Сделай Сам Свою Работу на 5

Сеть по телефонной проводке: стандарт HomePNA 2.0

Если вы желаете проложить дома компьютерную сеть, то, конечно, вы можете протянуть кабель и настроить сеть Ethernet. Но если у вас уже существует телефонная проводка, и вы не желаете утруждать себя прокладкой еще одного провода, то вы можете использовать для сети и телефонный кабель благодаря стандарту HomePNA. Этот стандарт быстрее, дешевле и безопаснее домашних беспроводных систем, он будет работать практически в любом доме в мире, если там есть аналоговая телефонная проводка.

Конечно, у HomePNA нет такой свободы и мобильности, как у беспроводной связи, да и здесь мы не чувствуем связанного с беспроводными продуктами ажиотажа. Однако это достойная альтернатива домашним Ethernet сетям. HomePNA позволяет реализовать совместное использование файлов, служб и Интернета.

Доминирующий на настоящее время стандарт для домашних сетей, это второй стандарт альянса Phoneline Networking Alliance, так и называющийся – HomePNA 2.0. Как заявлено, он обеспечивает связь до 10 Мбит/с, но при этом следует учитывать следующий факт. На самом деле, скорость передачи данных в сети HomePNA 2.0 не будет равна 10 Мбит/с, такая цифра была взята для прямого сравнения со стандартом Ethernet IEEE 802.3 10 Мбит/с. Технически сеть работает на сигнальной скорости от 2 Мбод до 4 Мбод и использует переменную амплитудную модуляцию 4-256 QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Говоря другими словами, сеть может работать на любой скорости в диапазоне от 4 Мбит/с до 32 Мбит/с. Если судить по нескольким источникам, при обычных условиях сеть HomePNA 2.0 работает примерно на 16 Мбит/с.

Как видим, производительность HomePNA 2.0 заметно выше, чем производительность беспроводного 11 Мбит/с стандарта IEEE 802.11b, и даже выше 10 Мбит/с Ethernet в большинстве ситуаций. HomePNA 2.0 обратно совместима с HomePNA 1.0 и она будет поддерживаться и будущим стандартом "100 Мбит/с" HomePNA 3.0. Еще раз отметим, что стандарт на самом деле работает не на 10 Мбит/с.

Для того, чтобы нам разобраться в строении сети, давайте рассмотрим пакеты HomePNA 2.0. Для тех, кто не знаком с пакетами, напомним, что пакет – это некоторый, относительно самостоятельный объем информации, передающийся в сети. Пакеты, как правило, рассматривают применительно к протоколу IP. В стандарте HomePNA 2.0 пакет IP упаковывается в кадр, который уже передается по локальной сети. В заголовок кадра включается информация о физическом адресе отправителя и получателя и т.д. Кадр также может использоваться для сетевой синхронизации и регулирования скоростей передачи, что видно по следующей иллюстрации.



 

Рис. 2.6 Пакет данных сети HomePNA 2.0.

 

Самое важное, что следует отметить на иллюстрации – только часть пакета передается на максимальной скорости. Как уже было сказано выше, стандарт может работать на скорости передачи данных до 32 Мбит/с. Однако эта скорость относится лишь к определенной части кадра. Заголовок и концевик передаются на минимальной скорости 4 Мбит/с, чтобы все станции в сети обработали заголовок без ошибок. В заголовке также указывается и скорость передачи данных.

Если учитывать тот факт, что размер кадров Ethernet ограничен 1518 битами, мы можем примерно сосчитать максимальную теоретическую пропускную способность сети HomePNA 2.0. Как видим, 84 бита передаются на минимальной скорости 4 Мбит/с. Некоторая же служебная часть кадра, включающая 18 байтовый концевик и два байта контрольной суммы CRC, передается на полной скорости.

Можно сказать, что кроме полезной информации, в кадре будет передаваться и служебная информация, эквивалентная 716 байтам на 32 Мбит/с. То есть время, затраченной на передачу служебной информации на низкой скорости равно времени, затраченному на передачу 716 байт на 32 Мбит/с. Учитывая 1476 байт полезной информации в каждом кадре, нам нужно будет передать 2172 байт (учитывая "эквивалентный заголовок") на максимальной скорости.

Если соотнести полезную информацию и общий "эквивалентный" размер кадра, то мы можем сосчитать эффективность (своего рода КПД). Итак, в HomePNA 2.0 эффективность составляет всего 68%. Это намного ниже эффективности Ethernet, которая близка к 97%. Конечно, это всего лишь теоретические значение, поскольку в сетях Ethernet существуют еще задержки между кадрами и коллизии, которые уменьшают эффективность примерно до 75-85%.

Однако даже теоретическое значение эффективности HomePNA 2.0 составляет только лишь 68% на максимальной скорости 32 Мбит/с и 78,5% на 16 Мбит/с. Поскольку домашние сети обычно работают только на 16 Мбит/с, теоретическая максимальная пропускная способность равняется 12,5 Мбит/с. Так как служебная информация здесь несколько больше, чем в Ethernet, мы можем понять, почему HomePNA 2.0 работает на скоростях "примерно соответствующих 10 Мбит/с". Однако, если сеть будет работать на максимальной скорости 32 Мбит/с, теоретическая пропускная способность будет соответствовать 21 Мбит/с.

По ценовым соображениям, многие производители не используют связь на скорости 4 Мбод, реализуя только 2 Мбод, что снижает пропускную способность вдвое. Конечно, сей факт звучит как серьезное ограничение, но как считают производители, большинство сетей в обычных условиях способны работать только на 16 Мбит/с.

Сетевые карты HomePNA 2.0 вышли на рынок весной 2000. Они представляли собой обычные PCI карты и продавались примерно по одинаковой цене. С увеличением числа домашних сетей, в которых реализовано совместное использование доступа в Интернет, среди HomePNA 2.0 устройств появились домашние шлюзы и мосты Ethernet-HPNA. Поскольку сейчас производители усиленно ищут свои ниши на рынке, мы можем наблюдать большой разброс как функций, так и цены среди доступных устройств.

Технология Bluetooth

Прежде всего, пару слов о том, как появилось такое странное название - Bluetooth (в переводе с английского - "Голубой зуб"). Родина стандарта - Скандинавия, ведь фактически он является дальнейшими развитием работ шведской компании Ericsson по созданию систем беспроводной связи для радиотелефонов, проводимых ею с 1994 года в рамках проекта MC Link. Согласно первоначальному замыслу, новый стандарт должен был объединить в единую сеть радиотелефон и его аксессуары (например телефонную гарнитуру) без помощи проводов. Видимо, поэтому у его создателей и родилась мысль назвать его в честь легендарного скандинавского короля-викинга Гарольда, сумевшего объединить в X веке Данию и Норвегию в единое государство. Используя историческую аналогию с королем Гарольдом, имевшим в миру прозвище Harald Blaatand ("Голубой зуб", по другой версии, Harald Bietand - "Голубая челюсть"), разработчики стандарта-объединителя решили назвать его в честь знаменитого варяга. А поскольку в англоязычной транскрипции "Голубой зуб" звучит как Bluetooth, это имя в конце концов и закрепилось за новым стандартом.

В ходе работ над "Голубым зубом" инженерам Ericsson стало ясно, что для значительного снижения стоимости аппаратуры им необходимо привлечь к работе над ним как можно более широкий круг участников.

И они весьма в этом преуспели, так как вскоре к проекту Bluetooth присоединились такие гиганты, как IBM, Intel, Toshiba и Nokia, совместно с Ericsson в мае 1998 года создавшие специальную рабочую группу Bluetooth SIG Inс. (Bluetooth Special Interest Group Inc.) с целью популяризации стандарта и привлечения к нему новых участников. Так как потенциал этой разработки оказался намного большим, чем предусматривалось первоначально поставленной задачей (связать сотовый телефон с компьютерами, органайзерами и их периферией), к многообещающему проекту примкнули Motorola, Compaq, Dell, Luсent Technologies, Philips и еще свыше 2500 менее знаменитых и титулованных. И теперь их общая цель - разработка спецификации стандарта Bluetooth для построения на его основе локальных беспроводных цифровых сетей.

Успеху Bluetooth SIG способствовали несколько важных моментов.

Во-первых, возможность создания очень простых и удобных в пользовании аппаратов с интерфейсом, стоимость которого при широком внедрении не будет превышать $5 (сейчас - порядка $20-30).

Во-вторых, простота объединения (Plug & Play) в одну общую систему самых разнообразных устройств: от компьютеров и сотовых телефонов до домашней AV-электроники, а в перспективе - и электробытовой техники со встроенным интерфейсом Bluetooth.

