19288

Технология Ethernet

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция 4 Технология Ethernet Построение сетей Локальная сеть Ethernet фирмы Xerox считается одной из самых удачных разработок в области ЛВС. Её эксплуатационные характеристики дешевизна и универсальность позволили завоевать ведущие позиции в области рынка сбыта. Метод дост

Русский

2013-07-11

175.5 KB

53 чел.

Лекция 4

Технология Ethernet

Построение сетей

Локальная сеть Ethernet фирмы Xerox считается одной из самых удачных разработок в области ЛВС. Её эксплуатационные характеристики, дешевизна и универсальность позволили завоевать ведущие позиции в области рынка сбыта. Метод доступа к среде реализован, как случайный,  CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

При случайном доступе возможно возникновение конфликтов из-за одновременной передачи сообщений несколькими станциями. В этом случае передача считается неуспешной, и станции-источники начинают ее заново со случайным сдвигом во времени. Метод случайного доступа был впервые предложен в радиосети ALOHA на Гавайских островах в 1970 году. Метод управления каналом был  чрезвычайно прост. Как только на станции появляется кадр данных, он выталкивается в канал. При таком подходе велика вероятность конфликтов, когда сообщения разных станций накладываются друг на друга и для исправления их необходима повторная передача. В дальнейшем, случайный метод доступа подвергся многим улучшениям, и его производительность может достигать 0,93 пропускной способности канала, что считается лучшим достижением в области технологии связи.

Во-первых, было предложено прослушивание, до передачи для определения свободен, или занят канал и для контроля несущей, т. е. основной частоты, на которой ведется передача.

Во-вторых, каждый кадр данных начинается с преамбулы определенной длины, во время которой ведется прослушивание во время передачи. Длина преамбулы подбирается таким образом,  что она дает возможность определить конфликт между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями. В случае определения конфликта, данные уже не выталкиваются в канал, а вместо них выпускается короткая заглушка, что уменьшает время непроизводительной работы сети. При определении конфликта станция организует повторную передачу со случайным сдвигом во времени, что уменьшает вероятность повторного конфликта. Кроме того, вводится так называемая глобальная синхронизация, когда после каждого сообщения в сети все станции выдерживают строго определенную паузу молчания. Окончание этой паузы дает разрешение всем станциям на передачу сообщений.

Такой случайный множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов получил название CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) и был реализован в локальной сети Ethernet в начале семидесятых годов. Преимущества CSMA/CD, в виде высокой надежности и производительности, простоты введения и удаление станций, дешевизны реализации, определили его широкое распространение. В настоящее время существует несколько десятков различных ЛВС, поддерживающих этот метод доступа.

Все методы случайного доступа требуют небольших аппаратурных затрат при реализации, обеспечивают высокую скорость передачи, надежны и эффективны. Однако при большом числе абонентов и интенсивном трафике передачи они не гарантируют всем станциям доступ к каналу связи. Кроме того, при обрыве кабеля, когда отказывает весь сегмент,  бывает  довольно сложно локализовать станцию, из-за которой возникает основная масса ошибок в сети.

Технические характеристики Ethernet   были рассчитаны для классической сети на толстом коаксиальном кабеле 50 ом, скорость передачи - 10 Мбит/с. Длина каждого сегмента кабеля - 500 метров, отдельные сегменты соединяются друг с другом через повторители таким образом, что получается древовидная топология, и максимальное расстояние между станциями не превышает 1500 метров. В качестве управления сетью используется CSMA/CD. Приемопередатчики врезаются прямо в кабель на расстоянии не ближе, чем 2,5 м друг от друга; от приемопередатчика отходит интерфейсный кабель (не более 50 метров), который подключается к сетевому интерфейсу (сетевой карте), поддерживающий CSMA/CD. На каждый сегмент кабеля используется только одно заземление.

Подобные физические параметры позволяют формировать кадры следующим образом (рис. 4_1) . Кадр-дейтаграмма начинается с преамбулы длиной в 64 бита, во время передачи которой приемопередатчик прослушивает канал и определяет, не произошел ли конфликт. В отсутствии конфликта, следом за преамбулой выпускаются адрес приемника (индивидуальный, групповой или широковещательный) длиной 48 бит, адрес источника такой же длины, управляющее поле верхних уровней архитектуры связи (16 бит), данные и контрольную последовательность для обнаружения ошибок. Поле данных кадр не превышает 1,5 Кбайт.

Преамбула

Адрес получателя

Адрес отправителя

Тип пакета

Поле данных

КПК

64 бита

48 бит

48бит

16 бит

До 1,5 Кб

32 бита

Рис. 4_1. Формат кадра Ethernet

Если во время преамбулы был зарегистрирован конфликт, то в канал выталкивается "заглушка", т.е. произвольный набор бит, длина которого меньше самого короткого кадра. Затем станция выжидает определенный промежуток времени, определяемый случайным образом, и делает попытку повторной передачи. Всего возможно 16 попыток повторной передачи, после чего данный кадр сбрасывается. Межкадровый интервал составляет 9,6 микросекунд. Его длительность позволяет опознать паузу молчания между всеми станциями сети.

