Курс лекций по предмету Инфокоммуникационные системы и сети

Информационные сети и системы

 

Сегодня, в век информатизации и компьютеризации информация является таким же ресурсом, как трудовые, материальные и энергетические, а значит, процесс ее переработки можно воспринимать как технологию.

Информационные технологии – это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (нового информационного продукта).

представляют собой совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов выявления, отбора, формирования из совокупности сведений информации, ее ввода в техническую систему, анализа, обработки, хранения и передачи.

В качестве основных технических средств обработки и передачи информации в информационных системах выступают компьютеры и средства связи.

Под распределенной информационной системой (базой) понимается неограниченное количество баз данных, дистанционно отдаленных друг от друга, функционирующих и осуществляющих обмен данными по единым правилам, определенным централизованно для всех баз данных, входящих в распределенную информационную базу.

1.1. Основные понятия теории информационных систем и сетей

 

(ИС).

На первых этапах развитие ИС шло по пути автоматизации отдельных составляющих ИП – с одной стороны независимо создавались системы сбора, хранения и поиска информации на базе вычислительных средств, где основными являлись хранение и поиск, но могли иметь место также процессы обработки и передачи. И как результат, в соответствии с целевым предназначением и спецификой решаемых задач, были созданы и создаются различные сети, получившие названия: сети ЭВМ, компьютерные сети, сети информационных центров, вычислительные сети, сети телеобработки, информационно-вычислительные сети, информационно-справочные сети, телеинформационные сети.

представляют однотипное объединение удаленных ЭВМ или терминалов с ЭВМ средствами передачи данных и отличаются только типами используемых программно-технических средств передачи и обработки информации, наборами функций и реализуемыми протоколами взаимосвязи, а также областью применения данных сетей. Изначально они были узкоспециализированными и предназначались для обработки и передачи буквенно-цифровой информации (документальной информации), но по мере развития информационных технологий, создания программно-аппаратных средств цифровой обработки звуковой и видеоинформации (изображений) появилась реальная возможность расширения их функциональных возможностей до распределенной обработки всех видов информации.

Другим направлением развития ИС явилось создание систем распределения информации, где основным содержанием являлся процесс обмена информационными сообщениями между территориально распределенными объектами — потребителями информации. Так для передачи таких традиционных видов информации как речь, документальная информация, изображение и звук созданы и совершенствуются различные специализированные (для передачи конкретного вида информации) информационные сети, именуемые «сетями электросвязи».

В настоящее время Министерством связи РФ разработана «Концепции связи РФ», в которой основой электросвязи определяется Взаимоувязанная сеть связи России. Такая сеть представляет собой комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных сетей, с общим централизованным управлением, независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности и обеспечивает предоставление пользователям услуг электросвязи посредством соответствующих систем (служб) электросвязи в интересах передачи различных видов информации.

В структуру Взаимоувязанной сети связи в целом входит 11 служб:

службы телефонной связи,

службы телеграфной связи (АТ, Телекс),

службы передачи данных,

телематические службы (телефакс, бюрофакс, видеотекс, обработка сообщений),

служба передачи газет,

служба проводного звукового вещания,

служба распределения программ звукового вещания,

служба распределения программ телевизионного вещания,

служба кабельного телевидения,

служба телеконференций,

служба мультимедиа.

В своей совокупности службы электросвязи опираются на сети электросвязи:

сети передачи данных с коммутацией пакетов (каналов) — ПД КП (КК),

цифровые сети связи общего пользования — ЦСС ОП,

цифровые сети с интеграцией обслуживания — ЦСИО,

телефонные сети общего (частного) пользования — ТФОП (ЧП),

сети коммутации каналов — КК, сеть передачи газет — ПГ,

телеграфные сети общего пользования — ТГ ОП,

сеть абонентского телеграфирования — АТ,

сеть Телекс,

сети передачи программ звукового вещания — ПЗвВ,

сеть передачи программ телевизионного вещания — ПТвВ,

сети кабельного телевидения — КТВ,

Диспетчерские сети.

Тенденции развития как средств обработки и распределения информации, так и ИС в целом в настоящее время характеризуются с двух сторон. С одной стороны, развитие сетей электросвязи требует применения дискретных (цифровых) каналов и систем передачи, применения средств вычислительной техники для обработки информации в интересах ее передачи. С другой стороны, развитие средств обработки и вычислительной техники требует все большего применения средств связи для обеспечения обмена информацией в интересах решения прикладных задач (обмен документами, распределенные вычисления, доступ к распределенным базам данных и т.д.). И как результат — слияние отраслей обработки и обмена информацией приводит к созданию информационных сетей, реализующих все множество информационных процессов обработки и передачи информации.

 

 

 

архитектуры ИС, определяющей принципы функционирования информационной сети в целом.

характеризует физическую организацию технических средств ИС и описывает множество пространственно (территориально) распределенных подсистем (информационных узлов), реализующих ту или иную совокупность информационных процессов и оснащенных программно-аппаратными средствами их реализации, соединенных физическими каналами передачи информации (каналами связи), обеспечивающими взаимодействие этих подсистем.

Так примерами структур различных ИС могут служить: множество издательств и библиотек, распределенных по территории города, региона или страны, реализующих функции формирования, обработки и хранения информации, и множество каналов почтовой связи, обеспечивающих доведение информации между издательствами и библиотеками; множество территориально распределенных ЭВМ, реализующих всю совокупность ИП селекции, ввода-вывода и содержательной обработки информации, и множество каналов связи их соединяющих и обеспечивающих реализацию функций их взаимосвязи.

При этом информационными узлами в первом примере являются элементы организационно-технической системы — издательства и библиотеки, а во втором примере — элементы технической системы (ЭВМ). В качестве каналов доставки информации в первом примере могут быть использованы любые из известных средств коммуникации (железнодорожный транспорт, воздушный транспорт, и т.д.) для распределения информации в виде почтовой корреспонденции. Во втором примере — выделенные каналы связи различной физической природы, или другие технические системы (информационные сети), ориентированные на реализацию только функций взаимосвязи, например вторичные сети электросвязи (телефонные сети, телеграфные сети, сети передачи данных).

Информационная структура ИС — определяется потребностями отдельных ИП в обмене информацией и представляется совокупностью пространственно распределенных информационных узлов, испытывающих потребность взаимосвязи, и путей доставки информации между ними.

Информационная структура может совпадать, а может и существенно отличаться от физической структуры, так одной физической структуре ИС может соответствовать конечное множество информационных структур, соответствующих множеству разнотипных ИП в узлах сети, имеющих различные потребности во взаимосвязи с другими ИП.

описывает множество адресуемых элементов сети (информационных узлов, информационных процессов) и множество реализованных путей доставки информации между этими элементами.

Примером маршрутной структуры для сети передачи данных (ПД) может служить план распределения сообщений (ПРС), представляющий собой совокупность таблиц маршрутов всех узлов сети ПД и определяющий для множества узлов сети множество реализованных маршрутов доставки пакетов.

определяется множеством типов ИП, реализуемых сетью, функциональными возможностями ИП по обработке и обмену информацией, правилами обмена и обработки информации, форматами представления информации.

Логическая структура описывает принципы построения ИС, состав и типы реализуемых информационных процессов, распределение их по элементам ИС в соответствии с функциональной наполненностью, а также порядок и правила взаимодействия ИП при обработке и обмене информацией, используемые при этом правила взаимосвязи (протоколы) и формы представления информации (форматы).

сети как часть общей архитектуры, которая для конкретной модели в целом и ее компонент в частности, определяет их функциональную наполненность и принципы функционирования. Физическая структура в свою очередь конкретизирует архитектуру для конкретной информационной сети, построенной с применением конкретных комплексов технических средств и заданных вариантов реализации программно-технических средств.

(ЭМВОС).

 

Лекция 3.

