Сетевые технологии локальных сетей

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети . Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети . В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI .

2.4.1. Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD (методом множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий или конфликтов ).

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

· 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;

· 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;

· 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;

· 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

· 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

· 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м;

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

· 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.

· 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

· 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.

· 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.

Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Ethernet , одна самых недорогих и распространенных технологий, становится все более производительной, наделяется необходимыми средствами отказоустойчивости, дифференциации трафика и обеспечения QoS, а потому рассматривается в качестве одной из составляющих сетей связи следующего поколения, особенно городских сетей (MAN) , на базе которой можно создавать эффективные мультисервисные решения.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо. Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод). Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet

В качестве топологии локальной сети ArcNet может быть использована “шина” и “пассивная звезда”. Но фактически эта технология предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».

Основу коммуникационного оборудования составляет:

• коммутатор (switch);
• пассивный/активный концентратор(HUB).

Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные хабы используются при незначительном удалении рабочей станции. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций , то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик . Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью . Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

При проектировании ЛВС основная роль отводится протоколам физического и канального уровней модели OSI. Канальный уровень разделяют на два подуровня:

· логической передачи данных (Logical Link Control – LLC) – организует передачу кадров данных с различной степенью надежности;

· управления доступом к сети (Media Access Control – MAC) – обеспечивает корректное использование общей среды передачи данных.

В феврале 1980 г. в институте IEEE (институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) организован комитет 802 по стандартизации ЛВС (отсюда и число 802 в названии). Принято семейство стандартов IEEE 802.X : 802.1 – 802.12. Стандарты 802.3, 802.4, 802.5, 802.12 прямо относятся к подуровню MAC канального уровня модели OSI. Остальные решают общие вопросы сетей.

Технология Ethernet – самая распространенная технология локальных сетей. Появилась в 1972 г. (разработчик – фирма Xerox). В 1980 г. ее поддержали фирмы DЕС и Intel (объединение назвали DIX по первым буквам). Нe отличалась рекордными характеристиками и оптимальными алгоритмами, но благодаря мощной поддержке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам выпуска технических средств вытеснила все остальные технологии.

Семейство технологий включает фирменные и стандартные варианты:

· стандарт Ethernet DIX (фирмы DEC, Intel, Xerox);

· 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3;

· высокоскоростные технологии Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet.

Все стандарты Ethernet используют метод случайного доступа CSMA/CD (метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий). Метод применяется в сетях с логической топологией общая шина. Для передачи кадра, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна (отсутствует несущая частота). Если среда свободна, узел начинает передачу кадра (захватывает среду). Время монопольного использования среды узлом ограничено временем передачи одного кадра.

При попадании кадра в разделяемую среду все станции одновременно начинают принимать его и анализируют адрес назначения. Станция, узнавшая свой адрес, записывает содержимое во внутренний буфер сетевого адаптера, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ.

Коллизия – ситуация, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Содержимое кадров сталкивается и информация искажается. При обнаружении коллизии станции прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде.

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определял четыре основных типа среды передачи информации:

· 10 BASE-5 (толстый коаксиальный кабель);

· 10 BASE-2 (тонкий коаксиальный кабель);

· 10 BASE-T (витая пара);

· 10 BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Цифра «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово «BASE» – передачу в основной полосе частот (без модуляции высокочастотного сигнала), последний элемент – допустимую длину сегмента или тип линии связи. Сеть стандарта 10 Base-2 показана на рисунке.

Cеть Ethernet на базе витой пары развивается с 1990 г. и сегодня наиболее распространена. Передача сигналов осуществляется по двум витым парам, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара – передающая, другая – принимающая). Каждый из абонентов сети присоединяется кабелем, содержащим двойные витые пары, к концентратору. Концентратор производит смешение сигналов от абонентов для обеспечения метода доступа CSMA/CD.

Длина кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 м (на длине 100 м витая пара позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при использовании «манчестерского» кода). Кабели присоединяются 8-контактными разъемами RJ-45 (используются четыре контакта). Объединить в сеть два компьютера можно без концентратора, применив специальный «перекрестный» кабель (crossover саblе), соединяющий передающие контакты одного разъема RJ-45 с приемными контактами другого разъема RJ-45 и наоборот.

Концентратор (хаб) повторяет сигналы на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам. Образуется логическая общая шина. Концентраторы соединяются друг с другом с помощью тех же портов. В стандарте определено «правило 4-х хабов» : максимальное число концентраторов между любыми двумя станциями сети – 4 (максимальный диаметр сети – 500 м).

Сеть Ethernet на оптоволоконном кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть 10 Base-T (сетевые адаптеры, многопортовые повторители, отрезки кабеля). Используются два оптоволокна – одно соединяет выход адаптера со входом повторителя, а другое – вход адаптера с выходом повторителя:

· Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) гарантирует длину связи между повторителями до 1000 м при общей длине сети до 2500 м.

· Стандарт 10 Base-FL – улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков. Максимальное расстояние между узлом и концентратором – 2000 м, максимальная длина сети – 2500 м.

Технология Fast Ethernet (1995 г.) – составная часть стандарта IEEE 802.3 (IEEE 802.3u). Более быстрая версия Ethernet, использующую тот же метод доступа CSMA/CD, но работающую на скорости 100 Мбит/с. Сохраняется формат кадра, принятый в классической версии Ethernet. Отличия только на физическом уровне (другой способ кодирования, избыточный код 4В/5В). Физическая топология «шина» не предусмотрена.

Механизм автоматического определения скорости передачи позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.

Более высокая пропускная способность среды передачи позволила резко снизить нагрузку на сеть и уменьшить вероятность возникновения коллизий.

Стандарт определяет следующие спецификации Fast Ethernet:

· 100 Base-FX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум волоконно-оптическим кабелям;

· 100 Base-T4 – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по четырем витым парам электрических проводов (кабель категории 3) – промежуточный компромиссный вариант, не нашедший широкого применения;

· 100 Base-TX – передача ведется со скоростью 100 Мбит/с по двум витым парам электрических проводов (кабель категории 5).

