Соединения точка – точка

Абоненты могут связываться между собой без использования существующих глобальных сетей - напрямую, используя только существующие каналы связи или оборудование прямого подключения. В этом случае один компьютер связывается тоже с одним, поэтому такое соединение называется точка-точка. Для такой связи созданы специальные протоколы:SLIP, PPP (Point ti Point Protocol). Эти протоколы не используют для передачи пакетов адресов – зачем нужен адрес, если на другой стороне только один компьютер?

Такие соединения тоже могут использовать различные линии связи :

• проводная выделенная или коммутируемая линия: арендуемая или собственная

• беспроводная линия арендуемая или собственная, коммутируемая или выделенная ( радио, спутниковая, мобильная …)

модем

модем

С уществует особый спсоб соединения: точка-точка через глобальную сеть. В этом случае используются специальные протоколы PPTP или L2TP…( их называют тунельный PPP). При таком соединении через глобальную сеть как-бы организуется «тунель», по которому передаются данные от одного абонента другому. Туннель существует только на время соединения двух абонентов и закрывается при закрытии соединения между абонентами. В этом случае каждый из абонентов должен быть подключен к глобальной сети любой линией связи и иметь в ней свой адрес. Тунель организуется от адреса одного абонента к другому.

Режимы удаленного доступа

Есть 2 основных режима удаленного доступа :

• удаленный узел

• удаленное управление

Удаленный узел – это наиболее часто используемый режим, при котором клиент получает через линию связи доступ к файлам, базам данных и принтерам удаленного узла или группы компьютеров удаленной локальной сети так, как будто он просто работает в локальной сети.

Удаленное управление – этот режим часто используют администраторы сетей для удаленного подключения к серверу и выполнения работ на нем через линию связи. В этом режиме локальный компьютер играет роль как-бы терминала, подключенного к удаленному серверу или другими словами как будто клавиатура и монитор подключенны к серверу очень длинным кабелем.

В этом режиме можно запускать на выполнение программы на удаленном компьютере и видеть результаты их выполнения. Этот доступ может быть в текстовом или графическом терминале. В текстовом терминале можно давать только текстовые команды командной оболочки удаленного узла, а в графическом - видеть отображение графического рабочего стола удаленного компьютера и работать на нем так, как будто вы сидите на нем локально.

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Чем отличаются выделенные линии от коммутируемых? Какие из них используются для глобальных сетей.Через какие устройства локальные сети подсоединяются к глобальным..

2. Какие есть 2 способа соединения точка-точка, чем они отличаются от работы в сети? Чем отличается режим удаленного узла от режима удаленного управления.

.

Лекция 21.(+)Аналоговые каналы

Под аналоговыми линиями чаще всего подразумевают телефонные линии связи, хотя это может быть и беспроводная передача на разных частотах ( радио, телевизионные каналы…)

Рассмотрим телефонные линии связи. Эти линии соединяют двух абонентов через телефонные станции, на которых установлены коммутаторы, выполняющие соединение линий двух абонентов по принципу коммутации каналов..

Оборудование телефонных станций работает с сигналами на частоте человеческого голоса. Поэтому для передачи компьютерных данных через телефонные сети нужно компьютерный стгнал преобразовать в сигнал на частоте человеческого голоса и смодулировать его на последовательность 1 и 0, которые постуапают от компьютера. Эти действия выполняют аналоговые модемы для телефонных линий. На другом конце линии такой же модем выполняет обратное преобразование и передает данные в другой компьютер.

Телефонные линии для передачи компьютерных данных могут предоставляться телефонными станциями как коммутируемые или выделенные. Для связи по коммутируемой линии модем предварительно должен для присоединения к удаленному модему набрать телефонный номер ( это адрес для коммутаторов АТС), а для соединения на выделенном канале этого делать не нужно ( канал постоянно в распоряжении обоиз абонентов -для этого нужно оплатить и заказать такой канал на АТС).

Выделенные аналоговые каналы предоставляются пользователю с 4-проводным или 2-проводным окончанием. На каналах с 4-проводным окончанием можно организовать полнодуплексную связь.

Выделенные линии могут использовать частотное мультиплексирование (FDM-коммутаторы и мультиплексоры). Как правило это используется для линий между АТС.

Аналоговые модемы

Для передачи данных по аналоговым линиям используются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала. Протоколы и стандарты модемов определены в стандартах, которые делятся на три группы определяющие:

• скорость передачи данных и метод кодирования;

• исправления ошибок;

• сжатия данных.

Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и коммутируемых линий. Модемы также разделяются по режиму работы (асинхронный, синхронный или оба этих режима), а также к какому окончанию (4-проводному или 2-проводному) они подключены.

Асинхронный режим.

В этом режиме данные модем передает по одному байту. В начале каждого байта передаются биты сигхронизации, а в конце байта – стоповые биты. Между передачей двух байт выдерживается определенная пауза. Этот режим хорошо работает на не очень качественных телефонных линиях т.к. если происходит искажение данных, то небольшого их количества ( за 1 сек передается небольшое количество данных) и повторять приходится только небольшое количество байт. Однако и скорость передачи не большая.

Синхронный режим

Этот режим разработан только для качественных линий. Модем передает не по одному байту а обоймами ( как при временном мультиплексировании) те несколько байт передаются полряд без пауз и промежутояных старт и стоповых бит. Старт и стоповые биты передаются только вначале и в конце обоймы, а паузы – между обоймами. За счет такой пакетной передачи байтов значительно ускоряется передача, но при плохойлинии и многочисленных искажениях приходится повторно передавать большое количество данных, что не ускоряет, а наоборот, - замедляет передачу или вообще делает ее не возможной.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных - до 1200 бит/с..

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться только к 4-проводному окончанию. Синхронные модемы используют для выделения сигнала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет высокие требования к качеству линии. существуют различные стандарты ддля них :

• V.26 - скорость передачи 2400 бит/с;

• V.27 - скорость передачи 4800 бит/с;

• V.29 - скорость передачи 9600 бит/с;

• V.32 ter - скорость передачи 19 200 бит/с.