1.2. Концептуальная модель информационной сети

 

Концептуальную модель информационной сети можно представить в виде функциональной архитектуры содержащей три уровня описания ее функций (рис. 1.1):

описывает функции и правила взаимосвязи при передаче различных видов информации между территориально удаленными абонентскими системами через физические каналы связи (первичную сеть связи) и реализуется транспортной сетью;

описывает функции и правила обмена информацией в интересах взаимосвязи прикладных процессов (пользователей) различных абонентских систем и реализуется телекоммуникационной сетью, представляющей собой единую инфраструктуру для обмена различными видами информации в интересах пользователей информационной сети;

образуется совокупностью прикладных процессов, размещенных в территориально удаленных абонентских системах, являющихся потребителями информации и выполняющих ее содержательную обработку.

.

При этом прикладные процессы могут представлять собой ручные процессы (например, обслуживание оператором терминала) и автоматизированные, выполняемые на ЭВМ с возможным участием человека (например, программа, выполняемая на ЭВМ в интересах обеспечения ведения распределенной базы данных и предполагающая доступ к удаленной базе данных). Также и физические процессы (например, программа, выполняемая на специализированной ЭВМ и предназначенная для управления техническими устройствами из состава некоторого технологического промышленного оборудования).

С точки зрения структурной организации информационная сеть состоит из следующих элементов:

транспортной сети, представляющей собой распределенную коммуникационную систему, состоящую из коммутационных узлов, соединенных каналами первичной сети. Такая коммуникационная система обеспечивает передачу информации между территориально распределенными абонентскими системами и реализует в рамках ЭМВОС функции трех нижних уровней функциональной архитектуры;

 

 

Рис. 1.1. Концептуальная модель ИС

представляющих собой комплекс программно-аппаратных средств, реализующих как функции содержательной обработки информации посредством прикладных процессов (ПП) пользователей, так и функции взаимосвязи потребителей информации (ПИ), обеспечивая доступ абонентов к транспортной сети в интересах этой взаимосвязи;

ТС представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, территориально распределенных АС, реализующих функции взаимосвязи потребителей информации, обеспечивая доступ абонентов к транспортной сети в интересах этой взаимосвязи, и технических средств транспортной сети (коммутационных узлов, соединенных каналами первичной сети), обеспечивающей передачу сигналов данных между территориально распределенными абонентскими системами. Функциональные возможности ТС, а соответственно и ее архитектура, полностью определяются потребностями пользователей (прикладных процессов) в передаче различных видов информации с заданными параметрами качества услуг. Основой же построения функциональной архитектуры современных телекоммуникационных сетей является профиль протоколов, обеспечивающий реализацию функций взаимосвязи и предоставляющий пользователям услуги по передаче любого вида информации с ориентацией на интеграцию всех видов услуг в рамках единой ТС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 4.

1.3. Организация процессов взаимосвязи в информационных сетях

 

   Информационный процесс взаимодействия пользователей в ИС начинается и заканчивается вне самой сети и включает пять этапов (рис. 1.2):

сбор сведений в интересах решения прикладной задачи и селекция из них совокупности сведений, содержащих информацию;

формирование из совокупности сведений, содержащих информацию, информационных сообщений, то есть придание этим сведениям структуры и формы представления, соответствующей виду информации (алфавитно-цифровой, звуковой информации или изображения);

формализация информационных сообщений, то есть установление соответствия элементам исходных сообщений символов некоторого кодового алфавита по тем или иным правилам кодирования с целью преобразования сообщений к виду пригодному для обработки и передачи средствами технической системы (информационной сети);

содержательная обработка формализованных информационных сообщений в соответствии с алгоритмом решения прикладной задачи;

реализация телекоммуникационной сетью процесса взаимосвязи в интересах взаимодействия информационных процессов, реализующих содержательную обработку формализованных сообщений в процессе решения прикладной задачи.

Первый и второй этапы, определяющие последовательность формирования из совокупности сведений информационных сообщений, реально реализуются вне информационной сети (как технической системы), хотя в принципе, при внедрении методов искусственного интеллекта в будущем станет возможным возложение этих функций на информационную сеть и реализация их с помощью соответствующих программно-аппаратных средств абонентских систем. Пока же эти функции реализуются человеком, который формулирует задачу, требующую решения, определяет необходимые для ее решения исходные данные, формирует эти данные в виде информационных сообщений различного типа и вводит их в техническую систему — информационную сеть. Человек же является в конечном итоге и получателем информационных сообщений от ИС по результатам решения прикладной задачи. Для физических прикладных процессов отличие заключается лишь в том, что эти этапы информационного процесса реализуются при проектировании информационной сети.

 

Рис. 1.2. Этапы взаимодействия ИП и ИС

 

информацию, представленную в формализованном цифровом виде, пригодном для обработки и передачи с помощью технических средств.

Пятый этап реализуется в рамках ИС телекоммуникационной сетью, ориентирован на обеспечение процесса взаимосвязи в интересах взаимодействия территориально распределенных прикладных процессов, выполняющих содержательную обработку информации и, в свою очередь, предполагает выполнение следующего набора функций (рис. 1.2):

* определения требований по обмену сообщениями и согласования параметров взаимосвязи;

* согласования синтаксиса представления и синтаксиса передачи;

* реализации функций кодонезависимой, своевременной, целостностной и достоверной передачи, фрагментации и дефрагментации информационных сообщений;

* реализации функций распределения информационных потоков через транспортную сеть;

* согласования параметров среды и параметров взаимосвязи, формирования и передачи сигналов, несущих информацию через среду взаимосвязи (каналы связи).

Следует отметить, что наличие пятого этапа, реализующего описанный набор функций, в целом, вызвано, с одной стороны, необходимостью использования для передачи сообщений существующих каналов связи, имеющих конечную надежность, зачастую обладающих ограниченной пропускной способностью, недостаточную для выполнения требований по передаче видов информации, критичных к временным задержкам (речь, видео) и подверженных воздействию широкого спектра внешних воздействий Все это приводит к искажению передаваемых сообщений. С другой стороны, сетевая структура транспортной сети накладывает дополнительные ограничения на временные параметры и параметры достоверной передачи сообщений. Так, использование в качестве транспортной сети — сети передачи данных с коммутацией пакетов – определяет наличие дополнительных задержек при передаче информации в узлах коммутации. Эти задержки вызваны необходимостью обработки заголовков пакетов и расчета (выбора) маршрутов их дальнейшей передачи. Возможны дополнительные искажения передаваемых сообщений вследствие переупорядочивания пакетов, составляющих сообщение, и потери части пакетов в результате перегрузок в отдельных участках сети. Именно по этой причине в рамках ТС для обеспечения реализации процесса взаимосвязи прикладных процессов при решении прикладных задач необходимо выделение набора таких функций, как обеспечение кодонезависимой, своевременной, целостностной и достоверной передачи информационных сообщений, их фрагментации и дефрагментации.

Наличие функций преобразования синтаксиса представления в синтаксис передачи связано с возможностью использования в различных абонентских системах разных кодовых алфавитов (например, ДКОИ — двоичного кода обмена информацией и КОИ-8 — восьмиэлементного кода обмена информацией). Поэтому, чтобы различные прикладные процессы однозначно идентифицировали передаваемые и принимаемые информационные сообщения, необходимо при взаимосвязи использовать единый для всех АС синтаксис передачи.

Реализация функций распределения информационных потоков в транспортной сети связана с необходимостью повышения эффективности совместного использования всеми прикладными процессами различных АС множества каналов связи первичной сети, образующих единую среду для взаимосвязи и не закрепляемых жестко за отдельными абонентскими системами.

 

Международные стандарты.

 

Для различных телекоммуникационных сетей, создававшихся в различное время различными производителями, группирование описанных функций различно, отличается также количество выделяемых этапов и функций процесса взаимосвязи, зачастую объединяемых в рамках той или иной функциональной архитектуры ТС в отдельные уровни или слои. В настоящее время существует ряд различных архитектур ставших “де-факто” или “де-юре” международными стандартами, среди которых можно выделить:

семиуровневую архитектуру базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем — международный стандарт на единую архитектуру построения телекоммуникационной сети;

архитектуру сетей ARPA и Internet;

системную сетевую архитектуру (SNA) и системную прикладную архитектуру (SAA), разработанных корпорацией IBM;

архитектуру широкополосной сети (BNA), также предложенной IBM;

архитектуру дискретной сети (DNA) фирмы DEC;

открытую сетевую архитектуру (ONA) фирмы British Telecom и др..