Все остальное время станция прослушивает канал и записывает к себе в буфер все кадры, которые передаются по сети. Записанная информация немедленно анализируется, и если это заглушка, либо слишком длинный кадр, либо ошибочный, либо просто кадр адресован другой станции, то он сбрасывается. В противном случае, кадр передается на более высокий уровень архитектуры связи.

В настоящее время  существует несколько различающихся по своим возможностям (frames) протоколы Ethernet, а именно:

  •  Ethernet _802.3 - сырой(raw) кадр без выделения управляющих подполей в поле данных, вместо поля «Тип пакета» используется «Длина поля данных»;
  •  Ethernet _802.II  - для взаимодействия с UNIX-архитектурой и Internet, поле «Тип пакета» используется , как в классическом Ethernet;
  •  Ethernet _802.2 - в поле данных выделяется три управляющих подполя, вместо поля «Тип пакета» используется «Длина поля данных»;

Ethernet _SNAP – для адресации подсетей.

Все эти протоколы реализуют метод CSMA/CD, но форматы кадров несколько отличаются друг от друга. В большинстве случаев драйвер сетевой карты можно настроить на любой из указанных типов протоколов, а при необходимости и на все четыре.

Опыт эксплуатации сетей Ethernet показывает, что они хорошо приспособлены к использованию в различных прикладных областях, обладают прекрасной производительностью - до 93%, позволяют легко модифицировать набор взаимодействующих станций.

В настоящее  время  выпускаются  сети Ethernet  на тонком коаксиальном кабеле

(50 ом), на толстом кабеле Ethernet, на витой паре, на оптическом волокне. Кроме этого, выпускается сеть Fast Ethernet со скоростью передача 100 Мбит/сек. Физические характеристики представлены в таблице 4_1.

Маркировка кабеля для Ethernet производится следующим образом. Название состоит из трех частей:

  •  на первом месте стоит скорость передачи;
  •  на втором Base, если передача ведется в базовой полосе частот, Broad- если используется широкая полоса;
  •  на третьем месте стоит указатель на тип кабеля, 2 – тонкий коаксиал, 5- толстый коаксиал, Т  витая пара (UTP), F –оптоволокно

Таблица 4_1. Популярные версии Ethernet

Параметр

Топология

Носитель

Скорость передачи

Кон-

некторы

Длина сегмента

Ethernet

Шина

Толстый коаксиал

50 ом

10 Мб/с

RG-8

500 м

10Base2

Шина

Тонкий коаксиал

50 ом

10 Мб/с

RG-58 A/U

RG- 58C/U

185 м

10Base5

Шина

Толстый коаксиал

50 ом

10 Мб/с

RG-8

RG-11

500 м

10BaseF

Звезда

Оптоволокно

10 Мб/с

500-2000 м

10BaseT

Звезда

Неэкранированная витая пара (UTP)

10 Мб/с

RJ-45

100 м

100BaseTX

Звезда

Две витые пары Т5

100 Мб/с

RJ-45

100 м

100BaseT4

Звезда

4 витые пары Т3, Т4 или Т5

100 Мб/с

RJ-45

100 м

100BaseFX

Звезда

2 нити оптоволокна

100 Мб/с

MIC

SC

412 м полудуплексный кабель

10 000 м - полнодуплексный кабель

У “толстого” Ethernet (10Base5) есть свои преимущества и недостатки. Этот  хорошо защищенный кабель довольно прочен, длина каждого сегмента составляет 500 метров. Для подключения сетевой карты необходим интерфейсный  кабель длиной не более 5 м и приемопередатчик, который врезается в сегмент. Подключение интерфейсного кабеля происходит через высокочастотный разъем на плате.  Однако угол изгиба этого кабеля составляет 90 градусов и при раскладке его могут возникнуть сложности.

“Тонкий” Ethernet  (10Base2) обладает углом изгиба 360 градусов и прекрасно раскладывается  по помещению любой формы. Сегмент этого кабеля достигает 185 метров и подключается к непосредственно к плате через BNC-разъем. При этом кабель разрезается на куски не менее 0,5 метра и соединяется через Т-коннектор.

Для коаксиального кабеля действует правило 5-4-3, обеспечивающее правильную работу CSMA/CD:

  •  5 – максимальное количество кабельных сегментов в сети,
  •  4 максимальное количество повторителей между сегментами,
  •  3 – максимальное количество сегментов с подсоединенными узлами.

Для организации взаимодействия через витые пары и оптоволокно используются специальные устройства – хабы, и топологически сеть уже выглядит как звезда. Возможны более сложные подключения, когда  через хабы вместе соединяются разные сегменты и все это является одной сетью учреждения.

Для витой пары 10BaseТ тоже действует правило 5-4-3, но несколько измененное:

  •  5–максимальное количество кабельных сегментов в сети,
  •  4–максимальное количество концентраторов (многопортовых      повторителей),  допустимых между двумя сообщающимися узлами.

Основные характеристики, из-за которых сеть Ethernet не может использоваться повсеместно, это отсутствие гарантированного времени доступа к каналу связи и падение эффективности при большом числе активно взаимодействующих станций за счет увеличения числа конфликтов.

Жезловые кольца. Сеть Token Ring

Рассмотрим более подробно работу станций в сетях TOKEN RING. Сеть Token Ring представляет собой сравнительно новый тип кольцевых сетей, появившийся лет пятнадцать назад. Топология таких сетей сочетает в себе звезду и кольцо, в зависимости от модификации скорость передачи данных составляет либо 4 Мб/с, либо   16 Мб/с.

В Token Ring сетевые станции собираются в однонаправленное кольцо с помощью специальных восьмивходовых устройств–MSAU (Multiple Station Access Unit), к которым подсоединяются станции.  Для каждой станции имеется сосед-последователь и сосед-предшественника.

В качестве среды передачи используются витые пары, экранированные STP и нет UTP, оптоволокно. В зависимости от типа используемого кабеля, меняются физические размеры сети, но всего в кольце может функционировать до 33 MSAU. 

Общая длина сегментов по кольцу между MSAU  не может превысить:

  •  1 км для световодного кабеля;
  •  120 м для UTP категории 3,
  •  200 м для STP.

Количество станций зависит от типа кабеля, и колеблется от 72 до 260.

Для правильной работы сети по кольцу циркулирует управляющий кадр –  жезл или маркер - строго заданного формата. Захватив такой жезл, станция анализирует его, при необходимости модифицирует. Если у станции нет данных на передачу, она выталкивает жезл дальше в кольцо.

При наличии данных на передачу, жезл задерживается и вместо него выталкивается информационный кадр или кадры. Информационный кадр последовательно обходит кольцо от одной станции к другой, и уничтожаются станцией-источником.

Если пришедший информационный кадр адресован получившей его станции, она копирует его для себя и помечает соответствующим образом поле квитанции этого кадра. Затем информационный кадр с заполненным полем ответа выталкивается далее по кольцу. Следует заметить, что возможна адресация кадра данных не только одной станции, но и группе станций или использование широковещательного адреса.

Обойдя кольцо, информационный кадр возвращается к своему создателю, где уничтожается и станция выталкивает жезл для следующей станции. Если поле квитанции указывает на неудавшуюся доставку, то в следующее владение жезла станция, как правило, не делает повторную попытку передачи, возлагая функции по исправлению ошибок на протоколы более высокого уровня связи. Тем не менее, эта станция формирует специальный служебный кадр и оповещает управляющие станции о значении отрицательных квитанций. Такая информация особенно важна для поиска неисправностей.

Время владения жезлом строго ограничено для каждой станции и гарантирует время доступа к каналу связи  для всех станций на кольце. При передаче разных сообщений могут использоваться разные приоритеты. Каждая станция поддерживает механизмы защиты от ошибок и модификации кольца, на одну из станций возлагаются функции монитора. В поле управления доступом присутствует специальный бит, с помощью которого монитор отлавливает и уничтожает кадры, более одного раза циркулирующие по кольцу.

Протокол с жезловым доступом предусматривает активное управление сетью. Часть этих управляющих функций возложено на пять функциональных станций, имеющих зарезервированные функциональные адреса. Станция, которой присвоен один из функциональных адресов, должна реагировать на него так же, как  на свой собственный аппаратный адрес. К этим станциям относятся два обязательных устройства (активный и резервный мониторы)  и три необязательных (сервер отчета о конфигурации, монитор отчета об ошибках и сервер параметров кольца).

Активный монитор является наиболее важной станцией для жезлового управления. К его функциям относятся:

  •  генерация синхроимпульсов
  •  введение 24 битовой задержки для согласования длины кольца и длины жезла
  •  запуск процесса опроса кольца
  •  наблюдение за корректностью функционирования кольца
  •  перезапуск после потери жезла

В задачу резервного монитора входит наблюдение за активным, и им если на определенный тайм-аут обнаруживается потеря жезла, то пассивный монитор предполагает, что активный вышел из строя, и запускает процедуру опроса кольца.

Монитор ошибок кольца всего лишь собирает информацию об ошибках, которую посылают все остальные станции в процессе функционирования. Сервер отчета о конфигурации составляет протокол о событиях произошедших в кольце. Сервер параметров кольца устанавливает такие параметры каждой станции, как номер кольца, допустимый приоритет жезла, значение таймера владения жезлом и т.д.

Несмотря на ряд таких достоинств Token Ring, как высокая пропускная способность, наличие встроенных средств управления как кольцом в целом, так и отдельными устройствами, что облегчает поиск неисправностей; высокая отказоустойчивость и средства восстановления нормального функционирования после обнаружения неисправностей, жезловые кольца стремительно теряют рынок из-за популярности Ethernet. Кроме того, необходимо учитывать еще значительную стоимость специального  диагностического оборудования,  сложность установки аппаратуры и дополнительные трудности, связанные с глобальными сетями.

Технология FDDI

 Одной из наиболее популярных сетей, использующих оптическое волокно,  является FDDI  (Fiber Distributed Data Interface) принятый ISO. Технология связи рассчитана на физическую скорость передачи информации 100 Мбит/с и предназначена для сетей с суммарной длиной до 100 км,  при расстоянии между узлами 2 км или более.

Для доступа к сети используется специальный жезл - маркер (развитие протокола IEEE 802.5 – Token Ring). Обе сети имеют одинаковые характеристики, включая топологию (кольцевая сеть), технику доступа к носителю (передача маркера), характеристики надежности и др.

Поскольку  FDDI использует оптоволокно в качестве передающей среды, она обладает  рядом преимуществ по сравнению с традиционной кабельной системой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля).

