Инфокоммуникационные системы и сети

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ

 

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

для студентов специальности:

230115 – Программирование в компьютерных системах

 

Самара 2012г.

Рассмотрено на заседании ПЦК «Информационных систем и технологий» Председатель ____________Шомас Е.А. Протокол №____ от ___________2012г.

Утверждаю: Зам. директора по УВР ____________Логвинов А.В. «_____»______________2012г.

Составил преподаватель: Бикбова Л.Р.

Оглавление

Раздел 1. Архитектура и устройство сетей и систем. Межсетевое взаимодействие. 4

Тема 1.1 Классификация вычислительных сетей. Понятие протокола. 4

Тема 1.2 Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ISO) 7

Тема 1.3 Способы коммутации. 10

Тема 1.4 Виды связи и режимы работы сетей передачи сообщений. 14

Раздел 2. Каналы передачи данных. 19

Тема 2.1 Линия связи. Классификация. Характеристика. Типы кабелей. 19

Тема 2.2 Кодирование и мультиплексирование данных. 22

Раздел 3. Локальные вычислительные сети. 28

Тема 3.1 Методы доступа. Протоколы ЛВС.. 28

Тема 3.2 Сети Token Ring и FDDI 32

Тема 3.3 Беспроводные сети. 36

Тема 3.4 Аппаратные средства ЛВС. 40

Раздел 4. Коммутация и маршрутизация. 46

Тема 4.1 Функции сетевого и транспортного уровней. 46

Тема 4.2 Маршрутизация. 50

Тема 4.3 Адресация в сети. Протокол IP. 52

Тема 4.4 Протоколы преобразования адреса. ARP\RARP. 58

Тема 4.5 Транспортные протоколы TCP и UDP. 62

Тема 4.6 Система доменных имен DNS. 65

Тема 4.7 Динамическое конфигурирование узлов. 70

Раздел 5. Территориальные сети. 75

Тема 5.1 Сети Intranet, Internet, Extranet 75

Тема 5.2 Электронная почта. Протоколы.. 77

Тема 5.3 Архитектура. 82

Тема 5.4 Файловый обмен. 86

Тема 5.5 Телеконференции и «доски объявлений». 89

Тема 5.6 Информационная безопасность. 91

Тема 5.7 Распространенные сетевые технологии больших сетей. Виртуальные частные сети VPN 95

Раздел 1. Архитектура и устройство сетей и систем. Межсетевое взаимодействие

Тема 1.1 Классификация вычислительных сетей. Понятие протокола

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) — система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

По назначению компьютерные сети распределяются

1. вычислительные

2. информационные

3. смешанные

Вычислительные сети предназначены главным образом для решения заданий пользователей с обменом данными между их абонентами. Информационные сети ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям. Смешанные сети совмещают функции первых двух.

Классификация

По территориальному признаку различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.

· LAN - сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

· WAN - объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.

· MAN - занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

По типу сетевой топологии

1. Шина

2. Кольцо

3. Двойное кольцо

4. Звезда

5. Ячеистая топология

6. Решётка

7. Дерево

8. Fat Tree

По типу среды передачи

1. проводные (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель)

2. беспроводные (передачей информации по радиоволнам в определенном частотном диапазоне)

Характеристики сетей

Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

К основным характеристикам производительности сети относятся: время реакции, которое определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него; пропускная способность, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени, и задержка передачи, которая равна интервалу между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе: коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована; безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа; отказоустойчивость - способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность - свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.

Протокол и интерфейс.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы - модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами - концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.

 

Тема 1.3 Способы коммутации

Назначение сети – обмен данными (информацией) между компьютерами.

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефонных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. Поэтому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических канатов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети.

Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.

Коммута́ция — процесс соединения абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы.

Коммутируемой сетью называется сеть, в которой связь между узлами устанавливается только по запросу.

Коммутация может осуществляться в двух режимах: динамически и статически. В первом случае коммутация выполняется на время сеанса связи (обычно от секунд до часов) по инициативе одного из узлов, а по окончании сеанса связь разрывается. Во втором случае коммутация выполняется обслуживающим персоналом сети на значительно более длительный период времени (несколько месяцев или лет) и не может быть изменена по инициативе пользователей. Такие каналы называются выделенными (dedicated) или арендуемыми (leased).

Коммутация каналов

Основана на формировании единого физического соединения (канала) между взаимодействующими абонентами для непосредственной передачи данных из конца в конец. Этот принцип реализуется в телефонных сетях.

Созданное физическое соединение, как правило, существует в течение времени передачи данных, которое называется сеансом или сессией. По завершении сессии это соединение может быть разрушено. Это вид временного (коммутируемого) канала.

Достоинства метода коммутации каналов:

- возможность использования существующих и хорошо развитых телефонных сетей связи;

- отсутствие необходимости хранения передаваемых данных в промежуточных узлах сети;

- высокая эффективность при передаче больших объемов данных.

Недостатки данного метода:

- пропускная способность каналов связи на всем пути передачи данных должна быть одинакова; невыполнение этого условия может привести к потере передаваемых данных из-за невозможности временного хранения данных;

- большие накладные расходы на установление соединения на начальном этапе; так как в этом случае передача небольших объемов данных станет невыгодной из-за неполного использования пропускной способности канала;

- невозможность использования телефонных линий связи в высокоскоростных магистральных сетях ввиду невысокого качества этих линий.

Коммутация сообщений

Коммутация сообщений предполагает хранение передаваемой информации в буферной памяти промежуточных узлов, которые находятся на пути передачи, который прокладывается в каждом узле в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации (маршрутизация определяет эффективность передачи данных и состоит в выборе в каждом узле сети направления передачи данных из множества возможных направлений в соответствии с адресом назначения и с учетом требований, предъявляемых к качеству передачи). Предварительное установление соединения между абонентами не требуется.

Отличие данного метода от метода коммутации каналов в том, что направление передачи сообщении (его маршрут в сети) при коммутации сообщений определяется только после поступления сообщения в тот или иной узел сети, а не устанавливается заранее. Также к отличиям следует отнести то, что коммутация сообщений предполагает хранение передаваемых данных в буферной памяти узлов.

Достоинства коммутации сообщений:

-·предварительное установление соединения не требуется, следовательно, не требуется затрат на эту операцию;

- каналы по всему маршруту передачи могут иметь разную пропускную способность, сгладить это различие позволяет буферирование сообщений в узлах сети;

Недостатки:

- требуется значительная емкость буферной памяти из-за необходимости хранения передаваемых сообщений в промежуточных узлах; при этом коэффициент использования (загрузки) буферной памяти может оказаться незначительным из-за малого размера отдельных хранимых сообщений;

- вероятность значительной задержки сообщений в промежуточных узлах - это может привести к увеличению времени доставки сообщений;

- вероятность больших задержек коротких сообщений в связи с монополизацией среды передачи (канала связи) длинными сообщениями на длительный промежуток времени.

Коммутация пакетов

Данный способ передачи данных отличается от коммутации сообщений тем, что каждое сообщение в сети разбивается на блоки фиксированной длины (кроме последнего блока), называемые пакетами. Каждый из этих пакетов имеет структуру, аналогичную структуре сообщений, - заголовок, текст и, возможно, концевик.

Любой пакет состоит из трех обязательных компонентов:

– заголовка;

– данных;

– информации для проверки ошибок передачи.

Заголовок содержит:

– адрес источника, идентифицирующий компьютер-отправитель;

– адрес местоназначения, идентифицирующий компьютер-получатель;

– инструкции сетевым компонентам о дальнейшем маршруте данных;

– информацию компьютеру-получателю о том, как объединить передаваемый пакет с остальными, чтобы получить данные в исходном виде.

Данные – это часть пакета, представляющая передаваемые данные. В зависимости от типа сети ее размер составляет от 512 байтов до 4 Кбайтов (Кб). Так как обычно размер исходных данных гораздо больше 4 Кб для помещения в пакет их необходимо разбивать на мелкие блоки. При передаче объемного файла может потребоваться много пакетов.

Достоинства метода коммутации пакетов:

- малое время доставки сообщения в сети - за счет параллельной передачи пакетов по каналам связи;

- эффективное использование буферной памяти в узлах, т.к. загрузка буфера более высока за счет того, что размер буфера строго фиксирован и определяется максимально допустимой длиной передаваемых пакетов (от нескольких десятков байт до нескольких килобайт);

- отсутствие монополизации канала связи одним сообщением на длительное время за счет того, что большие пакеты данных разбиваются на пакеты меньшего размера, что позволяет передавать их быстрее и не загружать среду передачи на долгое время;

- эффективная организация надежной передачи данных - обусловлена тем, что при передаче контролируется каждый передаваемый пакет и, в случае сбоя при его передаче, он, а не все сообщение, предается заново;

- задержка пакетов в узлах минимальна, т.к. задержка в общем случае пропорциональна длине блока данных, который имеет, в отличие от коммутации сообщений, фиксированный небольшой размер.