обмен данными».

» — передача данных между логическими объектами уровня в соответствии с установленным протоколом.

служба, услуги, сервис, обслуживание, порождает ситуацию, когда для определения одних и тех же понятий в научно-технической литературе используются различные переводы слова “service”. При этом в одном случае термины служба, услуги, сервис, обслуживание используются как синонимы для определения родственных понятий, и наоборот — каждый из вариантов перевода слова “service” характеризует различные понятия.

..

сервис» будет вкладываться смысл, определенный в ЭМВОС.

служб» ИС, обеспечивая реализацию технических аспектов услуг взаимосвязи, предоставляемых телекоммуникационной сетью.

1.4. Принципы и функции организации взаимосвязи

открытых систем

 

), – рекомендация Х.200.

Понятие «открытости» систем означает взаимное признание и поддержку соответствующих стандартов.

Понятие «взаимосвязи открытых систем» (ВОС) характеризует все аспекты процесса обмена данными между прикладными процессами, расположенными в различных удаленных друг от друга АС информационной сети. При этом рассматривается не только процесс обмена информацией между системами, но и принципы их взаимодействия при решении общей (распределенной) задачи.

 

 

Рис. 1.3. Основные элементы ЭМВОС

.

.

это совокупность одной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, терминалов и других средств, а также операторов, которая образует полностью автономную систему, способную обрабатывать и (или) передавать информацию.

это реальная система, которая подчиняется требованиям стандартов ВОС при взаимодействии с другими системами.

представление в рамках эталонной модели тех аспектов реальной открытой системы, которые относятся к ВОС.

элемент реальной открытой системы, который выполняет обработку информации для некоторого конкретного применения. Это может быть ручной процесс, процесс, выполняемый на ЭВМ, или физический процесс.

, предназначенной для передачи информации между ними (рис. 1.3). В качестве физической среды для ВОС обычно выступают каналы связи различной физической природы.

При этом определяются:

, реализующая функции распределения информационных потоков через транспортную сеть, согласования параметров взаимосвязи и параметров физической среды для ВОС или сети физических каналов связи, формирования и передачи сигналов, несущих информацию через физическую среду для ВОС (каналы связи);

, включающая сетевую среду и реализующую основные функции взаимосвязи, ориентированные на приложения. Эта среда предоставляет возможность прикладным процессам взаимодействовать друг с другом открытым образом;

, надстраиваемая над сетевой средой и определяющая принципы построения и функционирования прикладных процессов, ориентированных на взаимосвязь и создаваемых в интересах решения конкретной прикладной задачи.

 

?

реальной открытой системой, открытой системой

 

.

предполагает, что перед обменом данными логические объекты двух взаимодействующих друг с другом реальных открытых систем выполняют процедуры, связанные с установлением логического соединения между ними.

Каждое соединение определяет функциональное взаимодействие двух либо большего числа одноименных объектов различных систем и устанавливается через физическую среду для ВОС.

:

собственно установления соединения,

— поддержания соединения в процессе взаимосвязи и обмена данными,

­действующих систем (асинхронно) без предварительного согласования. По установленному соединению выполняется последовательный обмен данными до момента инициации одним из логических объектов этапа разрушения (закрытия) соединения.

основана на том, что логические объекты взаимодействующих систем знают все необходимое друг о друге заранее и осуществляют обмен данными, не предупреждая партнера по обмену.

Передача информации в режиме без установления соединения осуществляется двумя способами:

логический объект инициатор начинает обмен данными без согласия партнера, имея при этом предварительную двухстороннюю договоренность о режимах взаимосвязи, используемых наборах адресов, видах используемого сервиса и параметрах качества услуг;

логический объект-инициатор начинает обмен данными с запроса у партнера по обмену нужных для работы сведений:

— о поддерживаемых режимах взаимосвязи,

— об используемых наборах адресов,

— о видах используемого сервиса,

— о допустимых параметрах качества услуг.

И после получения ответа на запрос приступает непосредственно к этапу обмена блоками данных.

функции взаимосвязи, наличие взаимодействия равноправных логических объектов не представляется возможным.

 

 

 

Рис. 1.5. Основные элементы функциональной архитектуры ЭМВОЛС

 

логическим объектам (N+1)-уровня. Услуги N-уровня предоставляются (N+1)-уровню посредством N-функций, выполняемых внутри N-уровня N-логическим элементом, на базе услуг (N-1)-го уровня.

:

ожидаемая задержка передачи;

вероятность искажения информации;

вероятность потери данных или их дублирования;

вероятность передачи по неправильному адресу;

защищенность от несанкционированного доступа.

 

 

 

)-уровень ЭМВОЛС

 

Протокол определяет:

— процедуры обмена данными и управляющей информацией между взаимодействующими равноправными логическими объектами;

— механизм выбора указанных процедур из списка возможных;

— структуру и способ кодирования протокольных блоков данных (ПБД), посредством передачи которых осуществляется обмен данными между равноправными логическими объектами,

­вляемый сервисы.

В соответствии с ЭМВОС каждый N-уровень может быть описан совокупностью выполняемых им функций. Эти функции, в общем случае, включают в себя:

— выбор протокола;

— установление и разрыв соединения;

— мультиплексирование и расщепление соединений;

— передачу нормальных (обычных) данных;

— передачу срочных (внеочередных) данных;

— управление потоком данных;

— сегментирование блокирование и сцепление данных;

— организацию последовательности;

— защиту от ошибок;- маршрутизацию.

 

 

Лекция 7.

1.5. Локальные информационно-вычислительные сети (ЛИВС)

 

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. И для этого есть веские причины, так как отличия технологий локальных и глобальных сетей очень значительны, несмотря на их постоянное сближение.

относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.

объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах.

являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города – мегаполиса. Сети мегаполисов предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.

 

1.5.1. Общие сведения

 

иями, которые они вносят в различные сферы человеческой деятельности. Если в начальной стадии своего развития ЛС в основном применялись для осуществления межмашинного обмена, то в последующем они стали использоваться для передачи цифровой, текстовой, графической, речевой и мультимедиа информации.

».

, что не совсем корректно. Понятие ЛВС определяет отдельный класс информационных сетей, обеспечивающих доступ распределенных на ограниченной территории пользователей к единому вычислительному ресурсу, а также реализацию функций содержательной обработки информации (распределенные вычисления, удаленное выполнение заданий и т. д.) и использующих в качестве транспортной сети локальную сеть передачи данных.

сеть передачи данных, связывающую ряд абонентских систем (рабочих станций ЛС) в одной локальной зоне, географически ограниченной, например, одним зданием, студенческим городком, радиусом в несколько километров, на базе высокоскоростных каналов передачи данных (обычно моноканалов).

­измерительных систем, систем промышленных роботов и гибких автоматизированных производств.

дисплеи, печатающие и копирующие устройства, кассовые и банковские аппараты, интерфейсные схемы и др.

ЛС могут так же подключаться к другим локальным и глобальным (региональным, территориальным) телекоммуникационным сетям с помощью специальных устройств сопряжения, реализуемых в виде специализированных устройств или на базе персональных ЭВМ, дооснащенных соответствующими аппаратными и программными средствами.

Понимание различий между устройствами сопряжения очень важно, особенно сейчас, когда начинают появляться различного рода гибридные устройства, выполняющие смешанные функции. В настоящее время уже существует целый ряд подобных устройств, отличающихся реализуемыми функциями, принципами построения и способам использования:

в не зависимости от различий в средах передачи и методах доступа. Использование мостов позволяет обеспечить повышение эффективности, безопасности и протяженности локальных сетей.

