12
Среди достоинств организации компьютерной сети по топологии
«шина» следует отметить:
- все сообщения находятся в компьютерной сети, и доступ к ним имеет
любая рабочая станция;
- с любой рабочей станции можно получить доступ к данным,
находящимся на другой рабочей станции;
- для подключения новой рабочей станции процесс обмена не
нарушается;
- компьютерная сеть по топологии «шина» имеет высокую надежность,
поскольку производительность сети не определяется текущими параметрами
рабочих станций.
Среди недостатков организации компьютерной сети по топологии
«шина» следует отметить [25, c.20]:
- низкую производительность и пропускную способность передачи
данных, поскольку все данные передаются по одному магистральному каналу;
- производительность сети зависит от количества подключенных
рабочих станций. Чем больше рабочих станций подключено к магистральному
каналу, тем ниже скорость передачи данных;
- для компьютерных сетей, основанных на топологии «шина»
характерен низкий уровень информационной безопасности, поскольку доступ к
данным на одной рабочей станции можно получить с любой другой рабочей
станции.
Можно сказать, что общая стоимость проектирования компьютерной
сети с распределенными линиями будет выше, как и производительность
передачи данных. Это связано с тем, что пропускная способность
индивидуальной линии возможна только в отношении одной рабочей станции,
а при совместном использовании канала передачи данных текущая
производительность разделяется на все персональные компьютеры.
13
1.2. Характеристики и классификация проводной среды передачи данных
В зависимости от интерфейсов современные проводные сети
разделяются на две группы [30, c.30]:
- проводные сети, основанные на интерфейсе Gigabit Ethernet;
- проводные сети, основанные на интерфейсе 10 Gigabit Ethernet.
Физические интерфейсы проводной сети Gigabit Ethernet приведены на
рисунке 4.
Рисунок 4. Физические интерфейсы проводной сети Gigabit Ethernet
Среди приведенных на рисунке 5 физических интерфейсов следует
отметить проводную сеть с интерфейсом 1000Base-T, в которой применяется 4-
х парный кабель «витая пара». Интерфейс 1000Base-T является стандартным
интерфейсом проводной сети Gigabit Ethernet и предусматривает передачу
данных по кабелю неэкранированная «витая пара» категории 5 и выше, на
расстоянии не более 100 метров. Для передачи данных применяются четыре
пары медного кабеля, скорость передачи в одной паре составляет 250 Мбит/с.
14
Стандарт 1000Base-T предусматривает передачу данных дуплексным
методом. При этом данные в каждой паре кабеля «витая пара» данные
передаются одновременно в двух направлениях.
В проводной сети по стандарту Ethernet 1000Base-T применяется GMII
(Gigabit Media Independent Interface) для организации связи между физическим
уровнем и MAC-уровнем. Интерфейс GMII выступает расширением
интерфейса MII и поддерживает скорость передачи данных до 1000 Мбит/с.
Интерфейс Ethernet 1000Base-T разделяется на три физических
интерфейса Ethernet 1000Base-CX, Ethernet 1000Base-SX и Ethernet 1000Base-
LX.
Интерфейс Ethernet 1000Base-TX был предложен Ассоциацией
телекоммуникационной промышленности TIA. В нем предусматривается
раздельный процесс приема и передачи, две пары используются для передачи, а
другие две пары для приёма. При этом в каждой паре можно передавать данные
со скоростью передачи данных 500 Мбит/с.
Второй разновидностью проводных сетей являются проводные сети,
основанные на технологии 10 Gigabit Ethernet. В состав физического
интерфейса входит три уровня [8, c.106]:
- PCS (Physical Coding Sublayer), который выполняет функции
управления передаваемыми битовыми последовательностями;
- PMI (Physical Medium Attachment) для преобразования группы кодов в
последовательный поток битов и обратно с выполнением синхронизации;
- PMD (Physical Media Dependent) для преобразования битов в
определённые оптические сигналы.
Особенностью стандарта является наличие коммутируемой
высокоуровневой последовательной шины для межсистемных соединений и
внутренних соединений.
