Добрий день друзі! Радий Вас вітати на нашому блогу комп'ютерної грамотності. У попередній статті ми порушили велику і, судячи з коментарів, дуже важливу для наших читачів тему – .

У цій статті пропоную перейти до розгляду перших етапів планування мережі. А якщо бути точним, то говоритимемо про технології локальних мереж та вибір відповідної архітектури мережі.

Відразу зазначимо, що розмова вестиметься лише про основні технології локальних мереж, найбільш поширених на сьогоднішній день:

• Ethernet (на основі крученої пари);
• Wi-Fi;
• HomePlugAV.

Ethernet - найпопулярніша мережева технологія

• 1. Ethernet– найстаріша з найпоширеніших технологій, що використовуються у локальних мережах. Сьогодні більшість мережевих адаптерів оснащуються інтерфейсами, підтримують швидкості 100 і 1000 Мбіт/с (1 Гбіт/с).

За співвідношенням ціни та якості дана технологія "попереду планети всієї". Однак потрібно прокласти кабель по квартирі відповідно до планованого розміщення комп'ютерів. Є ще одне "АЛЕ": прокладати мережевий кабель необхідно далеко від кабелів електропроводки, телевізійної та телефонної проводки. Щоб не вносити перешкоди до трактів передачі.

Для домашніх потреб, за умови, що немає проблем із прокладкою кабелю, цей варіант, мені здається, найкращим. Цієї технології буде цілком достатньо і для передачі даних, і для перегляду фільмів у режимі трансляції через мережу.

• 2. Wi-Fi-технологія– останнім часом дуже сильно набирає обертів через дедалі більшу доступність різних wi-fi технологія мобільних пристроїв та гаджетів. На відміну від Ethernet, жодних кабелів не потрібно. Зазначимо, що кабельні мережі більше підходять для стаціонарних комп'ютерів. А при підключенні будь-якого мобільного ПК до кабелю, він перестає бути мобільним.

Використання цієї технології вимагає дещо іншого обладнання для створення мережі, про що ми будемо говорити в наступній статті.

Якщо говорити про швидкості передачі даних Wi-Fi, то все залежить від версії протоколу бездротового зв'язку, що підтримується (різновиди стандарту 802.11):

11 Мбіт/с (802.11b) – стандарт застарілого обладнання;

54 Мбіт/с (802.11g) – найпоширеніший сьогодні стандарт, який підтримують більшість мережевих карток мобільних пристроїв;

600 Мбіт/с (802.11n) – технологія завтрашнього дня. Проте Wi-Fi-маршрутизатори, які підтримують цей стандарт, вже є у продажу.

• 3. HomePlugAV- Це перспективна технологія майбутнього, як мені здається, не вимагає прокладання кабелів і homeplugav технологія бездротового з'єднання, а використовує для передачі даних домашню електропроводку. Середовищем передачі є електрична мережа у квартирі.

Дуже зручно, тільки поки що дорого. Набуде своєї популярності при розвитку та ширшому поширенні інтелектуальної домашньої мережі “Розумний дім”. Про технологію HomePlugAV я підготував.

Вибір архітектури домашньої мережі

Розглянувши основні технології, логічним продовженням, на мою думку, буде вибір архітектури домашньої мережі. Крім іншого, на вибір архітектури вплине технологія доступу в Інтернет і кількість пристроїв, що об'єднуються в мережу.

• 1. Якщо у Вас кабельна мережа на базі Ethernet, то необхідно буде будувати мережу за схемою "Зірка". Це коли всі комп'ютери в мережі просто підключаються до одного комутатора або роутера, що має спільне Інтернет підключення.

Як правило, вид роутера (LAN або ADSL) залежить від того, за якою технологією заводиться Інтернет у квартиру. Якщо це та сама кручена пара, що використовується в нашій домашній мережі, то підійде звичайний LAN-роутер. Якщо ж Інтернет у квартиру заводиться по телефонній лінії, то просто замінюємо роутер на ADSL-модем, який надасть нам можливість створення внутрішньої (квартирної) Ethernet-мережі.

У наступних статтях ми розглянемо, як підключити за такою технологією комп'ютери до мережі, а також розповімо про особливості з'єднання двох комп'ютерів через мережу Ethernet.

• 2. Якщо Ви обрали бездротову Wi-Fi мережу, то тут можливо два варіанти:

варіант "комп'ютер-комп'ютер" - з'єднання двох і більше комп'ютерів, оснащених бездротовими адаптерами, в єдину мережу (найдоречніший при створенні невеликої мережі без доступу в Інтернет);
варіант “з точкою доступу” – найпоширеніший та використовується для створення домашньої мережі з “вхідним” Інтернетом з'єднанням за технологією Ethernet або ADSL.
Побудувати таку мережу на практиці швидше та простіше. Однак є свої обмеження: слід враховувати, що деякі побутові електронні прилади (типу холодильників та мікрохвильових печей), а також інші точки доступу (наприклад, у сусідів) вносять перешкоди в канали передачі, що знижує швидкість обміну даними по бездротовій мережі.

• 3. Гібридна мережа– цей варіант підходить тим, у кого, наприклад, вхідний Інтернет забезпечується ADSL-модемом, а внутрішня домашня мережа має як мобільні комп'ютери, як ноутбук, так і стаціонарні ПЕОМ. Я розглянув найскладніший варіант, що поєднує три різні технології: ADSL, Wi-Fi та Ethernet.

Увага! Мене часто запитують про шкоду бездротових мереж.

Як людина, яка трохи знається на цій галузі, скажу, що шкідливим впливом на людину в бездротових мережах потенційно володіє електромагнітне випромінювання (ЕМІ). Сила впливу ЕМІ на людину залежить від наступних факторів: інтенсивність випромінювання та частота випромінювання. Чим вище частота випромінювання, тим сильніший згубний вплив на організм людини. Те саме і з інтенсивністю (або тривалістю впливу).

Чи шкідливо для нас Wi-Fi мережа, що підтримує стандарти 802.11g або 802.11n, поки що ніхто сказати не може.

1. Розміщуйте бездротові точки доступу та бездротові телефонні бази у нежитлових кімнатах;
2. Вимикайте на ніч електронні пристрої, якими не користуйтесь.

Отже, Друзі, ми розглянули як вибрати технологію локальної мережі та її базі визначитися з архітектурою мережі. У наступних статтях ми говоритимемо про налаштування мережі та її окремих компонентів.

Мережева технологія - це мінімальний набір стандартних протоколів і програмно-апаратних засобів, що їх реалізують, достатній для побудови обчислювальної мережі. Мережеві технології називають базовими технологіями. В даний час налічується безліч мереж, що мають різні рівні стандартизації, але широкого поширення набули такі відомі технології, як Ethernet, Token-Ring, Arcnet.

Для забезпечення узгодженої роботи в мережах передачі даних використовуються різні комунікаційні протоколи передачі даних - набори правил, яких повинні дотримуватися сторони, що передає та приймає, для узгодженого обміну даними. Протоколи - це набори правил та процедур, що регулюють порядок здійснення деякого зв'язку. Протоколи - це правила та технічні процедури, що дозволяють кільком комп'ютерам при об'єднанні в мережу спілкуватися один з одним.

Існує безліч протоколів. І хоча всі вони беруть участь у реалізації зв'язку, кожен протокол має різні цілі, виконує різні завдання, має свої переваги та обмеження.

Протоколи працюють на різних рівнях моделі взаємодії відкритих систем OSI/ІSO. Функції протоколів визначаються рівнем, де він працює. Декілька протоколів можуть працювати спільно. Це так званий стек, або набір протоколів.

Як мережеві функції розподілені за всіма рівнями моделі OSI, і протоколи спільно працюють різних рівнях стека протоколів. Рівні у стеку протоколів відповідають рівням моделі OSI. У сукупності протоколи пропонують повну характеристику функцій і можливостей стека.

Передача даних через мережу, з технічної точки зору, повинна складатися з послідовних кроків, кожному з яких відповідають свої процедури або протокол. Таким чином, зберігається строга черговість у виконанні певних дій.

Крім того, всі ці дії повинні бути виконані в одній послідовності на кожному мережевому комп'ютері. На комп'ютері-відправнику дії виконуються у напрямку зверху вниз, а комп'ютері-одержувачі знизу вгору.

Комп'ютер-відправник відповідно до протоколу виконує наступні дії: Розбиває дані на невеликі блоки, які називаються пакетами, з якими може працювати протокол, додає до пакетів адресну інформацію, щоб комп'ютер-одержувач міг визначити, що ці дані призначені саме йому, готує дані до передачі через плату мережного адаптера і далі - по мережному кабелю.

Комп'ютер-одержувач відповідно до протоколу виконує ті ж дії, але лише у зворотному порядку: приймає пакети даних із мережевого кабелю; через плату мережного адаптера передає дані на комп'ютер; видаляє з пакета всю службову інформацію, додану комп'ютером-відправником, копіює дані з пакета в буфер - для їхнього об'єднання у вихідний блок, передає додатку цей блок даних у форматі, який він використовує.

І комп'ютеру-відправнику, і комп'ютеру-одержувачу необхідно виконати кожну дію однаковим способом, для того, щоб дані, що прийшли по мережі, збігалися з відправленими.

Якщо, наприклад, два протоколи будуть по-різному розбивати дані на пакети і додавати інформацію (про послідовність пакетів, синхронізацію та для перевірки помилок), тоді комп'ютер, який використовує один з цих протоколів, не зможе успішно зв'язатися з комп'ютером, на якому працює інший протокол .

До середини 80-х більшість локальних мереж були ізольованими. Вони обслуговували окремі компанії та рідко об'єднувалися у великі системи. Однак, коли локальні мережі досягли високого рівня розвитку та обсяг переданої ними інформації зріс, вони стали компонентами великих мереж. Дані, що передаються з однієї локальної мережі до іншої по одному з можливих маршрутів, називаються маршрутизованими. Протоколи, які підтримують передачу даних між мережами по декількох маршрутах, називаються протоколами, що маршрутизуються.

Серед безлічі протоколів найбільш поширені такі:

IPX/SPX та NWLmk;

Набір протоколів OSI.

На даний момент Ethernet є найпоширенішою технологією у локальних мережах. На базі цієї технології працює понад 10 млн. локальних мереж та понад 100 млн. комп'ютерів, що мають мережеву карту, що підтримує цю технологію. Існує кілька підтипів Ethernet залежно від швидкодії та типів використовуваного кабелю.

Одним із основоположників даної технології є фірма Xerox, яка розробила та створила у 1975 році тестову мережу Ethernet Network. Більшість принципів, реалізованих у згаданій мережі, використовується і сьогодні.