Маршрутизатор работает на сетевом уровне модели ВОС. Он по адресу пакета определяет один из маршрутов, по которому будет направлен пакет и обеспечивает соединение между собой (на сетевом уровне) различных фрагментов локальных сетей или отдельных, работающих по различным протоколам локальных вычислительных сетей, каждая из которых имеет свой сетевой адрес. В отличие от мостов, маршрутизаторы являются протокол ориентированными и их целесообразно применять в больших ЛС, где МАС-уровни у подсетей обычно не совпадают. Часто многопротокольные маршрутизаторы используются как пограничные устройства для объединения географически удаленных фрагментов локальной сети через территориальную сеть.

Это гибрид двух устройств (моста и маршрутизатора), выполняющий отдельные функции как одного, так и другого устройства. Он реализует функции уровня звена данных и сетевого уровня, обеспечивая фильтрацию и маршрутизацию поступающих пакетов, являясь подобно мосту протокол не ориентированным устройством.

Это устройство, предназначенное не только для соединения отдельных сетей, но и для трансляции (преобразования) и согласования протоколов соединяемых сетей из одного в другой и обратно. Шлюзы работают на всех семи уровнях ЭМВОС.

В отличие от вышеперечисленных устройств репитер работает на самом нижнем уровне ЭМВОС – физическом. Он может только принимать и отправлять пакеты, обеспечивая лишь электрическое сопряжение двух подсетей. Репитер регенерирует принятый сигнал и позволяет, таким образом увеличить расстояние, на которое может быть передан сигнал. Все вышеперечисленные устройства также обеспечивают выполнение функций репитера.

 

 

 

 

Лекция 8.

1.5.2. Стандарты локальных сетей

 

JTCI.

разрабатывает методы межсетевого взаимодействия и архитектуру системы управления ЛС, общую совокупность стандартов для ЛС, которая включает:

основной стандарт для локальных и региональных сетей, одобренный в 1990 году и включающий обзор сетевых архитектур.

ISO/IEC 15802-2.

.

ISO/IEC 10038.

стандарт определения управляющей информации для серии 802, одобрен в 1993 году.

.

рекомендуемые правила организации мостов MAC в сетях Ethernet 2.0, одобрены в 1995 году.

.

.

.

.

.

предложение по стандарту на виртуальные локальные сети с мостами.

К этой группе стандартов по ЛС относятся также следующие стандарты МОС:

он был одобрен в 1993 году.

и были одобрены в 1994 году.

не зависит от алгоритмов доступа к физической среде и ее типа, если не считать временных соотношений.

и МОС:

от 1989 года.

реализует алгоритм доступа к среде и адресацию станций ЛС.

для ЛС

 

).

. Одобренный в 1996 году, он заменил версию стандарта от 1993 года.

.

телевизионных и радиовещательных программ и телефонных разговоров. Недостатком подобных сетей являются их сложные протокольная и аппаратная реализации.

5 – определяет кольцевую ЛС с передачей маркера.

Принятая в 1995 г. редакция заменила стандарт 1992 года.

для станций с подключением по оптическому кабелю. Данный отчет был опубликован в июне 1994 года.

.

По этому принципу были построены и другие первые локальные сети, например, отечественная ЛС «Эстафета».

– определяет использование в ЛС волоконно–оптической техники.

– определяет построение интегрированной сети передачи данных и речи.

, был одобрен в 1996 году.

стандарт, определяющий архитектуру виртуальных ЛС.

­тривается использование двух частотных диапазонов – 2400-2483.5 МГц и 2.4-2.4835 ГГц. Первый рекомендуется для использования внутри помещений, а второй – вне помещений. Максимальная дальность передачи в радио-ЛС может достигать 25 км.

.

 

Лекция 9.

1.5.3. Архитектура локальных сетей типа Ethernet

 

Метод доступа CSMA/CD

 

реализует схему с состязанием, в которой сетевые узлы соревнуются за право использования среды. Узел, захвативший ресурс среды (выигравший состязание), может передать один пакет, а потом должен ее освободить для других узлов. Если несколько узлов начинают передачу почти одновременно, возникает конфликт (столкновение) и все отправленные пакеты теряются.

устанавливает следующий порядок обмена в сети: если рабочая станция хочет воспользоваться моноканалом для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала и только в том случае, когда канал свободен ей разрешается начать передачу. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов.

сообщение. Все рабочие станции в сети, которые хотят передавать данные, в течение некоторого случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать передачу. Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время попытки повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен.

возможно и его реконфигурация.

Это время несколько больше, чем удвоенное время распространения сигнала между крайними точками кабеля, равное 51,2 мс. Последняя цифра получена исходя из максимально допустимого в Ethernet расстояния между узлами равного 2500 м.

определяется в соответствии с соотношением:

,

– средняя длина пакета.

определяется длиной моноканала, скоростью передачи данных и минимальной длиной пакета данных.

Диаграмма состояний, иллюстрирующая операции, выполняемые в соответствии с методом CSMA/CD на уровне звена данных, представлена на рис. 1.7.

повторяется вновь через случайное время ожидания. При этом узел переходит в состояние задержки. В этом состоянии он находится некоторое время и потом опять переходит в состояние ожидания.

 

 

горитм CSMA/CD

№…

1.5.4. Пример формата кадра Ethernet

), приведенный на рис. 1.8.

 

Преамбула

SFD

 

Концевик

)

 

представляет собой последовательность из 7 байт 10101010 и служит для тактовой синхронизации приемника.

. Выполняет функцию флага для цикловой синхронизации приемника. Получив этот байт, приемник понимает, что следующим байтом будет первый байт заголовка кадра.

, будет двоичная комбинация 0000 0000 0110 0000 0010 1111.

.

. Для обеспечения надежного распознавания коллизий длина поля данных не должна быть меньше 46 байт. Если в поле данных вкладывается пакет длиной менее 46 байт, поле данных дополняется до 46 байт нулями или единицами.

) с порождающим полиномом:

+x +1.

 

Лекция 10.

 

   Классификация беспроводных сетей передачи информации

 

). В целом существуют три основных направления применения беспроводных сетей — работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.), соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) и построение территориально распределенных беспроводных сетей передачи информации. Для соединения удаленных локальных сетей (или сильно распределенных в пространстве сегментов локальной сети) может использоваться оборудование с направленными антеннами, специальные усилители, большая высота размещения антенн (рис.1.9).

 

Рис.1.9

:

по способу обработки и передачи информации – на цифровые и аналоговые;

широкополосные;

по мобильности абонентов – на фиксированные, мобильные и подвижные;

по географической протяженности – на персональные, локальные, городские и глобальные;

формации и данных.

­ровую (дискретную) форму и обрабатывается (функции фильтрации, скремблирования, коммутации) преимущественно цифровыми методами.

, то система узкополосная

1). В противном случае – система широкополосная.

­ность перехода из одной зоны обслуживания в сопредельную без разрыва связи, восприимчивость к кратковременным пропаданиям связи и т.п.

По размеру зоны обслуживания (географической протяженности) БСПИ подразделяются на:

) подразумевают взаимную удаленность устройств на расстоянии до сотен метров и мощности передатчиков до 100 мВт. Это сети, предназначенные для объединения устройств в пределах локальной зоны (здания, группы зданий). На основе стандартов локальных беспроводных сетей вполне успешно строят и сети городского масштаба. Примерами построения беспроводных локальных сетей являются сети на основе технологий DECT и IEЕЕ 802.11 (Wi-Fi).

Аналогично Wi-Fi, эта технология также имеет свое коммерческое название — WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), поддержкой которого занимается ассоциация WiMAX Forum.

Глобальные беспроводные сети передачи информации представлены в основном спутниковыми системами связи. Однако с учетом того, что, например, практически все сети сотовой связи, так или иначе, связаны друг с другом, и все они разрабатываются с учетом возможности взаимодействия, можно (с некоторой натяжкой) говорить и о глобальных сотовых сетях.