Характеристика технологий, которые поддерживаются в проводной сети
10 Gigabit Ethernet, приведена в таблице 1.
15
Таблица 1
Характеристика технологий, которые поддерживаются в проводной
сети 10 Gigabit Ethernet
Технология
Описание
10Gbase-SR
Для передачи данных на короткие расстояния не более
300 м по многомодовому оптоволокну
10Gbase-LR,
10Gbase-ER
Для передачи на расстояние до 10 км по оптоволокну
10GBase-LX4
Для передачи данных по многомодовому волокну на
расстояние от 240 до 300 м
10GBase-LRM
Для передачи данных по многомодовому волокну на
расстояние до 220 м
Основным преимуществом проводной сети с интерфейсом 10 Gigabit
Ethernet является поддержка передачи данных на различных скоростях.
В проводной сети достаточно важную роль имеет кабель,
представляющий собой изделие, включающее металлические и оптические
проводники, слой изоляции и экран. Для обеспечения быстрой коммутации
кабель оснащается кроссовыми секциями и коробками [16, c.22].
В проводных компьютерных сетях к кабелю предъявляются
определенные требования в соответствии с различными стандартами. В
настоящее время наиболее распространенными стандартами, которым должен
соответствовать канал передачи данных выступают американский стандарт
EIA/TIA-568A, международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский
стандарт EN 50173.
Коммутационный шнур или патч-корд, выступает составной частью
канала передачи данных и он представлен в виде электрического кабеля для
подключения одного оборудования к другому.
В настоящее время для организации проводных сетей свое
распространение получил кабель «витая пара» категории 5, 5е, 6, 6а и 7.
Кабель витая пара категории 5 поддерживает работу с
высокоскоростными протоколами передачи данных и позволяет организовать
Gigabit Ethernet.
Совершенствованием кабеля «витая пара» категории 5 является кабель
«витая пара» категории 5e, поддерживающий передачу данных в полосе частот
16
125 МГц. Кабель «витая пара» категории 5e является одним из самых
распространенных кабелей для проектирования компьютерных сетей.
Для организации Gigabit Ethernet многими специалистами применяется
кабель «витая пара» категории 6, работающий в полосе частот 250 МГц. Он
включает четыре пары проводников и позволяет передавать данные со
скоростью до 1000 Мбит/с [2, c.140].
Для передачи данных в полосе частот 500 МГц применяют кабель
«витая пара» категории 6a. Он включает четыре пары проводников и позволяет
передавать данные со скоростью до 10 Гбит/с. Если в компьютерной сети
необходимо обеспечивать частоту пропускаемого сигнала 600 - 700 МГц, то
применяют кабель «витая пара» категории 7, соответствующий требованиям
международного стандарта ISO 11801. Кабель включает один общий экран и
отдельные изолированные экраны вокруг каждой пары.
Среди существующих кабелей «витая пара» кабель витая пара категории
7 является самым производительным и позволяет передавать данные со
скоростью 100 Гбит/с.
Кроме кабеля «витая пара» для организации проводных сетей
применяется волоконно-оптический кабель, включающий центральный
проводник света или стеклянное волокно, окруженное оболочкой.
Сигнал, распространяясь по сердцевине, не выходит за пределы
оболочки. В зависимости от коэффициента преломления и диаметра сердечника
волоконно-оптический кабель может быть представлен в виде многомодового
волокна, имеющего ступенчатое изменение показателя преломления,
многомодового волокна с плавным изменением показателя преломления.
В многомодовых волоконно-оптических кабелях во внутреннем
проводнике одновременно распространяются несколько лучей света, которые
отражаются от внешнего проводника под различными углами. Волоконно-
оптический кабель на основе многомодового волокна отличается от
одномодового волоконно-оптического кабеля диаметром сердцевины, который
не превышает 62,5 мкм.
17
В многомодовых кабелях могут использоваться внутренние сердечники,
а в одномодовом кабеле применяется центральный проводник малого диаметра,
не превышающий 10 мкм [17, c.172].
Основной задачей маршрутизатора является выбор оптимального
маршрута для передачи данных. К основным функциям маршрутизатора
относятся фильтрация, буферизация и фрагментация пакетов.
В зависимости от области применения выделяют:
- магистральные маршрутизаторы;
- маршрутизаторы региональных сетей;
- маршрутизаторы удаленных офисов;
- маршрутизаторы локальных сетей или коммутаторы третьего уровня.
