Кравчук С.О., Шонін В.О., Основи компютерної техніки

Подождите немного. Документ загружается.

Стандарт 10 Ва8е2 зазвичай застосовують для невеликих мереж. Стандарт 10 ВазеТ

(через можливість з'єднання концентраторів з використанням ієрархічної топології)

дозволяє створювати розгалужені мережі.

Концентратор (хаб)

• Рознім

RJ-45

Рис. 5.8. Приклад конфігурації lOBaseT

Дедалі більшого поширення набувають високошвидкісні реалізації стандарту

ІЕ££ Yost Ethernet і Switched Ethernet.

За стандартом Fast Ethernet (100Base) (100 Мбіт/с для витої пари чи волоконно-

оптичного кабелю) підрівень МАС та протоколи вищих рівнів залишаються незмін-

ними, що дає змогу використовувати існуюче програмне забезпечення і засоби ке-

рування мережами. Однак для підтримання швидкості 100 Мбіт/с потрібна заміна

мережевих плат і хабів.

Як метод підвищення продуктивності комутованої мережі використовують

Switched Ethernet - Ethernet. Комутувальні концентратори (з буферизацією чи без бу-

феризації кадрів) аналізують адресу одержувача і спрямовують кадри тільки на станцію

призначення, тобто надають канал швидкістю 10 Мбіт/с кожній кінцевій станції, під-

ключеній до комутатора (у звичайних мережах IEEE 802.3 усі станції в одному сегменті

мережі конкурують за смугу пропускання 10 Мбіт/с). Продуктом подальшого розвитку

цієї технології є дуплексна Switched Ethernet, що дозволяє двом станціям одночасно

приймати і передавати дані по двох каналах зв'язку зі швидкістю 10 Мбіт/с.

321

Для передавання мультимедійних даних для роботи в реальному часі потрібні ще біль-

ші швидкості. Тому був розроблений стандарт Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z) зі швидкіс-

тю обміну даними 1 Гбіт/с, що визначає як середовище передавання волоконно-оптичні

кабелі, або виті пари високої якості. Ще вищу швидкість обміну - 10 Гбіт/с визначено

в новому стандарті 10 Gigahit Ethernet (IEEE 802.Зае). У цьому стандарті як передавальне

середовище використовуються багатомодові й одномодові волоконно-оптичні кабелі.

5.2.3. Локальна мережа Token Ring (IEEE 802.5)

Стандарт IEEE 802.5 визначає фізичний рівень і підрівень МАС для реалізації мар-

керного доступу в локальних мережах логічної кільцевої топології.

Специфікації IEEE 802.5 майже ідентичні і цілком сумісні із запропонованою рані-

ше фірмою /ßM локальною мережею Token Ring, тому термін Token Ring часто засто-

совують і до мережі фірми IBM, і до стандарту IEEE 802.5.

Хоча фізичну топологію і передавальне середовище стандартом IEEE 802.5 не

визначено, усі існуючі реалізації мають фізичну зіркову топологію на витій парі,

як це прийнято для Token Ring (останнім часом з'явилися реалізації і на волоконно-

оптичному кабелі).

Для обміну даними в мережі IEEE 802.5/Токеп Ring використовують маркерний до-

ступ. Маркер (token) - це кадр певного формату, що безупинно циркулює між станціями

локальної мережі і має два стани: вільний або зайнятий. Якщо яка-небудь станція має дані

для передавання і визначає, що маркерний кадр вільний, вона захоплює маркер, додає до

нього дані, які треба передати, і пересилає наступній станції кільця. Станції пересилають

кадр одна одній, але тільки станція-адресат копіює дані з маркера. Коли маркер потрапляє

на станцію, що захопила його, вона звільняє (ініціює) маркер і передає його далі. Маркер

також перевіряє працездатність вузлів станції та виконує обхід несправних вузлів.