­товом уровне. По единому цифровому каналу передается информация самой различной природы. Вполне очевидно, что недалек тот день, когда вся речевая и видеоинформация будет обрабатываться и передаваться исключительно цифровыми методами. Это в полной мере относится и к БСПИ, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для передачи различных видов информации в цифровом виде в едином потоке.

рис.1.10 и в табл. 1.1.

Классификация технологий беспроводных СПИ

 

 

))

(для малоподвижных абонентов)

40 км

 

Лекция 11.

)

 

и др.).

 

Bluetooth

 

Оборудование Home RF работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, для передачи трафика используется метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты.

Как следует из названия, стандарт Home RF задумывался как беспроводная домашняя система передачи информации, аналог известной к тому времени проводной Ethernet-подобной сети HomePNA (Home Phone Line Networking Alliance), использовавшей в качестве носителя уже существующую телефонную линию. Для нормальной работы сети Home RF необходим host-компьютер (или устройство, выполняющее его функции).

).

Последняя версия спецификации Home RF 2.01 вышла 1 июля 2002 года и на этом цели рабочей группы были выполнены, а в январе 2003 года она была расформирована.

.

ную рабочую группу SIG (Special Interest Group).

­ных персональных сетей).

 

 

 

 

 

 

 

2

 

RF

 

Показатель

Home RF

10-100

 

Спецификация Bluetooth описывает пакетный способ передачи информации с временным мультиплексированием. Радиообмен происходит в полосе частот 2400-2483,5 МГц (в США и ряде других стран – это безлицензионный диапазон). В радиотракте применен метод расширения спектра посредством частотных скачков и двухуровневая частотная модуляция с фильтром Гаусса (binary Gaussian Frequency Shift Keying). Метод частотных скачков подразумевает, что вся отведенная для передачи полоса частот подразделяется на определенное количество подканалов шириной 1МГц каждый.

­щищенность передач. Последняя обусловлена тем, что если переданный по какому-либо подканалу пакет не был принят, то приемник сообщает об этом, и передача пакета повторяется на одном из следующих подканалов, уже на другой частоте.

 

 

 

Таблица 1.3

 

Bluetooth

 

22

 

* Кроме Испании и Франции

­ленную сеть» (scatternet).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты построения пикосетей

 

 

­ной передачей голоса. Скорость каждого голосового канала – 64 кбит/с в каждом направлении, асинхронного в асимметричном режиме – до 723,2 кбит/с в прямом и 57,6 кбит/с в обратном направлениях или до 433,9 кбит/с в каждом направлении в симметричном режиме.

­нений, вспомогательное – до трех синхронных соединений с одним основным устройством или до двух – с разными основными устройствами. При синхронном соединении основное устройство резервирует временные сегменты, следующие через так называемые SCO-интервалы. Даже если пакет принят с ошибкой, повторно при синхронном соединении он не передается.

­ляет пакет основному, только если в предыдущем временном интервале на его адрес пришел пакет от основного устройства. Если в адресном поле ACL-пакета адрес не указан, пакет считается «широковещательным» – его могут читать все устройства. Асинхронное соединение позволяет повторно передавать пакеты, принятые с ошибками (механизм ARQ — automatic repeat request).

Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)» и IEEE 802.15.4 «Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)» – стандарты для высокоскоростной и низкоскоростной персональных БСПИ, соответственно.

 

 

Практическое занятие №

)

 

мы сбора информации и диспетчеризации не требуют скоростей передачи более 20 кбит/с. Для решения подобных задач и был разработан стандарт низкоскоростных БСПИ IEEE 802.15.4. Его разработчиком выступил альянс компаний (Inven-sys, Honeywell, Mitsubishi Electric, Motorola, Philips), назвавший себя ZigBee — (от Zig-zag — зигзаг и Bee — пчела). Подразумевалось, что топология сети будет напоминать зигзагообразную траекторию полета пчелы от цветка к цветку.

).

 

Таблица 1.4

 

802.15.4

 

62,5

дается в радиоканал посредством двухпозиционной фазовой модуляции (BPSK).

 

 

802.15.4 типа «звезда» и «равный с равным»

 

 

802.15.4

 

­ра сети. Каждому устройству сети присваивается 64-разрядный адрес.

­жет присвоить устройствам более короткие 16-разрядные адреса. В этом случае для межсетевого взаимодействия используются 16-разрядные идентификаторы сетей, также назначаемые координатором.

Данный стандарт, активно продвигаемый Альянсом ZigBee, призван заполнить вакуум в спектре низкоскоростных и дешевых беспроводных сетевых технологий, поскольку он предлагает разработчикам возможность создавать недорогие продукты с очень низким потреблением мощности и чрезвычайно гибкими функциями поддержки беспроводного сетевого взаимодействия.

 

 

 

Лекция 12.

   Беспроводные локальные сети (стандарты IEEE 802.11 и DECT)

 

Беспроводные локальные сети передачи информации (WLAN) развиваются в последние десять лет невероятно быстро. Простота развертывания таких сетей ограничена только необходимостью оформления разрешительной документации (в тех странах, где это требуется).

нированный доступ к данным. Для передачи особо уязвимых данных пользователи могут использовать режим Wired Equivalent Privacy (WEP), при котором сигнал шифруется дополнительным алгоритмом, а данные контролируются с помощью электронного ключа. В сетях WLAN, работающих по спецификации 802.11b, для обеспечения более высокой надежности сети вместе с аутентификацией пользователя могут применяться 40-битные и 128-битные алгоритмы шифрования. Перехват трафика, как умышленный, так и неумышленный, практически невозможен. Количество пользователей практически неограниченно. Его можно увеличивать, просто устанавливая новые точки доступа. Перекрывающихся каналов, которые не будут создавать взаимные помехи, одновременно может быть установлено не более трех.

Не смотря на молодость стандартов построения беспроводных локальных сетей, они уже очень хорошо проработаны и опробованы на практике. Учитывая достаточно подробное и обширное освещение в периодических изданиях и специальной литературе современных технологий WLAN, только кратко остановимся на двух наиболее массовых множествах стандартов в области беспроводных локальных сетей — IEEE 802.11 и DECT.

 

802.11

 

.

Вместе с тем стандарт IEEE 802.11 является базовым и определяет протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (WLAN). Основные из них – протокол управления доступом к среде MAC (Medium Accsess Control – нижний подуровень уровня звена данных) и протокол PHY передачи сигналов в физической среде. В качестве физической среды допускается использование радиоволн и инфракрасного излучения. По сравнению с проводными ЛС Ethernet возможности подуровня   MAC расширены за счет включения в него ряда функций, обычно выполняемых протоколами более высоких уровней, в частности, процедур фрагментации и ретрансляции пакетов. Это вызвано стремлением повысить эффективную пропускную способность системы благодаря снижению накладных расходов на повторную передачу пакетов. В качестве основного метода доступа к среде стандартом 802.11 определен механизм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – множественный доступ с обнаружением несущей и предотвращением коллизий).

Для экономии энергоресурсов мобильных рабочих станций, используемых в беспроводных ЛС, стандартом 802.11 предусмотрен механизм переключения станций в пассивный режим с минимальным потреблением мощности.

В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура, причем сеть может состоять как из одной, так и нескольких ячеек (сот). Каждая сота управляется базовой станцией, называемой точкой доступа (Access Point, AP), которая вместе с находящимися в пределах радиуса ее действия рабочими станциями пользователей образует базовую зону обслуживания (Basic Service Set, BSS). Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют между собой через распределительную систему (Distribution System, DS), представляющую собой эквивалент магистрального сегмента кабельных ЛС. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную систему   образует расширенную зону обслуживания (Extended Service Set). Стандартом предусмотрен также односотовый вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки доступа, при этом часть ее функций  выполняются непосредственно рабочими станциями.

Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной точки доступа к другой в многосотовых системах предусмотрены специальные процедуры сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения (Association), однако строгих спецификаций по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.

доступу к сети (механизмы и процедуры аутентификации), а также предотвращение перехвата информации (шифрование).

 

Практическое занятие №

­зуется набор скоростей передачи 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с.