Вариант 100 Base-FX определяет в качестве среды передачи многомодовый оптический кабель и волну 850 нм, что обеспечивает связь между портами двух коммутаторов или маршрутизаторов на расстоянии до 2000 м. Одномодовый оптический кабель в стандарте не описывается, но на рынке можно найти оборудование Fast Ethernet, работающее и на таком типе кабеля (максимальная длина одного сегмента ка­беля – до нескольких десятков километров).

Применение волоконно-оптического кабеля и в этом случае позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором может составлять до 400 м, причем это ограничение определяется временными соотношениями. Согласно стандарту, следует применять мультимодовый волоконно-оптический кабель.

Вариант 100 Base-TX по схеме объединения компьютеров не отличается от 10 Base-T. Длина кабеля также не может превышать 100 м, но кабель должен быть более качественным. Если для 10 Base-T предельная длина кабеля в 100 м ограничена только качеством кабеля и может быть увеличена при использовании более качественного кабеля, то в случае 100 Base-TX предельная длина ограничена временными соотношениями обмена и не может быть увеличена.

Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet (1998 г.). После появления Fast Ethernet сете­вые интеграторы и администраторы при построении корпоративных сетей почувствовали ограничения. Серверы, под­ключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали сетевые магистрали, также работающие на скорости 100 Мбит/с. Ощуща­лась потребность в следующем уровне скорости. Летом 1996 г. объявлено о начале разработки протокола, в максимальной степени подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Проблем­ная группа IEEE 802.3 ab справилась с задачей, и версия Gigabit Ethernetдля витой пары категории 5 была принята.

Технология позволяет строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их.

Сохранена преемственность с технологиями Ethernet к Fast Ethernet. Поддерживается тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями, те же форматы кадров. Работа в полнодуплексном и полудуплексномрежимах.

Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet включает типы:

· 1000 BASE-SX – сегмент на многомодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (до 500 м);

· 1000 BASE-LX – сегмент на многомодовом (до 500 м) и одномодовом (до нескольких десятков км) оптоволоконном кабеле с длиной волны 1300 нм;

· 1000 BASE-CХ – формально вернул коаксиальный кабель в состав поддер­живаемых сред передачи данных, но на практике этот вариант с макси­мальной длиной сегмента 25 м используется редко;

· 1000 BASE-T – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категорий 5 и 6 (длиной до 100 м); данные передаются параллельно по всем 4 парам со скоростью 250 Мбит/с по каждой; передача в дуп­лексном режиме.

Gigabit Ethernet поддерживает процедуру автопереговоров. Для удобства перехода с одной среды передачи данных на другую порты имеют сменные приемопередатчики, так называемые мо­дули GBIC(Gigabit Interface Converter - конвертор гигабитного интер­фейса). Используя их, один и тот же порт Gigabit Ethernet может работать с любой из стандартных сред, для этого нужно приобрести и установить соответствующий кабелю модуль GBIC.

Стандарт 10G Ethernet – самый скоростной вариант технологии Ethernet. Первый стандарт Ethernet, ко­торый не работает на разделяемой среде даже теоретически. Это первый стандарт Ethernet, который включает спецификации физического уровня, совместимые со стандартами глобальных сетей (сетей SDH).

Стандарт 10G Ethernet включает большое число специфи­каций физического уровня. Первая группа спецификаций, рассчитан­ная на использование оптического волокна, принята в 2002 г. После этого работы продолжались, и в 2006 г. принята спецификация, описывающая функционирование 10G Ethernet на витой паре.

Существует три группы физических интерфейсов стандарта 10G Ethernet:

· 10G Base-T – принят в 2006 г., дает возможность использовать кабели на витой паре категории 6 или 6а (в первом случае максимальная длина кабеля не должна превы­шать 55 м, во втором – 100 м);

· 10G Base-R – работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-RS, 10G Base-RL, 10G Base-RE;

· 10G Base-W – работает на оптическом кабеле, включает спецификации 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE.

Первые две группы относятся к варианту 10G Ethernet для локальных сетей , последняя – к варианту для глобальных сетей .

В версиях для локальных сетей использу­ются стандартные кадры Ethernet и обеспечивается скорость пере­дачи данных 10 Гбит/с. Версии 10G Ethernet для глобальных сетей разрабо­таны в расчете на первичные сети SDH и поддерживают скорость передачи и формат данных, совместимые с интерфейсом сетей SDH. Эф­фективная скорость передачи данных спецификаций для глобальных сетей ниже 10 Гбит/с (9,58464 Гбит/с), т. к. часть пропуск­ной способности тратится на заголовки кадров SDH. Поэтому интерфейсы этой группы могут взаимодействовать только между собой (соединение 10G Base-R и 10G Base-W невозможно).

В каждой из групп 10G Base-W и 10G Base-R, которые работают на оптическом кабеле , может быть три варианта спецификаций: S, L и Е (в зависимости от используемого диапазона волн: 850, 1310 или 1550 нм). Таким образом, существуют интерфейсы 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE, а также 10G Base-RS, l0G Base-RL и l0G Base-RE. Каждый из них передает информацию с помощью одной волнысоответствующего диапазона.

Спецификации S рассчитаны на многомодовый оптический кабель длиной до 300 м в зависимости от качества кабеля. Спецификации L рассчитаны на одномодовый кабель и в зависимости от его качества допускают расстоя­ния до 25 км. Спецификации Е обеспечивают передачу данных на расстояния до 40 км. Это позволяет стро­ить не только локальные, но и глобальные сети.

Стандарт 10G Ethernet является развивающейся технологией, так что можно ожидать появление его новых спецификаций. В настоящее время ведется ра­бота над двумя новыми стандартами Ethernet: 40G и 100G, которые должны найти свое применение на магистралях крупных сетей.

Технология Token Ring (802.5) развивалась компанией IBM с1984 г. Разделяемая среда передачи данных состоит из отрезков кабеля; соединяющих все станции сети в кольцо. Для доступа используется детерминированныйалгоритм , основанный на передаче станциям права на использование кольца.