Недостатки коммутации пакетов:

- снижение эффективной (реальной) пропускной способности канала связи из-за больших накладных расходов на передачу и анализ заголовков всех пакетов, на которые разбивается сообщение, вследствие чего увеличивается время доставки сообщения в сети;

- необходимость сборки сообщения из пакетов в конечном узле увеличивает время доставки сообщения конечному абоненту за счет ожидания прихода всех пакетов сообщения, т.к. для сборки сообщения необходимо наличие всех составляющих пакетов; здесь же возникает проблема определения предельно допустимого времени ожидания пакетов для сборки сообщения в конечном узле - это время должно соответствовать многим требованиям и параметрам передачи, чем и обуславливается трудность при его определении;

Коммутация ячеек

Коммутацию ячеек можно рассматривать как частный случай коммутации пакетов со строго заданной длиной передаваемых блоков данных в 53 байта, называемых ячейками.

Достоинства коммутации ячеек:

- отсутствие монополизации канала связи за счет небольших задержек ячеек в узлах;

- быстрая обработка заголовка ячейки, поскольку местоположение заголовка строго фиксировано;

- организация буферной памяти более эффективна, по сравнению с коммутацией пакетов;

- надежная передача данных.

Основной недостаток коммутации ячеек: наличие сравнительно больших накладных расходов на передачу заголовка и, как следствие, потеря пропускной способности, особенно в случае высокоскоростных каналов связи.

Подводя итог вышесказанному, отметим, что коммутация пакетов и коммутация каналов - основные способы передачи данных в КС, т.к. коммутация пакетов обеспечивает более эффективную передачу данных через среду передачи данных по сравнению с коммутацией сообщений, а коммутация каналов может быть достаточно легко реализована на основе существующей телефонной сети.

 

Компьютерная телефония

Компьютерной телефонией называется технология, в которой компьютер играет главную роль как в управлении телефонным соединением, так и в осуществлении приема и передачи телефонных звонков.

Использование компьютерной телефонии намного ускоряет процесс управления на предприятии, повышая его эффективность и качество при общем снижении совокупных затрат. Особенно это относится к предприятиям туриндустрии, для которых телефон является одним из необходимых инструментов функционирования. Современные компьютерные технологии позволяют значительно снизить затраты на междугородные, а тем более международные переговоры, без которых не обходится ни одно предприятие турбизнеса. Связь с партнерами осуществляется по компьютерным сетям, в частности по сети Интернет. Такая связь называется IP-телефония.

IP-телефония — это современная компьютерная технология передачи голосовых и факсимильных сообщений с использованием Интернета. Данная технология начинает бурно развиваться на российском рынке связи. Она позволяет осуществлять междугородную и международную голосовую связь, используя обычный телефонный аппарат или компьютер, подключенный к Интернету. Для туристских компаний, имеющих свою корпоративную сеть, IP-телефония позволяет значительно снизить издержки, связанные с телефонными переговорами.

Для использования IP-телефонии необходимо:

- создание собственной сети IP-телефонии;

- пользование сетью IP-телефонии, разработанной другими операторами.

Первый способ использования сети IP-телефонии предполагает установку персональных компьютеров в вашем офисе и офисе ваших партнеров со специальной оплатой и программным обеспечением. Такие компьютеры получили название шлюзов. Шлюз подключается к Интернету и с помощью разъемов на плате (как в обычном телефоне) подключается либо напрямую к городской телефонной линии, либо к офисной АТС. Такой способ использования IP-телефонии оправдан для тех компаний, которые имеют постоянного партнера и с которым очень часто осуществляется связь по телефону. При этом стоимость минуты разговора очень незначительна (около 0,02 долл. — соответствует фактической стоимости соединения с Интернетом), однако фирме необходимо будет понести единовременные капитальные затраты (порядка 3 тыс. долл.) на приобретение собственного шлюза.

Второй способ использования IP-телефонии предполагает воз можность воспользоваться уже готовой сетью. Сейчас на рынке средств связи появились специальные фирмы-операторы, имеющие свою собственную сеть IP-телефонии. Для того чтобы воспользоваться услугами данной сети, необходимо приобрести специальную пластиковую карточку с Pin-кодом (Pin-код — это персональный идентификационный номер данной карты). Звонить с помощью данных карт можно с любого телефона, поддерживающего тональный набор, и на любой телефон в любой стране. Стоимость минуты разговора в этом случае будет несколько больше, чем в предыдущем случае, но фирме не придется нести большие первоначальные затраты на приобретение специального оборудования.

В гостиничном бизнесе современные компьютерные технологии позволяют при помощи телефона и специально разработанных программных продуктов просматривать информацию о текущем состоянии дел в отеле. Это обеспечивает своевременное получение руководителем актуальной информации о всех процессах, происходящих в гостинице, и независимо от расстояния осуществлять управление отелем.