Поступово технологія вдосконалювалася, відповідаючи на зростаючий рівень запитів користувачів. Це призвело до того, що технологія розширила сферу свого застосування до такого середовища передачі даних, як оптичне волокно або некручена кручена пара.

Причиною початку використання названих кабельних систем стало досить швидке збільшення кількості локальних мереж у різних організаціях, а також низька продуктивність локальних мереж, які використовують коаксіальний кабель. Водночас виникла потреба у зручному та економічному управлінні та обслуговуванні даних мереж, чого вже не могли забезпечити застарілі мережі.

Основні засади роботи Ethernet. Всі комп'ютери, що входять до мережі, підключені до загального кабелю, який називається загальною шиною. Кабель є середовищем передачі, і його може використовувати для отримання або передачі будь-який комп'ютер даної мережі.

Мережі Ethernet використовують метод пакетної передачі. Відправник відбирає дані, які потрібно надіслати. Ці дані перетворюються на короткі пакети (іноді їх називають кадрами), які містять адреси відправника та одержувача. Пакет забезпечений службовою інформацією - преамбулою (наголошує на початку пакета) - та інформацією про значення контрольної суми пакета, яка необхідна для перевірки правильності передачі пакета по мережі.

Перед тим як відправити пакет, комп'ютер-відправник перевіряє кабель, контролюючи в ньому відсутність частоти, на якій і буде передача. Якщо така частота не спостерігається, він починає передачу пакета в мережу.

Пакет буде прийнято всіма мережними платами комп'ютерів, які підключені до цього сегменту мережі. Мережеві карти контролюють адресу призначення пакета. Якщо адреса призначення не співпадає з адресою комп'ютера, пакет відхиляється без обробки. Якщо ж адреси збігаються, то комп'ютер прийме та обробить пакет, видаляючи з нього всі службові дані та транспортуючи необхідну інформацію «вгору» за рівнями моделі OSI аж до прикладного.

Після того, як комп'ютер передасть пакет, він витримує невелику паузу, рівну 9,6 мкс, після чого знову повторює алгоритм передачі пакета до повного транспортування необхідних даних. Пауза потрібна для того, щоб один комп'ютер не мав фізичної можливості заблокувати мережу під час передачі великої кількості інформації. Поки триває така технологічна пауза, канал зможе використати будь-який інший комп'ютер мережі.

Якщо два комп'ютери одночасно перевіряють канал і роблять спробу відправити пакети даних по загальному кабелю, то в результаті цих дій відбувається колізія, так як вміст обох кадрів стикається на загальному кабелі, що значно спотворює дані, що передаються.

Після того, як колізія буде знайдена, комп'ютер повинен зупинити передачу на невеликий випадковий інтервал часу.

Важливою умовою коректної роботи є обов'язкове розпізнавання колізії всіма комп'ютерами одночасно. Якщо будь-який комп'ютер, що передає, не обчислить колізію і зробить висновок про правильність передачі пакета, то даний пакет просто пропаде через те, що буде сильно спотворений і відхилений приймаючим комп'ютером (незбіг контрольної суми).

Ймовірно, що втрачену чи спотворену інформацію повторно передасть протокол верхнього рівня, який працює із встановленням з'єднання та ідентифікацією своїх повідомлень. Слід враховувати і те, що повторна передача відбудеться через тривалий інтервал часу (десятки секунд), що призведе до значного зниження пропускної спроможності конкретної мережі. Саме тому своєчасне розпізнання колізій дуже важливо для стабільності роботи мережі.

Усі параметри Ethernet складено так, щоб колізії завжди чітко визначалися. Саме тому мінімальна довжина поля даних кадру становить щонайменше 46 байт (а з урахуванням службової інформації - 72 байти або 576 біт). Довжина кабельної системи розраховується таким чином, щоб за той час, поки транспортується кадр мінімальної довжини, сигнал про колізію встиг дійти до найвіддаленішого комп'ютера мережі. Виходячи з цього, при швидкості 10 Мбіт/с максимальна відстань між довільними елементами мережі не може перевищувати 2500 м. Чим вище швидкість передачі даних, тим менша максимальна довжина мережі (зменшується пропорційно). Використовуючи стандарт Fast Ethernet, обмежується максимальне видалення 250 м, а у випадку з гігабітним Ethernet - 25 м.

Таким чином, можливість успішного отримання загального середовища безпосередньо залежить від завантаженості мережі.

Постійне зростання рівня вимог до пропускної спроможності мережі спричинило розробку технології Ethernet, швидкість передачі в якій перевищувала 10 Мбіт/с. У 1992 році було реалізовано стандарт Fast Ethernet, який підтримує транспортування інформації зі швидкістю 100 Мбіт/с. Більшість принципів роботи Ethernet залишилися без змін.

Деякі зміни відбулися у кабельній системі. Коаксіальний кабель був не в змозі забезпечити швидкість передачі інформації в 100 Мбіт/с, тому йому на зміну в Fast Ethernet приходять неекрановані кабелі типу кручена пара, а також оптоволоконний кабель.

Виділяють три види Fast Ethernet:

Стандарт 100Base-TX використовує одразу дві пари кабелю: UTP або STP. Одна пара необхідна передачі даних, а друга -- прийому. Переліченим вимогам відповідають два кабельні стандарти: EIA/TIA-568 UTP категорії 5 та SТР Типу 1 компанії IBM. У 100Base-TX надається можливість повнодуплексного режиму в процесі роботи з мережними серверами, а також застосування всього двох з чотирьох нар восьмижильного кабелю - дві пари, що залишилися, будуть вільними і надалі можуть бути використані для розширення функціональності даної мережі (наприклад, на їх основі можлива організація телефонної мережі).

Стандарт 100Base-T4 дозволяє використовувати кабелі категорій 3 і 5. Це відбувається через те, що в 100Base-T4 використовуються чотири пари восьмижильного кабелю: одна - для передачі, а інша - для прийому, інші можуть використовуватися як для передачі, так і для прийому. Відповідно, як прийом, так і передача даних можуть проводитися одразу по трьох парах. Якщо загальна пропускна здатність 100 Мбіт/с розподіляється на три пари, то 100Base-T4 знижує частоту сигналу, тому для нормальної роботи цілком достатньо і менш якісного кабелю. Для організації мереж 100Base-T4 можуть використовуватися кабелі UTP категорій 3 та 5, так само, як і UTP категорії 5 та STP типу 1.

Стандарт 100Base-FX використовує для передачі даних багатомодове оптоволокно з 62,5-мікронним ядром та 125-мікронною оболонкою. Цей стандарт призначений для магістралей - з'єднання репітерів Fast Ethernet у межах одного приміщення. Основні переваги оптичного кабелю передалися і стандарту 100Base-FX, що розглядається: несприйнятливість до електромагнітних шумів, підвищений рівень захисту інформації і збільшені відстані між мережевими пристроями.

Довгий час інтерфейс Firewire (високошвидкісний послідовний інтерфейс Firewire, також відомий як IEEE1394) використовувався в основному при обробці потокового відео. Загалом для цього він спочатку і проектувався. Однак, висока, навіть за сьогоднішніми мірками, пропускна здатність цього інтерфейсу (400 Мбіт/с) зробила його досить ефективним для сучасних периферійних високошвидкісних пристроїв, а також для організації невеликих швидкодіючих мереж.

Завдяки підтримці драйвера WDM, Firewire інтерфейс підтримується операційними системами, починаючи з Windows 98 Second Edition. Проте вбудована підтримка інтерфейсу Firewire була вперше реалізована у Windows Millennium, і тепер підтримується у Windows 2000 та Windows XP. Всі операційні системи, крім Windows 98SE, також підтримують гарячу установку мережі. Якщо Firewire контролер присутній у системі, Windows автоматично встановлює віртуальний мережевий адаптер, з можливістю прямого доступу та модифікації стандартних мережевих установок.

За промовчанням Firewire мережа підтримує TCP/IP протокол, якого цілком достатньо для вирішення більшості сучасних мережевих завдань, наприклад, функція Internet Connection Sharing (спільне використання Інтернету), вбудована в операційну систему Microsoft.

Firewire забезпечує істотну перевагу у швидкості в порівнянні зі стандартною 100BaseT Ethernet мережею. Але це не головна перевага мережі Firewire. Більш важливою є простота створення такої мережі, доступна користувачеві не найвищого рівня підготовки. Також важливо відзначити універсальність та невисоку вартість.

Головним недоліком Firewire мережі є обмежена довжина кабелю. Згідно зі специфікацією, для роботи на швидкості 400 Мбіт/с довжина кабелю не повинна перевищувати 4,5 метри. Для вирішення цієї проблеми використовують різні варіанти репітерів.

Кілька років тому було розроблено новий стандарт Ethernet - Gigabit Ethernet. На даний момент він поки що не має широкого розповсюдження. Технологія Gigabit Ethernet як середовище транспортування інформації використовує оптичні канали та екрановану кручену пару. Таке середовище здатне десятикратно підвищити швидкість передачі даних, що є необхідною умовою для відеоконференцій або роботи складних програм, що оперують великими обсягами інформації.

Ця технологія використовує ті самі принципи, що й раніше стандарти Ethernet. Крім того, мережа, яка базується на основі екранованої крученої пари, можна здійснити за допомогою переходу на технологію Gigabit Ethernet шляхом заміни мережевих плат та мережевого обладнання, що використовуються в мережі, 1000Base-Х містить відразу три фізичні інтерфейси, параметри та характеристики яких зазначені нижче:

Інтерфейс 1000Base-SX визначає лазери з допустимою довжиною випромінювання в проміжку 770-860 нм, потужність випромінювання передавача в діапазоні від 10 до 0 дБм, при існуючому співвідношенні ON/OFF (є сигнал/ немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість такого приймача - 17 дБм, яке насичення - 0 дБм.

Інтерфейс 1000Base-LX визначає лазери з допустимою довжиною випромінювання в проміжку 1270-1355 нм, потужність випромінювання передавача в діапазоні від 13,5 до 3 дБм, при існуючому співвідношенні ON/OFF (є сигнал/ немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість такого приймача - 19 дБм, яке насичення - 3 дБм.

1000Base-CX - екранована кручена пара, призначена для транспортування даних на невеликі відстані. Для транспортування даних застосовуються всі чотири пари мідного кабелю, а швидкість передачі по одній парі становить 250 Мбіт/с. Технологія Gigabit Ethernet - найшвидша з усіх локальних мереж, що існують на даний момент. Незабаром більшість мереж будуть створюватися на основі даної технології.