В отличие от базового стандарта, ориентированного на область частот 2,4 ГГц, спецификациями 802.11а предусмотрена работа в диапазоне 5 ГГц. В качестве метода модуляции сигнала выбрано ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM). Наиболее существенное различие между этим методом и методами DSSS/FHSS заключается в том, что OFDM предполагает параллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра передают сигналы последовательно. В результате повышается пропускная способность канала и качество сигнала.

­тически нет.

а относятся более высокая потребляемая мощность радиопередатчиков для частот 5 ГГц, а так же меньший радиус действия (оборудование для 2,4 ГГц может работать на расстоянии до 300м, а для 5ГГц — около 100м).

Таблица 1.5

 

Скорость передачи данных в стандарте 802.11b

 

CCK

В окончательной редакции стандарт 802.11b, известный также как Wi-Fi (wireless fidelity), был принят в 1999 г. В качестве базовой радиотехнологии в нем используется метод DSSS с 8-разрядными последовательностями Уолша.

­тическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала. Средний радиус действия стандартных точек доступа 802.11b представлен в табл. 1.6.

Таблица 1.6

Средний радиус действия стандартных точек

доступа 802.11b

 

20 м

 

Указанные радиусы действия представляют собой средние значения для стандартных точек доступа IEEE 802.11b. В зависимости от местных условий (много бетона или толстые стены) действительные значения радиуса действия могут оказаться существенно меньше.

Как и в случае базового стандарта 802.11, четкие механизмы роуминга спецификациями 802.11b не определены.

Стремясь расширить географию распространения сетей стандарта 802.11, в данном стандарте IEEE разрабатывает универсальные требования к физическому уровню 802.11 (процедуры формирования каналов, псевдослучайные последовательности частот, дополнительные параметры для MIB и т.д.).

он позволяет расширить их функциональность за счет поддержки потоковых мультимедиа-данных и гарантированного качества услуг (QoS).

описывают протокол обмена служебной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol, IAPP), что необходимо для построения распределенных беспроводных сетей передачи данных.

Спецификации 802.11g представляют собой развитие стандарта 802.11b и позволяют  повысить скорость передачи данных в беспроводных ЛС до 11 — 54 Мбит/с (табл. 1.7) благодаря использованию более эффективных методов модуляции сигнала.

 

 

Таблица 1.7

 

Скорость передачи данных в стандарте 802.11g

 

CCK-OFDM

 

802.11g позволяет сделать два вывода (рис. 1.14):

;

системы стандарта 802.11g очень хорошо масштабируются вниз до этой границы, так что в «переходном диапазоне» от 54 до 11/12 Мбит/с скорость передачи изменяется относительно плавно.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.14. Радиус действия в частотном диапазоне 2,4 ГГц (802.11g) при модуляции OFDM

 

от точки доступа.

Рабочая группа IEEE 802.11h рассматривает возможность дополнения существующих спецификаций 802.11 для MAC уровня и 802.11a для уровня PHY алгоритмами эффективного выбора частот для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами управления использованием спектра, контроля за излучаемой мощностью и генерации соответствующих отчетов.

Предполагается, что решение этих задач будет базироваться на использовании  протоколов Dynamic Frequency Selection (DFS) и Transmit Power Control (TPC),  предложенных Европейским институтом стандартов по телекоммуникациям (ETSI). Указанные протоколы предусматривают динамическое реагирование клиентов беспроводной сети на интерференцию радиосигналов путем перехода на другой канал, снижения мощности либо обоими способами.

До мая 2001г. стандартизация средств информационной безопасности для беспроводных сетей 802.11 относилась к ведению рабочей группы IEEE 802.11e, но затем эта проблематика была выделена в самостоятельное подразделение. Разрабатываемый стандарт 802.1X призван расширить возможности протокола 802.11 уровня MAC, предусмотрев средства шифрования передаваемых данных, а также централизованной аутентификации пользователей и рабочих станций. В результате масштабы беспроводных локальных сетей можно будет наращивать до сотен и тысяч рабочих станций.

В основе 802.1X лежит протокол аутентификации Extensible Authentication Protocol (EAP), базирующийся на PPP. Сама процедура аутентификации предполагает участие в ней трех сторон – вызывающей (клиента), вызываемой (точки доступа) и сервера аутентификации (как правило, сервера RADIUS). В то же время новый стандарт, судя по всему, оставит на усмотрение производителей реализацию алгоритмов управления ключами.

почему будущий стандарт получил номер IEEE 802.1X, а его разработку группа 802.11i ведет совместно с комитетом IEEE 802.1.

Спецификация 802.11j – настолько новая, что IEEE еще официально не сформировал рабочую группу для ее обсуждения. Предполагается, что стандарт будет оговаривать существование в одном диапазоне сетей стандартов 802.11a и HiperLAN2.

­жно из-за ограниченной скорости.

 

 

 

DECT

 

­ние мультимедийные системы, становится средством первичного доступа в публичные телефонные сети, входит в перечень стандартов сотовой телефонии третьего поколения IMT-2000. Рынок систем DECT до сих пор остается одним из наиболее динамичных в мире.

­водных средств связи, такими как роуминг и перемещение между сотами без разрыва соединения.

­щий беспроводной стык Commmon Air Interface, CAI/CT-2, стандарт MPT 1375).

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.8

 

),

DECT

 

Диапазон рабочих

TDMA

с многочастотным разделением

TDMA

с многочастотным разделением

Ширина полосы

Мощность

передатчиков,

10-250

 

­munications – DECT.

­вания в стандарт не входят.

­ского радиодоступа (Radio Local Loop, RLL) и т. д.

­пользована частотная модуляция с фильтром Гаусса (GFSK).

­ставляет ли она требуемые абоненту услуги, есть ли в системе свободная емкость, и выбирает базовую станцию с наиболее качественным сигналом.

­– важнейшее свойство DECT.

­рена возможность оповещения абонентского терминала со стороны БС о низком качестве связи, что может инициировать хэндовер.

при направленной антенне). Столь низкая мощность делает устройства DECT наиболее безопасными для здоровья. Недаром в европейских медицинских учреждениях разрешено применение систем радиотелефонии только этого стандарта.

ложения БС по схеме шестиугольника в одной плоскости (на одном этаже).

 

 

 

Лекция 14.

   Беспроводные городские сети (технология WiMAX)

 

.

­стимость продуктов разных производителей.

). В первую очередь он сосредоточился на вопросах стандартизации систем LMDS диапазона 28-30 ГГц, однако вскоре полномочия комитета были распространены на область частот от 2  до 66 ГГц и в его составе образовано несколько  рабочих групп:

рабочая группа 802.16.1 – разрабатывает спецификации радиоинтерфейса для систем, использующих диапазон 10 — 66 ГГц;

рабочая группа 802.16.2 – занимается вопросами «сосуществования» сетей фиксированного широкополосного доступа в нелицензируемых диапазонах 5 — 6 ГГц  (в частности, с  беспроводными ЛС на базе стандарта 802.11а);

рабочая группа 802.11.3 – разрабатывает спецификации радиоинтерфейса для лицензируемых систем диапазона 2-11 ГГц, главной целью создания группы стало содействие ускоренному развертыванию систем MMDS путем предоставления производителям возможности создавать совместимые продукты на основе единого стандарта.

Все стандарты разрабатываются комитетом 802.16 на базе единой эталонной модели, объединяющей интерфейсы трех типов в тракте связи между абонентскими устройствами или сетями (например, ЛС или учрежденческими АТС) и транспортной сетью (ТфОП или Internet). Первый радиоинтерфейс определяет взаимодействие абонентского приемо-передающего узла с базовой станцией, второй включает в себя два компонента, охватывающие обмен сигналами между радиоузлами и «находящимися за ними» сетями – абонентской и транспортной (в детальной проработке спецификаций этого интерфейса участвуют и другие комитеты IEEE). Спецификации третьего, дополнительного, радиоинтерфейса определяют использование повторителей или отражателей для увеличения зоны охвата системы и обхода препятствий на пути распространения сигнала.