Маркер (токен) – кадр специального формата, циркулирующий по кольцу. При отсутствии данных для передачи станция обеспечивает его продвижение далее. Станция, имеющая данные для передачи, изымает маркер из кольца и выдает в кольцо кадр данных. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно как повторители.

При проходе кадра через станцию назначения, она копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция-передатчик получив обратно свой кадр с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер.

Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с. В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется алгоритм раннего освобождения маркера . Станция передает маркер следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Отдельные компьютеры присоединяются к сети через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit) по топологии «звезда».

Для присоединения кабеля к концентратору применяются специальные разъемы, обеспечивающие постоянство замкнутости кольца даже при отключении абонента. Концентратор может быть один, в кольцозамыкаются его абоненты.

Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в кластер, внутри которого абоненты также соединенывединое кольцо.

Основные характеристики сети Token-Ring (неэкранир. витая пара):

· максимальное количество концентраторов MAU – 12;

· максимальное количество абонентов в сети – 96;

· максим. длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 м;

· максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 м.;

· максим. длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120 м;

· скорости передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости . Одна из станций (активный монитор) непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях и работу на скорости 100 Мбит/с. Для нее характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.

Сеть строится на основе двух колец . В нормальном режиме вторичное кольцо не используется. При обрыве кабеля или отказе узла первичное кольцо объединяется со вторичным (Wrap – свертывание). При множественных отказах сеть распадается на несколько несвязанных сетей.

Основные преимущества сети FDDI:

· высокая помехозащищенность;

· максимальная секретность передачи информации

· высокая скорость передачи;

· передача данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции.

Основные технические характеристики сети FDDI:

· максимальное количество абонентов сети – 1000;

· максимальная протяженность кольца сети ~ 20 км;

· максимальное расстояние между абонентами сети – 2 км;

· среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель;

· метод доступа – маркерный (IEEE 802.5);

· скорость передачи – 100 Мбит/с (200 Мбит/с в дуплексном режиме).

Применяется звездно-кольцевая топология с концентраторами. Стандарт предусматривает два типа абонентов.

Абоненты класса А подключаются к обоим кольцам. Аппаратура используется в самых критичных частях сети. Абоненты класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они проще и дешевле, чем компьютеры класса А.

Сеть FDDI не получила широкого распространения, что связано с высокой стоимостью аппаратуры. Область применения – базовые, опорные сети, объединяющие несколько сетей, соединение мощных серверов, требующих высокоскоростного обмена.

7. Беспроводные локальные сети

Wi-Fi – аббревиатура, обозначающая устройства для построения беспроводных локальных сетей WLAN (Wireless Local Area Network). Сокращение от Wireless Fidelity («беспроводная приверженность»), по аналогии с используемым на аудио-рынке термином Hi-Fi (High Fidelity). В основе технологий WLAN лежит принцип радиосвязи между узлами сети (сигнал распространяется с помощью электромагнитных волн высокой частоты).

Беспроводные локальные сетив некоторых случаях являются предпочтительным по сравнению с проводной сетью решением, а иногда просто единственно возможным. Примеры популярных областей применения WLAN:

· организация «кочевого» доступа в аэропортах и вокзалах;

· создание временных локальных сетей (при проведении конфе­ренций);

· реализация доступа в Интернет в жилых домах и квартирах;

· обеспечение мобильного доступа в пределах нескольких помещений или зданий, что актуально, например, для больниц.

За преимущества беспроводных сетей приходится расплачиваться множеством проблем, связанных с неустойчивой и непредска­зуемой беспроводной средой. Помехи от бытовых приборов, телекоммуникационных систем, атмосферные помехи, отражения сигнала создают трудности для надежного обмена.

Распространение радио­сигнала внутри здания подвержено влиянию многих факторов. Неравномерное распределение интенсивности сигнала приводит и к неопределенности зоны покрытия беспроводной локальной сети.

В связи с этим в WLAN применяются сложные методы кодирования, кото­рые помогают снизить влияние помех на полезный сигнал, кроме того, в бес­проводных сетях широко используются методы прямой коррекции ошибок (Forward Error Control, FEC) и протоколы с повторной передачей потерян­ных кадров.

В 1990 г. комитет IEEE 802 сформировал рабо­чую группу по стандартам беспроводных локальных сетей 802.11. Первый стандарт 802.11 (1997 г.) определял три метода передачи на физическом уровне:

· метод инфракрасной передачи (непопулярен из-за низкой пропускной способности и потому, что солнечный свет может искажать сигналы);

· два метода радиосвязи небольшого радиуса действия (в радиодиапазонах 2,4 ГГц и 915 МГц);

Стандарты работают на частотах, признанных в США, Европы и Японии частотамидля нелицензируемых радиоопераций . Маломощный сигнал позволяет уменьшить количество конфликтов между передатчиками. Для сетей, работающих на частоте 2,4 ГГц, определены скорости доступа 1 и 2 Мбит/с. Новая технология, многое перенявшая из Ethernet, названа Radio Ethernet.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудова­ния:

· беспроводная станция (ПК с сетевым радиоадаптером или некомпьютерные клиенты – мобильные теле­фоны, поддерживающие стандарт);

· точка доступа (АР – Access Point), действующая как мост между беспроводными и проводными сетями.

Точка доступа включает прие­мопередатчик, сетевой интерфейс и ПО. Действует как базовая станция , осуществляя доступ беспроводных станций к проводной сети. В точке доступа полученные сообщения преобразуются в формат, понятный для обычной сети. Чем больше точек доступа, тем шире область действия WLAN и больше количество пользователей. Одна точка доступа поддерживает работу 10 – 20 клиентов (не удаляются более чем на 100 м).

Для расширения беспроводной части сети можно воспользоваться несколькими точками доступа или установить точку расширения (Extension Point) – беспроводной повторитель между беспроводными клиентами и точкой доступа.