В-третьих, стандарт обеспечивает автоматическую переконфигурацию сети при подключении к ней новых устройств, а также легкость объединения нескольких локальных сетей (Piconet) в сеть более высокого уровня (Scatternet).

Наконец, что немаловажно, стандарт Bluetooth является открытым, и любой желающий производить аппаратуру с интерфейсом этого формата может бесплатно вступить в Bluetooth SIG и получить его техническую спецификацию. О том, как это сделать, читайте на официальном сайте в Интернете по адресу: http://www.bluetooth.com.

На сегодняшний день действует версия 1.1 стандарта, согласно которой цифровые устройства со встроенным радиомодемом Bluetooth предназначены для построения сетей беспроводной связи в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон был выбран потому, что он является открытым. То есть для работы радиосредств на этих частотах не требуется получения специальной лицензии, так как он изначально отводился для аппаратуры промышленного, научного и медицинского применения (так называемый диапазон ISM - Industry, Science, Medicine).

С целью повышения помехоустойчивости сигнала в Bluetooth используется смена частоты несущей по псевдослучайному закону FHSS, которая осуществляется 1600 раз в секунду. С этой же целью в качестве вида модуляции несущей Bluetooth выбрана GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Благодаря этому обеспечивается устойчивая связь не только в пределах прямой видимости, но и, например, в соседних помещениях, разделенных радиопрозрачной стенкой. В зависимости от характера использования оконечного устройства предусмотрены два режима передачи данных: в синхронном и асинхронном режимах.

Каждое устройство Bluetooth имеет свой неповторимый 48-битовый сетевой адрес, совместимый со стандартом локальных беспроводных сетей IEEE 802. Привлекательно, что протокол стандарта "Голубого зуба" допускает не только режим работы "точка-точка", при котором между собой общаются только два устройства, но и возможность их эксплуатации в сети по типу "точка-многоточие". В этом случае до 8 рядом расположенных устройств Bluetooth образуют первичную сеть, которую называют piconet. Уникальной особенностью этого формата, отличающей его от других беспроводных технологий, является возможность устройств "Голубого зуба" автоматически соединяться друг с другом, как только они оказываются в зоне действия их радиопередатчиков.

Это подключение происходит через протокол Device discovery, в соответствии с которым работа устройства Bluetooth в незнакомом окружении начинается с того, что оно начинает посылать запросы "братьям по разуму", то есть приборам с таким же типом интерфейса. Если процесс идет нормально, находящиеся в зоне уверенного приема (в радиусе 10 - 30 м) "голубозубые" аппараты посылают новичку свои позывные, и новое устройство получает список (имена) доступных для связи коллег.

Для простоты изложения мы сознательно упускаем из виду такой важный элемент работы сети Bluetooth, как защита от несанкционированного проникновения (Security mode). Скажем лишь, что имеется 3 режима доступа в систему. В первом, Security mode 1, защита сети снята, и все устройства открыты для общения. В режиме Security mode 3 защита максимальна, и новое соединение с любым новичком, не зарегистрированным в сети, не устанавливается.

Беспроводные сети

Несмотря на понятный скепсис сетевых администраторов по поводу приписываемых беспроводным локальным сетям преимуществ, в многочисленных отчетах аналитиков утверждается, что беспроводные технологии в конце концов получили признание индустрии. Тому есть несколько причин, каждая из которых заставляет семь раз отмерить, прежде чем отказаться от беспроводной передачи данных.

Первая и наиболее очевидная причина - весьма существенное увеличение скорости передачи данных. Конечно, эта скорость все же меньше, чем при передаче по проводным соединениям в локальных сетях. Впрочем, последние стандарты беспроводных соединений обеспечивают пропускную способность до 54 Мбит/с, а в будущем должны появиться еще более быстрые системы. Другая, не менее важная, причина состоит в том, что установка беспроводных систем, их сворачивание и обновление выполняются быстро, без утомительной возни с кабелями, распределительными панелями и концентраторами. Такие сети довольно легко модифицировать.

Специалисты The Phillips Group считают, что в 2004 г. оборот рынка беспроводных сетей превысит 1,7 млрд. долл. Эксперты The Cahners In-Stat Group в своих оценках даже более оптимистичны, прогнозируя к 2003 г. оборот этого рынка в 2,2 млрд. долл. Тем не менее индустрии беспроводного доступа предстоит решить еще немало проблем, и одна из важнейших относится к области стандартизации. Дело в том, что за общий частотный диапазон сегодня конкурирует несколько беспроводных технологий.

Стандарты IEEE 802.11

В начале 90-х гг. специализированные беспроводные сети работали в частотном диапазоне 900 МГц - 2,4 ГГц, предназначенном для промышленности, науки и медицины (ISM - Industrial-Scientific-Medical). Из-за высокой цены, недостаточной производительности и невозможности взаимодействия друг с другом эти сети использовались в основном на вертикальных рынках. И хотя рабочая группа по разработке спецификации беспроводных ЛВС (Wireless LAN Network Standards Working Group) была создана еще в 1990 г., ее первый продукт - стандарт IEEE 802.11 увидел свет только семь лет спустя, в июне 1997 г. Данный документ содержал необходимую информацию для создания беспроводных сетей, передающих данные со скоростью 1-2 Мбит/с. В данной спецификации была выбрана полоса 83 МГц в диапазоне 2,400 - 2,483 ГГц ISM, который можно было использовать без дополнительного лицензирования практически во всех странах мира.

Из семи уровней модели OSI (Open System Interconnect) спецификация 802.11 регламентировала два - физический (PHY) и уровень управления доступом к среде передачи данных, т. е. нижний подуровень канального уровня (MAC - Media Access Control). На физическом уровне определялись методы модуляции и характеристики сигналов для передачи данных. В стандарт было заложено три различных метода передачи: два в радиочастотном диапазоне и один в инфракрасном. В последнем случае должны быть задействованы длины волн в диапазоне 850-950 нм. Базовыми методами для передачи сигналов в радиочастотном диапазоне стали широкополосный сигнал по методу прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) и широкополосный сигнал по методу частотных скачков FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), обеспечивающие скорости передачи данных соответственно 2 и 1 Мбит/с при мощности передающего устройства 100 мВт.

На MAC-уровне стандарта определялись методы доступа к среде, формат кадров, адресация, а также множественный доступ к каналу связи. Для доступа к общему каналу был выбран коллизионный метод, но, в отличие от известного по Ethernet (IEEE 802.3) протокола CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), здесь имелась фаза предварительного резервирования канала. Таким образом, коллизии между абонентами допускались только при резервировании (в процессе конкуренции за занятие канала), а собственно передача данных начиналась уже без возможности коллизий. Этот метод называется CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) - множественный доступ с контролем несущей и уклонением от столкновений. Излучаемая мощность сигналов была ограничена 1 Вт для США и 10 мВт/1МГц для Европы.

Первой областью применения беспроводных сетей стало складское хозяйство, поскольку работникам складов приходится перемещаться по территории во время обмена данными с сервером. И до сих пор открытое пространство остается лучшей средой для использования беспроводных сетей: в таких условиях достигается наилучшая производительность и пользователи сохраняют свободу передвижения. Другой важной сферой применения беспроводных сетей стали конференц-центры. Еще одна область применения - это обеспечение беспроводных соединений в офисе. Беспроводные локальные сети развертываются, например, в тех офисах, где рабочие столы находятся в коллективном пользовании большого числа мобильных сотрудников и выделяются каждому из них по потребности. Кроме того, при использовании беспроводной связи в новом офисе можно избежать затрат на прокладку кабелей, а в случае переезда в другое место не придется оставлять новым хозяевам какое-либо оборудование.

 

В настоящее время беспроводные сети находят широкое применение на таких вертикальных рынках, как здравоохранение, розничная торговля, финансы, производство, складирование продукции и т. д., т. е. там, где работникам приходится часто перемещаться с места на место, но при этом необходимо постоянно передавать и получать информацию. Для многих приложений беспроводная связь - не просто один из вариантов, а часто единственный способ организовать сеть. Заметим, что данная технология предоставляет канал в обычную проводную сеть, открывая доступ к имеющимся базам данных. К основным преимуществам современных беспроводных сетей обычно относят не только легкость установки и управления, гибкость конфигураций, невысокую стоимость владения, масштабируемость, но и возможность защиты информации.

