (SSID - Service Set Identifier), идентификатор управления доступом к среде (MAC ID - Media Access Control ID) и шифрование. Технология DSSS для передачи данных в частотном диапазоне 2,4 ГГц за последние 50 лет нашла широкое применение в военной связи для улучшения безопасности беспроводных передач. В рамках схемы DSSS поток требующих передачи данных «разворачивается» по каналу шириной 20 МГц в рамках диапазона ISM с помощью схемы ключей дополнительного кода (Complementary Code Keying, CCK). Для декодирования принятых данных получатель должен установить правильный частотный канал и использовать ту же самую схему CCK. Таким образом, технология на базе DSSS обеспечивает первую линию обороны от нежелательного доступа к передаваемым данным. Кроме того, DSSS представляет собой «тихий» интерфейс, так что практически все подслушивающие устройства будут отфильтровывать его как «белый шум». Идентификатор SSID позволяет различать отдельные беспроводные сети, которые могут действовать в одном и том же месте или области. Он представляет собой уникальное имя сети, включаемое в заголовок пакетов данных и управления IEEE 802.11. Беспроводные клиенты и точки доступа используют его, чтобы проводить фильтрацию и принимать только те запросы, которые относятся к их SSID. Таким образом, пользователь не сможет обратиться к точке доступа, если только ему не предоставлен правильный SSID.
Wireless LAN
......Wireless LAN (англ. Wireless Local Area Network; WLAN) - беспроводная локальная сеть. При таком способе построения сетей передача данных осуществляется через радиоэфир; объединение устройств в сеть происходит без использования кабельных соединений. Наиболее распространенными на сегодняшний день способами построения являются Wi-Fi и WiMAX.Wi-Fi и WiMAX
Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость - термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.
WiMAX - это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).
Wi-Fi - это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.
WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.
Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.
Организация сети
......Стандарт IEEE 802.11 работает на двух нижних уровнях модели ISO/OSI: физическом и канальном. Другими словами, использовать оборудование Wi-Fi так же просто, как и Ethernet: протокол TCP/IP накладывается поверх протокола, описывающего передачу информации по каналу связи. Расширение IEEE 802.11b не затрагивает канальный уровень и вносит изменения в IEEE 802.11 только на физическом уровне.В беспроводной локальной сети есть два типа оборудования: клиент (обычно это компьютер, укомплектованный беспроводной сетевой картой, но может быть и иное устройство) и точка доступа, которая выполняет роль моста между беспроводной и проводной сетями. Точка доступа содержит приемопередатчик, интерфейс проводной сети, а также встроенный микрокомпьютер и программное обеспечение для обработки данных.
Типы и разновидности соединений
Соединение Ad-Hoc (точка-точка).Все компьютеры оснащены беспроводными картами (клиентами) и соединяются напрямую друг с другом по радиоканалу работающему по стандарту 802.11b и обеспечивающих скорость обмена 11 Mбит/с, чего вполне достаточно для нормальной работы.
Инфраструктурное соединение.
Все компьютеры оснащены беспроводными картами и подключаются к точке доступа. Которая, в свою очередь, имеет возможность подключения к проводной сети. Данная модель используется когда необходимо соединить больше двух компьютеров. Сервер с точкой доступа может выполнять роль роутера и самостоятельно распределять интернет-канал.
Точка доступа, с использованием роутера и модема.
Точка доступа включается в роутер, роутер - в модем (эти устройства могут быть объединены в два или даже в одно). Теперь на каждом компьютере в зоне действия Wi-Fi , в котором есть адаптер Wi-Fi, будет работать интернет.
Соединение мост.
Компьютеры объединены в проводную сеть. К каждой группе сетей подключены точки доступа, которые соединяются друг с другом по радио каналу. Этот режим предназначен для объединения двух и более проводных сетей. Подключение беспроводных клиентов к точке доступа, работающей в режиме моста невозможно.
Репитер.
Точка доступа просто расширяет радиус действия другой точки доступа, работающей в инфраструктурном режиме.
Заключение
Беспроводные локальные сети (WLAN – wireless LAN) могут использоваться в офисе для подключения мобильных сотрудников (ноутбуки, носимые терминалы) в местах скопления пользователей - аэропортах, бизнес-центрах, гостиницах и т. д.
Мобильный Интернет и мобильные локальные сети открывают корпоративным и домашним пользователям новые сферы применения карманных ПК, ноутбуков. Одновременно с этим постоянно снижаются цены на беспроводное оборудование Wi-Fi и расширяется его ассортимент. Wi-Fi также подходит для людей, которым по долгу необходимо перемещаться по помещению, к примеру, на складе или в магазине. В этом случае для учета (отгрузки, приема и т. п.) товаров используются носимые терминалы, которые постоянно соединены с корпоративной сетью по протоколу Wi-Fi, и все изменения сразу отражаются в центральной базе данных. WLAN применим и в организации временных сетей, когда долго и нерентабельно прокладывать провода, а потом их демонтировать.
Еще один вариант использования – в исторических постройках, где прокладка проводов невозможна или запрещена. Иногда не хочется портить внешний вид помещения проводами или коробами для их прокладки. Кроме того, Wi-Fi-протокол подходит и для бытового применения, где тем более неудобно прогладывать провода.
Список использованной литературы
Учебное пособие для вузов / Под ред. профессора В.П. Шувалова
2017 г.
Тираж 500 экз.
Формат 60х90/16 (145x215 мм)
Исполнение: в мягкой обложке
ISBN 978-5-9912-0536-8
ББК 32.884
УДК 621.396.2
Гриф УМО
Рекомендовано УМО по образованию в области Инфокоммуникационных технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 11.03.02 и 11.04.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр»
Аннотация
В компактной форме изложены вопросы построения инфокоммуникационных сетей, обеспечивающих высокоскоростную передачу данных. Представлены разделы, которые необходимы для понимания того как можно обеспечить передачу не только с высокой скоростью, но и с другими показателями, характеризующими качество предоставляемой услуги. Приведено описание протоколов различных уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем, технологий транспортных сетей. Рассмотрены вопросы передачи данных в беспроводных сетях связи и современные подходы, обеспечивающие передачу больших массивов информации за приемлемые отрезки времени. Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии программно-конфигурируемых сетей.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Инфокоммуникационные технологии и системы связи (степени) «бакалавр» и «магистр». Книга может быть использована для повышения квалификации работниками электросвязи.
Введение
Список литературы к введению
Глава 1. Основные понятия и определения
1.1. Информация, сообщение, сигнал
1.2. Скорость передачи информации
1.3. Физическая среда передачи данных
1.4. Методы преобразования сигналов
1.5. Методы множественного доступа к среде
1.6. Сети электросвязи
1.7. Организация работ по стандартизации в области передачи данных
1.8. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
1.9. Контрольные вопросы
1.10. Список литературы
Глава 2. Обеспечение показателей качества обслуживания
2.1. Качество обслуживания. Общие положения
2.2. Обеспечение верности передачи данных
2.3. Обеспечение показателей структурной надежности
2.4. QoS маршрутизация
2.5. Контрольные вопросы
2.6. Список литературы
Глава 3. Локальные сети
3.1. Протоколы LAN
3.1.1. Технология Ethernet (IEEE 802.3)
3.1.2. Технология Token Ring (IEEE 802.5)
3.1.3. Технология FDDI
3.1.4. Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
3.1.5. Технология 100VG-AnyLAN
3.1.6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet
3.2. Технические средства, обеспечивающие функционирование высокоскоростных сетей передачи данных
3.2.1. Концентраторы
3.2.2. Мосты
3.2.3. Коммутаторы
3.2.4. Протокол STP
3.2.5. Маршрутизаторы
3.2.6. Шлюзы
3.2.7. Виртуальные локальные сети (Virtual local area Network, VLAN)
3.3. Контрольные вопросы
3.4. Список литературы
Глава 4. Протоколы канального уровня
4.1. Основные задачи канального уровня, функции протоколов 137
4.2. Байт-ориентированные протоколы
4.3. Бит-ориентированные протоколы
4.3.1. Протокол канального уровня HDLC (High-Level Data Link Control)
4.3.2. Протокол кадра SLIP (Serial Line Internet Protocol). 151
4.3.3. Протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол двухточечной связи)
4.4. Контрольные вопросы
4.5. Список литературы
Глава 5. Протоколы сетевого и транспортного уровня
5.1. IP-протокол
5.2. Протокол IPv6
5.3. Протокол маршрутизации RIP
5.4. Внутренний протокол маршрутизации OSPF
5.5. Протокол BGP-4
5.6. Протокол резервирования ресурсов - RSVP
5.7. Протокол передачи RTP (Real-Time Transport Protocol)
5.8. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
5.9. Протокол LDAP
5.10. Протоколы ARP, RARP
5.11. Протокол TCP (Transmission Control Protocol)
5.12. Протокол UDP (User Datagram Protocol)
5.13. Контрольные вопросы
5.14. Список литературы
Глава 6. Транспортные IP-сети
6.1. Технология ATM
6.2. Синхронная цифровая иерархия (SDH)
6.3. Многопротокольная коммутация по меткам
6.4. Оптическая транспортная иерархия
6.5. Модель и иерархия Ethernet для транспортных сетей
6.6. Контрольные вопросы
6.7. Список литературы
Глава 7. Беспроводные технологии высокоскоростной передачи данных
7.1. Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity)
7.2. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
7.3. Переход от WiMAX к технологии LTE (LongTermEvolution)
7.4. Состояние и перспективы высокоскоростных беспроводных сетей
7.5. Контрольные вопросы
7.6. Список литературы
Глава 8. Вместо заключения: некоторые соображения на тему «что надо сделать, чтобы обеспечить передачу данных с высокой скоростью в IP-сетях»
8.1. Традиционная передача данных с гарантированной доставкой. Проблемы
8.2. Альтернативные протоколы передачи данных с гарантированной доставкой
8.3. Алгоритм контроля перегрузок
8.4. Условия обеспечения передачи данных с высокой скоростью
8.5. Неявные проблемы обеспечения высокоскоростной передачи данных
8.6. Список литературы
Приложение 1. Программно-конфигурируемые сети
П.1. Общие положения.
П.2. Протокол OpenFlow и OpenFlow-коммутатор
П.3. Виртуализация сетей NFV
П.4. Стандартизация ПКС
П.5. SDN в России
П.6. Список литературы
Термины и определения
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.