, Беспроводные Локальные Сети):

определение и гармонизация стандартов;

сертификация взаимодействия оборудования различных поставщиков;

продвижение технологии WiMAX.

, Беспроводные Городские Сети Связи).

к концу 2005 года были разработаны следующие стандарты серии 802.16 (таб. 1.9):

Этот стандарт не был достаточно хорошо проработан, и даже после его утверждения осталось большое количество открытых вопросов.

Скорость передачи данных в такой сети может достигать 75 Мбит/с.

­тивных сетей, с достаточно сильно распределенной структурой.

. Иными словами, для обеспечения устойчивого покрытия в масштабах города на основе технологии Wi-Fi потребуется установить, как минимум, несколько сотен точек доступа. Здесь и реализуется главное преимущество WiMax, которая, в отличие от Wi-Fi, задумывалась не как технология для связи в пределах помещения, но как широкополосная технология с повышенной дальностью связи.

 

Таблица 1.9

Семейство стандартов IEEE 802.16

 

декабрь 2001

январь 2003

июль 2004

от 10 до 66 ГГц

менее 1 1 ГГц

менее 1 1 ГГц

LOS

зоны

зоны,

пользователей

64QAM

OFDMA + 802.16

OFDMA + 802.16

32 -134 Мбит/с

1 — 75 Мбит/с

см. 802. 16а

нет

нет

нет

20, 25 и 28 МГц

16 логическими подканалами

см. 802. 16а

от 1 до 5 км

максимум 50 км

антенной

мощностью передачи

см. 802. 16а

 

внешнее

выносной антенной

Внешнее

антенной

-карта

 

Разные стандарты семейства 802.16 ориентированы на различные сегменты рынка. Так, стандарт 802.16-2004 обеспечивает решение «последней мили» для фиксированных пользователей, в то время как 802.16е ориентирован на обслуживание мобильных абонентов (рис. 1.15). При этом такие параметры, как скорость передачи и дальность действия конкретного стандарта семейства IEEE 802.16 существенно зависят от параметров настройки системы. Например, для 802.16-2004:

скорость передачи данных 75 Мбит/с на стороне базовой станции может быть обеспечена только при использовании канала шириной 20 МГц в идеальных условиях. Государственное регулирование в области частот может накладывать ограничения на максимальную ширину канала таким образом, зачастую, существенно снижая максимальную скорость передачи данных;

подключенных к внешней антенне находящейся в зоне прямой видимости с базовой станцией (LOS).

 

Рис. 1.15. Сравнение областей применения стандартов

e

 

, учитывая физические параметры системы, на сегодня не представляется возможным даже при нахождении в области прямой видимости. Однако, операторы могут достаточно гибко настраивать системы WiMAX в соответствии со своими нуждами. Использование направленных антенн и правильная параметризация позволит операторам предоставлять каналы различной емкости для различных типов пользователей, например:

сильно удаленных от базовой станции (десятки километров) пользователей можно обеспечить как телефонной связью, так и доступом в Интернет с достаточно высокой скоростью, для этого необходимо наличие внешней направленной антенны на стороне пользователя в зоне прямой видимости базовой станции, причем антенна может быть использована как точка коллективного доступа;

базовой станции, причем антенна может быть использована как точка коллективного доступа;

) пользователей можно обеспечить широкополосным доступом к услугам связи с использованием внутренней антенны, при этом пользователь может быть ограниченно мобильным — в зависимости от уровня сигнала.

Структура сети беспроводного широкополосного доступа в сети WiMAX, реализующей все три представленных выше сценария показана на рис.1.16. Очевидно, что базовые станции могут объединяться в сеть как с использованием технологии WiMAX (необходимо чтобы базовые станции находились в области прямой видимости LOS), так и с использованием фиксированных сетей (например, оптический или медный кабель).

Еще одной особенностью WiMAX является встроенная поддержка QoS, что обеспечивает минимальное время задержки в канале передачи для сервисов типа VoIP, TDM Voice, оптимальный транспорт VBR (Variable Bit Rate) трафика, а также возможность приоритезации передаваемых данных. До настоящего времени поддержка QoS в Wi-Fi-сетях предусмотрена только в стандарте 802.11e. Кроме того, стандарты 802.16 предполагают поддержку различных методов шифрования (3DES, RSA и AES), а для обеспечения дополнительного уровня безопасности при подключении пользовательских устройств предусмотрен в интересах аутентификации обмен сертификатами по протоколу X.509, а также поддерживается аутентификация с использованием протокола EAR (Extensible Authentification Protocol, Расширяемый Протокол Аутентификации). В целом, как отмечают специалисты, технология WiMAX более надежна в плане безопасности, чем Wi-Fi. Несмотря на все достоинства, определенные неудобства может доставить использование лицензированного спектра частот.

 

Рис. 1.16. Организация беспроводного широкополосного доступа в сети WiMAX

.

Специалисты полагают, что различные модификации WiMax смогут со временем полностью заменить не только беспроводные локальные сети, но и мобильные сети. С бурным ростом передачи данных через каналы сотовой связи выяснилось, что традиционная технология сотовых сетей не может обеспечить необходимую пользователям пропускную способность, даже в сетях третьего поколения скорость передачи данных для отельного пользователя составляется от 400 до 700 кбит в секунду. Мобильный WiMax обещает в отдельных случаях десятикратное увеличение этой скорости.

класса pre-WiMAX, некоторые из которых, в частности SkyMAN, по ряду показателей уже превосходят будущие стандартные системы.

 

 

 

)

 

Стандарт IEEE 802.20

 

Данный стандарт занимает интересное положение среди остальных стандартов – с одной стороны, его называют ближайшим конкурентом WiMAX (802.16e), с другой стороны, он может использоваться в системах сотовой связи, заменяя GPRS или CDMA2000, а это уже WWAN. Возможно, в связи с этим, его можно выделить в отдельный класс беспроводных сетей связи MBWA (Mobile Broadband Wireless Access).

, равно как и 802.20, также может помешать инерция операторов. Для поддержки массовых подключений владельцев мобильной аппаратуры потребуются значительные вложения в инфраструктуру, и операторы могут решить, что трудоемкое развертывание новых технологий приведет лишь к дублированию уже предоставляемых услуг. Соотношение перспективных беспроводных технологий показано на рис 1.17.

 

Рис. 1.17. Соотношение перспективных беспроводных технологий

 

Глобальная система мобильной связи (GSM)

 

шифровывался уже как Global System for Mobile Communications.

­пазон делится на частотные каналы по 200 кГц – в GSM-900 всего 124 канала (124 восходящих и 124 нисходящих), разнос между восходящим и нисходящим каналом – 45/95 МГц (в диапазонах 900/1800 МГц, соответственно). Базовая станция поддерживает от 1 до 16 частотных каналов. Таким образом, в GSM реализован частотный метод дуплексирования каналов (FDD).

­зывается с МТ точно так же, но на три временных интервала раньше МТ (и на частоте на 45 МГц выше), чтобы разнести во времени прием и передачу. Это существенно упрощает аппаратуру МТ.

) длительностью 30,44 мкс, что по времени эквивалентно передаче 8,25 бит.

Каждые 26 кадров объединены в мультикадр продолжительностью 120 мс. В мультикадре каждый 13-й кадр зарезервирован для канала управления, а в течение каждого 26-го кадра вся система «молчит».

­– двоичная гауссова с минимальным частотным сдвигом GMSK (один бит на символ).

Сетевая инфраструктура GSM/MAP основана на системе сигнализации ОКС7 (SS7). Для кодирования речи применен кодек VCELP на основе алгоритма RPE-LTP (Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction) со скоростью 13 кбит/с. Скорость передачи данных – до 9,6 кбит/с (по стандартной схеме).

 

 

 

Стандарт CDMA

 

­тивных станций CDMA. Лидер в этой области – американская компания Qualcomm, разработавшая спецификацию IS-95 (CDMA-One). Сейчас именно на базе этого стандарта развивается одно из направлений сотовой телефонии третьего поколения.