Стандарт FDDI устанавливает два типа оптического волокна: одномодовое (мономодовым) и многомодовое. Моды можно представить в виде пучков лучей света, входящего в оптическое волокно под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распространяться через оптическое волокно только одному моду света, в то время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптическому волокну множеству мод света. Одномодовое оптоволокно обеспечивает большую полосу пропускания, чем многомодовые световоды. Так же передача сигнала возможна на более далекие расстояния для одномодового оптоволокна. В многомодовом световоде в качестве генераторов света используются диоды, излучающие свет (LED), в то время как в одномодовом световоде обычно применяются лазеры.

FDDI стандартизует применение двойных кольцевых сетей. Трафик по этим кольцам движется в противоположных направлениях. В физическом выражении кольцо состоит из двух или более двухточечных соединений между соседними станциями. Одно из двух колец FDDI называется первичным кольцом, другое - вторичным кольцом. Первичное кольцо используется для передачи данных, вторичное кольцо обычно является дублирующим.

FDDI стандартизуется по четырем компонентам (рис. 4_2). Управление логической связью  (data link service) реализуются через протокол IEEE 802.2 logical link control (LLC). 

802.2 LLC

Стандарт FDDI

FDDI Media Access Control (MAC)

Station Management (SMT)

FDDI  Physical Layer Protocol (PHY)

FDDI Physical Media Dependent PMD

Рис. 4_2. Структура стандарта FDDI

Media Access Control (MAC) 

(Управление доступом к среде передачи) - определяет способ доступа к носителю, включая формат пакета, обработку маркера, адресацию, алгоритм CRC (проверка избыточности цикла) и механизмы устранения ошибок.

Physical Layer Protocol (PHY)

(Протокол физического уровня) - определяет процедуры кодирования/декодирования информации, требования к синхронизации, формированию кадров и другие функции.

Physical Media Dependent (PMD) 

Уровень PMD определяет характеристики транспортной среды, включая оптические каналы, уровни питания, регламентирует частоту ошибок, задает требования к оптическим компонентам и разъемам

Station Management (SMT) (Управление станциями) - определяет конфигурацию станций FDDI, конфигурацию кольцевой сети и особенности управления кольцевой сетью, включая вставку и исключение станций, инициализацию, изоляцию и устранение неисправностей, составление графика и набор статистики.

"Станции Класса В" или "станции, подключаемые к одному кольцу" (SAS - single attached station). подсоединены к одной кольцевой сети; "станции класса А" или "станции, подключаемые к двум кольцам" (DAS- dual attached station) подсоединены к обеим кольцевым сетям. SAS подключены к первичному кольцу через "концентратор", который обеспечивает связи для множества SAS. Koнцентратор отвечает за то, чтобы отказ или отключение питания в любой из SAS не прерывали кольцо. Это особенно необходимо, когда к кольцу подключен персональный компьютер или аналогичные устройства, у которых питание часто включается и выключается. К одному кольцу можно подключить до 500 DAS и 1000 SAS.

На рис. 4_3  представлена типичная конфигурация FDDI, включающая как DAS, так и SAS.

Рис. 4_3. Двойное кольцо FDDI

Каждая станция DAS FDDI имеет два порта, обозначенных А и В. Эти порты подключают станцию к двойному кольцу FDDI и  каждый порт обеспечивает соединение как с первичным, так и с вторичным кольцом.

FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в масштабе реального времени, выделяя два типа  трафика: синхронного и асинхронного. Синхронный трафик может потреблять часть общей полосы пропускания сети FDDI, равную 100 Mb/сек; остальную часть может потреблять асинхронный трафик. Синхронная полоса пропускания назначается  тем станциям, которым необходима постоянная возможность передачи (например, при передаче голоса и видеоинформации). Другие станции используют остальную часть полосы пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определяет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания FDDI. 

Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания.

Технология FDDI характеризуется рядом особенностей отказоустойчивости. Топология связей в FDDI устроена таким образом, что отказ в любом из узлов из-за выхода из строя оборудования или отключения питания не приведет к разрыву кольца, поток кадров автоматически пойдет в обход поврежденного участка. Если какая-нибудь станция, подключенная к двойной кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если поврежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически "свертывается", образуя одинарное кольцо. При этом  сеть продолжает работать для оставшихся станций

FDDI позволяет работать с кадрами размером 4500 байт, за вычетом места, занимаемого преамбулой, остается 4470 байт для передачи данных. При этом  256 байтов отводится для  заголовков, оставляя для данных 4096 байтов. Маршрутизатор,  поддерживающий протокол FDDI, должен быть способен принимать такие длинные пакеты.

По мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность увеличения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа кольцевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фактическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополнительную сегментацию кольца.

Беспроводные сети

Технологии беспроводных сетей включают в себя широкий диапазон решений, начиная от глобальных сетей передачи голоса и данных, позволяющих пользователю устанавливать беспроводные соединения на значительных расстояниях, и заканчивая технологиями инфракрасной и радиосвязи, используемыми на небольших расстояниях.

Эта технологии применяются в портативных и настольных компьютерах, карманных компьютерах, персональных цифровых помощниках (PDA), сотовых телефонах, компьютерах с перьевым вводом и пейджерах. Беспроводные технологии могут использоваться для самых различных целей.

Типы беспроводных сетей. 

Беспроводные сети, так же как и проводные, можно разделить на различные типы в зависимости от радиуса действия при передаче данных:

  •  Беспроводные глобальные сети (WWAN)
  •  Беспроводные городские сети (WMAN)
  •  Беспроводные локальные сети (WLAN)
  •  Беспроводные персональные сети (WPAN)

Беспроводные глобальные сети WWAN позволяют пользователям устанавливать беспроводные сетевые соединения поверх удаленных общих или частных сетей. Такие соединения могут обслуживаться на значительной территории (например, города или страны) при помощи сети станций подключения или спутников, принадлежащих поставщикам услуг беспроводной связи. Используемые в настоящее время технологии WWAN называются сетями второго поколения (2G). Основу их составляют сети сотовой связи Global System for Mobile Communications (GSM), Cellular Digital Packet Data (CDPD) и Code Division Multiple Access (CDMA). В данный момент усилия направлены на переход от сетей 2G, некоторые из которых имеют ограниченные возможности роуминга и несовместимы друг с другом, к сетям третьего поколения (3G), соответствующим общему стандарту и предоставляющим возможности роуминга по всему миру. Стандарт сетей 3G активно продвигается Международным Телекоммуникационным Союзом ITU. 

Беспроводные городские сети WMAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые соединения между различными точками в пределах большого города (например, между двумя офисными зданиями в городе или на территории университета) без дорогостоящей прокладки оптоволоконных или медных кабелей или аренды каналов связи. Кроме того, они могут служить резервными каналами для проводных соединений, если основные кабельные каналы выходят из строя. Для передачи данных в сетях WMAN используются как радиоволны, так и инфракрасное излучение. Спрос на услуги беспроводных сетей, предоставляющих пользователям высокоскоростной доступ к сети Интернет, постоянно увеличивается. Поскольку используются различные технологии, такие как multichannel multipoint distribution service (MMDS) и local multipoint distribution services (LMDS), рабочая группа IEEE 802.16 по стандартам широкополосного беспроводного доступа продолжает разработку спецификаций для стандартизации данных технологий.

Cтандарт беспроводных городских сетей (WirelessMAN I EEE 802.16) был принят в 2002 году. В дополнение к спецификациям стандарта IEEE 802.16, в 2003 г.  был введен стандарт IEEE 802.16a. Первый стандарт описывал спецификацию интерфейса модуляции с одной несущей (SC - Single Carrier), работающего на частотах от 10 до 66 ГГц. Cтандарт открывает возможности создания систем стационарного беспроводного широкополосного доступа, которые станут недорогой заменой оптоволоконным кабелям при создании городских сетей. По стандарту 802.16, операторы могут устанавливать базовые станции, подключенные к общей сети. Каждая из станций может поддерживать сотни абонентских станций.

802.16a учитывает тонкости распределения спектра в диапазоне 10-66 ГГц. Он определяет три режима "физического уровня" соединений. Предусмотрен режим с одной несущей для специальных нужд, но при этом добавлено OFDM - мультиплексирование с ортогональным разделением частоты на 256 каналов, которое разбивает радиоканал на множество каналов, что позволяет увеличить скорость обмена, за счет параллельной передачи данных. Дополнительно появляется возможность отстроиться от помех, возникающих в результате многолучевого распространения сигнала. Ортогональное размещение поднесущих обеспечивает передачу результирующего сигнала в более узком спектре по сравнению с другими методами мультиплексирования. Еще одно дополнение - мультиплексирование OFDMA на 2048 каналов, предоставляющее возможности улучшенного мультиплексирования в сетях с несколькими уровнями.

Беспроводные локальные сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые соединения на ограниченной территории (например, внутри офисного или университетского здания или в таких общественных местах, как аэропорты). Они могут использоваться во временных офисах или в других местах, где прокладка разветвленной кабельной системы невозможна, а также в качестве дополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного обеспечить пользователям возможность работать перемещаясь по зданию. Существуют два способа создания сетей WLAN. В инфраструктурных сетях WLAN беспроводные станции (устройства, оборудованные адаптерами радиосети или внешними модемами), подключаются к точкам беспроводного доступа, выполняющим функцию моста между станциями и существующей магистральной сетью. В одноранговых (в данном случае) сетях WLAN несколько пользователей на ограниченной территории (например, в комнате для переговоров) формируют временную сеть без использования точек доступа, если не требуется доступ к внешним сетевым ресурсам. Одной из самых распространенных технологий является Wi-Fi (Wireless-Fidelity)

Беспроводные сети Wi-Fi

Wi-Fi технология

технология предназначена для безпроводной передачи данных и обеспечения доступа в Сеть в локальных зонах до 300 м (интернет-кафе, аэропорты, гостиницы и т.п.).

SSID (Service Set ID)

идентификатор, отличает одну беспроводную сеть от другой. Рассматривайте SSID как коллективный пароль. Следовательно, сделайте его сложным, но осмысленным. SSID должен быть уникален.

WEP (Wireless Encryption Protocol)

протокол шифрования в беспроводной связи. Шифрование осуществляется одним и тем же общим ключом на протяжении всего времени работы беспроводной сети. Для домашней сети выберите длину ключа размером менее 128 бит и сделайте его достаточно сложным.

WPA (Wi-Fi Protected Access)

защищенный доступ к Wi-Fi. Для домашних сетей подходит разновидность WPA-PSK - сеансовые ключи постоянно меняются, что повышает стойкость шифрования. Парольную фразу следует выбирать не менее 20 символов и сделать ее достаточно сложной

В 1997 году институт IEEE утвердил стандарт 802.11 для сетей WLAN, определяющий скорость передачи данных в пределах от 1 до 2 Мбит/с. В соответствии со стандартом 802.11b, который в настоящее время доминирует, данные передаются с максимальной скоростью 11 Мбит/с в диапазоне частот 2,4 ГГц. Другой новый стандарт, 802.11a, определяет передачу данных с максимальной скоростью 54 Мбит/с на частоте 5 ГГц.

Сейчас на рынке сетевых продуктов представлены три стандарта для LAN: IEEE 802.11a, IEEE 802.11b  и  IEEE 802.11g

Стандарт IEEE 802.11b позволяет передавать данные на скорости до 11 Мбит/с. и работает на частоте 2.4 Ггц по протоколу широкополосной передачи данных - DSSS. Стандарт IEEE 802.11b совместим с более ранним стандартом IEEE 802.11, работающим на скорости до 2 Мбит/с., таким образом, достигается взаимодействие между устройствами двух стандартов.

Более новый стандарт IEEE 802.11a позволяет передавать данные на скорости до 108 Мбит/с. В нем используется мультиплексирование с ортогональным делением частот - OFDM - для повышения скорости передачи данных. Эти беспроводные сети работают на частоте 5 Гц и обеспечивают возможность шифрования с использованием WEP.

Последние разработки в области беспроводной связи привели к появлению на рынке устройств новой спецификации стандарта - IEEE 802.11g. Новое оборудование позволяет передавать данные на скоростях до 54Мбит/с и работает в диапазоне частот 2.4 Гц - том же, что и устройства стандарта IEEE 802.11b. Это позволяет обеспечить совместимость со стандартом IEEE 802.11b и использовать в новых сетях старое оборудование. В связи с тем, что рабочий диапазон IEEE 802.11a лежит вблизи 5 Гц, IEEE 802.11g, с вдвое меньшими несущими частотами, выигрывает по дальности стабильной связи. Зона покрытия IEEE 802.11g больше, чем у 802.11a, т.е. на равную площадь понадобится устанавливать меньше точек доступа.

Стандарт 802.11g подразумевает OFDMсхему модуляции сигнала - ортогональное мультиплексирование частот, то есть метод частотного уплотнения канала. OFDM менее подвержена такому явлению как помехи от работающих рядом каналов (интерференция). Таким образом, стандарт 802.11g может "обслуживать" беспроводных клиентов с меньшими задержками, чем 802.11b.

Беспроводные персональные сети WPAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые соединения с устройствами (например, PDA, сотовыми телефонами или переносными компьютерами), используемые внутри личного рабочего пространства (personal operating space, POS). Под личным рабочим пространством понимается пространство, окружающее пользователя, радиусом 10 метров. В настоящий момент основными технологиями сетей WPAN являются Bluetooth и инфракрасное излучение. Bluetooth — это беспроводная технология, использующая радиоволны для передачи данных на расстояние до 9 м. При использовании этой технологии стены, одежда или портфель помехами не являются. Развитием технологии Bluetooth занимается рабочая группа Bluetooth Special Interest Group (SIG), в 1999 году опубликовавшая версию 1.0 стандарта Bluetooth. Кроме того, для подключения устройств на сверхкоротких расстояниях (менее 1 м) используется инфракрасное соединение.

Для стандартизации развития технологий сетей WPAN объединение IEEE основало рабочую группу 802.15 для сетей WPAN. Эта рабочая группа разрабатывает стандарт WPAN на основе спецификации Bluetooth версии 1.0. Основными задачами являются упрощение оборудования, снижение потребления электроэнергии, совместимость и интеграция с сетями 802.11.

Беспроводная связь Bluetooth

Bluetooth технология

технология беспроводной передачи данных на небольшом расстоянии. Ориентирована главным образом на объединение в единую сеть различных устройств, таких, как ноутбуки, принтеры, сотовые телефоны, карманные компьютеры и т.п., а также для подключения компьютера к интернету через сотовый телефон. Владельцем товарных знаков Bluetooth является компания Bluetooth SIG, Inc.

Код доступа

устанавливается одинаковый на сопрягаемых устройствах. Код доступа следует сделать достаточно сложным.

Скрытый режим

режим, запрещающий другим Bluetooth-устройствам находить ваше устройство.

Сопряжение устройств

поиск любых устройств Bluetooth в зоне охвата. При первом сопряжении устройств необходимо ввести код доступа одинаковый на обоих устройствах. Сопряжение устройств с точки зрения безопасности - критичная операция.

Беспроводные локальные сети используют четыре способа передачи данных:

  •  инфракрасное излучение;
  •  лазер;
  •  радиопередачу в узком спектре (одночастотная передача);
  •  радиопередачу в рассеянном спектре.

Инфракрасное излучение.

Все инфракрасные беспроводные сети используют для передачи данных инфракрасные лучи. В подобных системах необходимо генерировать очень сильный сигнал, так как в противном случае значительное влияние будут оказывать другие источники, например окна. Этот способ позволяет передавать сигналы с большой скоростью, поскольку инфракрасный свет имеет широкий диапазон частот. Инфракрасные сети способны нормально функционировать на скорости 10 Мбит/с. Существует четыре типа инфракрасных сетей

Сети прямой видимости.  В таких сетях передача возможна лишь в случае прямой видимости между передатчиком и приемником.

Сети на рассеянном инфракрасном излучении. При этой технологии сигналы, отражаясь от стен и потолка, в конце концов достигают приемника. Эффективная область ограничивается примерно 30 м (100 футами), и скорость передачи невелика из-за большого уровня внешних помех.

Сети на отраженном инфракрасном излучении.

В этих сетях оптические трансиверы, расположенные рядом с компьютером, передают сигналы в определенное место, из которого они переадресуются соответствующему компьютеру.

Широкополосные оптические сети.

Эти инфракрасные беспроводные сети предоставляют широкополосные услуги, соответствуют жестким требованиям мультимедийной среды и практически не уступают кабельным сетям.

Хотя скорость и удобство использования инфракрасных сетей очень привлетельны, возникают трудности при передаче сигналов на расстояние более 30 м (100 футов). К тому же такие сети подвержены помехам со стороны сильных источников света, которые есть в большинстве организаций.

Лазерная технология похожа на инфракрасную тем, что требует прямой видимс между передатчиком и приемником. Если по каким-либо причинам луч будет прерван это прервет и обмен данными.

Радиопередача в узком спектре (одночастотная передача). Этот способ напоминает вешание обыкновенной радиостанции. Пользователи настраивают передатчики и приемники на определенную частоту. При этом прямая видимость необязательна, площадь вещания составляет около 46500м2.

Сигнал высокой частоты, который используется, не проникает через металлические или железобетонные преграды. Доступ к такому способу связи осуществляется через поставщика услуг, например Motorola. Поставщик услуг соответствует всем требованиям FCC (Federal Communications Commission). Связь относительно медленная (около 4.8 Мбит/с).

Радиопередача в рассеянном спектре. При этом способе сигналы передаются в некоторой в полосе частот, что позволяет избежать проблем связи, присущих одночастотной передаче.

Доступные частоты разделены на каналы, или интервалы. Адаптеры в течение предопределенного промежутка времени настроены на установленный интервал, после чего переключаются на другой интервал. Переключение всех компьютеров в сети происходит синхронно.

Чтобы защитить данные от несанкционированного доступа, применяют кодирование. Скорость передачи в 250 Кбит/с (килобит в секунду) относит данный способ к разряду самых медленных. Но есть сети, построенные на его основе, которые передают данные со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние до 3,2 км на открытом пространстве и до 120 м внутри здания. Это тот самый понтовый случай для настоящих пацанов, когда технология позволяет получить по-настоящему беспроводную сеть.

Передача «точка-точка». 

Данный способ передачи несколько выходит за рамки существующего определения сети. Технология передачи «точка-точка» предусматривает обмен данными только между компьютерами, в отличие от взаимодействия между несколькими компьютерами и периферийными устройствами. Однако, чтобы организовать сеть с беспроводной передачей, надо использовать дополнительные компоненты, такие, как одиночные и хост-трансиверы. Их можно устанавливать как на автономных компьютерах, так и на компьютерах, подключенных к сети.

Эта технология, основанная на последовательной передаче данных, обеспечивает:

  •  высокоскоростную и безошибочную передачу, применяя радиоканал «точка-точка»;
  •  проникание сигнала через стены и перекрытия;
  •  скорость передачи от 1,2 до 38,4 Кбит/с на расстояние до 60 м внутри здания и на 530 м в условиях прямой видимости.

Подобные системы позволяют передавать сигналы между компьютерами, между компьютерами и другими устройствами, например принтерами или сканерами штрих-кода.

Многоточечное беспроводное соединение. 

Компонент, называемый беспроводным мостом (wireless bridge), помогает установить связь между удаленными сетями без участия кабеля. Мост может использовать технологию радиопередачи в рассеянном спектре для создания магистрали, соединяющей несколько сетей. Расстояние между ними, в зависимости от условий, может достигать нескольких километров. Стоимость эксплуатации такого устройства зачастую оказывается ниже аренды линии связи. Сравнительный анализ стандартов и скоростей передачи данных отражен в табл. 4_2 и 4_3.

Табл. 4_2 . Сравнительные характеристики стандартов 802.11

Стандарт

802.11

802.11b

802.11g

802.11a

Дата принятия

1997

1999

2003

1999

Частотный диапазон

83.5Мгц

83.5 Мгц

83.5 Мгц

580 Мгц

Несущая частота

2.400-2.483Ггц

2.400-2.483 Ггц

2.400-2.483 Ггц

5.150-5.350 Ггц
5.470-5.850 Ггц

Технология модуляции

FHSS
DSSS

CCK

CCK
OFDM

OFDM

Скорость передачи на канал

1,2

5.5, 11

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54

Макс. скорость передачи UDP пакета (1500 бит)

1.7 Мбод

7.1 Мбод

16.9 Мбод*

30.9 Мбод

Макс. скорость передачи TCP/IP пакета (1500 бит)

1.6 Mбод

5.9 Mбод

11.8 Mбод *

24.4 Mбод

Табл. 4_3. Сравнительный анализ технологий связи

Технология

Скорость

Скорость передачи

Разделяемый ресурс

Время передачи файла 100 Мбит  файл

56.6 Kбод  модем

56.6. Kбод

56.6 Kбод

Нет

4 часа

10 Ethernet

10Мбод

10 Мбод

Есть

2 минуты

100 Ethernet

100Мбод

100 Мбод

Есть

14 секунд

1000 Ethernet

1000Мбод

1000 Мбод

Есть

2 секунды

T1 line

1.536 Мбод

1.536 Мбод

Есть

8 минут 41 секунд

Wi-Fi

11 Мбод

5-7 Мбод

Есть

2 минуты 8 секунд

802.11g

24 Мбод

10-11 Мбод

Есть

1 минута 20 секунд

802.11 a

54 Мбод

31 Мбод

Есть

26 секунд

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65541. ПОЛІТИЧНІ ЦЕНТРИ ВПЛИВУ НА ЄВРОПЕЙСЬКОМУ КОНТИНЕНТІ: ВНУТРІШНЬОДЕРЖАВНІ ТА МІЖДЕРЖАВНІ ВИМІРИ 172 KB
  Прискорення глобалізаційних процесів у світі загалом та у Європі зокрема поставили перед сучасною політичною наукою питання актуалізації та перегляду існуючих моделей політики, владних відносин тощо. Головними проблемами в цьому аспекті стали питання гармонізації політики...
65542. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ТА ОРГАНІЗАЦІЙНИХ РІШЕНЬ РЕМОНТУ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ВОДОПРОВІДНИХ ТРУБОПРОВОДІВ 8.81 MB
  Трубопровідні системи які транспортують воду для будьякого населеного пункту є найдорожчими і найуразливішими частинами інженерної інфраструктури. Як свідчать результати досліджень велика кількість водопровідних трубопроводів країн СНД у тому числі України...
65543. ОДЕРЖАННЯ ЖОВТОГО ЗАЛІЗООКСИДНОГО ПІГМЕНТУ МЕТОДАМИ ГОМОГЕННОГО ХІМІЧНОГО ОСАДЖЕННЯ ТА МОДИФІКУВАННЯ КАРБАМІДОФОРМАЛЬДЕГІДНИМИ ПОЛІМЕРАМИ 2.98 MB
  Дослідити закономірності взаємодії карбаміду з формальдегідом у присутності солей заліза і осадження гетиту карбамідоформальдегідними полімерами надалі КФП. Об'єктом дослідження були процеси на яких ґрунтується запропонований спосіб одержання...
65544. Розширення функціональних можливостей верстатів-гексаподів шляхом визначення їх раціональних конструктивних параметрів 502.95 KB
  Актуальність дисертаційної роботи визначається обмеженою кількістю теоретичних розробок і практичних рекомендацій щодо особливостей будови та функціонування ВПК визначенню їх технічних та технологічних показників конкретних результатів досліджень...
65545. РЕГУЛЬОВАНІ ЕЛЕКТРОПРИВОДИ З АКТИВНИМИ ВИПРЯМЛЯЧАМИ 243.5 KB
  Формування вхідних струмів АВ може здійснюватись низькочастотним та високочастотним керуванням ШІМкерування. Системи керування АВ дуже різняться між собою деякі АВ можуть мати кілька варіантів системи керування ними як наприклад шестиключовий АВ напруги тому потребують більш детального...
65546. НАЦІОНАЛЬНО-ВИЗВОЛЬНА ІДЕЯ В ХУДОЖНЬОМУ ТРАКТУВАННІ УКРАЇНСЬКИХ ПИСЬМЕННИКІВ ПЕРШОЇ ЕМІГРАЦІЙНОЇ ХВИЛІ 157.5 KB
  Останнє набуло особливої значимості для формування національної ідеї збереження духовності нації. Своє бачення національної ідеї українства оприявнювала й література передусім через твори тих письменників доробок котрих мав виразне національне спрямування.
65547. АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ПІДСИСТЕМАМИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ І ПРОГНОЗУВАННЯ 937 KB
  Метою роботи є підвищення ефективності функціонування ТК цукрового заводу за рахунок удосконалення систем автоматизації шляхом використання алгоритмів діагностики і прогнозування. При вирішенні поставлених задач одержані нові наукові результати: вперше показано що для оцінки...
65548. МЕТОДИ ТА СИСТЕМИ ВІДТВОРЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ НА БАЗІ ЛОГІКО-ЧАСОВИХ ПЕРЕТВОРЕННЬ 857.65 KB
  Для візуального подання інформації та її реалістичного відображення необхідно створити системи відтворення зображень серед яких перспективними є світлодіодні матричні екрани які широко використовуються в професійних інсталяціях.
65549. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОБРОБКИ НА СЕРЕДНІХ ТОКАРНИХ ВЕРСТАТАХ ЗА РАХУНОК ОПТИМІЗАЦІЇ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ РІЗЦІВ І РЕЖИМІВ РІЗАННЯ 868.5 KB
  В умовах ринкової економіки вибір типа конструкції інструменту його параметрів режимів різання має бути кількісно обґрунтований з урахуванням багатьох технічних економічних і ергономічних факторів причому рішення що приймаються мають бути оптимальними.