Оборудование для создания беспроводных LAN обычно включает адаптеры для портативных и настольных компьютеров, точки доступа (которые выступают в качестве шлюзов беспроводной сети) и соответствующее ПО. Точка доступа обычно имеет порт Ethernet и приемопередатчик и действует как мост между проводными и беспроводными сетями. Как правило, этот компонент реализует функции трансляции сетевых адресов (Network Address Translation, NAT), динамического назначения адресов (Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP), а также функции маршрутизации, часто поддерживая несколько клиентов с помощью одного статического IP-адреса. Точки доступа могут подключаться к внешней антенне и поддерживать соединения между зданиями, находящимися друг от друга на расстоянии до нескольких километров. Число необходимых точек доступа напрямую зависит от дальности передачи радиосигнала.

Антенны могут быть как направленными, так и всенаправленными. Возможны такие варианты топологии сети, как "точка-точка", "звезда" ("точка - много точек"), "каждый с каждым".

 

Рис. 2.7 PCMCIA-адаптер.

 

Кроме того, производители предлагают и другое оборудование, например, средства для организации беспроводной связи между клиентскими сетями и сетью центрального офиса, устройства для соединения удаленных сетей, различные конверторы, мосты и т.п.

В самом простом случае беспроводная сеть может состоять из нескольких ПК, снабженных беспроводными сетевыми картами и совместно использующих принтер, модем или файлы. Такая конфигурация называется равноправной, или одноранговой сетью. Эта простая структура может оказаться полезной, например, для краткосрочного сотрудничества внутри небольшой группы, работающей над одним проектом.

Сеть можно расширить и охватить ею более значительное пространство, используя сетевые точки доступа, которые посылают и принимают сигналы на клиентские ПК беспроводной сети и от них. Дальность действия сигналов может меняться (например, в зависимости от наличия стен и перекрытий). Как правило, она составляет около 100 м в помещении и до 300 м на открытом воздухе. По мере удаления клиентского ПК от точки доступа скорость соединения уменьшается.

Каждая точка доступа зоной своего покрытия создает так называемую микроячейку, или соту. Клиентские ПК беспроводной сети могут перемещаться по этим сотам, зоны покрытия которых обычно пересекаются. Это обеспечивает роуминг для абонентов сети. Стоит еще раз подчеркнуть, что беспроводная сеть способна функционировать как самостоятельно, так и соединяясь через точку доступа с проводной сетью.

Рис. 2.8 Точка доступа.

 

В июле 1998 г. появилась версия стандарта IEEE 802.11b. На физическом уровне здесь определялся только один метод передачи - DSSS. Основным усовершенствованием данного стандарта стало повышение скорости передачи до 5,5 и даже до 11 Мбит/с. Последняя версия получила даже название IEEE 802.11b HR (High Rate). Устройства, отвечающие стандарту 802.11b, имеют меньший радиус действия, работая со скоростью 11 Мбит/с, чем в тех случаях, когда скорость составляет 5,5, 2 или даже 1 Мбит/с. Вот почему данная спецификация предусматривает автоматическое снижение скорости обмена для того, чтобы обеспечить приемлемое качество соединения.

Большую роль в продвижении этого стандарта сыграла организация под названием Ассоциация контроля совместимости беспроводных сетей Ethernet (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA), созданная в 1999 г. Среди членов WECA не только коммуникационные компании, такие, как 3Com, Aironet, Intersil (в прошлом Harris Semiconductor), Lucent Technologies, Nokia, Symbol Technology, Alantro, Breezeway, Cabletron, Intermec, No Wires Needed, Sharewave, Wayport, Zoom, но и крупнейшие фирмы-производители компьютеров: Apple, Compaq, Dell, IBM. В частности, WECA проводит испытания изделий на их совместимость и возможность взаимодействия в соответствии со стандартом 802.11b, присваивая успешно прошедшим испытания продуктам сертификат Wi-Fi.

Заключение

Отличия локальных, региональных и глобальных сетей — область обслуживания, протоколы и топологии сети. Интеграция локальных и глобальных сетей расширяется из-за развития сетевых устройств и ПО для связи локальных сетей через глобальную.

Для эффективного проектирования необходимо знать протоколы, топологии, сетевое оборудование, принципы проектирования сетей и способы определения сетевых потребностей.

На сегодняшний день существует большой набор технологий для создания локальных сетей небольшого масштаба.

В данной курсовой работе нами был сделан обзор основных типов сетей. Были рассмотрены основные способы организации коммуникаций, используемые при этом технологии, методы доступа. В результате работы с Интернет мы смогли предоставить некоторую информацию о самых современных и перспективных технологиях.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.