Wi-Fi-технологія бездротового зв'язку. Назва ця розшифровується як Wireless Fidelity (з англ. - Бездротова точність). Призначена для доступу на коротких дистанціях і водночас на досить великих швидкостях. Існує три модифікації цього стандарту - IEEE 802.11a, b і g, їхня відмінність один від одного у швидкості передачі даних та відстані на яку вони можуть передавати дані. Максимальна швидкість роботи 11/54/320 Мбіт/c відповідно, а відстань передачі близько 100 метрів. Технологія зручна тим, що не вимагає великих зусиль об'єднання комп'ютерів у мережу, дозволяє уникнути незручностей, що виникають під час прокладання кабелю. В даний час послугами можна скористатися в кафе, аеропортах, парках та ін.

USB мережа. Призначена переважно користувачів ноутбуків, т.к. за відсутності мережевої карти в ноутбуці вона може коштувати досить дорого. Зручність у тому, що мережа може бути створена без використання мережевих карт та концентраторів, універсальність, можливість підключати будь-який комп'ютер. Швидкість передачі даних 5-7 Мбіт/с. Локальна мережа через електричні дроти. 220В. Електричні мережі не йдуть у жодне порівняння з локальними та глобальними мережами. Електрична розетка є у кожній квартирі, у кожній кімнаті. По будинку можна протягнути десятки метрів кабелів, поєднавши між собою всі комп'ютери, принтери та інші мережеві пристрої. Але тоді кожен комп'ютер стане "робочим місцем", що стаціонарно розташоване в приміщенні. Перенести його означає перекласти мережевий кабель. Можна встановити вдома бездротову мережу IEEE 802.11b, але можуть виникнути проблеми з проникненням сигналу через стіни та перекриття, до того ж це зайве випромінювання, якого в сучасному житті вистачає. А є й інший спосіб – використовувати вже існуючі електричні дроти та розетки, встановлені у стінах. Єдине, що для цього буде потрібно - відповідні адаптери. Швидкість підключення через електричні дроти становить 14 Мбіт/с. Дальність дії – приблизно 500 метрів. Але варто враховувати, що розподільна мережа - трифазна, а до будинків підводиться по одній фазі та нулю, рівномірно навантажуючи кожну з фаз. Так що якщо один користувач підключений до однієї фази, а другий - до іншої, то скористатися подібною системою не вдасться.

Порівняльний аналіз технологій локально-обчислювальних мереж представлений у Додатку Б.

У локальних мережах основна роль організації взаємодії вузлів належить протоколу канального рівня, який спрямовано цілком певну топологію ЛКС. Так, найпопулярніший протокол цього рівня - Ethernet - розрахований на топологію "загальна шина", коли всі вузли мережі паралельно підключаються до загальної для них шини, а протокол Token Ring - на топологію "зірка". При цьому застосовуються прості структури кабельних з'єднань між РС мережі, а для спрощення та здешевлення апаратних та програмних рішень реалізовано спільне використання кабелів усіма РС у режимі поділу часу. Такі прості рішення, характерні для розробників перших ЛКС у другій половині 70-х років ХХ століття, поряд із позитивними мали і негативні наслідки, головні з яких – обмеження щодо продуктивності та надійності.

Оскільки в ЛКС із найпростішою топологією ( загальна шина , кільце, зірка ) є лише один шлях передачі інформації - моноканал, продуктивністьмережі обмежується пропускною спроможністю цього шляху, а надійність мережі – надійністю шляху. Тому в міру розвитку та розширення сфер застосування локальних мереж за допомогою спеціальних комунікаційних пристроїв (мостів, комутаторів, маршрутизаторів) ці обмеження поступово знімалися. Базові конфігураціїЛКС (шина, кільце) перетворилися на елементарні ланки, з яких формуються складніші структури локальних мереж, що мають паралельні та резервні шляхи між вузлами.

Проте всередині базових структур локальних мереж продовжують працювати ті самі протоколи Ethernet і Token Ring. Об'єднання цих структур (сегментів) у загальну, складнішу локальну мережу здійснюється за допомогою додаткового обладнання, а взаємодія РС такої мережі - за допомогою інших протоколів.

У розвитку локальних мереж, крім зазначених, намітилися інші тенденції:

• відмова від поділюваних середовищ передачіі перехід до використання активних комутаторів, яких РС мережі приєднуються індивідуальними лініями зв'язку;
• поява нового режиму роботи в ЛКС при використанні комутаторів - повнодуплексного (хоча в базових структурах локальних мереж РС працюють у напівдуплексному режимі, тому що мережевий адаптер станції в кожний момент часу або передає свої дані, або приймає інші, але не робить це одночасно) . Сьогодні кожна технологія ЛКС пристосована для роботи як у напівдуплексному, так і повнодуплексному режимах. Стандартизацію протоколів ЛКС здійснено комітетом 802, організованому в 1980 в інституті IEEE. Стандарти сімейства IEEE 802.Х охоплюють лише два нижні рівні моделі ВОС - фізичний і канальний. Саме ці рівні відображають специфіку локальних мереж, старші рівні, починаючи з мережевого, мають спільні риси для мереж будь-якого класу.

У локальних мережах канальний рівеньрозділений на два підрівні:

• логічної передачі даних ( LLC - Logical Link Control);
• управління доступом до середовища ( МАС - Media Access Control).

Протоколи підрівень МАС та LLC взаємно незалежні, тобто. кожен протокол рівня МАС може працювати з будь-яким протоколом рівня LLC, і навпаки.

Підрівень МАС забезпечує спільне використання загального передавального середовища, а підрівень LLCорганізує передачу кадрів із різним рівнем якості транспортних послуг. У сучасних ЛКС використовуються кілька протоколів підрівня МАС, що реалізують різні алгоритми доступу до середовищіта визначальних специфіку технологій Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Протокол LLC. Для ЛКС цей протокол забезпечує необхідну якість транспортної служби. Він займає положення між мережними протоколами та протоколами підрівня МАС. За протоколом LLCкадри передаються або дейтаграмним способом, або за допомогою процедур із встановленням з'єднання між взаємодіючими станціями мережі та відновленням кадрів шляхом їх повторної передачі за наявності в них спотворень.

Технологія Ethernet (стандарт 802.3). Це найпоширеніший стандарт локальних мереж. За цим протоколом нині працюють більшість ЛКС. Є кілька варіантів і модифікацій технології Ethernet, що становлять ціле сімейство технологій. З них найбільш відомими є 10-мегабітний варіант стандарту IEEE 802.3, а також нові високошвидкісні технології Fast Ethernet та Gigabit Ethernet. Всі ці варіанти та модифікації відрізняються типом фізичної середовища передачі даних.

Всі види стандартів Ethernet використовують той самий метод доступу до передавального середовища - метод випадкового доступу CSMA/CD. Він застосовується виключно в мережах із загальною логічною шиною, яка працює в режимі колективного доступу і служить для передачі між будь-якими двома вузлами мережі. Такий метод доступу має імовірнісний характер: ймовірність отримання середовища передачі у своє розпорядження залежить від завантаженості мережі. При значному завантаженні мережі інтенсивність колізій зростає і її корисна пропускна здатність різко падає.

Корисна пропускна здатність мережі- це швидкість передачіданих, що переносяться полем даних кадрів. Вона завжди менша за номінальну бітову швидкість протоколу Ethernet за рахунок службової інформації кадру, міжкадрових інтервалів і очікування доступу до середовища. Коефіцієнт використання мережі у разі відсутності колізій та очікування доступу має максимальне значення 0,96.

Технологією Ethernet підтримуються 4 різні типи кадрів, що мають загальний формат адрес. Розпізнавання типу кадрів здійснюється автоматично.

Для всіх стандартів Ethernet мають місце такі характеристики та обмеження:

• номінальна пропускна здатність – 10 Мбіт/с;
• максимальне число РС у мережі – 1024;
• максимальна відстань між вузлами у мережі – 2500 м;
• максимальне число коаксіальних сегментів мережі – 5;
• максимальна довжина сегмента – від 100 м (для 10Base-T) до 2000 м (для 10Base-F);
• максимальна кількість повторювачів між будь-якими станціями мережі – 4.

Технологія Token Ring (стандарт 802.5). Тут використовується розділяється середовище передачі даних, Що складається з відрізків кабелю, що з'єднують всі РС мережі в кільце. До кільця (загального ресурсу, що розділяється) застосовується детермінований доступ , заснований на передачі станціям права на використання кільця в певному порядку. Це право надається за допомогою маркера. Маркерний метод доступу гарантує кожній РС отримання доступу до кільця протягом обороту маркера. Використовується пріоритетна система володіння маркером – від 0 (нижчий пріоритет) до 7 (вищий). Пріоритет для поточного кадру визначається самою станцією, яка може захопити кільце, якщо в ньому немає пріоритетних кадрів.

У мережах Token Ring як фізична середовища передачі данихзастосовується екранована та неекранована кручена пара та волоконно-оптичний кабель. Мережі працюють із двома бітовими швидкостями - 4 і 16 Мбіт/с, причому в одному кільці всі РС повинні працювати з однією швидкістю. Максимальна довжина кільця – 4 км, а максимальна кількість РС у кільці – 260. Обмеження на максимальну довжину кільця пов'язані з часом обороту маркера по кільцю. Якщо в кільці 260 станцій і час утримання маркера кожною станцією дорівнює 10 мс, то маркер після повного обороту повернеться в активний монітор через 2,6 с. При передачі довгого повідомлення, яке розбивається, наприклад, на 50 кадрів, це повідомлення буде прийнято одержувачем у кращому випадку (коли активною є тільки РС-відправник) через 260 с, що для користувачів не завжди прийнятно.

Максимальний розмір кадру у стандарті 802.5 не визначено. Зазвичай він приймається рівним 4 Кбайт для мереж 4 Мбіт/с і 16 Кбайт для мереж 16 Мбіт/с.

У мережах 16 Мбіт/с використовується також ефективніший алгоритм доступу до кільця. Це алгоритм раннього звільнення маркера (ETR ): станція передає маркер доступу наступної станції відразу після закінчення передачі останнього біта свого кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру і зайнятого маркера. І тут по кільцю будуть передаватися одночасно кадри кількох станцій, що значно підвищує ефективність використання пропускної спроможності кільця. Звичайно, і в цьому випадку в кожен момент генерувати кадр в кільце може тільки та РС, яка в цей момент володіє маркером доступу, а інші станції будуть лише ретранслювати чужі кадри.