­влекательно для операторов сотовой связи – упрощается проблема частотного планирования, поскольку все станции работают в одной полосе. Все эти свойства и предопределили успех CDMA.

.

­жая соту избыточной информацией.

­жебные: пилотный, синхронизации, вызова. Оказывают влияние и соседние БС. Однако при фиксированной связи БС поддерживает до 40-45, при подвижной – до 25 каналов передачи трафика – и все это на одной частоте. Технология CDMA требует точной, до микросекунд, синхронизации БС. Для этого используют сигналы глобальной системы позиционирования GPS. Радиус соты – до 20км.

 

 

Третье поколение сотовой связи (технологии 3G)

 

­ные предложения представлены ITU как проекты IMT-SC и IMT-MC.

­жет быть асинхронной (возможен и синхронный режим).

­валов может гибко изменяться в зависимости от интенсивности трафика в обе стороны. Это крайне важно для многих приложений с асимметричной передачей данных (например, доступ в Интернет). По сравнению с FDD WCDMA сети с TDD должны быть синхронными, в остальном же их параметры практически совпадают.

­сурса – именно такова ситуация в КНР, связанная с высочайшей плотностью населения (в несколько раз выше, чем в густонаселенной Европе).

­ходящего – остальные шесть.

населенных районах, постепенно расширяя их. Поэтому все абонентские терминалы для WCDMA в Европе будут поддерживать GSM.

Значительный потенциал заложен так же и в стандарте IS-95. Прямым его развитием стала спецификация IS-95b. Она позволяет объединять до восьми логических каналов. Теоретически достижимая скорость при этом 14,4 × 8 = 115,2 кбит/с. Реально работающие сети IS-95b обеспечивают передачу до 64 кбит/с.

ант технически аналогичен WCDMA, и потому работы над ним были прекращены.

CDMA 1X (CDMA 1XRTT) позволяет увеличить число логических каналов до 128 в той же спектральной полосе 1,25 МГц. При этом реальная скорость может достигать 144 Мбит/с. Первая такая сеть была организована в Южной Корее (оператор – SK Telecom).

­шать 2 Мбит/с. Поскольку технология базируется на IS-95, БС в сетях CDMA-2000 требуют синхронизации. Существенно, что вполне возможно дальнейшее масштабирование – 6Х, 9Х и т. д. с соответствующим ростом скорости передачи.

-сетей.

В России о технологиях 3G пока говорить рано. В то же время в нашей стране уже появилась вполне «3G -технология» – CDMA-2000 в диапазоне 450 МГц.

 

 

 

1.7. Магистральные сети передачи данных

 

Магистральные сети передачи данных по охватываемой ими территории принято делить на:

)

).

.

.

 

 

 

Практическое занятие №

1.7.1. Сети с коммутацией пакетов Х.25

 

, связана с особенностями построения современной цифровой телефонной сети и возможна только в направлении к абоненту. Более высокие скорости могут обеспечиваться при использовании цифровых каналов, но даже в этом случае оборудование Х.25, выпускаемое сегодня работает на скоростях не более 256 кбит/с.

предполагает наличие 3-х этапов:

установление (виртуального) соединения

передача информации

разрушение соединения.

), при котором в общем случае значительно эффективнее используются канальные ресурсы. Это и позволяет обеспечить более низкую стоимость услуг таких сетей. Следует иметь в виду, что статистическое уплотнение предполагает возможность возникновения как кратковременных и долговременных перегрузок в сети. Кратковременные перегрузки приводят к возникновению очередей в коммутаторах и, как следствие к увеличению задержек при передаче информации через сеть. Долговременные перегрузки могут приводить к переполнению очередей и к потере части передаваемой информации.

.

При организации виртуальных соединений адреса источников и получателей информации используются только на этапе установления соединения. Во время передачи информации для идентификации соединения вместо адресов источников и получателей используются специальные комбинации бит, называемые метками (рис. 1.19) Значения меток никак не связаны с указанными адресами так, что во время передачи информации определение источников и получателей затруднительно. Данный механизм обеспечивает повышенную безопасность, особенно если учесть, что при организации частных сетей обычно используются постоянные виртуальные соединения, т.е. этап установления соединения отсутствует.

, а для их исправления обратная связь. Кроме того, используется ряд дополнительных механизмов, направленных на повышение верности при передаче: циклическая нумерация кадров, механизм окна, управление передачей.

 

 

 

 

 

 

. При этом, для обеспечения гарантированной доставки пакетов на 3-м уровне для каждого виртуального соединения фактически дублируются многие механизмы, используемые на 2-м уровне.

.42). Раньше сети Х.25 были основными сетями для передачи данных. Сегодня с развитием цифровых каналов ситуация резко изменилась. Но в нашей стране еще имеется много регионов, в которых можно рассчитывать только на технологию Х.25.

Также можно отметить, что хотя сети Х.25 являются сетями передачи данных общего пользования, тем не менее, на практике их услугами пользуются, в основном, только предприятия и учреждения, а не частные лица, что также способствует повышению безопасности при использовании этих сетей. Пример использования сетей Х.25 для объединения удаленных офисов показан на рис. 1.21.

 

 

 

 

 

(Сети с ретрансляцией кадров)

 

) – это технология передачи информации в сетях передачи данных с коммутацией пакетов. Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифровые сети интегрального обслуживания – ISDN для поддержки услуг передачи данных вместо технологии Х.25. Однако сегодня технология FR в основном используется как самостоятельная технология.

– максимально быстрая передача информации так, что если кадр получен без искажений, он направляется далее по соответствующему маршруту. Искаженные кадры просто сбрасываются сетью без уведомления об этом источника. При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети FR, ее узлы также могут сбрасывать кадры.

на сегодня является, пожалуй, является самой простой и эффективной с точки зрения накладных расходов технологией.

в основном используется для объединения локальных сетей, т.е. фактически для создания корпоративных сетей. При этом, как и в Х.25 используется техника организации постоянных виртуальных соединений (рис. 1.22). Но в отличие от Х.25 при заключении договора между клиентом и поставщиком услуг сети в нем помимо скорости физического подключения указывается еще ряд параметров:

), при этом обеспечивается требуемое качество доставки;

), при обеспечении требуемого качества доставки;

) — качество передачи данных может снижаться.

” (рис. 1.22).

 

Понимая это, большинство операторов устанавливают минимальное значение CIR.

разрабатывалась только для передачи данных. Соответственно, все реализующие этот метод механизмы и качество обслуживания (QoS) определялись только для трафика данных, т.е. трафика не чувствительного к задержкам.

.

или, используемый в сетях Х.25, план нумерации Х.121. Однако на практике данный сервис большинством операторов не поддерживается.

для эффективного мультиплексирования разнородного трафика (речь + данные).

 

является недорогой и высокоэффективной технологией и во многих случаях может являться хорошей альтернативой (по критерию цена/качество) выделенным каналам.

 

 

1.7.3. Сети АТМ

 

.

трафика других технологий, использующих КП сопряжена с большими издержками, связанными с разбиением пакетов большого размера и размещением получающихся фрагментов в короткие ячейки на одном конце соединения и восстановлением из фрагментов пакетов на другом. Особенно, если учесть возможность потери ячеек.

 

, в которой каждый передаваемый пакет данных содержит в явном виде адреса источника и получателя. Тем не менее в АТМ разработаны надежные механизмы обеспечения безопасности, включающие:

Аутентификацию, позволяющую обеим сторонам, участвующим в соединении быть уверенным, что абонент на противоположной стороне действительно является тем, за кого он себя выдает. Аутентификация основывается на криптографических методах;

­онированного раскрытия передаваемой информации. Конфиденциальность обеспечивается шифровкой данных;

Целостность, гарантирующая то, что во время сеанса данные не были изменены. Механизмы целостности используют шифрование контрольных сумм и последовательной нумерации передаваемых блоков данных.

Контроль доступа, который ограничивает использование ресурсов или данных незарегистрированными пользователями.

.

-4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

109

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *