Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой – высокая скорость передачи информации по сети.

В частности, в локальной сети принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком ). Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. Механизм управления обменом может гарантированно успешно работать только в том случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или абонентов, узлов) допустимо подключить к сети.

Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, сформулировать отличительные признаки локальной сети можно следующим образом:

− высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети; приемлемая скорость сейчас – не менее 10 Мбит/с;

− низкий уровень ошибок передачи (или, что то же самое, высококачественные каналы связи); допустимая вероятность ошибок передачи данных не должна превышать порядок – ;

− эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети;

− заранее четко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым.

Протоколы сетевого уровня

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Ниже приведены наиболее популярные сетевые протоколы:

− DDP (Datagram Delivery Protocol – протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в Apple Talk;

− IP (Internet Protocol – протокол Internet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информациюо маршрутизации;

− IPX (Internetwork Packet eXchange – межсетевой обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для маршрутизации и направления пакетов;

− NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface – расширенный пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода/вывода). Разработан совместно IBM и Microsoft, обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.

Протоколы транспортного уровня

Транспортные протоколы предоставляют услуги надежнойтранспортировки данных между компьютерами. Ниже приведенынаиболее популярные транспортные протоколы:

− ATP (Apple Talk Protocol – транзакционный протокол AppleTalk) и NBP (Name Binding Protocol – протокол связывания имен).Сеансовый и транспортный протоколы Apple Talk;

− NetBIOS (Network Basis Input/Output System – базовая сетевая система ввода/вывода). NetBIOS устанавливает соединениемежду компьютерами, а NetBEUI предоставляет услуги передачиданных для этого соединения;

− SPX (Sequenced Packet eXchange – последовательный обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для обеспечения доставки данных;

− TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей). Протокол стека TCP/IP отвечает за надежную доставку данных.

Использование масок

Маска подсети (subnet mask) – это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

− класс А – 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);

− класс В – 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0);

− класс С – 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).

Маска подсети записывается либо в виде, аналогичном записи IP-адреса, например, 255.255.255.0, либо совместно с IP-адресом с помощью указания числа единичных разрядов в записи маски, например, 192.168.1.1/24, т. е. в маске содержится 24 единицы (255.255.255.0).

При использовании масок можно вообще отказаться от понятия классов. Пример 2. Пусть задан IP-адрес 17.239.47.94, маска подсети 255.255.0.0 (другая форма записи: 17.239.47.94/16). Требуется определить ID подсети и ID хоста в обеих схемах адресации.

1) Адресация с использованием классов. Двоичная запись IP-адреса имеет вид:

00010001.11101111.00101111.01011110.

Так как первый бит равен нулю, адрес относится к классу А. Следовательно, первый байт отвечает за ID подсети, остальные три байта – за ID хоста:

ID подсети: 17.0.0.0 ID хоста: 0.239.47.94.

2) Адресация с использованием масок. Запишем IP-адрес и маску подсети в двоичном виде:

IP-address: 17.239.47.94 = 00010001.11101111.00101111.01011110;

Subnet mask: 255.255.0.0 = 11111111.11111111.00000000.00000000.

Вспомнив определение маски подсети, можно интерпретировать номер подсети как те биты, которые в маске равны 1, т. е. первые два байта. Оставшаяся часть IP-адреса будет номером узла в данной подсети.

ID подсети: 17.239.0.0. ID хоста: 0.0.47.94.

Номер подсети можно получить другим способом, применив к IP-адресу и маске операцию логического умножения или конъюнкции (AND):

AND 00010001. 11101111. 00101111. 01011110

11111111. 11111111. 00000000. 00000000.

00010001. 11101111. 00000000. 00000000

17 239 0 0

В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8.

Пример 3. Задан IP-адрес 192.168.89.16, маска подсети – 255.255.192.0 (другая форма записи: 192.168.89.16/18). Требуется определить ID подсети и ID хоста. Воспользуемся операцией AND:

IP-address: 192.168.89.16 = AND 11000000.10101000.01011001.00010000

Subnet mask: 255.255.0.0 = 11111111.11111111.11000000.00000000.

subnet ID: 11000000.10101000.01000000.00000000

192 168 64 0

Чтобы получить номер узла, нужно в битах, отвечающих за номер подсети, поставить нули:

Host ID: 00000000.00000000.00011001.00010000 = 0.0.25.16.