Технологія Token Ring (технологія цих мереж була розроблена ще в 1984 р. фірмою IBM) істотно складніше технології Ethernet. У ній закладені можливості відмови стійкості: за рахунок зворотного зв'язку кільця одна зі станцій (активний монітор) безперервно контролює наявність маркера, час обороту маркера та кадрів даних, виявлені помилки в мережі усуваються автоматично, наприклад, втрачений маркер може бути відновлений. У разі виходу з експлуатації активного монітора вибирається новий активний монітор і процедура ініціалізації кільця повторюється.

Стандарт Token Ring спочатку передбачав побудову зв'язків у мережі за допомогою концентраторів, які називаються MAU, тобто. пристроями багатостанційного доступу. Концентратор може бути пасивним (з'єднує порти внутрішніми зв'язкамитак, щоб РС, підключені до цих портів, утворили кільце, а також забезпечує обхід якогось порту, якщо підключений до цього порту комп'ютер вимикається) або активним (виконує функції регенерації сигналів і тому іноді називається повторювачем).

Для мереж Token Ring характерна зірково-кільцева топологія: РС підключаються до концентраторів топології зірки, а самі концентратори через спеціальні порти Ring In (RI) і Ring Out (RO) об'єднуються для освіти магістрального. фізичного кільця. Мережа Token Ring може будуватися на основі кількох кілець, розділених мостами, кадри, що маршрутизують адресату (кожен кадр забезпечується полем з маршрутом проходження кілець).

Нещодавно технологія Token Ring стараннями компанії IBM отримала новий розвиток: запропоновано новий варіант цієї технології. HSTR), що підтримує бітові швидкості 100 і 155 Мбіт/с. При цьому збережено основні особливості технології Token Ring 16 Мбіт/с.

Технологія FDDI. Це перша технологія ЛКС, у якій передачі даних використовується волоконно-оптичний кабель . Вона з'явилася в 1988 р. та її офіційна назва - оптоволоконний інтерфейс розподілених даних ( Fiber Distributed Data Interface, FDDI). В даний час як фізичне середовище, крім волоконно-оптичного кабелю, застосовується неекранована кручена пара.

Технологія FDDIпризначена для використання на магістральних з'єднаннях між мережами, для підключення до мережі високопродуктивних серверів, корпоративних та міських мережах. Тому в ній забезпечено високу швидкість передачіданих (100 Мбіт/с), відмовостійкістьна рівні протоколу та великі відстані між вузлами мережі. Все це позначилося на вартості підключення до мережі: для підключення клієнтських комп'ютерів ця технологія виявилася надто дорогою.

Існує значна спадкоємність між технологіями Token Ring та FDDI. Основні ідеї технології Token Ring сприйняті та отримали вдосконалення та розвиток у технології

Стрімкий розвиток локальних мереж, що в наші дні отримав подальше втілення в стандарті 10 Gigabit Ethernet і технологіях побудови бездротових мереж IEEE 802.11b/a, приковує до себе все більшу увагу. Для кабельних мереж нині стандартом де-факто стала технологія Ethernet. І хоча у класичному вигляді технологія Ethernet вже давно не зустрічається, ті ідеї, які були закладені в протоколі IEEE 802.3, отримали своє логічне продовження як у технології Fast Ethernet, так і в Gigabit Ethernet. Заради історичної справедливості зазначимо, що заслуговують на увагу і такі технології, як Token Ring, ARCNET, 100VG-AnyLAN, FDDI та Apple Talk. Ну що ж. Відновимо історичну справедливість та згадаємо технології минулих днів.

гадаю, можна не розповідати про стрімкий прогрес у напівпровідниковій індустрії, що спостерігалося в останнє десятиліття. Мережеве обладнання спіткало доля всієї галузі: лавиноподібне зростання виробництва, великі швидкості та мінімальні ціни. У 1995 році, який вважається переломним в історії розвитку Інтернету, було продано близько 50 млн нових портів Ethernet. Непоганий заділ для домінування на ринку, яке за наступні п'ять років стало переважним.

Для спеціалізованого телекомунікаційного обладнання такий рівень цін є недоступним. Складність пристрою при цьому не відіграє особливої ​​ролі – питання, швидше, у кількості. Зараз це здається цілком природним, але ще десять років тому безумовне панування Ethernet було далеко не очевидним (наприклад, у промислових мережах досі нема явного лідера).

Однак лише в порівнянні з іншими способами побудови мереж можна виявити переваги (або недоліки) сьогоднішнього лідера.

Основні способи доступу до середовища передачі даних

Ізичні принципи, відповідно до яких функціонує обладнання, не надто складні. За методом отримання доступу до середовища передачі їх можна розділити на два класи: детерміновані та недетерміновані.

При детермінованих методах доступу передавальне середовище розподіляється між вузлами за допомогою спеціального механізму управління, що гарантує передачу даних вузла протягом деякого часу.

Найбільш поширеними (але далеко не єдиними) детермінованими методами доступу є метод опитування та метод передачі права. Метод опитування мало застосовний у локальних мережах, але широко використовується у промисловості керувати технологічними процесами.

Метод передачі права, навпаки, зручний передачі даних між комп'ютерами. Принцип роботи полягає у передачі через мережу з кільцевою логічною топологією службового повідомлення - маркера.

Отримання маркера надає право на доступ до ресурсу. Вибір у робочої станції у разі обмежений лише двома варіантами. У будь-якому випадку вона повинна відправити маркер наступного по черзі пристрою. Причому зробити це можна після доставки даних адресату (за наявності) або відразу (за відсутності інформації, що потребує передачі). На час проходження даних маркер у мережі відсутній, інші станції не мають можливості передачі, і колізії неможливі у принципі. Для обробки можливих помилок, у яких маркер може бути втрачений, існує механізм його регенерації.

Недетермінованими називають випадкові методи доступу. Вони передбачають конкуренцію всіх вузлів мережі за право передачі. Можливі одночасні спроби передачі з боку кількох вузлів, у результаті виникають колізії.

Найбільш поширеним методом такого типу є CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множинний доступ з контролем несучою/виявленням колізій. Перед початком передачі даних пристрій «прослуховує» мережу, щоб переконатися, що ніхто її більше не використовує. Якщо середовище передачі в цей момент кимось використовується, адаптер затримує передачу, якщо немає - починає передавати дані.

Якщо два адаптери, виявивши вільну лінію, починають передачу одночасно, відбувається колізія. При її виявленні обидві передачі перериваються і пристрої повторюють передачу через деякий довільний час (звісно, ​​попередньо знову прослухавши канал на предмет зайнятості). Для отримання інформації пристрій повинен приймати всі пакети в мережі, щоб визначити, чи не є адресатом.

З історії Ethernet

Якщо б ми почали розгляд локальних мереж з будь-якої іншої технології, то не врахували б реального значення, яке Ethernet має нині у цій галузі. Чи волею обставин, що склалися, чи внаслідок технічних переваг, але конкуренції він на сьогодні не має, займаючи близько 95% ринку.

Днем народження Ethernet вважається 22 травня 1973 року. Саме цього дня Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) та Девід Боггс (David Boggs) опублікували опис експериментальної мережі, побудованої ними у Дослідницькому центрі Xerox. Базувалася вона на товстому коаксіальному кабелі та забезпечувала швидкість передачі даних 2,94 Мбіт/с. Нова технологія отримала ім'я Ethernet (ефірна мережа), на честь радіомережі Гавайського університету ALOHA, в якій було використано подібний механізм поділу середовища передачі (радіоефіру).

До кінця 70-х років під Ethernet було підведено солідну теоретичну базу. А в лютому 1980 року фірма Xerox спільно з DEC та Intel представила розробку IEEE, яка через три роки була затверджена як стандарт 802.3.

Метод отримання доступу до середовища передачі даних у Ethernet недетермінований - це множинний доступ з контролем несучої та виявлення колізій (CSMA/CD). Простіше кажучи, пристрої поділяють середовище передачі хаотично випадковим чином. При цьому алгоритм може призводити до далеко не рівноправного вирішення суперництва станцій за доступ до середовища. Це, своєю чергою, може породити тривалі затримки доступу, особливо у умовах навантаження. В екстремальних випадках швидкість передачі може впасти до нуля.

Через такий невпорядкований підхід довгий час вважався (і вважається досі), що Ethernet не забезпечує якісної передачі даних. Пророкували його витіснення спочатку маркерним Token Ring, потім АТМ, але насправді все сталося навпаки.

Те, що Ethernet досі домінує на ринку, пояснюється великими змінами, які він зазнав за час свого 20-річного існування. Той "гігабіт" у повному дуплексі, який ми бачимо зараз вже в мережах початкового рівня, мало схожий на родоначальника сімейства 10Base 5. У той же час після введення 10Base-T сумісність зберігається як на рівні взаємодії пристроїв, так і на рівні кабельної інфраструктури.

Розвиток від простого до складного, зростання разом із потребами користувачів – ось ключ неймовірного успіху технології. Судіть самі:

• березень 1981 - фірма 3Сom представляє Ethernet-трансівер;
• вересень 1982 року – створено перший мережевий адаптер для персонального комп'ютера;
• 1983 - з'явилася специфікація IEEE 802.3, визначена шинна топологія мережі 10Base 5 (товстий Ethernet) та 10Base 2 (тонкий Ethernet). Швидкість передачі – 10 Мбіт/с. Встановлено граничну відстань між точками одного сегмента – 2,5 км;
• 1985 - випущена друга версія специфікації IEEE 802.3 (Ethernet II), в якій невеликі зміни були внесені в структуру заголовка пакета. Сформовано жорстку ідентифікацію Ethernet-пристроїв (МАС-адреси). Було створено список адрес, у якому будь-який виробник може зареєструвати унікальний діапазон (зараз це коштує лише 1250 дол.);
• вересень 1990 року - IEEE затверджує технологію 10Вase-T (вита пара) з фізичною топологією «зірка» та концентраторами (hub). Логічна топологія CSMA/CD не змінилася. В основу стандарту лягли розробки SynOptics Communications під назвою LattisNet;
• 1990 рік - фірма Kalpana (згодом вона була швидко куплена разом з розробленим комутатором CPW16 майбутнім гігантом Cisco) пропонує технологію комутації, засновану на відмови від використання ліній зв'язку, що розділяються, між усіма вузлами сегмента;
• 1992 рік – початок застосування комутаторів (swich). Використовуючи адресну інформацію, що міститься в пакеті (МАС-адреса), комутатор організовує незалежні віртуальні канали між парами вузлів. Комутація практично непомітно для користувача перетворює недетерміновану модель Ethernet (з конкурентною боротьбою за смугу пропускання) систему з адресною передачею даних;
• 1993 - специфікація IEEE 802.3x, з'являється повний дуплекс і контроль з'єднання для 10Вase-T, специфікація IEEE 802.1p додає групову адресацію та 8-рівневу систему пріоритетів. Запропоновано Fast Ethernet;
• у червні 1995 року запроваджено Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u (100Base-T).