Для выделенного широкополосного канала 60-108 кГц существуют три стандарта:

• V.35 - скорость передачи 48 Кбит/с;

• V.36 - скорость передачи 48-72 Кбит/с;

• V.37-скорость передачи 96-168 Кбит/с.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются наиболее универсальными и часто используемыми устройствами. Чаще всего они могут работать как по выделенным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное окончание и гораздо реже - 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

• V.22 - скорость передачи до 1200 бит/с;

• V.22 bis - скорость передачи до 2400 бит/с;

• V.26 ter - скорость передачи до 2400 бит/с;

• V.32 - скорость передачи до 9600 бит/с;

• V.32 bis - скорость передачи 14 400 бит/с;

• V.34 - скорость передачи до 28,8 Кбит/с; - выбор скорости и др.параметров в зависимости от качества линии

• V.34+ - скорость передачи до 33,6 Кбит/с. – усовершенствованый метод кодирования, лучше работают на зашумленных линиях

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в канале связи синхронный режим.

Лекция 22.(+)Цифровые магистральные каналы

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала во времени - TDM. Первичные сети – это специальные цифровые каналы для передачи большого количества данных. Они строятся на кабельных системах: витой паре, коаксиальном и оптическом кабелях. Часто эти линии прокладывают телефонные компании т.к. эти линии используются для передачи любых данных: компьютерных, телепрограмм, радио и телефонных переговоров.

. Существуют два поколения технологий цифровых первичных сетей:

• PDH - технология плезиохронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy)

• SDH - более поздняя технология - синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Технология PDH

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для одновременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с большим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, которые всегда присутствуют в кабелях.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос. В результате каждый абонентский канал образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей:

• Т1 канал – 24 линии по 64 Кбит/с = 1,544 мБТИ/С

• Т2 = 4 канала Т1 объединяются в один канал = 6,312 Мбит/с,

• ТЗ = 7 каналов Т2 = 44,736 Мбит/с.

• Т4 = 6 каналов Т3 = 274,176 Мбит/с.

Аппаратура T1, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с агистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре T1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети T1, а также более скоростные сети T2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Существует 2 иерархии каналов: Американская и Европейская

Американская версия ( Т1, Т2, Т3 каналы) распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различиями),

Европейская - аналог каналов Т для Европы:

El – 30 абонентов по 64 Кбит/с = 2,048 Мбит/с,

E2 = 4* Е1 = 8,488 Мбит/с

ЕЗ = 4* E2 = 34,368 Мбит/с.

ЕЗ = 4* E2 = 139,264 Мбит/с

Несмотря на различия американской и европейской версий технологии цифровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения - DSn (Digital Signal n). В табл. 1 приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользовательских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей, в основном - для восстановления искаженных кадров. Для одновременной передачи как голосовых, так и компьютерных данных используются все 24 канала. Техника использования восьмого бита для служебных целей получила название «кражи бита» (bit robbing).

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель..

Недостатки технологии PDH:

• сложность мультиплексирования и демультиплексирования данных - для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого объединенного канала. Например, если требуется получить данные канала 64 Кбит/с из кадров канала ТЗ, необходимо произвести демультиплексирование до уровня Т2, затем - до уровня Т1, а затем извлечь канал 64 Кбит/с из Т1.

• отсутствие контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень нужны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междугородные и международные сети.

• недостаточные скорости. Волоконно-оптические кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает консолидацию в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов, но это свойство технология PDH не реализует - ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.

Все эти недостатки устранены в новой технологии первичных цифровых сетей, получившей название синхронной цифровой иерархии - Synchronous DigitalHierarchy, SDH.

Технология SONET/SDH

Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием «Синхронные оптические сети» - Synchronous Optical NETs, SONET., а затем появилась ее усовершенствованая версия SDH . Основной целью была передача данных существующих каналов Т1 – ТЗ и Е1 – ЕЗ на волоконно-оптических кабелях до скорости в несколько гигабит в секунду.

технология SONET/ SDH фактически стала считаться единой технологией.

Иерархия скоростей SONET/SDH, представлена в табл. 1.

Таблица 1. Скорости технологии SONET/SDH

В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уровней) имеют общее название: STM-n - Synchronous Transport Module level n. В технологии SONET существуют два обозначения для уровней скоростей: STS-n и ОС-n . Форматы кадров STS и ОС идентичны.

Эти кадры обладают весьма большой избыточностью, так как передают большое количество служебной информации, которая нужна для:

• обеспечения гибкой схемы мультиплексирования потоков данных разных скоростей, позволяющих вставлять (add) и извлекать (drop) пользовательскую информацию любого уровня скорости, не демультиплексируя весь поток;

• обеспечения отказоустойчивости сети;

• поддержки операций контроля и управления на уровне протокола сети;

• синхронизации кадров в случае небольшого отклонения частот двух сопрягаемых сетей.

Стек протоколов и основные структурные элементы сети SONET/SDH показаны на рис. 4.

Рис. 1. Структура сети SONET/SDH

Ниже перечислены устройства, которые могут входить в сеть технологии SONET/ SDH.

• Терминальные устройства (Terminal, Т), принимают пользовательские данные от низкоскоростных каналов технологии PDH (Т1,Е1,...) и преобразуют их в кадры STS-n.

• Мультиплексоры (Muliplexers) принимают данные от терминальных устройств и мультиплексируют потоки кадров разных скоростей STS-n в кадры более высокой иерархии STS-m.

• Мультиплексоры «ввода-вывода» (Add-Drop Multiplexers) могут принимать и передавать транзитом поток STS-n, вставляя или удаляя «на ходу», без полного демультиплексирования, пользовательские данные, принимаемые с более низкоскоростных входов.

• Цифровые кросс-коннекторы (Digital Cross-Connect, DCC), предназначены для мультиплексирования и постоянной коммутации высокоскоростных потоков STS-n различного уровня между собой (на рис. 1 они не показаны). Кросс-коннектор представляет собой разновидность мультиплексора, основное назначение которого - коммутация высокоскоростных потоков данных, возможно, разной скорости. Кросс-коннекторы образуют магистраль сети SONET/SDH.

• Регенераторы сигналов, используемые для восстановления мощности и формы сигналов, прошедших значительное расстояние по кабелю. На практике иногда сложно провести четкую грань между описанными устройствами, так как многие производители выпускают многофункциональные устройства, которые включают терминальные модули, модули «ввода-вывода», а также модули кросс-коннекторов.

Кадры технологии SONET/SDH состоят из набора подкадров, называемых виртуальными контейнерами - VC. Виртуальные контейнеры содержат кадры PDH. Местоположение виртуальных контейнеров задается не жестко, а с помощью системы указателей (pointers).

Мультиплексор формирует виртуальный контейнер и, пользуясь указателем, находит начало очередного подкадра данных. Обнаружив свободное место, например для кадра канала Т1, он вставляет кадр Т1 в нужное место кадра STS-1. Аналогично производится поиск при операции удаления..