Ответ: ID подсети = 192.168.64.0 ID хоста = 0.0.25.16.

Для масок существует важное правило: разрывы в последовательности единиц или нулей недопустимы.

Например, не существует маски подсети, имеющей следующий вид:

11111111.11110111.00000000.00001000 (255.247.0.8), так как последовательности единиц и нулей не являются непрерывными.

С помощью масок администратор может структурировать свою сеть, не требуя от поставщика услуг дополнительных номеров сетей. Пример 4. Допустим, организации выделена сеть класса В: 160.95.0.0 (рис. 5.8).

В такой сети может находиться до 65 534 узлов. Однако организации требуется 3 независимые сети с числом узлов в каждой не более 254. В этой ситуации можно применить деление на подсети с помощью масок. Например, при использовании маски 255.255.255.0 третий байт адреса будет определять номер внутренней подсети, а четвертый байт – номер узла (рис. 5.9).

Некоторые IP-адреса являются особыми (особые адреса), они не должны применяться для идентификации обычных сетей.

1. Если первый октет ID сети начинается с 127, такой адрес считается адресом машины-источника пакета. В этом случае пакет не выходит в сеть, а возвращается на компьютер-отправитель. Такие адреса называются loopback ( петля, замыкание на себя) и используются для проверки функционирования стека TCP/IP.

2. Если все биты IP-адреса равны нулю, адрес обозначает узел-отправитель и используется в некоторых сообщениях ICMP.

3. Если все биты ID сети равны 1, адрес называется ограниченным широковещательным (limited broadcast). Пакеты, направленные по такому адресу, рассылаются всем узлам той подсети, в которой находится отправитель пакета.

4. Если все биты ID хоста равны 1, адрес называется широковещательным (broadcast); пакеты, имеющие широковещательный адрес, доставляются всем узлам подсети назначения.

5. Если все биты ID хоста равны 0, адрес считается идентификатором подсети (subnet ID). Наличие особых IP-адресов объясняет, почему из диапазона доступных адресов исключаются два адреса – это случаи, когда все биты ID хоста равны 1 или 0. Например, в сети класса С не 256, а 254 узлов.

Частные адреса.

Служба распределения номеров IANA (Internet Assigned Numbers Authority) зарезервировала для частных сетей три блока адресов:

10.0.0.0 – 10.255.255.255 (префикс 10/8);

172.16.0.0 – 172.31.255.255 (префикс 172.16/12);

192.168.0.0 – 192.168.255.255 (префикс 192.168/16).

Будем называть первый блок 24-битовым, второй – 20-битовым, а третий – 16-битовым. Отметим, что первый блок представляет собой не что иное, как одну сеть класса А, второй блок – 16 последовательных сетей класса В, а третий блок – 256 последовательных сетей класса С.

Любая организация может использовать IP-адреса из этих блоков без согласования с ICANA или Internet-регистраторами. В результате эти адреса используются во множестве организаций. Таким образом, уникальность адресов сохраняется только в масштабе одной или нескольких организаций, согласованно использующих общий блок адресов. В такой сети каждая рабочая станция может обмениваться информацией с любой другой рабочей станцией частной сети.

46. Сетевая адресация в компьютерных сетях 6-ой версии. Модель адресации, особенности. Текстовое представление IPv6-адреса. Назначение и принципы использования адресов unicast, anycast, multicast.

Использование масок является временным решением проблемы дефицита IP-адресов, так как адресное пространство протокола IP не увеличивается, а количество хостов в Интернете растет с каждым днем. Для принципиального решения проблемы требуется существенное увеличение количества IP-адресов. Для преодоления ограничений IPv4 был разработан протокол IP 6-й версии – IPv6 (RFC 2373, 2460).

Протокол IPv6 имеет следующие основные особенности:

− длина адреса 128 бит – такая длина обеспечивает примерно 3, 4× 1038 адресов; такое количество адресов позволит присваивать в обозримом будущем уникальные IP-адреса любым устройствам;

− автоматическая конфигурация – протокол IPv6 предоставляет средства автоматической настройки IP-адреса и других сетевых параметров даже при отсутствии таких служб, как DHCP;

− встроенная безопасность – для передачи данных является обязательным использование протокола защищенной передачи IPsec (протокол IPv4 также может использовать IPsec, но не обязан этого делать).

Структура Multicast адреса

Структура Multicast адреса
биты
поле	prefix	flg	sc	group ID

Multicast адрес формируется в соответствии с несколькими правилами, в зависимости от применения.

Поле prefix содержит двоичное значение 11111111 в любом multicast адресе.

Мультивещание, многоадресное вещание ( Multicast — англ. групповая передача) — форма широковещания, при которой адресом назначения сетевого пакета является мультикастная группа (один ко многим).

В теории компьютерных сетей anycast (англ. any cast — «посылка/отправка данных кому угодно») — метод рассылки пакетов, позволяющий устройству посылать данные ближайшему из группы получателей. Реализован, в частности, впротоколе IPv6.

Unicast — индивидуальный адрес. Определяет конкретный узел в сети — компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.

47. Кабели и структурированные кабельные системы. Коаксиальные кабели. Кабель типа «витая пара». Схемы разводки. Кабельные системы Ethernet.

Для организации связи в сетях используются следующие понятия:

− кабели связи;

− линии связи;

− каналы связи.

Кабель связи – это длинномерное изделие электротехнической промшленности. Из кабелей связи и других элементов (монтаж, крепеж, кожухи и т. д.) строят линии связи между узлами сети.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычис-

лительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы

1. Универсальность. Структурированная кабельная системапри продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети.

2. Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8–10 лет.

3. Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы восновном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работпо его прокладке.

4. Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легконаращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить наболее совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим

требованиям к системам коммуникаций.

5. Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.

6. Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

Кабель – это достаточно сложное изделие, состоящее из проводников, слоев экрана и изоляции.

Обычно кабели присоединяются к оборудованию с помощью разъемов. Кроме этого, для обеспечения быстрой перекоммутации кабелей и оборудования используются различные электромеханические устройства, называемые кроссовыми секциями, кроссовыми коробками или шкафами.

Витой парой (twisted pair) называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины (рис. 7.1).

Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.

Кабели на витой паре подразделяются на неэкранированные (Unshielded Twisted Pair, UTP) и экранированные медные кабели.

Последние подразделяются на две разновидности: с экранированием каждой пары и общим экраном (Shielded Twisted Pair, STP) и с одним только общим экраном (Foiled Twisted Pair, FTP). Наличие или отсутствие экрана у кабеля вовсе не означает наличие или отсутствие защиты передаваемых данных, а говорит лишь о различных подходах к подавлению помех.

Кабели на основе неэкранированной витой пары . Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий (Category 1 – Category 5).

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории – способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 виткам на 1 фут (30, 5 см). Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Они хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 м) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5-й категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с – FDDI (с физическим стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-Any-LAN, а также более скоростные протоколы ATM на скорости 155 Мбит/с и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с (вариант Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 стал стандартом в июне 1999 года).

Кабели на основе экранированной витой пары . Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний, что защищает, в свою очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.

Коаксиальные кабели (рис. 7.2) используются в радио- и телевизионной аппаратуре.

Коаксиальные кабели могут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Они разделяются на толстые и тонкие в зависимости от толщины.

Толстый коаксиальный кабель (Thick Ethernet) имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, но требует специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать ответвления для подключения к ЛВС. Он более дорогой и менее гибкий, чем тонкий.

Функции сетевых адаптеров.

1. Гальваническая развязка с коаксиальным кабелем или витой парой. Для этой цели используются импульсные трансформаторы. Иногда для развязки используются оптроны.

2. Прием (передача) данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в адаптер или из адаптера в память ПК через программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа или разделяемую память.

3. Буферизация. Для согласования скоростей пересылки данных в адаптер или из него со скоростью обмена по сети используются буфера. Во время обработки в сетевом адаптере данные хранятся в буфере. Буфер позволяет адаптеру осуществлять доступ ко всему пакету информации. Использование буферов необходимо для согласования между собой скоростей обработки информации

различными компонентами ЛВС.

4. Формирование пакета. Сетевой адаптер должен разделить данные на блоки в режиме передачи (или соединить их в режиме приема) данных и оформить в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

5. Доступ к каналу связи. Набор правил, обеспечивающих доступ к среде передачи. Выявление конфликтных ситуаций и контроль состояния сети.

6. Идентификация своего адреса в принимаемом пакете. Физический адрес адаптера может определяться установкой переключателей, храниться в специальном регистре или прошиваться в ППЗУ.