На цьому коротку історію можна закінчити: Ethernet прийняв цілком сучасні контури, але розвиток технології, звичайно, не зупинився - мова про це піде трохи згодом.

Незаслужено забутий ARCNET

ttached Resourse Computing Network (ARCNET) – мережна архітектура, розроблена компанією Datapoint у середині 70-х років. Як стандарт IEEE ARCNET прийнятий не був, але частково відповідає IEEE 802.4 як мережа з передачею маркера (логічне кільце). Пакет даних може мати будь-який розмір від 1 до 507 байт.

З усіх локальних мереж ARCNET має найширші можливості в області топологій. Кільце, загальна шина, "зірка", "дерево" можуть бути застосовані в одній мережі. На додаток до цього можна використовувати дуже протяжні сегменти (до кількох кілометрів). Такі ж широкі можливості стосуються і середовища передачі - підходять і коаксіальний, оптоволоконний кабелі, а також кручена пара.

Домінувати на ринку цьому недорогому стандарту завадило низька швидкодія - лише 2,5 Мбіт/с. Коли на початку 90-х років Datapoint розробила ARCNET PLUS зі швидкістю передачі до 20 Мбіт/с, час був уже втрачений. Fast Ethernet не залишив ARCNET жодного шансу на широке застосування.

Проте на користь великого (але не реалізованого) потенціалу цієї технології можна сказати, що у деяких галузях (зазвичай АСУТП) ці мережі живуть досі. Детермінований доступ, можливості автоконфігурування, узгодження швидкості обміну в діапазоні від 120 Кбіт/с до 10 Мбіт/с у складних умовах реального виробництва роблять ARCNET просто незамінною.

Крім того, ARCNET забезпечує необхідну для систем управління можливість точно визначати максимальний час доступу до будь-якого пристрою в мережі при будь-якому навантаженні за простою формулою: T = (TDP + TOB Nb) NND, де TDP і TOB - відповідно час передачі пакета даних і одного байта, залежить від обраної швидкості передачі, Nb - кількість байтів даних, ND - кількість пристроїв у мережі.

Token Ring – класичний приклад передачі маркера

oken Ring - ще одна технологія, яка бере свій початок у 70-х роках. Ця розробка блакитного гіганта - IBM, що є основою стандарту IEEE 802.5, мала більше шансів на успіх, ніж багато інших локальних мереж. Token Ring є класичною мережею із передачею маркера. Логічна топологія (і фізична у перших версіях мережі) – кільце. Більш сучасні модифікації побудовані на кручений парі з топології «зірка», і з деякими застереженнями сумісні з Ethernet.

Початкова швидкість передачі, описана в IEEE 802.5, становила 4 Мбіт/с, проте існує більш пізня реалізація на 16 Мбіт/с. Через більш упорядкований (детермінований) метод доступу до середовища Token Ring на ранніх етапах розвитку часто просувався як більш якісна заміна Ethernet.

Незважаючи на існування схеми пріоритетного доступу (який призначався кожній станції окремо), забезпечити постійний темп передачі бітів (Constant Bit Rate, CBR) не вдавалося з дуже простої причини: додатків, які могли б використовувати переваги цих схем, тоді не існувало. Та й нині їх стало не набагато більше.

З огляду на цю обставину можна було гарантувати лише те, що продуктивність для всіх станцій мережі знизиться однаково. Але для перемоги в конкурентній боротьбі цього було мало, і зараз знайти мережу Token Ring, що реально працює, практично неможливо.

FDDI - перша локальна мережа на оптоволокні

ехнологія Fiber Distributed Data Interface (FDDI) була розроблена в 1980 комітетом ANSI. Це була перша комп'ютерна мережа, що використовувала як середовище передачі тільки оптоволоконний кабель. Причинами, що спонукали виробників створити FDDI, були недостатні на той час швидкість (не більше 10 Мбіт/с) та надійність (відсутність схем резервування) локальних мереж. Крім того, це була перша (і не надто вдала) спроба вивести мережі передачі даних на "транспортний" рівень, склавши конкуренцію SDH.

Стандарт FDDI обумовлює передачу даних по подвійному кільцю оптоволоконного кабелю зі швидкістю 100 Мбіт/с, що дозволяє отримати надійний (зарезервований) та швидкий канал. Відстань досить значні – до 100 км по периметру. Логічно робота мережі було побудовано передачі маркера.

Додатково передбачалася розвинена схема пріоритезації трафіку. Спочатку робочі станції поділялися на два види: синхронні (мають постійну смугу пропускання) та асинхронні. Останні, своєю чергою, розподіляли середовище передачі з допомогою восьмирівневої системи пріоритетів.

Несумісність з мережами SDH не дозволила FDDI зайняти значну нішу в області транспортних мереж. Сьогодні ця технологія практично витіснена АТМ. А висока вартість не залишила шансів FDDI у боротьбі з Ethernet за локальну нішу. Не допомогли стандарту та спроби перейти на дешевший мідний кабель. Технологія CDDI, заснована на принципах FDDI, але із застосуванням як середовище передачі кручений пари, популярністю не користувалася і збереглася тільки в підручниках.

Розробка AT&T та HP - 100VG-AnyLAN

ту технологію, як і FDDI, можна зарахувати до другого покоління локальних мереж. Створювалася вона на початку 90-х років спільними зусиллями компаній AT&T та HP як альтернатива технології Fast Ethernet. Влітку 1995 року вона практично одночасно зі своїм конкурентом набула статусу стандарту IEEE 802.12. 100VG-AnyLAN мала непоганий шанс на перемогу завдяки своїй універсальності, детермінованості та повнішій, ніж у Ethernet, сумісності з існуючими кабельними мережами (вита пара категорії 3).

Схема квартетного кодування Quartet Coding, що використовує надлишковий код 5В/6В, дозволяла застосовувати 4-парну кручена пара категорії 3, яка була тоді поширена чи не більше, ніж сучасна 5-а категорія. Перехідний період, по суті, не торкнувся Росії, де через пізніший початок будівництва комунікаційних систем мережі були повсюдно прокладені вже з використанням 5-ї категорії.

Крім використання старої проводки, кожен концентратор 100VG-AnyLAN може бути налаштований на підтримку кадрів 802.3 (Ethernet) або кадрів 802.5 (Token Ring). Метод доступу до середовища Demand Priority визначає просту дворівневу систему пріоритетів - високий мультимедійних додатків і низький всім інших.

Треба сказати, це була найсерйозніша заявка на успіх. Підвела висока вартість, обумовлена ​​більшою складністю та чималою мірою закритістю технології від тиражування сторонніми виробниками. До цього додалася вже знайома з Token Ring відсутність реальних додатків, що використовують переваги системи пріоритетів. В результаті 100Васе-Т вдалося надовго і остаточно захопити лідерство у галузі.

Новаторські технічні ідеї трохи пізніше знайшли застосування спочатку в 100Base-T2 (IEEE 802.3у), а потім і в «гігабітному» Ethernet 1000Вase-T.

Apple Talk, Local Talk

Apple Talk – стек протоколів, запропонований компанією Apple на початку 80-х років. Спочатку протоколи Apple Talk застосовувалися для роботи з мережевим обладнанням, яке об'єднується назвою Local Talk (адаптери, вбудовані в комп'ютери Apple).

Топологія мережі будувалась як загальна шина або «дерево», максимальна довжина її становила 300 м, швидкість передачі – 230,4 Кбіт/с. Середовище передачі - екранована кручена пара. Сегмент Local Talk міг поєднувати до 32 вузлів.

Мала пропускна здатність швидко викликала необхідність розробки адаптерів для мережевих середовищ з більшою пропускною здатністю: Ether Talk, Token Talk та FDDI Talk для мереж стандарту Ethernet, Token Ring та FDDI відповідно. Таким чином Apple Talk пішов шляхом універсальності на канальному рівні і може підлаштовуватися під будь-яку фізичну реалізацію мережі.

Як і більшість інших виробів компанії Apple, ці мережі живуть усередині «яблучного» світу та практично не перетинаються з PC.

UltraNet - мережа для суперкомп'ютерів

Ще одним практично невідомим у Росії видом мереж є UltraNet. Вона активно використовувалася для роботи з обчислювальними системами класу суперкомп'ютерів та мейнфреймами, але зараз активно витісняється Gigabit Ethernet.

UltraNet використовує топологію "зірка" і здатна забезпечити швидкість обміну інформацією між пристроями до 1 Гбіт/с. Ця мережа відрізняється дуже складною фізичною реалізацією і дуже високими, під стать суперкомп'ютерам, цінами. Для управління UltraNet використовуються комп'ютери PC, які підключаються до центрального концентратора. Додатково до складу мережі можуть входити мости та роутери для підключення до мереж, побудованих за технологіями Ethernet або Token Ring.

Як середовище передачі можуть використовуватися коаксіальний кабель та оптоволокно (на відстані до 30 км).

Промислові та спеціалізовані мережі

Слід зазначити, що передачі даних використовуються не тільки для зв'язку між комп'ютерами або для телефонії. Є ще досить велика ніша промислових та спеціалізованих пристроїв. Наприклад, досить популярна технологія CANBUS, створена для заміни однією загальною шиною товстих та дорогих джгутів дротів у автомобілях. У мережі немає великого вибору фізичних з'єднань, обмежена довжина сегмента, невелика (до 1 Mбіт/с) швидкість передачі. Однак CANBUS – це вдале поєднання необхідних для малої та середньої автоматизації показників якості та низького цінового рівня реалізацій. До подібних систем можна віднести ModBus, PROFIBUS, FieldBus.

Сьогодні інтереси розробників CAN-контролерів поступово зміщуються у бік домашньої автоматизації.

ATM як універсальна технологія передачі даних

Опис стандарту АТМ недаремно вміщено у кінець статті. Це, мабуть, одна з останніх, але невдалих спроб дати бій Ethernet на його полі. Ці технології є повною протилежністю один одному з історії створення, ходу впровадження та ідеології. Якщо Ethernet піднімався «знизу вгору, від приватного до загального», збільшував швидкість і якість, слідуючи потреби користувачів, то АТМ розвивався зовсім інакше.

У середині 80-х років Американський національний інститут стандартів (ANSI) та Міжнародний консультативний комітет з телефонії та телеграфії (CCITT, МККТТ) розпочали розробку стандартів ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронний режим передачі) як набору рекомендацій для мережі B-ISDN (Broadban Services Digital Network). Лише 1991 року зусилля академічної науки увінчалися створенням АТМ-Форуму, який досі визначає розвиток технології. Першим великим проектом, зробленим з використанням цієї технології в 1994 році, стала магістраль відомої мережі NSFNET, яка до цього використовувала канал Т3.

Суть роботи АТМ дуже проста: потрібно змішати всі види трафіку (голос, відео, дані), ущільнити та передати по одному каналу зв'язку. Як зазначалося вище, досягається це шляхом будь-яких технічних проривів, а скоріш численними компромісами. У чомусь це схоже на спосіб розв'язання диференціальних рівнянь. Безперервні дані розбиваються на інтервали, які досить малі та з якими можна проводити операції з комутації.

Звичайно, такий підхід сильно ускладнив і так непросте завдання розробників і виробників реального обладнання і неприпустимо для ринку затримав терміни впровадження.

На розмір мінімальної порції даних (осередків – у термінології АТМ) впливають кілька факторів. З одного боку, збільшення розміру знижує вимоги до швидкості процесора комутатора осередків і підвищує ефективність використання каналу. З іншого боку, що менше осередок, то швидше можлива передача.

Справді, поки один осередок передається, другий (нехай першочерговий) чекає. Сильна математика, механізм черг та пріоритетів може трохи згладити ефект, але не усунути причину. Після досить довгих експериментів у 1989 році для осередку було визначено розмір у 53 байта (5 байт службових та 48 - даних). Вочевидь, що з різної швидкості цей розмір то, можливо різним. Якщо для швидкостей від 25 до 155 Мбіт/с підходить розмір 53 байта, то для гігабіта 500 байт будуть нічим не гірше, а для 10 гігабіт годяться і 5000 байт. Але в цьому випадку проблема сумісності стає нерозв'язною. Міркування носять аж ніяк не академічний характер - саме обмеження на швидкість комутації поставило технічну межу підвищення швидкості АТМ більше 622 Мбіт і різко підвищило вартість на менших швидкостях.

Другий компроміс АТМ – технологія із встановленням з'єднання. Перед сеансом передачі на канальному рівні встановлюється віртуальний канал відправник-одержувач, який не може використовуватись іншими станціями, тоді як у традиційних технологіях статистичного ущільнення з'єднання не встановлюється, а в середу передачі розміщуються пакети із зазначеною адресою. Для цього в таблицю комутації заносяться номер порту та ідентифікатор з'єднання, який є у заголовку кожного осередку. Згодом комутатор обробляє комірки, що грунтуються, грунтуючись на ідентифікаторах з'єднання в їх заголовках. Спираючись на цей механізм, можна регламентувати для кожного з'єднання пропускну здатність, затримку та максимальну втрату даних – тобто забезпечити певну якість обслуговування.

Всі перелічені характеристики плюс відмінна сумісність з ієрархією SDH дозволили АТМ порівняно швидко стати стандартом магістральних мереж передачі даних. Але з повною реалізацією всіх можливостей технології з'явилися великі проблеми. Як це бувало не раз, локальні мережі та клієнтські програми не підтримували функцій АТМ, а без цього потужна технологія з великим потенціалом була лише зайвим перетворенням між світами IP (по суті Ethernet) і SDH. Склалася дуже неприємна ситуація, яку співтовариство АТМ спробувало виправити. На жаль, не обійшлося без стратегічних прорахунків. Незважаючи на всі переваги волоконної оптики порівняно з мідними кабелями, висока ціна інтерфейсних плат та портів комутаторів робила ATM на 155 Мбіт/с надзвичайно дорогою для використання у цьому сегменті ринку.

Зробивши спробу визначити низькошвидкісні рішення для настільних систем, ATM Forum вплутався в руйнівні суперечки з приводу того, на яку швидкість і тип з'єднання слід орієнтуватися. Виробники розділилися на два табори: прихильників мідного кабелю зі швидкістю 25,6 Мбіт/с та прихильників оптичного кабелю зі швидкістю 51,82 Мбіт/с. Після низки гучних конфліктів (спочатку було обрано швидкість 51,82 Мбіт/с) ATM Forum проголосив 25 Мбіт/с як стандарт. Але дорогоцінний час було втрачено безповоротно. На ринку технології довелося зустрітися вже не з «класичним» Ethernet з його середовищем передачі, що розділяється, а з Fast Ethernet і комутованим 10Вase-T (з надією на швидку появу комутованого 100Вase-T). Висока ціна, невелика кількість виробників, необхідність більш кваліфікованого обслуговування, проблеми з драйверами тощо. тільки посилили ситуацію. Надії на впровадження в сегмент корпоративних мереж впали і досить слабка проміжна позиція АТМ на деякий час закріпилася. Таке її становище у галузі і сьогодні.

Комп'ютерПрес 10"2002

При проектуванні ЛОМ основна роль приділяється протоколам фізичного та канального рівнів моделі OSI. Канальний рівень поділяють на два підрівні:

· логічної передачі даних (Logical Link Control - LLC) - організує передачу кадрів даних з різним ступенем надійності;

· управління доступом до мережі (Media Access Control – MAC) – забезпечує коректне використання загального середовища передачі.

У лютому 1980 р. в інституті IEEE (інститут інженерів з електротехніки та радіоелектроніки) організовано комітет 802 зі стандартизації ЛОМ (звідси і число 802 у назві). Прийнято сімейство стандартів IEEE 802.X : 802.1 - 802.12. Стандарти 802.3, 802.4, 802.5, 802.12 прямо відносяться до рівня MAC канального рівня моделі OSI. Інші вирішують загальні питання мереж.

Технологія Ethernet- Найпоширеніша технологія локальних мереж. З'явилася 1972 р. (розробник – фірма Xerox). У 1980 р. її підтримали фірми DЕС та Intel (об'єднання назвали DIX за першими буквами). Не відрізнялася рекордними характеристиками і оптимальними алгоритмами, але завдяки потужній підтримці, найвищому рівню стандартизації, величезним обсягам випуску технічних засобів витіснила всі інші технології.

Сімейство технологій включає фірмові та стандартні варіанти:

· Стандарт Ethernet DIX (фірми DEC, Intel, Xerox);

· 10-мегабітні варіанти стандарту IEEE 802.3;

· Високошвидкісні технології Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet.

Усі стандарти Ethernet використовують метод випадкового доступу CSMA/CD (метод колективного доступу з розпізнаванням несучої та виявленням колізій). Метод застосовується у мережах із логічною топологією загальна шина. Для передачі кадру, станція повинна переконатися, що середовище, що розділяється, вільна (відсутня несуча частота). Якщо середовище є вільним, вузол починає передачу кадру (захоплює середовище). Час монопольного використання середовища вузлом обмежений часом передачі одного кадру.

При попаданні кадру в середовище, що розділяється, всі станції одночасно починають приймати його і аналізують адресу призначення. Станція, яка дізналася свою адресу, записує вміст у внутрішній буфер мережевого адаптера, обробляє отримані дані та посилає по кабелю кадр-відповідь.

Колізія – ситуація, коли дві або більше станції одночасно вирішують, що середовище є вільним, і починають передавати свої кадри. Вміст кадрів стикається та інформація спотворюється. При виявленні колізії станції припиняють передачу та після паузи випадкової тривалості намагаються знову отримати доступ до середовища.

Для мережі Ethernet, що працює на швидкості 10 Мбіт/с, стандарт визначав чотири основні типи середовища передачі інформації:

· 10 BASE-5 (товстий коаксіальний кабель);

· 10 BASE-2 (тонкий коаксіальний кабель);

· 10 BASE-T (вита пара);

· 10 BASE-FL (оптоволоконний кабель).

Цифра «10» означає швидкість передачі 10 Мбіт/с, слово «BASE» – передачу основний смузі частот (без модуляції високочастотного сигналу), останній елемент – допустиму довжину сегмента чи тип лінії зв'язку. Мережа стандарту 10 Base-2 показана малюнку.

Мережа Ethernet на базі крученої пари розвивається з 1990 р. і сьогодні найбільш поширена. Передача сигналів здійснюється за двома витими парами, кожна з яких передає тільки в один бік (одна пара – передавальна, інша – приймаюча). Кожен із абонентів мережі приєднується кабелем, що містить подвійні виті пари, до концентратора. Концентратор здійснює змішування сигналів від абонентів для забезпечення методу доступу CSMA/CD.

Довжина кабелю між адаптером та концентратором не повинна перевищувати 100 м (на довжині 100 м кручена пара дозволяє передавати дані зі швидкістю 10 Мбіт/с при використанні «манчестерського» коду). Кабелі приєднуються 8-контактними роз'ємами RJ-45 (використовуються чотири контакти). Об'єднати в мережу два комп'ютери можна без концентратора, застосувавши спеціальний «перехресний» кабель (crossover саblе), що з'єднує передаючі контакти одного гнізда RJ-45 з приймальними контактами іншого гнізда RJ-45 і навпаки.

Концентратор (хаб) повторює сигнали усім відрізках кручених пар, підключених до його портів. Утворюється логічна загальна шина. Концентратори з'єднуються один з одним за допомогою тих самих портів. У стандарті визначено «правило 4-х хабів»: максимальна кількість концентраторів між будь-якими двома станціями мережі – 4 (максимальний діаметр мережі – 500 м).

Мережа Ethernet на оптоволоконному кабелі складається з тих самих елементів, що й мережа 10 Base-T (мережеві адаптери, багатопортові повторювачі, відрізки кабелю). Використовуються два оптоволокни – одне з'єднує вихід адаптера з входом повторювача, а інше – вхід адаптера з виходом повторювача:

· Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) гарантує довжину зв'язку між повторювачами до 1000 м за загальною довжиною мережі до 2500 м.

· Стандарт 10 Base-FL - Поліпшення стандарту FOIRL. Збільшено потужність передавачів. Максимальна відстань між вузлом та концентратором – 2000 м, максимальна довжина мережі – 2500 м.

Технологія Fast Ethernet(1995) - складова частина стандарту IEEE 802.3 (IEEE 802.3u). Швидша версія Ethernet, що використовує той самий метод доступу CSMA/CD, але працює на швидкості 100 Мбіт/с. Зберігається формат кадру, прийнятий у традиційній версії Ethernet. Відмінності лише фізично (інший спосіб кодування, надлишковий код 4В/5В). Фізична топологія "шина" не передбачена.

Механізм автоматичного визначення швидкості передачі дозволяє мережним адаптерам Fast Ethernet автоматично перемикатися зі швидкості 10 Мбіт/с на швидкість 100 Мбіт/с і навпаки.

Вища пропускна здатність середовища передачі дозволила різко знизити навантаження на мережу і зменшити ймовірність виникнення колізій.

Стандарт визначає такі специфікації Fast Ethernet:

· 100 Base-FX – передача ведеться зі швидкістю 100 Мбіт/с за двома волоконно-оптичними кабелями;

· 100 Base-T4 – передача ведеться зі швидкістю 100 Мбіт/с за чотирма витими парами електричних проводів (кабель категорії 3) – проміжний компромісний варіант, що не знайшов широкого застосування;

· 100 Base-TX – передача ведеться зі швидкістю 100 Мбіт/с за двома витими парами електричних проводів (кабель категорії 5).

Варіант 100 Base-FXвизначає як середовище передачі багатомодовий оптичний кабель і хвилю 850 нм, що забезпечує зв'язок між портами двох комутаторів або маршрутизаторів на відстані до 2000 м. Одномодовий оптичний кабель у стандарті не описується, але на ринку можна знайти обладнання Fast Ethernet, що працює і на такому типі кабелю (максимальна довжина одного сегмента кабелю – до кількох десятків кілометрів).

Застосування волоконно-оптичного кабелю і в цьому випадку дозволяє істотно збільшити протяжність мережі, а також позбутися електричних наведень і підвищити секретність інформації, що передається. Максимальна довжина кабелю між комп'ютером та концентратором може становити до 400 м, причому це обмеження визначається часовими співвідношеннями. Відповідно до стандарту слід застосовувати мультимодовий волоконно-оптичний кабель.

Варіант 100 Base-TXза схемою об'єднання комп'ютерів не відрізняється від 10 Base-T. Довжина кабелю також не може перевищувати 100 м, але кабель має бути якіснішим. Якщо для 10 Base-T гранична довжина кабелю в 100 м обмежена тільки якістю кабелю і може бути збільшена при використанні якіснішого кабелю, то у випадку 100 Base-TX гранична довжина обмежена тимчасовими співвідношеннями обміну і не може бути збільшена.

Високошвидкісна технологія Gigabit Ethernet(1998). Після появи Fast Ethernet мережеві інтегратори та адміністратори під час побудови корпоративних мереж відчули обмеження. Сервери, підключені по 100-мегабітному каналу, перевантажували мережеві магістралі, що також працюють на швидкості 100 Мбіт/с. Відчувалася потреба у наступному рівні швидкості. Влітку 1996 р. оголошено початок розробки протоколу, максимально подібного Ethernet, але з бітовою швидкістю 1000 Мбіт/с. Проблемна група IEEE 802.3 ab впоралася із завданням, і версія Gigabit Ethernet для крученої пари категорії 5 була прийнята.

Технологія дозволяє будувати великі локальні мережі, у яких потужні сервери та магістралі нижніх рівнів мережі працюють на швидкості 100 Мбіт/с, а магістраль Gigabit Ethernet поєднує їх.

Збережено наступність із технологіями Ethernet до Fast Ethernet. Підтримується той же метод доступу CSMA/CD із мінімальними змінами, ті самі формати кадрів. Робота в повнодуплексному та напівдуплексномурежимах .

Номенклатура сегментів мережі Gigabit Ethernet включає:

· 1000 BASE-SX – сегмент на багатомодовому оптоволоконному кабелі із довжиною хвилі світлового сигналу 850 нм (до 500 м);

· 1000 BASE-LX – сегмент на багатомодовому (до 500 м) та одномодовому (до кількох десятків км) оптоволоконному кабелі з довжиною хвилі 1300 нм;

· 1000 BASE-CХ - формально повернув коаксіальний кабель до складу підтримуваних середовищ передачі даних, але на практиці цей варіант із максимальною довжиною сегмента 25 м використовується рідко;

· 1000 BASE-T – сегмент на счетверенной неекранованої кручений парі категорій 5 і 6 (довжиною до 100 м); дані передаються паралельно по всіх 4 парах зі швидкістю 250 Мбіт/с по кожній; передача у дуплексному режимі.

Gigabit Ethernet підтримує процедуру переговорів. Для зручності переходу з одного середовища передачі на іншу порти мають змінні приймачі, так звані модулі GBIC (Gigabit Interface Converter - конвертор гігабітного інтерфейсу). Використовуючи їх, той самий порт Gigabit Ethernet може працювати з будь-яким із стандартних середовищ, для цього потрібно придбати і встановити відповідний кабель модуль GBIC.

Стандарт 10G Ethernet- Найшвидший варіант технології Ethernet. Перший стандарт Ethernet, який не працює на середовищі навіть теоретично. Це перший стандарт Ethernet, який включає специфікації фізичного рівня, сумісні зі стандартами глобальних мереж (SDH).

Стандарт 10G Ethernet включає велику кількість специфікацій фізичного рівня. Перша група специфікацій, розрахована використання оптичного волокна, прийнята 2002 р. Після цього роботи тривали, й у 2006 р. прийнята специфікація, що описує функціонування 10G Ethernet на кручений парі.

Існує три групи фізичних інтерфейсів стандарту 10G Ethernet:

· 10G Base-T – прийнятий у 2006 р., дає можливість використовувати кабелі на кручений парі категорії 6 або 6а (у першому випадку максимальна довжина кабелю не повинна перевищувати 55 м, у другому – 100 м);

· 10G Base-R – працює на оптичному кабелі, включає специфікації 10G Base-RS, 10G Base-RL, 10G Base-RE;

· 10G Base-W –працює на оптичному кабелі, включає специфікації 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE.

Перші дві групи відносяться до варіанта 10G Ethernet для локальних мереж , остання – до варіанту для глобальних мереж .

У версіях для локальних мереж використовують стандартні кадри Ethernet і забезпечується швидкість передачі даних 10 Гбіт/с. Версії 10G Ethernet для глобальних мереж розроблені для первинних мереж SDH і підтримують швидкість передачі даних і формат даних, сумісні з інтерфейсом мереж SDH. Ефективна швидкість передачі специфікацій для глобальних мереж нижче 10 Гбіт/с (9,58464 Гбіт/с), т. до. частина пропускної спроможності витрачається на заголовки кадрів SDH. Тому інтерфейси цієї групи можуть взаємодіяти лише між собою (з'єднання 10G Base-R та 10G Base-W неможливе).

У кожній із груп 10G Base-W та 10G Base-R, які працюють на оптичному кабелі , може бути три варіанти специфікацій: S, L і Е (залежно від діапазону хвиль, що використовується: 850, 1310 або 1550 нм). Таким чином, існують інтерфейси 10G Base-WS, 10G Base-WL, 10G Base-WE, а також 10G Base-RS, l0G Base-RL та l0G Base-RE. Кожен їх передає інформацію з допомогою однієї хвилі відповідного діапазону.

Специфікації Sрозраховані на багатомодовий оптичний кабель завдовжки до 300 м залежно від якості кабелю. Специфікації L розраховані на одномодовий кабель і залежно від якості допускають відстані до 25 км. Специфікації Е забезпечують передачу даних з відривом до 40 км. Це дозволяє будувати як локальні, а й глобальні мережі.

Стандарт 10G Ethernet є технологією, що розвивається, так що можна очікувати поява його нових специфікацій. В даний час ведеться робота над двома новими стандартами Ethernet: 40G та 100G, які мають знайти своє застосування на магістралях великих мереж.

Технологія Token Ring (802.5)розвивалася компанією IBM з 1984 р. Середовище передачі даних, що розділяється, складається з відрізків кабелю; що з'єднують всі станції мережі в кільце. Для доступу використовується детермінований алгоритм , заснований на передачі станція права на використання кільця.

Маркер (токен)– кадр спеціального формату, що циркулює по кільцю. За відсутності даних передачі станція забезпечує його просування далі. Станція, що має дані передачі, вилучає маркер з кільця і ​​видає кадр кадр даних. Надіслані дані проходять по кільцю завжди в одному напрямку. Кадр має адресу призначення та адресу джерела. Всі станції кільця ретранслюють кадр як повторювачі.

При проході кадру через станцію призначення вона копіює кадр у свій внутрішній буфер і вставляє в кадр ознака підтвердження прийому. Станція-передавач отримавши назад свій кадр з підтвердженням прийому вилучає цей кадр з кільця і ​​передає в мережу новий маркер.

Такий алгоритм доступу застосовується у мережах Token Ring із швидкістю роботи 4 Мбіт/с. У мережах Token Ring 16 Мбіт/с використовується алгоритм раннього визволення маркера . Станція передає маркер наступної станції відразу після закінчення передачі останнього біта кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з бітом підтвердження прийому.

У випадку мережа Token Ring має комбіновану зірково-кільцеву конфігурацію. Окремі комп'ютери приєднуються до мережі через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU – Multistation Access Unit) за топологією «зірка».

Для приєднання кабелю до концентратора застосовуються спеціальні роз'єми, що забезпечують сталість замкнутості кільця навіть за відключення абонента. Концентратор може бути один, в кільце замикаються його абоненти.

Декілька концентраторів можуть конструктивно об'єднуватися в кластер, всередині якого абоненти також з'єднаніведіне кільце.

Основні характеристики мережі Token-Ring (неекран. кручена пара):

· максимальна кількість концентраторів MAU – 12;

· максимальна кількість абонентів у мережі – 96;

· максим. довжина кабелю між абонентом та концентратором – 45 м;

· максимальна довжина кабелю між концентраторами – 45 м;

· максим. довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120 м;

· Швидкості передачі даних - 4 Мбіт / с і 16 Мбіт / с.

Технологія Token Ring має елементами відмовостійкості . Одна із станцій (активний монітор) безперервно контролює наявність маркера, а також час обороту маркера та кадрів даних. При некоректній роботі кільця запускається процедура повторної ініціалізації.

Технологія FDDI(Fiber Distributed Data Interface –оптоволоконний інтерфейс розподілених даних) першою використовувала волоконно-оптичний кабель у локальних мережах та роботу на швидкості 100 Мбіт/с. Для неї характерні кільцева топологія та маркерний метод доступу.

Мережа будується на основі двох кілець . В нормальному режимі вторинне кільце не використовується. При обриві кабелю або відмови вузла первинне кільце об'єднується з вторинним ( Wrap- Згортання). При множинні відмови мережа розпадається на кілька незв'язаних мереж.

Основні переваги мережі FDDI:

· Висока схибленість;

· максимальна секретність передачі інформації

· Висока швидкість передачі;

· Передача даних на відстань кількох кілометрів без ретрансляції.

Основні технічні характеристики мережі FDDI:

· максимальна кількість абонентів мережі – 1000;

· максимальна протяжність кільця мережі ~ 20 км;

· максимальна відстань між абонентами мережі – 2 км;

· Середовище передачі - багатомодовий оптоволоконний кабель;

· Метод доступу - маркерний (IEEE 802.5);

· Швидкість передачі - 100 Мбіт / с (200 Мбіт / с в дуплексному режимі).

Застосовується зоряно-кільцева топологія з концентраторами. Стандарт передбачає два типи абонентів.

Абоненти класу Апідключаються до обох кільців. Апаратура використовується в критичних частинах мережі. Абоненти класу В підключаються лише до зовнішнього кільця мережі. Вони простіші і дешевші, ніж комп'ютери класу А.

Мережа FDDI не набула широкого поширення, що пов'язано з високою вартістю апаратури. Область застосування – базові, опорні мережі, які об'єднують кілька мереж, з'єднання потужних серверів, які потребують високошвидкісного обміну.

7. Бездротові локальні мережі

Wi-Fi– абревіатура, що означає пристрої для побудови бездротових локальних мереж WLAN (Wireless Local Area Network). Скорочення від Wireless Fidelity («бездротова прихильність»), за аналогією з терміном Hi-Fi (High Fidelity), що використовується на аудіо-ринку. В основі технологій WLAN лежить принцип радіозв'язку між вузлами мережі (сигнал розповсюджується за допомогою електромагнітних хвиль високої частоти).

Бездротові локальні мережі в деяких випадках є кращим у порівнянні з провідною мережею рішенням, а іноді просто можливим. Приклади популярних областей застосування WLAN:

· Організація «кочового» доступу в аеропортах та вокзалах;

· створіння тимчасових локальних мереж (під час проведення конференцій);

· Реалізація доступу до Інтернету в житлових будинках та квартирах;

· Забезпечення мобільного доступу в межах кількох приміщень або будівель, що є актуальним, наприклад, для лікарень.

За переваги бездротових мереж доводиться розплачуватися безліччю проблем, пов'язаних з нестійким та непередбачуваним бездротовим середовищем. Перешкоди від побутових приладів, телекомунікаційних систем, атмосферні перешкоди, відображення сигналу створюють труднощі надійного обміну.

Поширення радіосигналу всередині будівлі схильне до впливу багатьох факторів. Нерівномірний розподіл інтенсивності сигналу призводить до невизначеності зони покриття бездротової локальної мережі.

У зв'язку з цим у WLAN застосовуються складні методи кодування, які допомагають знизити вплив перешкод на корисний сигнал, крім того, у бездротових мережах широко використовуються методи прямої корекції помилок (Forward Error Control, FEC) та протоколи з повторною передачею втрачених кадрів.

У 1990 р. комітет IEEE 802 сформував робочу групу за стандартами бездротових локальних мереж 802.11. Перший стандарт 802.11 (1997 р.) визначав три методи передачі фізично:

· метод інфрачервоної передачі (непопулярний через низьку пропускну здатність і тому, що сонячне світло може спотворювати сигнали);

· два методи радіозв'язку невеликого радіусу дії (у радіодіапазонах 2,4 ГГц та 915 МГц);

Стандарти працюють на частотах, визнаних у США, Європі та Японії частотами для радіооперацій, що не ліцензуються. . Маломощний сигнал дозволяє зменшити кількість конфліктів між передавачами. Для мереж, що працюють на частоті 2,4 ГГц, визначено швидкість доступу 1 і 2 Мбіт/с. Нова технологія, яка багато перейняла з Ethernet, названа Radio Ethernet.

Стандарт 802.11 визначає дві складові частини обладнання:

· бездротова станція (ПК із мережним радіоадаптером або некомп'ютерні клієнти – мобільні телефони, які підтримують стандарт);

· точка доступу (АР – Access Point), що діє як міст між бездротовими та провідними мережами.

Точка доступу включає приймач, мережевий інтерфейс і ПЗ. Діє як базова станція , здійснюючи доступ бездротових станцій до провідної мережі. У точці доступу отримані повідомлення перетворюються на формат, зрозумілий для звичайної мережі. Чим більше точок доступу, тим ширша область дії WLAN і більше користувачів. Одна точка доступу підтримує роботу 10-20 клієнтів (не видаляються більш ніж на 100 м).

Для розширення бездротової частини мережі можна скористатися кількома точками доступу або встановити точку розширення (Extension Point) – бездротовий повторювач між бездротовими клієнтами та точкою доступу.

Мережевий радіоадаптер– бездротовий мережний адаптер, який дозволяє комп'ютерам та іншому обладнанню зв'язуватися з точками доступу. Це PCMCIA-карта або зовнішній пристрій, що підключається через USB.

Додаткові пристрої:

· конвертери інтерфейсів (Wireless PCMCIA/PCI та PCMCIA/ISA) – призначені для встановлення мережевого радіоадаптера у стаціонарні ПК;

· Радомости, шлюзи, бездротові принт-сервери, радіомаршрутизатори.

Стандарт 802.11 визначає два режими роботи:

· Інфраструктурний (infrastructure mode);

· Спеціальний (Ad hoc mode).

В інфраструктурному режимі WLAN складається з однієї і більше точок доступу, пов'язаних із провідною мережевою інфраструктурою та набору бездротових кінцевих станцій. Цю конфігурацію називають основним сервісним набором (BSS – Basic Service Set). Розширений сервісний набір (ESS – Extended Service Set) – набір двох або більше BSS, що утворюють окрему мережу.

Спеціальний режим(одноранговий режим – peer-to-peer mode) або незалежний основний сервісний набір (IBSS – Independent Basic Service Set) – сукупність бездротових станцій 802.11, які зв'язуються безпосередньо одна з одною, не використовуючи точку доступу та підключення до дротових мереж.

Технологія 802.11 не може використовувати метод CSMA/CD:

· Проблема прихованої станції - не всі станції можуть чути одна одну, і передача в одній частині стільники, можливо не сприйнята станцією в іншій частині;

· більшість радіосистем є напівдуплексними , Т. е. не можуть одночасно і на одній частоті посилати та приймати сигнали.

Протокол 802.11 використовує метод CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – метод множинного доступу з прослуховуванням несучої хвилі та ухилення від колізій. Це мережевий протокол, у якому:

· Використовується схема прослуховування несучої хвилі;

· Виявивши, що канал вільний, станція, яка збирається почати передачу, посилає попереджувальний jam-сигнал (сигнал затору);

· після тривалого очікування всіх станцій, які можуть надіслати попереджувальний jam-сигнал, станція починає передачу кадру;

· якщо попереджувальні сигнали одночасно посилають кілька станцій, вони повторюють процедуру після випадково обраного інтервалу часу.

CSMA/CA відрізняється від CSMA/CD тим, що колізій схильні не пакети даних, а лише jam-сигнали. Звідси і назва "Collision Avoidance" - запобігання колізії (саме пакетів даних). Посилання попереджувальних сигналів обмежує пропускну здатність каналу, тому CSMA/CA використовується в мережах, що працюють із невеликими швидкостями (бездротових).

Специфікація IEEE 802.11b. Невисока швидкість не задовольняла вимогам і у вересні 1999 випущений варіант IEEE 802.11 b для передачі зі швидкістю до 11 Мбіт/с. Мережі працюють у неліцензійному спектр частот 2,4 ГГц (Від 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц). Швидкість передачі може автоматично змінюватися залежно від рівня перешкод та відстані між передавачем та приймачем. Насправді швидкість майже завжди дорівнює 11 Мбіт/с.

Недоліки:

· Діапазон 2,4 ГГц, може бути зайнятий іншим обладнанням – побутовими приладами (мікрохвильовими печами, радіотелефонами), медичною та науковою апаратурою, гарнітурами Bluetooth. Проблема ускладнюється тим, що 802.11b розрахований на зв'язок з відривом до 300 м на відкритій місцевості.

· Система захисту Wired Equivalent Privacy (WEP) показала вразливість та нескладність розшифровки коду з 40-бітовим ключем. Мережі дозволяють підключатися зловмиснику, який перебуває на піднесенні навіть на відстані милі, за умови використання невеликої спрямованої антени. Запропоновано алгоритм шифрування зі 128-бітовим ключем – Advanced Encryption Standard (AES), що потребує оновлення ТС та ПЗ або Temporal Key Integrity Protocol (TKIP).

· Невисока максимальна швидкість передачі даних, що досягає 11 Мбіт/сек при радіусі дії близько 100 м у приміщеннях. Її можна отримати тільки за сильного сигналу за умови, що в кожний момент часу тільки один пристрій в сегменті передає дані. Перевантаження, конфігурація та вимоги безпеки можуть зменшити продуктивність до типового значення 5 Мбіт/с . Цього достатньо для Web-браузерів, але мало для великої кількості програм типу потокового відео.

Специфікація IEEE 802.11a. Специфікація бездротових мереж для діапазону 5 ГГц (від 5725 до 5850 ГГц) з максимальною пропускною здатністю 54 Мбіт/сек. Цей діапазон частот не такий шумливий, як 2,4 ГГц. Але пристрої 802.11а не можуть працювати з точкою доступу 802.11b і навпаки.

Специфікація IEEE 802.11g. Прийнятий у середині 2003 р. Стандарт передбачає використання діапазону 2,4 ГГц. Забезпечує швидкість передачі 54 Мбіт/с. Головна перевага перед 802.11а – повна зворотна сумісність із пристроями 802.11b. Недолік – шуміння діапазону 2,4 ГГц.

Специфікація IEEE 802.11n. затверджено 11 вересня 2009 р. Підвищує швидкість передачі даних у чотири рази порівняно з пристроями 802.11g (максимальна швидкість – 54 Мбіт/с), за умови використання з іншими пристроями 802.11n. Теоретично здатний забезпечити швидкість передачі до 600 Мбіт/с. Пристрої працюють у діапазонах 2,4-2,5 або 5,0 ГГц.

Крім того, пристрої 802.11n можуть працювати у трьох режимах:

· успадкованому (Legacy), в якому забезпечується підтримка пристроїв 802.11b/g та 802.11a;

· змішаному (Mixed), в якому підтримуються пристрої 802.11b/g, 802.11a та 802.11n;

· «чистому» – 802.11n (саме в цьому режимі можна скористатися перевагами підвищеної швидкості та збільшеної дальності передачі даних).

Типи офісних бездротових локальних мереж