Таким образом, кадры STS-n всегда образуют синхронный поток байтов, но с помощью изменения значения соответствующего указателя можно вставить и извлечь из этого потока кадры более низкоскоростного канала, не выполняя полного демультиплексирования высокоскоростного канала.

Виртуальные контейнеры также содержат дополнительную служебную информацию для подкадров. Поэтому виртуальный контейнер для переноса данных канала Т1 требует скорости передачи данных не 1,544 Мбит/с, а 1,728 Мбит/с.

Преимущества SDH:

Отказоустойчивость сети SONET/SDH встроена в ее основные протоколы. Этот механизм называется автоматическим защитным переключением - Automatic Protection Switching, APS. Существуют два способа его работы. В первом способе защита осуществляется по схеме 1:1. Для каждого рабочего волокна (и обслуживающего его порта) назначается резервное волокно. Во втором способе, называемом 1:n, для защиты n волокон назначается только одно защитное волокно.

Обычно при защите 1:1 используется схема двух колец, похожая на двойные кольца FDDI .При обрыве кабеля между двумя мультиплексорами происходит сворачивание колец, и, как и в сетях FDDI, из двух колец образуется одно рабочее.

Управление, конфигурирование и администрирование сети SONET/SDH также встроено в протоколы. Служебная информация протокола позволяет централизованно и дистанционно конфигурировать пути между конечными пользователями сети, изменять режим коммутации потоков в кросс-коннекторах, а также собирать подробную статистику о работе сети. Существуют мощные системы управления сетями SDH, позволяющие прокладывать новые каналы простым перемещением мыши по графической схеме сети.

Применение цифровых первичных сетей

Сети SDH и PDH очень широко используются для построения публичных и корпоративных сетей. Особенно популярны их услуги в США, где большинство крупных корпоративных сетей построено на базе выделенных цифровых каналов. Эти каналы непосредственно соединяют маршрутизаторы, размещаемые на границе локальных сетей.

На основе первичной сети SDH можно строить компьютерные и телефонные сети. При этом в сети будут кадры как компьютерных, так и голосовых данных.

Технология SONET/SDH очень экономично решает задачу мультиплексирования и коммутации потоков различной скорости, поэтому сегодня она, несмотря на невозможность динамического перераспределения пропускной способности между абонентскими каналами, является наиболее распространенной технологией создания первичных сетей.

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Основные характеристики первичных цифровых сетей PDH. Их недостатки

2. Как технология SDH передает кадры сетей PDH. В чем ее преимущества по сравнению с PDH.

Лекция 23.(+)Оптические сети DWDM

Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Divsion Multiplexing, DWDM) предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающих на мультигигабитных и терабитных скоростях. Такой революционный скачок производительности обеспечивает принципиально иной, нежели у SDH, метод мультиплексирования — информация в оптиче­ском волокне передается одновременно большим количеством световых волн.

Сети DWDM работают по принципу коммутации каналов, при этом каждая световая волна представляет собой отдельный спектральный канал и несет собственную информацию.

Оборудование DWDM не занимается непосредственно кодированием информации и протоколом ее передачи. Его основными функциями являются операции мультиплексирования и демультиплексирования, а именно — объединение различных волн в одном световом пучке и выделение информации каждого спектрального канала из об­щего сигнала. Наиболее развитые устройства DWDM могут также коммутиро­вать волны.

ВНИМАНИЕ

Технология DWDM является революционной не только потому, что в десятки раз повы­шает верхний предел скорости передачи данных но оптическому волокну. Она также открывает новую эру в технике мультиплексирования и коммутации, выполняя эти опера­ции над световыми сигналами без преобразования их в электрическую форму. Все другие типы технологий, которые также используют световые сигналы для передачи информации по оптическим волокнам, например SDH и Gigabit Ethernet, обязательно преобразуют све­товые сигналы в электрические и только потом могут их мультиплексировать и коммути­ровать.

Первым применением технологии DWDM были протяженные магистрали, пред­назначенные для связи двух сетей SDH. При такой простейшей двухточечной топологии способность устройств DWDM выполнять коммутацию волн являет­ся излишней, однако по мере развития технологии и усложнения топологии се­тей DWDM эта функция становится востребованной.

Принципы работы

Сегодня оборудование DWDM позволяет передавать по одному оптическому волокну 32 и более волн разной длины, при этом каждая волна может переносить информацию со скоростью до 10 Гбит/с (при применении протоколов технологий STM или 10 Gigabit Ethernet для передачи информации на каждой волне). В настоящее время ведутся работы по повыше­нию скорости передачи информации на одной длине волны до 40-80 Гбит/с.

У технологии DWDM имеется предшественница — технология волнового муль­типлексирования (Wave Division Multiplexing, WDM),

Мультиплексирование DWDM называется «уплотненным» из-за того, что в нем используется существенно меньшее расстояние между длинами воли, чем в WDM. На сегодня определены два частотных плана (то есть набора частот, отстоящих друг от друга на некоторую постоянную вели­чину):

• частотный план с разностью частот между соседними каналами 100 ГГц, в соответствии с которым для передачи данных применяется 41 волна;

• частотный план с шагом 50 ГГц , позволяющий передавать в этом же диапазоне 81 длину волны.

Некоторыми компаниями выпускается также оборудование, называемое обору­дованием высокоуплотненного волнового мультиплексирования (High-Dense WDM, HDWDM), способное работать с частотным планом с шагом 25 ГГц.

Реализация частотных планов с шагом 50 ГГц и 25 ГГц предъявляет гораздо бо­лее жесткие требования к оборудованию DWDM, особенно в том случае, если каждая волна переносит сигналы со скоростью модуляции 10 Гбит/с и выше. Еще раз подчеркнем, что сама технология DWDM (как и WDM) не занимается непосредственно кодированием переноси­мой на каждой волне информации — это проблема более высокоуровневой тех­нологии, которая пользуется предоставленной ей волной по своему усмотрению и может передавать на этой волне как дискретную, так и аналоговую информа­цию. Такими технологиями могут быть SDH или 10 Gigabit Ethernet.

Волоконно-оптические усилители

Практический успех технологии DWDM, во многом определило появление волоконно-оптических усилителей. Эти оптические устройства усиливают световые сигналы, исключая промежуточное преобразование их в электрическую форму, как в сетях SDH. Оптические усилители позволяют наращивать ско­рость магистрали без необходимости модернизировать усилительные блоки.

Протяженность участка между оптическими усилителями может достигать 150 км и более, что обеспечивает экономичность создаваемых магистралей DWDM, в которых длина мультиплексной секции составляет на сегодня 600-3000 км при применении от 1 до 7 промежуточных оптических усилителей.

Хотя оптический усилитель восстанавливает мощность сигнала, он не полностью точно передает форму волны. Поэтому для построения более протя­женных магистралей необходимо между участками устанавливать DWDM-мультиплексоры, выполняющие регенерацию сигнала путем его преобразования в электрическую форму и обратно.

С успехами DWDM связано еще одно перспективное направление — полностью оптические сети. В таких сетях все операции по мультиплексированию/демультиплексированию, вводу-выводу и кросс-коммутации (маршрутиза­ции) пользовательской информации выполняются без преобразования сигнала из оптической формы в электрическую. Исключение преобразований в электри­ческую форму позволяет существенно удешевить сеть. Однако возможности оп­тических технологий пока еще недостаточны для создания полностью оптических масштабных сетей, поэтому их практическое применение ограничено фрагментами, между которыми выполняется электрическая регенерация сигнала.

Типовые топологии

Первой областью применения DWDM стало создание сверхдальних высокоскоростных магистралей, (рис. 1).

Рис 1 Сверхдальняя связь на основе терминальных мультиплексоров DWDM

Для организации такой магистрали достаточно в ее конечных точках установить терминальные мультиплексоры DWDM, а в промежуточных точках — оптиче­ские усилители, если этого требует расстояние между конечными точками.

Оптические мультиплексоры ввода-вывода (Optical Add-Drop Multiplexer, OADM) могут вывести из общего оптического сигнала волну определенной длины и ввести туда сигнал этой же длины волны, так что в целом транзитный сигнал не изме­нится, OADM ( рис 2.) может выполнять операции ввода-выво­да волн оптическими средствами или путем промежуточного преобразования в электрическую форму.

рис 2 Мультиплексоры ввода-вывода

К ольцевая топология (рис.3.)обеспечивает живучесть сети DWDM за счет ре­зервных путей. Методы защиты трафика, применяемые в DWDM, аналогичны мето­дам SDH. Для того чтобы какое-либо соединение было защищено, между его конечными точками устанавливаются два пути — основной и резервный. Мультиплексор конечной точки сравнивает два сигна­ла и выбирает сигнал лучшего качества (или сигнал, заданный по умолчанию).

рис 3. Кольцевая топология

По мере развития сетей DWDM в них все чаще будет применяться ячеистая то­пология (рис. 4), которая обеспечивает большую гибкость, производитель­ность и отказоустойчивость, чем остальные топологии. Однако для реализации ячеистой топологии необходимо наличие оптических кросс-коннекторов (Optical Cross-Connect, OXC), которые не только добавляют волны в общий транзитный сигнал и выводят их оттуда, как это делают мультиплексоры ввода-вывода, но и поддерживают произвольную коммутацию между оптическими сиг­налами, передаваемыми волнами разной длины

Рис. 8. Ячеистая топология сети DWDM

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Особенности технологии DWDM. Чем она принципиально отличается отSDH.

2. Какие есть топологии у технологии DWDM..

Лекция 24.( +)Беспроводная передача данных. Спутники.

Беспроводная разделяемая среда

Беспроводная линия связи строится в соответствии с достаточно простой схе­мой: каждый узел оснащается антенной, которая одновременно является передатчи­ком и приемником электромагнитных волн. Электромагнитные волны распро­страняются в атмосфере или вакууме со скоростью 3 х 10⁸ м/с во всех направле­ниях или же в пределах определенного сектора.

Направленность или ненаправленность распространения зависит от типа антенны. Параболическая антенна является направленной. Изотропные антенны, представляющие собой вертикаль­ный проводник длиной в четверть волны излучения, являются ненаправленными. Они широко используются в автомобилях и портативных устройствах. Распро­странение излучения во всех направлениях можно также обеспечить нескольки­ми направленными антеннами.

Так как при ненаправленном распространении электромагнитные волны запол­няют все пространство (в пределах определенного радиуса, определяемого зату­ханием мощности сигнала), то это пространство может служить разделяемой сре­дой – использоваться многими пользователями . Разделение среды передачи порождает те же проблемы, что и в локальных сетях, однако здесь они усугубляются тем, что пространство в отличие от кабеля является общедоступным, а не принадлежит одной организации.

Кроме того, проводная среда строго определяет направление распространения сиг­нала в кабеле, а беспроводная среда является ненаправленной.

Частотные диапазоны беспроводной связи

Характеристики беспроводной линии связи — расстояние между узлами, терри­тория охвата, скорость передачи информации и т. п. — во многом зависят от час­тоты используемого электромагнитного сигнала.

На рис. 1 показаны диапазоны электромагнитного спектра. Можно сказать, что они и соответствующие им беспроводные системы передачи информации де­лятся на четыре группы.

Р ис.1 Диапазоны частот электромагнитного спектра

□ Радиодиапазон – это диапазон до 300 МГц. Он разделен на несколько поддиапазонов (они показаны на рисун­ке), от сверхнизких частот до сверхвысоких. Привычные для нас радиостанции работают в диапазоне от 20 кГц до 300 МГц Они называются широковещательное радио. Примером могут служить радиомодемы, которые соединяют два сегмента локальной сети на скоростях 2400, 9600 или 19200 бит/с.

• Микроволновые системы это несколько диапазонов от 300 МГц до 3000 ГГц. , объединяющие радиорелейные линии связи, телевизионные, мобильные и спутниковые каналы, беспроводные локальные сети. Т.е. это самый используемый диапазон.

• Системы инфракрасных волн располагаются выше микроволновых диапазонов. Они также широко используются для бес­проводной передачи информации. Так как инфракрасное излучение не может проникать через стены, то используются для образования небольших сегментов локальных сетей в пределах одного помещения.

• Системы видимого света В последние годы видимый свет тоже стал применяться для передачи инфор­мации (с помощью лазеров). Используются как высокоскоростная альтернатива микроволновым двухточечным каналам для ор­ганизации доступа на небольших расстояниях.

Распространение электромагнитных волн

Перечислим некоторые общие закономерности распространения электромагнит­ных волн, связанные с частотой излучения.

• Чем выше несущая частота, тем выше возможная скорость передачи информации .

• Чем выше частота, тем хуже проникает сигнал через препятствия. Низкочастотные ра­диоволны АМ-диапазонов легко проникают в дома, позволяя обходиться комнатной ан­тенной. Более высокочастотный сигнал телевидения требует, как правило, внешней антенны. И наконец, инфракрасный и видимый свет не проходят через стены, ограничивая передачу прямой видимостью.

• Чем выше частота, тем быстрее убывает энергия сигнала с расстояниям от источника т.е. сильнее затухание сигнала.

• Низкие частоты (до 2 МГц) распространяются вдоль поверхности земли на расстояния в сотни километров.

• Сигналы частот от 2 до 30 МГц отражаются ионосферой земли, поэтому они могут распространяться даже на более значительные расстояния, в несколько тысяч километров (при достаточной мощности передатчика).

• Сигналы в диапазоне выше 30 МГц распространяются только по прямой, то есть являются сигналами прямой видимости.

• При частоте свыше 4 ГГц их подстерегает неприят­ность — они начинают поглощаться водой, а это означает, что не только дождь, но и туман может стать причиной резкого ухудшения качества передачи микроволновых сис­тем. Недаром испытания лазерных систем передачи данных часто проводят в Сиэтле, городе, который, известен своими туманами.

Потребность в скоростной передаче информации является главной, по­этому все современные системы беспроводной передачи информации работают в высокочастотных диапазонах, начиная с 800 МГц, несмотря на преимущества, которые сулят низкочастотные диапазоны благодаря распространению сигнала вдоль поверхности земли или отражения от ионосферы.

Проблемы помех

На электромагнитный сигнал воздействует множество искажений сигнала (отражение от домов, огибание препятствий и рассеивание) и внешних электромагнитных по­мех, которых в городе довольно много( например, микроволновые печи).

Проблема высокого уровня помех беспроводных каналов решается различными способами. Важную роль играют специальные методы кодирования, распределяющие энергию сигнала в широком диапазоне частот. Кроме того, передатчики сигнала (и приемники, если это возможно) стараются разместить на высоких баш­нях, чтобы избежать многократных отражений. Еще одним способом является применение протоколов с установлением соединений и повторными передача­ми кадров уже на канальном уровне стека протоколов. Эти протоколы позволя­ют быстрее корректировать ошибки, так как работают с меньшими значениями тайм-аутов, чем корректирующие протоколы транспортного уровня, такие как TCP

Типы спутниковых систем

Спутниковая связь используется для организации высокоскоростных микровол­новых протяженных линий. Так как для таких линий связи нужна прямая види­мость, которую из-за кривизны Земли невозможно обеспечить на больших рас­стояниях, то спутник как отражатель сигнала является естественным решением этой проблемы

Сегодня спутник может играть роль узла первичной сети, а также телефонного коммутатора и коммутатора/маршрутизатора компьютерной сети. Для этого аппаратура спутников может взаимодействовать не только с наземными станциями, но и между собой, образуя прямые космические беспроводные линии связи. Принципиально техника передачи микроволновых сигналов в кос­мосе и на Земле не отличается, однако у спутниковых линий связи есть и оче­видная специфика — один из узлов такой линии постоянно находится в полете, причем на большом расстоянии от других узлов.

Орбита вращения спутника в общем случае является эллиптической, но для сохранения постоянной высоты над Землей спутники могут переходить на почти круговую орбиту.

Сегодня используется три группы круговых орбит, отличающихся высотой над Землей (рис. 10.11):

• геостационарная орбита (Geostationary Orbit, GEO) — 35 863 км;

• средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15000 км;

• маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.

Геостационарный спутник висит над определенной точкой экватора, в точности следуя скорости вращения Земли. Такое положение выгодно по следующим обстоятельствам. •

Во-первых, четверть поверхности Земли оказывается с такой высоты в зоне пря­мой видимости, поэтому с помощью геостационарных спутников просто органи­зовать широковещание в пределах страны или даже континента.

Во-вторых, сам спутник неподвижен для наземных антенн, что значительно облегчает организацию связи, так как не нужно автоматически корректировать направление наземной антенны.

В.-третьих, геостационарный спутник находится за пределами земной атмосферы и меньше «изнашивается», чем низкоорбитальные и средневысотные спутники.

Геостационарные спутники обычно поддерживают большое количество каналов за счет наличия нескольких антенн. Антенны спутника создают сигнал, который можно принимать с помощью сравнительно небольших наземных антенн ( около 1м).

Большое удалением спутника от поверхности Земли приводит к большим задержкам распространения сигнала и при передаче разговора или телевизионного диа­лога возникают неудобные паузы, мешающие нормальному общению.

Кроме того, на таких расстояниях потери сигнала высоки, что означает необхо­димость использования мощных передатчиков и тарелок больших размеров.

Принципиальным недостатком геостационарного спутника с его круговой орби­той является также плохая связь для районов, близких к Северному и Южному по­люсам. Сигналы для таких районов проходят большие расстояния, чем для рай­онов, расположенных в экваториальных и умеренных широтах, и, естественно, больше ослабляются. Решением является спутник с ярко выраженной эллипти­ческой орбитой, который приближается к Земле как раз в районе Северного и Южного полюсов. Примером такого спутника являются спутники серии «Мол­ния», которые запускаются Россией, имеющей большие территории на Крайнем Севере.

Место на орбите геостационарного спутника также регулируется союзом ITU. Сегодня наблюдается определенный дефицит таких мест, так как геостационар­ные спутники не могут располагаться на орбите ближе, чем 2° друг к другу. Из этого следует, что на орбите может находиться не более 180 геостационарных спутников. Так как не все страны в состоянии (пока) запустить геостационар­ный спутник, то здесь наблюдается та же ситуация, что и в конкурсе на получение определенного диапазона частот, только еще усиленная политическими ам­бициями стран.

К системам доступа в Интернет на основе геостационарных спут­ников относятся Spaceway, Astrolink, Euro Skyway. Они ори­ентированы на использование антенн VSAT и обещают предоставлять пользова­телям каналы 2-20 Мбит/с.

Среднеорбитальные спутники обеспечивают диаметр покрытия от 10000 до 15000 км и задержку распространения сигнала 50 мс. Наиболее известной услугой, предоставляемой спутниками этого класса, является глобальная система навигации (Global Positioning System, GPS). GPS — это всеобщая система определения текущих координат пользователя на поверх­ности Земли или в околоземном пространстве. GPS состоит из 24 спутников, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользо­вательских приемников-вычислителей. По радиосигналам спутников GPS-приемники пользователей устойчиво и точно определяют координаты. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач на­вигации подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, авто­мобили и т. д.).

низкоорбитальные спутники противоположны по соот­ветствующим качествам геостационарным спутникам. Главное их достоинство — близость к Земле, а значит, пониженная мощность передатчиков, малые размеры антенн и небольшое время распространения сигнала (около 20-25 мс). Кроме того, их легче запускать. Основной недостаток — малая площадь покрытия, диа­метр которой составляет всего около 8000 км. Период оборота вокруг Земли такого спутника составляет 1,5-2 часа, и время видимости спутника наземной станцией составляет всего 20 минут. Это значит, что постоянная связь с помо­щью низкоорбитальных спутников может быть обеспечена, только когда на ор­бите находится достаточно большое их количество. Кроме того, атмосферное трение снижает срок службы таких спутников до 8-10 лет.

Если основным назначением геостационарных спутников является широковеща­ние и дальняя связь, то низкоорбитальные спутники рассматриваются как важ­ное средство поддержания мобильной связи.

Программное обеспечение спутников обеспечивает скорость передачи данных до 64Кбит/с. Это зависит от типа спутника

Лицензирование

Т.к электромагнитные волны могут распространяться во всех направлениях на значительные расстояния и проходить через препятствия, такие как стены до­мов, то проблема совместного использования электромагнитного спектра требует централизованного регулирования. В каждой стране есть специальный государственный орган, который (в соответствии с ре­комендациями ITU) выдает лицензии операторам связи на использование опре­деленной части спектра, достаточной для передачи информации по определен­ной технологии. Лицензия выдается на определенную территорию, в пределах которой оператор монопольно использует закрепленный за ним диапазон частот.

Существуют также три частотных диапазона, 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц, которые рекомендованы ITU как диапазоны для международного использования без лицензирования¹. Эти диапазоны предназначены для использования промышлен­ными товарами беспроводной связи общего назначения, например устройствами блокирования дверей автомобилей, научными и медицинскими приборами. В со­ответствии с назначением эти диапазоны получили название ISM-диапазонов (Industrial, Scientific, Medical — промышленность, наука, медицина).

Диапазон 900 МГц является наиболее «населенным». Это и понятно, низкочастотная тех­ника всегда стоила дешевле.

Диапазон 2,4 ГГц сегодня активно осваивается в технологиях беспроводных сетей.

Диапазон 5 ГГц только начал ос­ваиваться, несмотря на то, что он обеспечивает более высокие скорости передачи данных.

Обязательным условием использования этих диапазонов на совместной основе является ограничение максимальной мощности передаваемых сигналов уровнем 1 Ватт. Это условие ограничивает радиус действия устройств, чтобы их сигналы не стали помехами для других пользователей, которые, возможно, задействуют этот же диапазон частот в других районах города.

Существуют также специальные методы кодирования , которые уменьшают взаимное влияние устройств, работающих в ISM-диапазонах.

Лекция 25.(+)Компьютерные беспроводные сети. Двухточечная связь

Типичная схема проводного двухточечного канала является популярной и для беспроводной связи. По двухточечной схеме могут работать беспроводные кана­лы различного назначения, использующие различные диапазоны частот.

В телекоммуникационных первичных сетях такая схема уже долгое время ис­пользуется для создания так называемых радиорелейных линий связи. Такую линию образуют несколько башен, на которых установлены параболические на­правленные антенны (рис.1). Каждая такая линия работает в микроволновом диапазоне на частотах в несколько гигагерц. Направленная антенна концентрирует энергию в узком пучке, что позволяет передавать информацию на зна­чительные расстояния, обычно до 50 км. Высокие башни обеспечивают прямую видимость антенн.

Пропускная способность линии может быть достаточно высокой, обычно она находится в пределах от нескольких до сотен мегабит в секунду. Операторы связи часто используют такие ли­нии, когда прокладка оптического волокна либо невозможна (из-за природных условий), либо экономически невыгодна.

Рис. 1. Радиорелейная линия связи

Радиорелейная линия связи может использоваться в городе для соединения двух зданий.

Так как высокая скорость не всегда нужна, то здесь могут применяться радиомодемы, работающие в АМ-диа-пазоне. Для связи двух зданий может также использоваться лазер, обеспечивая высокую информационную скорость (до 155 Мбит/с), но только при соответст­вующем состоянии атмосферы.

Для расстояний в пределах одного помещения могут использоваться как диапа­зон инфракрасных волн так и микроволновый диапазон . Большинство современных ноутбуков оснащено встроенным инфракрасным портом, поэтому такое соединение может быть образовано автоматически, как только порты двух компьютеров окажутся в пределах прямой видимости (или видимости отраженного луча).

Микроволновый вариант работает в пределах нескольких десятков или сотен метров — предельное расстояние предсказать невозможно, так как при распро­странении микроволнового сигнала в помещении происходят многочисленные отражения, дифракции и рассеивания, к которым добавляются эффекты проник­новения волн через стены и межэтажные перекрытия.

Связь одного источника и нескольких приемников

Схема беспроводного канала с одним источником и несколькими приемниками характерна для такой организации доступа, при которой многочисленные поль­зовательские терминалы соединяются с базовой станцией (Base Station, BS).

Беспроводные линии связи для схемы одного источника и нескольких приемни­ков используются как для фиксированного доступа, так и для мобильного.

На рис. 2 показан вариант фиксированного доступа с помощью микроволно­вых линий связи. Оператор связи использует высокую башню, чтобы обеспечить прямую видимость с другими антеннами. Для экономии обычно применяют антенны, захваты­вающие определенный сектор, например в 45°. Тогда за счет нескольких антенн оператор может обеспечить связь в пределах полного сектора в 360°, конечно, на ограниченном расстоянии (обычно в несколько километров).

Пользователи линий доступа могут обмениваться информацией только с базо­вой станцией, а она, в свою очередь, транзитом обеспечивает взаимодействие ме­жду отдельными пользователями.

Базовая станция обычно соединяется проводной связью с проводной частью сети, обеспечивая взаимодействие с пользователями проводных сетей. Поэтому базовая станция также называется точкой доступа (Access Point, АР). Точка доступа включает не только оборудование, необходимое для образования линии связи, но и чаще всего является коммутатором сети, доступ к которой она обеспечивает — телефонным коммута­тором или коммутатором пакетов.

Рис. 2. Связь один ко многим и сотовые сети

В большинстве схем мобильного доступа используется сегодня принцип сот, ко­торые представляют собой небольшие по площади территории, обслуживаемые одной базовой станцией. Конечно, базовая станция должна контролировать мощность излучаемого сигнала, чтобы две соты (несмежные), работающие на од­ной и той же частоте, не создавали друг другу помех.

Небольшие по величине соты обеспечивают небольшие габариты и мощность тер­минального устройства пользователя. Именно это обстоятельство (а также об­щий технологический прогресс) позволяет современным мобильным телефонам быть такими компактными.