Магистральные маршрутизаторы наиболее часто применяют в
организации корпоративных сетей. В этом случае корпоративная сеть включает
несколько локальных сетей, распределённых на определённой территории.
Как правило, магистральный маршрутизатор является достаточно
производительным устройством, позволяющим обрабатывать одновременно до
нескольких миллионов пакетов в секунду.
Маршрутизатор региональной сети выполняет функции объединения
сетей центрального офиса и сети структурного подразделения. При этом сеть
центрального офиса может включать несколько локальных вычислительных
сетей. Региональным маршрутизатором поддерживаются интерфейсы сети
Интернет и локальных сетей. К основным функциям маршрутизатора
удалённого офиса относится соединения сети центрального офиса и локальной
сети удаленного офиса. Такой маршрутизатор поддерживает два интерфейса
локальной сети.
Маршрутизатор локальной сети или коммутатор третьего уровня
позволяет разделять корпоративную сеть на несколько сегментов.
К основным техническим характеристикам маршрутизатора относятся:
- поддержка сетевых протоколов, которые влияют на трафик,
передаваемый по сети;
18
- требования к протоколу маршрутизации, в зависимости от которого
производится автоматическое или ручное определение маршрута для передачи
пакетов;
- поддерживаемые интерфейсы локальной и глобальной сети и
производительность маршрутизатора, от которой зависит скорость обмена
данными между рабочими станциями, подключенными к сети.
К основным функциям коммутатора в проводной компьютерной сети
относится установка одновременно нескольких соединений между различными
парами портов. При передаче пакетов он создает отдельный виртуальный
канал, по которому производится пересылка данных от порта получателя к
порту источника. Такой принцип передачи в коммутаторе получил название
микросегментации [27, c.162].
За счёт микросегментации коммутаторы могут работать в режиме
полного дуплексного обмена и позволять каждой рабочей станции
осуществлять одновременно прием и передачу данных в определенной полосе
пропускания в двунаправленном режиме.
Современные Ethernet-коммутаторы выступают интеллектуальным
сетевым оборудованием, включающим в свой состав процессоры для обработки
данных и их перенаправления с высокой скоростью передачи данных.
К функциям коммутатора также относятся:
- обеспечение отказоустойчивости сети;
- организация резервирования и агрегирования каналов;
- возможность организации работы VLAN-сетей;
- управление качеством обслуживания передаваемых пакетов QoS и
защита данных.
В настоящее время выделяют неуправляемые, управляемые и
настраиваемые коммутаторы. В отличие от управляемых коммутаторов
неуправляемые коммутаторы не позволяют управлять обновлением
программного обеспечения. Управляемый коммутатор имеет расширенные
функции, оснащен web-интерфейсом и командной строкой. С помощью
19
настраиваемых коммутаторов существует возможность настройки web-
интерфейса или подключения дополнительных функций [4, c.27].
В зависимости от уровней модели OSI различают коммутаторы 2-layer и
коммутаторы 3-layer. Коммутаторы 2-layer или второго уровня позволяют
выполнять анализ входящих кадров, проводить интеллектуальный анализ
процессов приема и передачи пакетов с определением пунктов назначения на
основе MAC-адресов. Среди достоинств коммутатора второго уровня следует
отметить высокую производительность, возможность сегментации сети и
создание рабочих групп.
К функциям коммутаторов layer 3 или третьего уровня относятся
фильтрация и коммутация пакетов на основе адресов канального уровня.
Данный вид коммутаторов позволяет динамически определять методы
коммутации и маршрутизации входящего трафика.
Можно сказать, что коммутаторы третьего уровня во многом
аналогичны маршрутизаторам, поскольку позволяют определять оптимальные
маршруты передачи данных на основе IP-адресов, осуществлять управление
многоадресным и широковещательным трафиком, производить его фильтрацию
и IP-фрагментацию.
Отличием между коммутаторами третьего уровня и маршрутизаторами
является то, что в маршрутизаторах принятие решения о передаче пакетов
осуществляется программным путем, а в коммутаторах для этого используется
специализированный контроллер ASIC [3, c.63].
Коммутатор проводной сети производит обработку кадров с
использованием алгоритма прозрачного моста, соответствующего стандарту
IEEE 802.1d. Кроме динамического создания записей в таблице коммутации
коммутатор может производить самообучение. Статические записи в отличие
от динамических записей имеют неограниченное время работы. Наиболее часто
статическая таблица коммутации создается с целью повышения сетевой
безопасности и когда необходимо производить передачу по определенным
MAC-адресам.
20
Для фильтрации пакетов используются межсетевые экраны, которые
представлены в виде шлюза, передающего трафик между сетями на сервере или
аппаратным межсетевым экраном, контролирующим исходящие и входящие
потоки информации между подключенными сетями.
Персональные межсетевые экраны выступают программным
обеспечением, установленным на пользовательском компьютере и
позволяющим его защищать от несанкционированного доступа.
1.3. Параметры и виды беспроводной среды передачи данных
Беспроводная среда передачи данных предусматривает обмен данных
между рабочими станциями с помощью инфракрасных и радиочастотных
сигналов.
Одним из наиболее известных стандартов для организации
беспроводной сети является стандарт IEEE 802.11. Стандарт IEEE 802.11,
поддерживает передачу данных в частотных диапазонах 2,4 и 5 ГГц. На
первоначальном этапе стандарт IEEE 802.11 позволял передавать данные по
радиоканалам со скоростью не более 1 Мбит/с.
Одним из первых стандартов для организации беспроводных сетей
выступал стандарт IEEE 802.11a со скоростью передачи данных до 54 Мбит/с.
После этого в 1999 г. возник стандарт IEEE 802.11b. Однако этот
стандарт не является развитием стандарта IEEE 802.11а, поскольку основан на
других технологиях.
В стандарте IEEE 802.11a применяется технология DSSS (Direct
Sequence Spread Spectrum, DSSS), а в стандарте IEEE 802.11b – технология
OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing). В стандарте IEEE 802.11b
передача данных производится только в частотном диапазоне 2,4 ГГц со
скоростью передачи данных 11 Мбит/с.
В 2003 г. был утвержден стандарт IEEE 802.11g. Этот стандарт
поддерживает частотный диапазон 2,4 ГГц со скоростью передачи данных 54
Мбит/с. Он гарантирует совместимость со стандартом IEEE 802.11b.
21
Совместимость реализуется в режиме модуляции DSSS с ограничением
скорости до 11 Мбит/с, а в режиме модуляции OFDM скорость равна 54 Мбит/с
[21, c.152].
Последними версиями стандарта IEEE 802.11 для беспроводных сетей
являются стандарты IEEE 802.11n и IEEE 802.11ас. Стандарты поддерживают
работу в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц со скоростью передачи данных до 600
Мбит/с.
Технология WiMax относится к телекоммуникационным технологиям,
позволяющим предоставлять универсальную беспроводную связь для
различных устройств, представленных рабочими станциями, портативными
компьютерами, мобильными телефонами.
В основе технологии WiMax находится стандарт IEEE 802.16,
получивший название Wireless MAN. Компьютерные сети, основанные на
технологии WiMax, применяются для решения таких задач, как:
- соединение точек доступа WI-FI друг с другом и сетью Интернет;
- организация работы беспроводного широкополосного доступа,
выступающего альтернативой выделенной линии.
С помощью локальной сети, основанной на технологии WiMax можно
организовать доступ в сеть Интернет с высокой скоростью данных.
Наиболее часто такую технологию используют для организации
магистральных каналов компьютерной сети и создания масштабируемых
высокоскоростных сетей в рамках городов [24, c.75].
Выполним сравнительный анализ различных стандартов беспроводной
связи с помощью таблицы 2.
Таблица 2
Сравнение различных стандартов беспроводной связи
Стандарт
Технология
Применение
Пропускная
способность
Частота
Радиус
действия
IEEE
802.15.3a
OVP
VPAN
110 – 480
Мбит/с
7,5 ГГц
До 10 м
IEEE
802.11.a
WI-FI
VLAN
До 54 Мбит/с
5 ГГц
До 100 м
IEEE
802.11.b
WI-FI
VLAN
До 11 Мбит/с
2,4 ГГц
До 100 м