Сетевой радиоадаптер – беспроводной сетевой адаптер, позволяющий компьютерам и другому оборудованию связываться с точками доступа. Представляет собой PCMCIA-карту или внешнее устройство, подключаемое через USB.

Дополнительные устройства:

· конвертеры интерфейсов (Wireless PCMCIA/PCI и PCMCIA/ISA) – предназначены для установки сетевого радиоадаптера в стационарные ПК;

· радиомосты, шлюзы, беспроводные принт-серверы, радиомаршрутизаторы.

Стандарт 802.11 определяет два режима работы:

· инфраструк­турный (infrastructure mode);

· специальный (ad hoc mode).

В ин­фраструктурном режиме WLAN состоит из одной и более точек доступа, связанных с проводной сетевой ин­фраструктурой и набора беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (BSS – Basic Service Set). Расширенный сервисный набор (ESS – Extended Service Set) – набор двух или более BSS, образующих отдельную подсеть.

Специальный режим (одноранговый режим – peer-to-peer mode) или независимый основной сервисный набор (IBSS – Independent Basic Service Set) – совокупность беспроводных станций 802.11, которые связываются непосредственно друг с другом, не используя точку доступа и подключение к проводным сетям.

Технология 802.11 не может использовать метод CSMA/CD:

· проблема скрытой станции – не все станции могут слышать друг друга, и передача в одной части соты, может быть не воспринята станцией в другой части;

· большинство радиосистем являются полудуплексными , т. е. не могут одновременно и на одной частоте посылать и принимать сигналы.

Протокол 802.11 использует метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – метод множественного доступа с прослушиванием несущей волны и уклонением от коллизий. Это сетевой протокол, в котором:

· используется схема прослушивания несущей волны;

· обнаружив, что канал свободен, станция, которая собирается начать передачу, посылает предупреждающий jam-сигнал (сигнал затора);

· после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать предупреждающий jam-сигнал, станция начинает передачу кадра;

· если предупреждающие сигналы одновременно посылают несколько станций, то они повторяют процедуру после случайно выбранного интервала времени.

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» – предотвращение коллизий (именно пакетов данных). Посылка предупреждающих сигналов ограничивает пропускную способность канала, поэтому CSMA/CA используется в сетях, работающих с небольшими скоростями (беспроводных).

Спецификация IEEE 802.11b . Невысокая скорость не удовлетворя­ла требованиям и в сентябре 1999 г. выпущен ва­риант IEEE 802.11 b для передачи со скоростью до 11 Мбит/с. Сети работают в нелицензируемом спектре частот 2,4 ГГц (от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц). Скорость передачи может автоматически ме­няться в зависимости от уровня помех и расстояния между пере­датчиком и приемником. На практике скорость почти всегда равна 11 Мбит/с.

Недостатки:

· Диапазон 2,4 ГГц, может быть занят другим оборудованием – бытовыми приборами (микроволновыми печами, радиотелефонами), ме­дицинской и научной аппаратурой, гарнитурами Bluetooth. Проблема усугубляется тем, что 802.11b рассчитан на связь на расстоянии до 300 м на открытой местности.

· Система защиты Wired Equivalent Privacy (WEP) показала уязвимость и несложность расшифровки кода с 40-битовым ключом. Сети позволяют подключаться злоумышленнику, находящемуся на возвышении даже на расстоянии мили, при условии использования небольшой направленной антенны. Предложен алгоритм шифровки со 128-битовым ключом – Advanced Encryption Standard (AES), требующий об­новления ТС и ПО или Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).

· Невысокая максимальная скорость передачи данных, до­стигающая 11 Мбит/сек при радиусе действия около 100 м в помещениях. Ее можно получить только при сильном сигнале при условии, что в каждый момент времени только одно устройство в сегменте передает данные. Перегрузка, конфигу­рация и требования безопасности могут уменьшить производительность до типичного значения в 5 Мбит/с . Этого достаточно для Web-браузеров, но мало для боль­шого количества приложений типа потокового видео.

Спецификация IEEE 802.11a . Спецификация беспровод­ных сетей для диапазона 5 ГГц (от 5,725 до 5,850 Ггц) с макси­мальной пропускной спо­собностью 54 Мбит/сек. Этот диапазон частот не так зашумлен, как 2,4 ГГц. Но устройства 802.11а не могут работать с точкой доступа 802.11b и наобо­рот.

Спецификация IEEE 802.11g . Принят в середине 2003 г. Стандарт предусматрива­ет использование диапазона 2,4 ГГц. Обеспечивает скорость переда­чи 54 Мбит/сек. Главное преимущество перед 802.11а – полная обратная совместимость с устройствами 802.11b. Недостаток – зашумленность диапазона 2,4 ГГц.

Спецификация IEEE 802.11n . утвержден 11 сентября 2009 г. Повышает скорость передачи данных вчетверо по сравнению с устройствами 802.11g (максимальная скорость – 54 МБит/с), при условии использования с другими устройствами 802.11n. Теоретически способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с. Устройства работают в диапазонах 2,4–2,5 или 5,0 ГГц.

Кроме того, устройства 802.11n могут работать в трех режимах:

· наследуемом (Legacy), в котором обеспечивается поддержка устройств 802.11b/g и 802.11a;

· смешанном (Mixed), в котором поддерживаются устройства 802.11b/g, 802.11a и 802.11n;

· «чистом» – 802.11n (именно в этом режиме можно воспользоваться преимуществами повышенной скорости и увеличенной дальности передачи данных).

Типы офисных беспроводных локальных сетей

В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов принадлежит протоколу канального уровня, который ориентирован на вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный протокол этого уровня - Ethernet - рассчитан на топологию " общая шина ", когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них шине, а протокол Token Ring - на топологию " звезда ". При этом применяются простые структуры кабельных соединений между РС сети, а для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений реализовано совместное использование кабелей всеми РС в режиме разделения времени. Такие простые решения, характерные для разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов ХХ века, наряду с положительными имели и отрицательные последствия, главные из которых - ограничения по производительности и надежности.