Связь нескольких источников и нескольких приемников

В случае схемы с несколькими источниками и несколькими приемниками бес­проводная линия связи представляет собой общую электромагнитную среду, разделяемую несколькими узлами. Каждый узел может использовать эту среду для взаимодействия с любым другим узлом без обращения к базовой станции. Так как базовая станция отсутствует, то необходим децентрализованный алго­ритм доступа к среде.

Чаще всего такой вариант беспроводного канала применяется для соединения компьютеров (рис. 3).

Рис. 3. Беспроводная многоточечная линия связи

Сегодня такие сети передают данные в микроволно­вом или инфракрасном диапазоне. Для связи каждого с каждым используются ненаправленные антенны. Для того чтобы инфракрасный свет распространялся в разных направлениях, применяются диффузные передатчики, которые рассеи­вают лучи с помощью системы линз.

Персональные сети

Персональные сети {Personal Area Networks, PAN) предназначены для взаимодействия уст­ройств, принадлежащих одному владельцу, на небольшом расстоянии, обычно в радиусе 10 м. Такими устройствами могут быть ноутбук, мобильный телефон, принтер, карманный компьютер PDA (Personal Digital Assistant), телевизор, а также многочисленные бытовые при­боры, например, холодильник.

Персональные сети должны обеспечивать как фиксированный доступ, например, в пределах дома, так и мобильный, когда владелец устройств перемещается вме­сте с ними между помещениями или городами.

Персональные сети во многом_нпохожи на локальные, но у них есть и свои осо­бенности.

• Многие из устройств, которые могут входить в персональную сеть, гораздо проще и имеют небольшие габариты и стоимость.

• Область покрытия PAN - часто достаточно нескольких метров.

• Высокие требования к безопасности. Персональные устройства, путешествуя вместе со своим владельцем, попадают в различное окружение. Поэтому протоколы PAN должны обеспечивать разнообразные методы аутентификации устройств и шиф­рования данных в мобильной обстановке.

• Если человек носит PAN-устройство постоянно с собой и на себе, то оно недолжно причинять вред его здоровью. Поэтому такое устройство должно излучать сигналы небольшой мощности, желательно не более 100 мВт (обычный сотовый телефон излучает сигналы мощностью от 600 мВт до 3 Вт).

Одной из технологией PAN является Bluetooth, которая обес­печивает взаимодействие 8 устройств в разделяемой среде диапазона 2,4 МГц со скоростью передачи данных до 723 Кбит/с.

Технология Bluetooth

Стандарт Bluetooth = IEEE 802.15.1 использует концепцию пикосети. Название подчерки­вает небольшую область покрытия, от 10 до 100 м, в зависимости от мощности излучения передатчика устройства. В пикосеть может входить до 255 устройств, но только 8 из них могут в каждый момент времени быть активными и обмени­ваться данными. Одно из устройств в пикосети является Главным, остальные — подчиненными (рис. 4).

Активное подчиненное устройство может обмениваться данными только с глав­ным устройством, прямой обмен между подчиненными устройствами невозмо­жен. Все подчиненные устройства данной пикосети, кроме семи активных, долж­ны находится в режиме пониженного энергопотребления, в котором они только периодически прослушивают команду главного устройства для перехода в ак­тивное состояние.

Главное устройство отвечает за доступ к разделяемой среде пикосети, которая представляет собой нелицензируемые частоты диапазона 2,4 ГГц. Разделяе­мая среда передает данные со скоростью 1 Мбит/с, но из-за накладных расхо­дов на заголовки пакетов и смену частот полезная скорость передачи данных в среде не превышает 77 Кбит/с. Пропускная способность среды делится глав­ным устройством между семью подчиненными устройствами на основе техники TDM ( каждому устройству – свой слот времени).

Рис. 4. Топологии Bluetooth

Присоединение к пикосети происходит динамически. Главное устройство пикосети, используя процедуру опроса, собирает информацию об устройствах, кото­рые попадают в зону его пикосети. После обнаружения нового устройства главное устройство проводит с ним переговоры. Если желание подчиненного устройст­ва присоединиться к пикосети совпадает с решением главного устройства (под­чиненное устройство прошло проверку аутентичности и оказалось в списке разрешенных устройств), то новое подчиненное устройство присоединяется к сети.

ПРИМЕЧАНИЕ

Безопасность сетей Bluetooth обеспечивается за счет аутентификации устройств и шифро­вания передаваемого трафика. Протоколы Bluetooth обеспечивают более высокий уровень защиты, чем протокол WEP стандарта ШЕЕ 802.11.

Несколько пикосетей, которые обмениваются между собой данными, образуют рассредо­точенную сеть. Взаимодействие в пределах рассредоточенной сети осуществляется за счет того, что один узел (называемый мостом) одновременно является членом нескольких пикосетей, причем этот узел может исполнять роль главного устройства одной пикосети и подчиненного устройства другой.

Коллизии, хотя и с очень небольшой вероятностью, все же могут происходить, когда два или более устройства из разных пикосетей выберут для работы один и тот же частотный канал.

Сети Bluetooth используют разные методы для передачи информации двух ти­пов.

• Для чувствительного к задержкам трафика (например, голоса) сеть поддер­живает синхронный канал, (SCO), работающий со скоростью 64 Кбит/с, Для канала SCO пропускная способность резервируется на все время соединения.

□ Для эластичного трафика (например, компьютерных данных) используется работающий с переменной скоростью асинхронный канал (ACL). Для канала ACL пропускная способность выделяется по запросу подчиненного устройства или по потребности главного устройства.

Протоколы Bluetooth

Технология Bluetooth появилась в результате попыток разрабо­тать стандарт для взаимодействия мобильного телефона с беспроводными науш­никами. Понятно, что для решения такой простой задачи не нужны сложные протоколы. В результате для Bluetooth создан стандарт 802.15.1, который ограничился только так называемыми прото­колами ядра Bluetooth, в дополнение к которым появилось большое количество профилей.

Профили определяют конкретный набор протоколов для решения той или иной задачи. На­пример, существует профиль для взаимодействия компьютера или мобильного телефона с беспроводными наушниками. Имеется также профиль для тех устройств, которые могут пе­редавать файлы (наушникам он, скорее всего, не потребуется, хотя будущее предвидеть сложно).