Швидкість передавання даних у мережах IEEE 802.5 і Token Ring становить

4,16 Мбіт/с, максимальна кількість станцій у сегменті - 250 (за стандартом IEEE 802.5)

або 260 для екранованої витої пари і 72 - для неекранованої витої пари (у Token Ring).

Станції в мережі IEEE 802.5/Токеп Ring (рис. 5.9) з'єднуються з MSAU пристроями

доступу до багатьох станцій (MultiStation Access Unit), що поєднуються в одне вели-

ке кільце. Кабелі ділянок (patch) мережі з'єднують MSAU із суміжними MSAU, а сег-

ментні (lohe) кабелі з'єднують MSAU і станції. До складу MSAU входять обхідні реле,

що дозволяють відмикати станцію від кільця.

Волоконно-оптичний кабель в окремих ділянках мережі з'єднується за допомогою

TFC - перетворювачів «волоконно-оптичний кабель - вита пара» (Token ring Fiber optic

Converter) і концентраторів F-TAU.

Для збільшення швидкості передавання даних у мережі IEEE 802.5/Токеп Ring

фірми IBM і Hewlett Packard запропонували використовувати технологію lOOBaseVG,

розроблену для мереж IEEE 802.3), яку перейменували в lOOVG-AnyLAN (швидкість

100 Мбіт/с). Фірми розробляють метод, що дозволяє обробляти в одному пристрої ка-

дри обох типів мереж (формати кадрів для обох типів мереж зберігаються). Технологію

lOOYG-AnyLAN затверджено як стандарт IEEE 802.12.

322

5.2.4. Локальна мережа FDDI

Стандарт на FDDI - волоконно-оптичний розподілений інтерфейс передавання

даних (Fiber Distributed Data Interface) був розроблений ANSI (American National Stan-

dard Institute).

Ha фізичному рівні стандартом FDDI визначено швидкість передавання даних у ка-

налі - 100 Мбіт/с і використовувані передавальні середовища: волоконно-оптичний

кабель, екранована чи неекранована виті пари.

Логічна топологія FDDI - це кільце, а фізична - подвійне кільце (одне з яких основ-

не, а друге - резервне), до якого підключаються кінцеві станції чи концентратори.

До магістральних концентраторів можуть каскадно за ієрархічною топологією бути під-

ключені інші станції чи концентратори (рис. 5.10).

Кабелі

ділянок

Сегментні

кабелі

Рис. 5.9. Приклад конфігурації IEEE 802.5/Токеп Ring

У разі використання волоконно-оптичного кабелю максимальна відстань між стан-

ціями становить 2 км, а загальна довжина кільця може досягати до 100 км за кількості

станцій близько 500. Застосування дуже тонкого одномодового волоконно-оптичного

кабелю і лазерних передавачів дозволяє збільшити відстань між станціями до 50 км.

Для витої пари максимальна відстань між станціями може досягати 100 м.

323

На канальному рівні у мережі FDDI, так само, як у IEEE 802.5/Токеп Ring, реалі-

зується алгоритм передавання маркера. Але на відміну від стандарту IEEE 802.5/Токеп

Ring, станція, що передала дані, звільняє маркер, не чекаючи циклу його звернення.

Тобто в мережі FDDI може циркулювати багато пакетів даних, переданих різними стан-

ціями.

Переваги FDDI порівняно зі стандартами серії IEEE:

- велика швидкість передавання даних;

- висока завадостійкість, забезпечувана застосуванням двох кілець передавання да-

них (основного та резервного кілець; на резервне кільце автоматично перемикається

потік даних у разі розриву основного кільця);

Концентратори

FDDI

Подвійне кільце

FDDI

Рис. 5.10. Приклад конфігурації FDDI

- велика загальна довжина кільця і велика припустима відстань між станціями;

- нечутливість (для волоконно-оптичних кабелів) до електромагнітних завад;

- великий ступінь безпеки (для волоконно-оптичних кабелів), оскільки волоконно-

оптичний кабель майже не випромінює в радіодіапазоні.

Недоліки FDDI - висока вартість як волоконно-оптичного кабелю порівняно з витою

парою чи коаксіальним кабелем, так і мережевих адаптерів та зв'язного устаткування.

Зазначені переваги і недоліки визначають сферу використання локальних мереж

FDDI. Це - протяжні високошвидкісні мережі з великою кількістю вузлів, а також ме-

режі з підвищеними вимогами до електромагнітних завад (наприклад, на промислових

підприємствах) і безпеки. Мережі FDDI дедалі частіше використовують як опорні (ba-

ckbone) мережі, до яких підключаються комп'ютери чи інші локальні мережі (за стан-

дартами IEEE 802.3, IEEE 802.5 і Token Ring).

324

5.2.5. Локальні радіомережі

Серед безпровідних локальних мереж найбільшого розвитку набули радіомережі у діа-

пазоні 0,8...8 ГГц. Локальні радіомережі - RLAN (Radio Local Area Network) не потребу-

ють прокладання каналів зв'язку і тому створюють конкуренцію провідним мережам.

Найпоширеніші види радіомереж тепер - це мережі за стандартом IEEE 802.11

та Bluetooth.

Мережі IEEE 802.11. Стандарт IEEE802.il був опублікований у 1997 р. і став пер-

шим міжнародним стандартом для RLAN. Він забезпечував у смузі 2,4...2,483 ГГц

швидкість передавання даних 1 чи 2 Мбіт/с залежно від реалізації фізичного рів-

ня. Для обміну даними згідно з цим стандартом використовують метод передавання

шумоподібного сигналу зі стрибкоподібною зміною частот FHSS (Frequency Hopping

Spread Spectrum).

За методом FHSS уся відведена для передавання смуга частот поділяється на задану

кількість підканалів завширшки 1 МГц кожний. Канал являє собою псевдовипадкову

послідовність стрибків по 79 чи 23 радіочастотні підкапали. Кожний канал поділяється

на тимчасові сегменти тривалістю 625 мкс, причому кожному сегменту відповідає ви-

значений підканал. Передавач у кожний момент часу використовує тільки один підка-

нал. Стрибки відбуваються синхронно в передавачі та приймачі в заздалегідь зафіксо-

ваній псевдовипадковій послідовності. За секунду може відбуватися до 1 600 частотних

стрибків. Такий метод забезпечує конфіденційність (за рахунок випадковості змін час-

тот) і завадостійкість передавання. Якщо на якому-небудь підканалі переданий пакет

не був прийнятий, то приймач сповіщає про це і пакет повторно передається одним з

наступних підканалів на іншій частоті. Такий алгоритм підвищує завадостійкість ка-

налу.

У 1999 р. було опубліковано доповнення до стандарту IEEE 802.11 - IEEE 802.11b

«High Rate», y якому додатково до швидкостей передавання 1 і 2 Мбіт/с визначено

швидкості передавання 5,5 і 11 Мбіт/с. Поряд з методом FHSS у цей стандарт добавлено

метод прямої послідовності передавання шумоподібного сигналу DSSS (Direct Sequence

Spread Spectrum). За цим методом сигнал не «стрибає» з однієї частоти на іншу, а в кож-

ний момент часу розноситься по декількох частотах зі спектра відповідно до визначеної

кодової послідовності.

Спільно ці два методи передавання були використані в мережах 1ЕЕЕ 802.11b

зі стільниковими мережами передавання. Доступ до базових станцій стільникової

мережі виконувався за методом DSSS, а від стільникової станції до абонентів - за ме-

тодом FHSS.

Новий стандарт 802.11а забезпечує передавання даних у смузі частот 5,15...5,825 ГГц

зі швидкостями 6, 9,12,18, 24; 36, 48 і 54 Мбіт/с. Підвищення швидкості досягнуто ви-

користанням нового методу кодування - мультиплексуванням з розподілом по ортого-

нальних частотах OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

В усіх стандартах IEEE 802.11 використано на рівні МАС множинний доступ

з контролем несучої й ігноруванням колізій CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Avoidance). Такий алгоритм дуже подібний до алгоритму CSMA/CD стандарту

IEEE 802.3, але замість виявлення (Detection) зіткнень передбачено їх ігнорування,

325

тобто зіпсовані кадри не передаються повторно доти, доки пізніше (на транспортному

рівні) не буде визначено їх втрату.

Стандартом 802.11 визначаються два основні режими функціонування RLAN-

Ad Hoc і Infrastructure Mode.

У режимі Ad Hoc (рис. 5.11), названим також IBSS (Independent Basic Service Set)

або «точка-точка», станції безпосередньо взаємодіють одна з одною. Цей режим потре-

бує мінімум устаткування - кожна станція має бути оснащена безпровідним адаптером.

Така конфігурація не потребує створення мережевої інфраструктури. Основний недо-

лік режиму Ad Hoc - це обмежений діапазон дії мережі.

Рис. 5.11. Режим Ad Hoc для RLAN за стандартом IEEE 802.11:1- радіоадаптер PC Card;

2 - антена; З - радіоадаптер РСІ; 4 - радіомережа

У режимі Infrastructure Mode (рис. 5.12) станції взаємодіють одна з одною не

прямо, а через точку доступу (Access Point), що виконує в безпровідній мережі роль

своєрідного концентратора (аналогічно тому, як це відбувається в традиційних ка-

бельних мережах). Розглядають два режими взаємодії з точками доступу - базового

сервісу BSS (Basic Service Set) і розширеного сервісу ESS (Extended Service Set). У ре-

жимі BSS усі станції зв'язуються між собою тільки через точку доступу, що може

326

виконувати також функцію зв'язку із зовнішньою мережею. У розширеному ре-

жимі ESS існує інфраструктура декількох мереж BSS, причому самі точки доступу

взаємодіють одна з одною, що дозволяє передавати трафік від однієї BSS до іншої.

Точки доступу з'єднуються між собою за допомогою сегментів кабельної мережі чи

міжмережевих пристроїв.

Мережі Bluetootli. Технологію Bluetooth розробила група компаній, у яку входять

3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia і Toshiba.

Мережі Bluetooth створено для забезпечення зв'язку між комп'ютерним устаткуванням,

мобільними телефонами й іншими портативними терміналами на відстані до 10 м.

Рис. 5.12. Режим Infrastructure Mode для RLAN за стандартом IEEE 802.11:1 - радіоадаптер

PC Card; 2 - вихід у зовнішню мережу; З - антена; 4 - радіоадаптер РСІ; 5 - радіомережа

Дані у смузі частот 2400...2483,5 МГц у Bluetooth передаються за таким самим мето-

дом FHSS, що й у мережах за стандартом IEEE 802.11.

Протокол Bluetooth підтримує як з'єднання типу «точка-точка», так і багатоточко-

ве з'єднання. Два або більше пристроїв, що використовують один і той самий канал,

утворюють пікомережу (piconet). Один із пристроїв працює як «хазяїн» (master), а реш-

та - як «слуги» (slaves). В одній пікомережі може бути до семи активних пристроїв

«слуг», при цьому решта пристроїв «слуг» знаходяться в стані «паркування» (parking),

327

залишаючись синхронізованими з основним пристроєм. Взаємодіючі пікомережі утво-

рюють розподілену мережу (зсаиегпеї).

У будь-якій пікомережі діє тільки один основний пристрій, але підлеглі пристрої

можуть входити в різні пікомережі. Крім того, основний пристрій однієї пікомережі

може бути підлеглий в іншій (рис. 5.13).

Пікомережі, що входять у розподілену мережу, повинні мати різні канали зв'язку,

тобто працювати на різних частотах і мати різні канали стрибків. Усього специфікація

передбачає 10 варіантів послідовностей стрибків: п'ять з циклом 79 змін і п'ять з ци-

клом 23 зміни. При цьому частоти змінюються зі швидкістю 1600 стрибків/с. В одній

пікомережі всі пристрої синхронізовані за часом і частотами. Послідовність стрибків є

унікальною для будь-якої пікомережі і визначається адресою її основного пристрою.

Довжина циклу псевдовипадкової послідовності - 227 елементів.

а о в

Рис. 5.13. Пікомережі різної конфігурації: а - з одним пристроєм-«хазяїном» (М)

і одним пристроєм-«слугою» {S); б - з одним пристроєм - «хазяїном» (М)

і декількома пристроями - «слугами» {S);e- розподілена мережа

Одна з найважливіших особливостей Bluetooth - автоматичне установлення з'єд-

нання між пристроями, що знаходяться в межах досяжності. Тому робота починаєть-

ся передусім з пристрою Bluetooth у незнайомому оточенні - пошук інших пристроїв

(device discovery). Для цього посилається запит, і відповідь на нього залежить не тільки

від наявності в радіусі зв'язку активних пристроїв Bluetooth, але й від режиму, у якому

знаходяться ці пристрої. На цьому етапі можливі три основні режими:

- виявлення (discoverable mode) - пристрої, що знаходяться в цьому режимі, завжди

відповідають на всі отримані ними запити;

- обмеженого виявлення (limited discoverable mode) - у цьому режимі знаходяться

пристрої, що можуть відповідати на запити тільки обмежений час або тільки за до-

тримання визначених умов;

- невиявлення (non-discoverable mode) - пристрої, що знаходяться в цьому режимі,

не відповідають на нові запити.

328

Виявлений пристрій може бути в режимі, що допускає з'єднання (connectable mode)

або в режимі, що не допускає з'єднання (non-connectable mode). У другому випадку

пристрій не дозволяє налаштувати деякі важливі параметри з'єднання, а отже, хоч і

буде виявлений, обмін даними з ним не можна виконувати. Якщо пристрій Bluetooth

з'єднався з іншим пристроєм, то ці пристрої домовляються між собою про використо-

вуваний діапазон частот, розміри сторінок, кількість і порядок стрибків та про інші фі-

зичні параметри з'єднання.

Потім підключений пристрій з'ясовує імена всіх доступних пристроїв (device пате

discovery). Кожний пристрій має свою унікальну адресу, присвоєну виготовлювачем,

а потім визначає прикладні сервіси, надані іншими пристроями. Для визначення серві-

сів використовується спеціальний протокол виявлення сервісу - SDP {Service Discovery

Protocol).

Технологія Bluetooth може цілком змінити спосіб підключення пристроїв до комп'ю-

тера. Так, принтер чи «мишку» з інтерфейсом 5Z«ietoo</i достатньо піднести до комп'юте-

ра на відстань менше 10 м, щоб вони підключилися до комп'ютера і перейшли в актив-

ний стан.

Подальшим розвитком Bluetooth є розроблений стандарт ІЕЕЕ 802.15.3, назва-

ний безпровідною персональною комп'ютерною мережею - WPAN (Wireless Personal

Area Network). Мережа WPAN за допомогою високорівневих видів модуляції має за-

безпечувати в діапазоні 2,4 ГГц швидкість передавання 20 Мбіт/с, а в діапазоні

5,15...5,25 ГГц - 55 Мбіт/с.

5.3. Міські та глобальні мережі

5.3.1. Міські мережі

Міські мережі (MAN) реалізуються відповідно до технології SMDS {Switched Multi-

megabit Data Service), розробленої в США для об'єднання локальних мереж у масштабах

міста чи району міста та надання високошвидкісного виходу в глобальні мережі. Техно-

логія SMDS базується на стандарті ІЕЕЕ 802.6, що описує трохи ширший набір функцій,

ніж SMDS. За цією технологією підтримується швидкість доступу до 45 Мбіт/с. Стандарт

ІЕЕЕ 802.6 призначено для високошвидкісних мереж (проміжних за своїми розмірами

між локальними і глобальними) для підтримання високошвидкісного передавання да-

них, аудіо- і відеоданих з використанням волоконно-оптичпих каналів зв'язку.

Мережі SMDS були реалізовані в багатьох великих містах США, однак в інших кра-

їнах ця технологія поширення не набула. Сьогодні мережі SMDS витісняють мережі

АТМ, що мають більші функціональні можливості.

5.3.2. Призначення

і послуги глобальних мереж

На відміну від локальних мереж, що обслуговують користувачів у межах кімнати,

будинка чи групи будинків, глобальні мережі, що називають також територіальними

комп'ютерними мережами, служать для надання послуг великій кількості кінцевих

абонентів, розкиданих по великій території - у межах області, регіону, країни, конти-

ненту чи всієї земної кулі. Через велику довжину каналів зв'язку побудова глобальної

мережі потребує значно більших витрат, ніж локальні. Основні види витрат: вартість

329

кабелів і робіт з їх прокладання, комутаційного устаткування і проміжної підсилюваль-

ної апаратури, що забезпечує необхідну смугу пропускання каналу, а також витрати на

постійне підтримання в працездатному стані розкиданої по великій території апарату-

ри мережі.

Глобальні мережі дуже відрізняються від локальних мереж. Ці відмінності стосу-

ються як принципів роботи, так і термінології.

Глобальні мережі зазвичай створюються великими телекомунікаційними компанія-

ми чи державою для надання платних послуг абонентам. Такі мережі називають публіч-

ними (public) чи громадськими. Набагато рідше глобальну мережу повністю створює

яка-небудь велика корпорація для своїх внутрішніх потреб. У цьому випадку мережу

називають приватною чи корпоративною. Дуже часто використовують і проміжний ва-

ріант - корпоративна мережа користується послугами чи устаткуванням громадської

глобальної мережі, але доповнює ці послуги чи устаткування своїми власними. Най-

більш типовим прикладом є оренда каналів зв'язку, на базі яких створюються власні

територіальні мережі.

У функціонуванні глобальних мереж можна виділити два основні види робіт: під-

тримання працездатності мережі і надання послуг абонентам мережі. Працездатність

мережі підтримується оператором мережі (network operator), а надання платних по-

слуг забезпечується постачальником послуг, якого часто називають також провайдером

(serviceprovider). Власник, оператор і постачальник послуг можуть об'єднуватися в од-

ну компанію, або представляти різні компанії.

Дві основні категорії абонентів глобальної комп'ютерної мережі - локальні мережі

підприємств і організацій в різних містах і країнах, яким потрібно обмінюватися дани-

ми між собою, й окремі комп'ютери користувачів (як на підприємствах і в організаціях,

так і у приватних осіб).

Крім глобальних комп'ютерних мереж, існують і інші види територіальних мереж

передавання інформації. Передусім це телефонні і телеграфні мережі, що працюють

протягом багатьох десятків років, а також телексна мережа.

5.3.3. Технології глобальних мереж

Через велику вартість глобальних мереж існує довгострокова тенденція створення

єдиної глобальної мережі, що може передавати дані будь-яких типів: комп'ютерні дані,

телефонні розмови, факси, телеграми, телевізійне зображення, телетекс (передавання

даних між двома терміналами), відеотеко (одержання даних, що зберігаються в мережі,

на свій термінал), тобто в загальному випадку глобальна комп'ютерна мережа має пере-

давати дані абонентів будь-яких типів, що мають потребу в обміні інформацією.

Глобальна мережа може надавати кінцевим користувачам різні послуги, проте зде-

більшого її використовують як транзитний транспортний механізм, що надає тільки по-

слуги трьох нижніх рівнів моделі OSI.

Тепер існують такі технології транспортування даних у глобальних комп'ютерних

мережах:

- Х.25 - перша технологія глобальної мережі, що з'явилася в 70-ті роки і розрахована на

єдину, доступну на той час мережу передавання даних - телефонні аналогові канали;

330