Поскольку в ЛКС с простейшей топологией ( общая шина , кольцо, звезда ) имеется только один путь передачи информации - моноканал, производительность сети ограничивается пропускной способностью этого пути, а надежность сети - надежностью пути. Поэтому по мере развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью специ-альных коммуникационных устройств (мостов, коммутаторов, маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые конфигурации ЛКС ( шина , кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры локальных сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.

Однако внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать все те же протоколы Ethernet и Token Ring . Объединение этих структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а взаимодействие РС такой сети - с помощью других протоколов.

В развитии локальных сетей, кроме отмеченных, наметились и другие тенденции:

• отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к использованию активных коммутаторов, к которым РС сети присоединяются индивидуальными линиями связи;
• появление нового режима работы в ЛКС при использовании коммутаторов - полнодуплексного (хотя в базовых структурах локальных сетей РС работают в полудуплексном режиме, т. к. сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режимах. Стандартизация протоколов ЛКС осуществлена комитетом 802, организованном в 1980 в институте IEEE. Стандарты семейства IEEE 802 .Х охватывают только два нижних уровня модели ВОС - физический и канальный. Именно эти уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.

В локальных сетях канальный уровень разделен на два подуровня:

• логической передачи данных ( LLC - Logical Link Control );
• управления доступом к среде (МАС - Media Access Control ).

Протоколы подуровней МАС и LLC взаимно независимы , т.е. каждый протокол подуровня МАС может работать с любым протоколом подуровня LLC , и наоборот.

Подуровень МАС обеспечивает совместное использование общей передающей среды, а подуровень LLC организует передачу кадров с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных ЛКС используются несколько протоколов подуровня МАС , реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде и определяющих специфику технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet , Token Ring, FDDI , 100VG-AnyLAN .

Протокол LLC . Для ЛКС этот протокол обеспечивает необходимое качество транспортной службы. Он занимает положение между сетевыми протоколами и протоколами подуровня МАС . По протоколу LLC кадры передаются либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения между взаимодействующими станциями сети и восстановлением кадров путем их повторной передачи при наличии в них искажений.

Технология Ethernet (стандарт 802.3) . Это самый распространенный стандарт локальных сетей. По этому протоколу в настоящее время работают большинство ЛКС. Имеется несколько вариантов и модификаций технологии Ethernet , составляющих целое семейство технологий. Из них наиболее известными являются 10-мегабитный вариант стандарта IEEE 802 .3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet . Все эти варианты и модификации отличаются типом физической среды передачи данных .

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод доступа к передающей среде - метод случайного доступа CSMA /CD . Он применяется исключительно в сетях с общей логической шиной, которая работает в режиме коллективного доступа и служит для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Такой метод доступа носит вероятностный характер: вероятность получения среды передачи в свое распоряжение зависит от загруженности сети. При значительной загрузке сети интенсивность коллизий возрастает и ее полезная пропускная способ-ность резко падает.

Полезная пропускная способность сети - это скорость передачи пользовательских данных, переносимых полем данных кадров. Она всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет служебной информации кадра, межкадровых интервалов и ожидания доступа к среде. Коэффициент использования сети в случае отсутствия коллизий и ожидания доступа имеет максимальное значение 0,96.

Технологией Ethernet поддерживаются 4 разных типа кадров, имеющих общий формат адресов. Распознавание типа кадров осуществляется автоматически.

Для всех стандартов Ethernet имеют место следующие характеристики и ограничения:

• номинальная пропускная способность - 10 Мбит/с;
• максимальное число РС в сети - 1024;
• максимальное расстояние между узлами в сети - 2500 м;
• максимальное число коаксиальных сегментов сети - 5;
• максимальная длина сегмента - от 100 м (для 10Base -T) до 2000 м (для 10Base -F);
• максимальное число повторителей между любыми станциями сети - 4.

Технология Token Ring (стандарт 802.5) . Здесь используется разделяемая среда передачи данных , которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все РС сети в кольцо. К кольцу (общему разделяемому ресурсу) применяется детерминированный доступ , основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право предается с помощью маркера. Маркерный метод доступа гарантирует каждой РС получение доступа к кольцу в течение времени оборота маркера. Используется приоритетная система владения маркером - от 0 (низший приоритет) до 7 (высший). Приоритет для текущего кадра определяется самой станцией, которая может захватить кольцо, если в нем нет более приоритетных кадров.

В сетях Token Ring в качестве физической среды передачи данных применяется экранированная и неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель . Сети работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с, причем в одном кольце все РС должны работать с одной скоростью. Максимальная длина кольца - 4 км, а максимальное количество РС в кольце - 260. Ограничения на максимальную длину кольца связаны со временем оборота маркера по кольцу. Если в кольце 260 станций и время удержания маркера каждой станцией равно 10 мс, то маркер после совершения полного оборота вернется в активный монитор через 2,6 с. При передаче длинного сообщения, разбиваемого, например, на 50 кадров, это сообщение будет принято получателем в лучшем случае (когда активной является только РС-отправитель) через 260 с, что для пользователей не всегда приемлемо.

Максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Обычно он принимается равным 4 Кбайтам для сетей 4 Мбит/с и 16 Кбайтам для сетей 16 Мбит/с.

В сетях 16 Мбит/с используется также и более эффективный алгоритм доступа к кольцу. Это алгоритм раннего освобождения маркера (ETR ): станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита своего кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра и занятого маркера. В этом случае по кольцу будут передаваться одновременно кадры нескольких станций, что существенно повышает эффективность использования пропускной способности кольца. Конечно, и в этом случае в каждый данный момент ге-нерировать кадр в кольцо может только та РС, которая в этот момент владеет маркером доступа, а остальные станции будут лишь ретранслировать чужие кадры.

Технология Token Ring (технология этих сетей была разработана еще в 1984 г. фирмой IBM ) существенно сложнее технологии Ethernet . В ней заложены возможности отказоустойчивости: за счет обратной связи кольца одна из станций ( активный монитор ) непрерывно контролирует наличие маркера, время оборота маркера и кадров данных, обнаруженные ошибки в сети устраняются автоматически, например, потерянный маркер может быть восстановлен. В случае выхода из строя активного монитора выбирается новый активный монитор и процедура инициализации кольца повторяется.

Стандарт Token Ring изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU , т.е. устройствами многостанционного доступа. Концентратор может быть пассивным (соединяет порты внутренними связями так, чтобы РС, подключенные к этим портам, образовали кольцо, а также обеспечивает обход какого-либо порта, если подключенный к этому порту компьютер выключается) или активным (выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем).

Для сетей Token Ring характерна звездно-кольцевая топология : РС подключаются к концентраторам по топологии звезды, а сами концентраторы через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) объединяются для образования магистрального физического кольца . Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующие кадры адресату (каждый кадр снабжается полем с маршрутом прохождения колец).

Недавно технология Token Ring стараниями компании IBM получила новое развитие: предложен новый вариант этой технологии ( HSTR ), поддерживающий битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с. При этом сохранены основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.

Технология FDDI . Это первая технология ЛКС, в которой для передачи данных используется волоконно-оптический кабель . Она появилась в 1988 г. и ее официальное название - оптоволоконный интерфейс распределенных данных ( Fiber Distributed Data Interface, FDDI ). В настоящее время в качестве физической среды, кроме волоконно-оптического кабеля, применяется неэкранированная витая пара .

Технология FDDI предназначена для использования на магистральных соединениях между сетями, для подключения к сети высокопроизводительных серверов, в корпоративных и городских сетях. Поэтому в ней обеспечена высокая скорость передачи данных (100 Мбит/с), отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все это сказалось на стоимости подключения к сети: для подключения клиентских компьютеров эта технология оказалась слишком дорогой.

Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI . Основные идеи технологии Token Ring восприняты и получили совершенствование и развитие в технологии

Рассмотрим применение вышесказанного в реальных сетевых технологиях. Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети, т.е. это минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть; иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. В настоящее время насчитывается более 200 сетей, имеющих тот или иной уровень стандартизации, но широкое распространение и всеобщее признание получили не более 10 из них. Это связано с тем, что именно эти сети поддерживаются наиболее мощными фирмами и поэтому доведены до уровня международных стандартов. Примерами базовых технологий могут служить такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.

СЕТЬ ETHERNET. Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. Она появилась в 1972 году (разработчиком выступила известная фирма Xerox). В 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ЕСМА (European Computer Manufacturers Association). Стандарт получил название IEEE 802.3. Он определяет множественный доступ к каналу типа "шина" с обнаружением конфликтов и контролем передачи, т.е. с уже упоминавшимся методом доступа CSMA/CD.

Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топология - "шина", среда передачи - коаксиальный кабель, скорость передачи - 10 Мбит/с, максимальное количество абонентов - до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количество абонентов на одном сегменте - до 100.

В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако в последнее время все большее распространение получает версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В последние годы появилась более быстрая версия Ethernet, работающая на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet). Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. Помимо стандартной топологии типа "шина" применяется также топология типа "пассивная звезда". Главное - чтобы в полученной в результате топологии не было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты соединены все в ту же "шину", так как сигнал от каждого из них распространяется сразу во все стороны и не возвращается назад. Максимальная длина кабеля всей сети в целом (максимальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но практически не превышает 2,5 км.

СЕТЬ FAST ETHERNET. Сеть Fast Ethernet - это составная часть стандарта IEEE 802.3, появившаяся совсем недавно, в 1995 году. Она представляет собой более быструю версию стандартной сети Ethernet, работающую на скорости передачи 100 Мбит/с. С целью сохранения совместимости с более ранними версиями Ethernet стандарт определяет для Fast Ethernet специальный механизм автоматического определения скорости передачи в режиме автодиалога, что позволяет сетевым адаптерам Fast Ethernet автоматически переключаться со скорости 10 Мбит/с на скорость 100 Мбит/с и наоборот.

Основная топология сети Fast Ethernet - пассивная звезда. Fast Ethernet требует обязательного применения более дорогих концентраторов, чем при использовании Ethernet. Концентраторы в этом случае могут соединяться между собой связными сегментами, что позволяет строить сложные конфигурации.

Локальные сети всех остальных типов, кроме Ethernet, распространены гораздо меньше.

СЕТЬ FDDI. Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) -это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разработчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищенность и секретность передачи информации. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоящему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого распространения, она очень перспективна.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, причем применяются два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с).

Основные технические характеристики сети FDDI следующие: Максимальное количество абонентов сети - 1000. Максимальная протяженность кольца сети - 20 км. Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км. Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

Метод доступа - маркерный.

Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Как видим, FDDI имеет большие преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов.. Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов:

1. Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему, кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.

2. Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.

Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля. Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т.е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры класса В).

Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не получила пока широкого распространения, это связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры. Однако в ближайшее время ситуация может измениться.

СЕТЬ GIGABIT ETHERNET. Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена.

Сохранение преемственности позволяет легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть и переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети. К тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.

Сетевая технология - это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet.

На данный момент Ethernet является самой распространенной технологией в локальных сетях. На базе этой технологии работает более 7 млн. локальных сетей и более 80 млн. компьютеров, имеющих сетевую карту, поддерживающую данную технологию. Существуют несколько подтипов Ethernet в зависимости от быстродействия и типов используемого кабеля.

Одним из основоположников данной технологии является фирма Xerox, разработавшая и создавшая в 1975 году тестовую сеть Ethernet Network. Большинство принципов, реализованных в упомянутой сети, используются и сегодня.

Постепенно технология совершенствовалась, отвечая возрастающему уровню запросов пользователей. Это привело к тому, что технология расширила сферу своего применения до такой среды передачи данных, как оптическое волокно или неэкранированная витая пара.

Причиной начала использования названных кабельных систем стало достаточно быстрое увеличение количества локальных сетей в различных организациях, а также низкая производительность локальных сетей, использующих коаксиальный кабель. Вместе с тем возникла необходимость в удобном и экономичном управлении и обслуживании данных сетей, чего уже не могли обеспечить устаревшие сети.

Основные принципы работы Ethernet. Все компьютеры, входящие в сеть, подключены к общему кабелю, который называется общей шиной. Кабель является средой передачи, и его может использовать для получения или передачи информации любой компьютер данной сети.

Сети Ethernet используют метод пакетной передачи данных. Компьютер-отправитель отбирает данные, которые нужно отправить. Эти данные преобразуются в короткие пакеты (иногда их называют кадрами), которые содержат адреса отправителя и получателя. Пакет снабжен служебной информацией -- преамбулой (отмечает начало пакета) -- и информацией о значении контрольной суммы пакета, которая необходима для проверки правильности передачи пакета по сети.

Перед тем как отправить пакет, компьютер-отправитель проверяет кабель, контролируя в нем отсутствие несущей частоты, на которой и будет происходить передача. Если такая частота не наблюдается, то он начинает передачу пакета в сеть.

Пакет будет принят всеми сетевыми платами компьютеров, которые подключены к этому сегменту сети. Сетевые карты контролируют адрес назначения пакета. Если адрес назначения не совпадает с адресом данного компьютера, то пакет отклоняется без обработки. Если же адреса совпадают, то компьютер примет и обработает пакет, удаляя из него все служебные данные и транспортируя необходимую информацию «вверх» по уровням модели OSI вплоть до прикладного.

После того как компьютер передаст пакет, он выдерживает небольшую паузу, равную 9,6 мкс, после чего опять повторяет алгоритм передачи пакета вплоть до полной транспортировки необходимых данных. Пауза нужна для того, чтобы один компьютер не имел физической возможности заблокировать сеть при передаче большого количества информации. Пока длится такая технологическая пауза, канал сможет использовать любой другой компьютер сети.

Если два компьютера одновременно проверяют канал и делают попытку отправить пакеты данных по общему кабелю, то в результате этих действий происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что значительно искажает передаваемые данные.

После того как коллизия будет найдена, передающий компьютер обязан остановить передачу на небольшой случайный интервал времени.

Важным условием корректной работы сети является обязательное распознавание коллизии всеми компьютерами одновременно. Если любой передающий компьютер не вычислит коллизию и сделает вывод о правильности передачи пакета, то данный пакет попросту пропадет из-за того, что будет сильно искажен и отклонен принимающим компьютером (несовпадение контрольной суммы).

Вероятно, что утерянную или искаженную информацию повторно передаст протокол верхнего уровня, который работает с установлением соединения и идентификацией своих сообщений. Следует учитывать и то, что повторная передача произойдет через достаточно длительный интервал времени (десятки секунд), что приведет к значительному снижению пропускной способности конкретной сети. Именно поэтому своевременное распознание коллизий крайне важно для стабильности работы сети.

Все параметры Ethernet составлены так, чтобы коллизии всегда четко определялись. Именно поэтому минимальная длина поля данных кадра составляет не менее 46 байт (а с учетом служебной информации -- 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы рассчитывается таким образом, чтобы за то время, пока транспортируется кадр минимальной длины, сигнал о коллизии успел дойти до самого отдаленного компьютера сети. Исходя из этого, при скорости в 10 Мбит/с максимальное расстояние между произвольными элементами сети не может превышать 2500 м. Чем выше скорость передачи данных, тем меньше максимальная длина сети (уменьшается пропорционально). Используя стандарт Fast Ethernet ограничивается максимальный размер 250 м, а в случае с гигабитным Ethernet -- 25 м.

Таким образом, вероятность успешного получения общей среды напрямую зависит от загруженности сети (интенсивности возникновения потребности передачи кадров.

Постоянное возрастание уровня требований к пропускной способности сети послужило причиной разработки технологии Ethernet, скорость передачи в которой превышала 10 Мбит/с. В 1992 году был реализован стандарт Fast Ethernet, поддерживающий транспортировку информации со скоростью 100 Мбит/с. Большинство принципов работы Ethernet остались без изменений.

Некоторые изменения произошли в кабельной системе. Коаксиальный кабель был не в состоянии обеспечить скорость передачи информации в 100 Мбит/с, поэтому ему на смену в Fast Ethernet приходят экранированные неэкранированные кабели типа витая пара, а также оптоволоконный кабель.

Выделяют три вида Fast Ethernet:

• - 100Base-TX;
• - 100Base-T4;
• - 100Base-FX.

Стандарт 100Base-TX использует сразу две пары кабеля: UTP или STP. Одна пара необходима для передачи данных, а вторая -- для приема. Перечисленным требованиям соответствуют два кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP категории 5 и SТР Типа 1 компании IBM. В 100Base-TX предоставляется возможность полнодуплексного режима в процессе работы с сетевыми серверами, а также применение всего двух из четырех нар восьмижильного кабеля -- две оставшиеся пары будут свободными и в дальнейшем могут быть использованы для расширения функциональности данной сети (например, на их основе возможна организация телефонной сети).

Стандарт 100Base-T4 позволяет использовать кабели категорий 3 и 5. Это происходит из-за того, что в 100Base-T4 используются четыре пары восьмижильного кабеля: одна -- для передачи, а другая -- для приема, остальные могут использоваться как для передачи, так и для приема. Соответственно, как прием, так и передача данных могут проводиться сразу по трем парам. Если общая пропускная способность в 100 Мбит/с распределяется на три пары, то 100Base-T4 снижает частоту сигнала, поэтому для нормальной работы вполне достаточно и менее качественного кабеля. Для организации сетей 100Base-T4 могут использоваться кабели UTP категорий 3 и 5, точно так же, как и UTP категории 5 и STP типа 1.

Стандарт 100Base-FX использует для передачи данных многомодовое оптоволокно с 62,5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Данный стандарт предназначен для магистралей -- соединения репитеров Fast Ethernet в пределах одного помещения. Основные преимущества оптического кабеля передались и рассматриваемому стандарту 100Base-FX: невосприимчивость к электромагнитным шумам, повышенный уровень защиты информации и увеличенные расстояния между сетевыми устройствами.

Сравнительный анализ технологий локально-вычислительных сетей представлен в Приложении Б

Долгое время интерфейс Firewire (высокоскоростной последовательный интерфейс Firewire, так же известный как IEEE1394) использовался в основном при обработке потокового видео. В общем-то, для этого он первоначально и проектировался. Однако, высочайшая, даже по сегодняшним меркам, пропускная способность этого интерфейса (400 Мбит/с) сделала его достаточно эффективным для современных периферийных высокоскоростных устройств, а так же для организации небольших быстродействующих сетей.

Благодаря поддержке WDM драйвера, Firewire интерфейс поддерживается операционными системами, начиная с Windows 98 Second Edition. Однако встроенная поддержка интерфейса Firewire была впервые реализована в Windows Millennium, и теперь поддерживается в Windows 2000 и Windows XP. Все операционные системы, кроме Windows 98SE также поддерживают горячую установку сети. Если Firewire контроллер присутствует в системе, Windows автоматически инсталлирует виртуальный сетевой адаптер, с возможностью прямого доступа и модификации стандартных сетевых установок.

По умолчанию Firewire сеть поддерживает TCP/IP протокол, которого вполне достаточно для решения большинства современных сетевых задач, например, функция Internet Connection Sharing (совместное использование Интернет), встроенная в операционную систему Microsoft.

Firewire обеспечивает существенное преимущество в скорости по сравнению со стандартной 100BaseT Ethernet сетью. Но это не главное преимущество Firewire сети. Более важна простота создания такой сети, доступная пользователю не самого высокого уровня подготовки. Так же важно отметить универсальность и невысокую стоимость.

Главным недостатком Firewire сети является ограниченная длинна, кабеля. Согласно спецификации, для работы на скорости 400 Мбит/с длинна кабеля не должна превышать 4,5 метров. Для решения этой проблемы используется различные варианты репитеров.

Несколько лет назад был разработан новый стандарт Ethernet -- Gigabit Ethernet. На данный момент он пока еще не имеет широкого распространения. Технология Gigabit Ethernet в качестве среды транспортировки информации использует оптические каналы и экранированную витую пару. Такая среда способна десятикратно повысить скорость передачи данных, что является необходимым условием для проведения видеоконференций или работы сложных программ, оперирующих большими объемами информации.

Данная технология использует те же принципы, что и более ранние стандарты Ethernet. Кроме того, сеть, которая базируется на основе экранированной витой пары, можно осуществить посредствам перехода на технологию Gigabit Ethernet путем замены сетевых плат и сетевого оборудования, которые используются в сети, 1000Base-Х содержит сразу три физических интерфейса, параметры и характеристики которых указаны ниже:

• - Интерфейс 1000Base-SX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 770-860 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 10 до 0 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 17 дБм, а его насыщение -- 0 дБм.
• - Интерфейс 1000Base-LX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в промежутке 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в диапазоне от 13,5 до 3 дБм, при существующем соотношении ON/OFF (есть сигнал/ нет сигнала) не менее 9 дБ. Чувствительность такого приемника -- 19 дБм, а его насыщение -- 3 дБм.
• - 1000Base-CX -- экранированная витая пара, предназначенная для транспортировки данных на небольшие расстояния. Для транспортировки данных используются все четыре пары медного кабеля, а скорость передачи по одной паре составляет 250 Мбит/с. Технология Gigabit Ethernet -- самая быстрая из всех существующих на данный момент технологий локальных сетей. Достаточно скоро большинство сетей будут создаваться на основе данной технологии.

Wi-Fi- технология беспроводной связи. Название это расшифровывается как Wireless Fidelity (с англ. - беспроводная точность). Предназначена для доступа на коротких дистанциях и, в то же время, на достаточно больших скоростях. Существует три модификации этого стандарта - IEEE 802.11a, b и g, их отличие друг от друга в скорости передачи данных и расстоянии на которое они могут передавать данные. Максимальная скорость работы 11/ 54/ 320 Мбит/c соответственно, а расстояние передачи порядка 100 метров. Технология удобна тем, что не требует больших усилий объединения компьютеров в сеть, позволяет избежать неудобств возникающих при проложении кабеля. В настоящее время услугами можно воспользоваться в кафе, аэропортах, парках и др

USB сеть. Предназначена в основном для пользователей ноутбуков, т.к. при отсутствии сетевой карты в ноутбуке она может обойтись довольно дорого. Удобство в том, что сеть может быть создана без использования сетевых карт и концентраторов, универсальность, возможность подключать любой компьютер.

Скорость передачи данных 5-7 Мбит/с.Локальная сеть через электрические провода. 220В. Электрические сети не идут ни в какое сравнение с локальными и глобальными сетями. Электрическая розетка есть в каждой квартире, в каждой комнате. По дому можно протянуть десятки метров кабелей, соединив между собой все компьютеры, принтеры и прочие сетевые устройства.

Но тогда каждый компьютер станет "рабочим местом", стационарно расположенным в помещении. Перенести его - значит переложить сетевой кабель. Можно установить дома беспроводную сеть IEEE 802.11b, но могут возникнуть проблемы с проникновением сигнала через стены и перекрытия, к тому же это лишнее излучение, которого в современной жизни итак хватает. А есть и иной способ - использовать уже существующие электрические провода и розетки, установленные в стенах. Единственное, что для этого потребуется - соответствующие адаптеры. Скорость сетевого подключения через электрические провода составляет 14 Мбит/с. Дальность действия - примерно 500 метров.

Но стоит учитывать, что распределительная сеть - трёхфазная, а к домам подводится по одной фазе и нулю, равномерно нагружая каждую из фаз. Так что, если один пользователь подключен к одной фазе, а второй - к другой, то воспользоваться подобной системой не удастся.