Вопросы для самостоятельной работы

1. Линии беспроводной связи и их характеристики: дальность, скорсть, влияние препятствий …

2. Топологии и технологии беспроводных локальных сетей: скорость, дальность, безопасность…

Лекция 26.(+)Технологии - 802.11х

Стек протоколов IEEE 802.11

Стек протоколов стандарта IEEE 802.11 был разработан для локальных беспроводных сетей и соответствует общей структуре стандартов комитета 802, то есть состоит из физического уровня и уровня MAC.

Структура стека протоколов IEEE 802.11 показана на Таблице 1.

Таблица 1. Протоколы 802.11

На физическом уровне существует несколько спецификаций, которые отличаются используемым частотным диапазоном, методом кодирования и скоростью передачи данных.

□ В первом варианте средой являются инфракрасные волны диапазона 850 нм, которые генерируются либо полупроводниковым лазерным диодом, либо светодиодом (LED).

□ Во втором варианте используется микровол­новый диапазон 2,4 ГГц, который в большинстве стран не лицензируется. Этот вариант основан на методах FHSS (частотная модуляция) и DSSS (фазовая модуляция. В методе FHSS сеть может состоять из сот, Количество частотных каналов и частота переключения между каналами настраиваются.

В 1999 году были приняты еще два варианта физического уровня: 802.11а и 802.11b.

• Спецификация 802.11а обеспечивает повышение скорости за счет более высо­кого диапазона частот (5 ГГц). Скорости передачи данных составляют 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с. Оборудование для этих час­тот более дорогое и в некоторых странах частоты этого диапазона подлежат лицензированию.

□ Спецификация 802.11b используется диапазон 2,4 ГГц, что позволяет задействовать более дешевое оборудование. Скорость 11 Мбит/с

□ Спецификация 802.llg - также задействован диапазон 2,4 ГГц, но со скоростью передачи данных до 54 Мбит/с.

Спецификация 802.llg + =скорость достигается до 108 Мбит/с.

Диаметр сети 802.11 зависит от многих параметров, в том числе и от диапазона частот. Обычно диаметр беспроводной локальной сети находится в пределах от 100м для помещений до 300м на открытом пространстве без помех. Диаметр значительно колеблется в зависимости от толщины стен, наличия источников помех ( микроволновые печи…), погоды ( дождь, туман …) .и.т.д.

Топологии локальных сетей стандарта 802.11

Станции могут использовать разделяемую среду для того, чтобы передавать дан­ные:

2. непосредственно друг другу в пределах одной BSS-сети;

3. в пределах одной BSS-сети транзитом через точку доступа;

4. между разными BSS-сетями через две точки доступа и распределенную сис­тему;

5. между BSS-сетью и проводной локальной сетью через точку доступа, распределенную систему и портал¹.

Стандарт 802.11 поддерживает два типа топологий локальных сетей:

с базовым - BSS и с расширенным - ЕSS наборами услуг.

1. Сеть с базовым набором услуг (Basic Service, Set, BSS) Ad-hoc – сеть

А ) Сеть образуется отдельными станция­ми, базовая станция отсутствует, узлы взаимодействуют друг с другом непосредственно (рис. 4.). Для того чтобы войти в BSS-сеть, станция должна выполнить процедуру присо­единения.

Рис. 4 Сети BSS.

BSS-сети не являются традиционными сотами в отношении зон покрытия, они могут находиться друг от друга на значительном расстоянии, а могут частично или полностью перекрываться — стандарт 802.11 оставляет здесь свободу для проектировщика сети. Все узлы в одной BSS сети должны иметь один BSS ID - номер сети.

2. Сеть с расширенным набором услуг (Extended Service Set, ESS) состоит из нескольких BSS-сетей, объединенных распределенной средой;

ESS-сеть обеспечивает станциям мобильность — они могут переходить из одной BSS-сети в другую. ESS-сеть может также взаимодействовать с проводной локальной сетью. Для этого в распределенной системе должен присутствовать портал.

А) Сеть с точкой доступа (Access Point, АР).

В сетях, обладающих инфраструктурой, некоторые станции сети являются базо­выми, или, в терминологии 802.11, точками доступа - АР. Стан­ция, которая выполняет функции АР, является членом какой-нибудь BSS-сети (рис. 5). Все станции такой сети выполняют передачу через централизованное управление АР.

Б) Все базовые станции АР сети связаны между собой с помощью распре­деленной системы (Distribution System, DS), в качестве которой может исполь­зоваться радио- или инфракрасные волны или проводные каналы.

Точки доступа вместе с распределенной системой поддерживают службу рас­пределенной системы (Distribution System Service, DSS). Задачей DSS является передача пакетов между станциями, принадлежащих разным BSS-сетям ( сразными BSS ID). В этом случае они передают кадр своей точке доступа ( например в BSS 1), которая через DS передает его другой точке доступа ( в BSS 2), а та передает станции назначения.

Рис. 5 Сети ESS.

Медоды доступа к разделяемой среде

В сетях 802.11 уровень MAC обеспечивает два режима доступа к разделяемой среде:

Распределенный режим доступа DCF (Distributed Coordination Function)

В этом режиме реализуется хорошо известный нам метод CSMA/CA. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, по­сылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута квитанция не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия.

Централизованный режим доступа PCF (Point Coordination Function).

В том случае, когда в BSS-сети имеется станция, выполняющая функции точки доступа, может применяться также централизованный режим доступа PCF. В этом случае говорят, что точка доступа играет роль арбитра среды. Арбитр выполняет процедуру опроса, чтобы по очереди предоставить каждой та­кой станции право на использование среды, направляя ей специальный кадр.

Режим доступа PCF сосуществует с режимом DCF и координируются с помощью межкадровых интервалов.Каждая станция может работать в режиме PCF, для этого она должна подписать­ся на эту услугу при присоединении к сети.

Безопасность

В технологии проводной локальной сети Ethernet нет ка­ких-то особых мер обеспечения безопасности данных. В стандартах Ethernet не используется аутентификация пользователей или шифрование данных т.к. проводные сети лучше защищены от несанкционированного доступа, чем беспроводные.

В стандарте 802.11 предусмотрены средства безопасности, которые повышают защищенность беспроводной локальной сети до уровня обычной проводной локальной сети:

WEP (Wired Equivalent Privacy-секретность, эквивалентная проводной) - основной протокол защиты данных в сетях 802.11. Он предоставляет возможность шифровать данные, передаваемые через беспроводную среду, но это шифрование взломщик может расшифровать в течение 24 часов. Именно поэтому разработан новый тип шифрования - WPA

Технология 802.11 предлагает еще один механизм безопасности — механизм аутентификации — доказательство легальности пользователя, подключающегося к сети..

Лекция 27.(+)ISDN - цифровые сети с интегральными услугами