7. Преобразование параллельного кода в последовательный код при передаче данных и из последовательного кода в параллельный при приеме. В режиме передачи данные передаются поканалу связи в последовательном коде.

8. Кодирование и декодирование данных. На этом этапе должны быть сформированы электрические сигналы, используемые для представления данных. Большинство сетевых адаптеров для этой цели используют манчестерское кодирование. Этот метод не требует передачи синхронизирующих сигналов для распознавания единиц и нулей по уровням сигналов, а вместо этого для представления 1 и 0 используется перемена полярности сигнала.

9. Передача или прием импульсов. В режиме передачи закодированные электрические импульсы данных передаются в кабель (при приеме импульсы направляются на декодирование).

Типы сетевых адаптеров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных – ISA, PCI, PCI-E.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой всети технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к среде и протоколами, но еще и следующими параметрами:

− скорость передачи;

− объем буфера для пакета;

− тип шины;

− быстродействие шины;

− совместимость с различными микропроцессорами;

− использование прямого доступа к памяти (DMA);

− адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

− конструкция разъема.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, – повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть.

Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентраторы позволяют компьютерам в сети обмениваться данными. Компьютер подключается к концентратору с помощью кабеля Ethernet, и информация, передаваемая с одного компьютера на другой, проходит через концентратор. Концентратор не может определить источник или место назначения полученных данных, поэтому пересылает их всем подключенным к нему компьютерам, включая и тот, с которого была отправлена информация. Концентратор может либо передавать, либо получать данные, но не может делать и то и другое одновременно. Поэтому концентраторы работают медленнее, чем коммутаторы. Концентраторы являются наименее сложными и наименее дорогими устройствами из рассматриваемых в этом разделе.

49. Оборудование компьютерных сетей: назначение и особенности мостов, принципы использования. Коммутаторы: назначение, принципы использования. Различие между мостом и коммутатором.

Мост (bridge) – ретрансляционная система (система, предназначенная для передачи данных или преобразования протоколов), соединяющая каналы передачи данных.

По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch). Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а позднее вместо термина «мост» стали применять «коммутатор».

Мосты оперируют данными на высоком уровне и имеют совершенно определенное назначение.

Во-первых, они предназначены для соединения сетевых сегментов, имеющих различные физические среды, например, для соединения сегмента с оптоволоконным кабелем и сегмента с коаксиальным кабелем. Мосты также могут быть использованы для связи сегментов, имеющих различные протоколы низкого уровня (физического и канального).

Коммутатор (switch) – устройство (ретрансляционная система), осуществляющее выбор одного из возможных вариантов направления передачи данных.

Коммутаторы работают таким же образом, как и концентраторы, но при этом могут определить место назначения полученных данных, поэтому передают их только тем компьютерам, которым эти данные предназначаются. Коммутаторы могут получать и передавать данные одновременно, поэтому они работают быстрее концентраторов. Если к сети подключено четыре и более компьютеров или предполагается передача больших объемов данных (например, игра в сетевые компьютерные игры или прослушивание музыки через сеть), предпочтительно использование коммутатора. Коммутаторы стоят немного дороже концентраторов.

Несмотря на сходство мостов и коммутаторов, ключевая разница между ними состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно.

50. Оборудование компьютерных сетей: назначение и особенности использования маршрутизаторов. Различия между маршрутизаторами и мостами. Назначение и особенности использования шлюзов.

Маршрутизатор (router) – ретрансляционная система, соединяющая две коммуникационные сети либо их части.

Каждый маршрутизатор реализует протоколы физического (1А, 1B), канального (2А, 2B) и сетевого (3A, 3B) уровней.

Маршрутизаторы позволяют компьютерам обмениваться данными как в текущей сети, так и между двумя отдельными сетями, например между домашней сетью и Интернетом. Маршрутизатор получил свое название благодаря своей способности направлять сетевой трафик. Маршрутизаторы могут быть проводными (с использованием Ethernet-кабелей) или беспроводными. Если предполагается просто объединить компьютеры в сеть, использования концентратора или коммутатора будет достаточно, но если также понадобится доступ к Интернету через один модем, необходимо использовать маршрутизатор или модем со встроенным маршрутизатором. В маршрутизаторы обычно встраиваются устройства безопасности, такие как брандмауэр. Маршрутизаторы стоят дороже, чем концентраторы или коммутаторы.

Стандарты для Wi-Fi сетей

Стандарт IEEE 802.11a был ратифицирован в 1999 году, но начал применяться только с 2001 года. Данный стандарт используется в основном в США и Японии. В России и в Европе он не получил широкого распространения.

В соответсвиии со стандартом предполагается использование высокочастотного диапазона (от 5, 15 до 5, 350 ГГц и от 5, 725 до 5, 825 ГГц). В США данный диапазон называют диапазоном нелицензионной национальной информационной инфраструктуры (Unlicensed National Information Infrastructure, UNII).

По многим параметрам протокол 802.11a мало чем отличается от протокола 802.11g. Передача данных осуществляется на скоростях 6, 9, 12 и 18 Мбит/с.

Последовательность обработки входных данных (битов) в стандарте IEEE 802.11а включает операции избыточного кодирования (см. подраздел 11.1) и перемежения (изменения исходной последовательности) данных.

Стандарт IEEE 802.11b является своего рода расширением базового протокола 802.11 и, кроме скоростей 1 и 2 Мбит/с, предусматривает скорости 5, 5 и 11 Мбит/с.

Стандарт IEEE 802.11b обеспечивает максимальную теоретическую скорость передачи 11 Мбит/с, что сравнимо с обычной кабельной сетью 10 Base-T Ethernet. Однако такая скорость возможна лишь при условии, что в данный момент только одно WLAN-устройство осуществляет передачу. При увеличении числа пользователей полоса пропускания делится на всех и скорость работы падает.

Стандарт 802.11g окончательно был ратифицирован в июне 2003 года. Он является дальнейшей разработкой спецификации IEEE 802.11b и осуществляет передачу данных в том же частотном диапазоне.

При этом высокая скорость передачи достигается за счет одновременной передачи данных по всем каналам, тогда как скорость передачи в отдельном подканале может быть и невысокой.

В целом необходимо отметить, что в результате была достигнута скорость передачи данных 54 Мбит/с (11 Мбит/с у 802.11b), что явилось основным преимуществом этого стандарта. Как и IEEE 802.11b, новая спецификация предусматривает использование диапазона 2, 4 ГГц.

Особенностью данного стандарта является совместимость с 802.11b. Например, адаптеры 802.11b могут работать в сетях 802.11g (но при этом не быстрее 11 Мбит/с), а адаптеры 802.11g могут снижать скорость передачи данных до 11 Мбит/с для работы в старых сетях 802.11b.

Стандарт IEEE 802.11n основан на технологии OFDM-MIMO (Multiple Input Multiple Output). Очень многие реализованные в нем технические детали позаимствованы из стандарта 802.11a, однако в стандарте IEEE 802.11n предусматривается использование как частотного диапазона, принятого для стандарта IEEE 802.11a, так и частотного диапазона, принятого для стандартов IEEE 802.11b/g.

То есть устройства, поддерживающие стандарт IEEE 802.11n, могут работать в частотном диапазоне либо 5, либо 2, 4 ГГц, причем конкретная реализация зависит от страны.

Увеличение скорости передачи в стандарте IEEE 802.11n достигается, во-первых, благодаря удвоению ширины канала с 20 до 40 МГц, а во-вторых, за счет реализации технологии MIMO.

52. Особенности оптических систем связи (физические, технические). Разновидности и характеристики оптического кабеля. Достоинства и недостатки оптических систем связи.

Волоконно-оптические линии связи – это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием оптическое волокно.

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

Физические особенности. Широкополосность оптических сигналов обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo == 1014 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 1000 Мбит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0, 22 дБ/км на длине волны 1, 55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов (промежуточного усиления). Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1, 55 мкм имеет затухание 0, 154 дБ/км. В лабораториях разрабатываются еще более «прозрачные», так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0, 02 дБ/км на длине волны 2, 5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

Технические особенности и преимущества оптических волокон. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.

Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенными в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и

другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконнооптические линии связи нельзя прослушать, не разрушив поверхность канала. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Важное свойство оптического волокна – долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и по мере необходимости наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки волоконной технологии. При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное (высокоточное), а потому дорогое технологическое оборудование. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

− многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

− многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

− одномодовое волокно.

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62, 5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62, 5 мкм или 50 мкм – это диаметр центрального проводника, а 125 мкм – диаметр внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