Особыми видами телефонной связи являются: радиотелефонная связь.

Радиотелефонная связь

Под радиотелефонной связью понимают беспроводные системы телефонной связи, которые не требуют проведения сложных инженерных работ по прокладке дорогостоящих телекоммуникаций и поддержке их в рабочем состоянии.

Связь может быть организована быстро и независимо от рельефа местности и погодных условий (хотя погодные условия и рельеф местности могут оказывать непосредственное влияние на качество связи).

На современном этапе развития техники и технологии радиотелефонная связь становится альтернативой использования проводной телефонии и значительно повышает оперативность в принятии управленческих решений и общую эффективность функционирования предприятий туриндустрии.

Беспроводная система телефонной связи по сравнению с обычной проводной обладает следующими достоинствами:

- меньшие капитальные затраты на ее создание;

- возможность создания независимо от рельефа местности, природных условий и наличия соответствующей инфраструктуры;

- меньший срок окупаемости системы;

- меньшая трудоемкость работ по организации системы и на порядок более быстрыми темпами ввода в эксплуатацию;

- обеспечивание надежной и оперативной связи с мобильными пользователями;

- более широкие возможности по управлению системой и по защите информации.

Среди радиотелефонных систем можно выделить такие их разновидности, как: системы сотовой радиотелефонной связи; системы транкинговой радиотелефонной связи; телефоны с радиотрубкой; телефонные радиоудлинители; системы персональной спутниковой радиосвязи.

Тема 3.3 Беспроводные сети

История беспроводных технологий передачи информации началась в конце XIX века с передачей первого радиосигнала и появлением в 20-х годах ХХ века первых радиоприемников с амплитудной модуляцией. В 1930-е годы появилось радио с частотной модуляцией и телевидение. В 1970-е годы были созданы первые беспроводные телефонные системы. Сначала это были аналоговые сети, в начале 1980-х появился стандарт GSM, ознаменовавший начало перехода на цифровые стандарты как обеспечивающие лучшее распределение спектра, лучшее качество сигнала и большую безопасность. С 90-x годов ХХ века происходит укрепление позиций беспроводных сетей. Беспроводные технологии прочно входят в нашу жизнь. Развиваясь с огромной скоростью, они стимулируют создание новых устройств и услуг.

Существенной для развития беспроводных технологий является и возможность их применения домашними пользователями. Чем больше устройств в домашней сети, тем сильнее загромождают дом соединяющие их провода. А это уже повод для перехода на беспроводные технологии. Повышение степени комфортности современного дома, объединение в одно целое всех его структур и объектов (компьютера, телевизора, цифровой фотокамеры, домашнего развлекательного центра, системы охраны, климатической системы, бытовой техники и т. д.) - основа идеи создания интеллектуального цифрового дома, которая также реализуется с помощью беспроводных устройств.

WI-FI - это современная беспроводная технология соединения компьютеров в локальную сеть и подключения их к Internet. Именно благодаря этой технологии Internet становится мобильным и дает пользователю свободу перемещения не то что в пределах комнаты, но и по всему миру.

Под аббревиатурой "Wi-Fi" (от английского словосочетания "Wireless Fidelity ", которое можно дословно перевести как "высокая точность беспроводной передачи данных") в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

С увеличением числа мобильных пользователей возникает острая необходимость в оперативном создании коммуникаций между ними, в обмене данными, в быстром получении информации. Поэтому естественным образом происходит интенсивное развитие технологий беспроводных коммуникаций. Особенно это актуально в отношении беспроводных сетей, или так называемых WLAN -сетей (Wireless Local Area Network). Сети Wireless LAN - это беспроводные сети (вместо обычных проводов в них используются радиоволны). Установка таких сетей рекомендуется там, где развертывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно.

Беспроводные сети особенно эффективны на предприятиях, где сотрудники активно перемещаются по территории во время рабочего дня с целью обслуживания клиентов или сбора информации (крупные склады, агентства, офисы продаж, учреждения здравоохранения и др.).

Благодаря функции роуминга между точками доступа пользователи могут перемещаться по территории покрытия сети Wi-Fi без разрыва соединения.

WLAN -сети имеют ряд преимуществ перед обычными кабельными сетями:

· WLAN -сеть можно очень быстро развернуть, что очень удобно при проведении презентаций или в условиях работы вне офиса;

· пользователи мобильных устройств при подключении к локальным беспроводным сетям могут легко перемещаться в рамках действующих зон сети;

· скорость современных сетей довольно высока (до 300 Мб/с), что позволяет использовать их для решения очень широкого спектра задач;

· WLAN -сеть может оказаться единственным выходом, если невозможна прокладка кабеля для обычной сети.

Вместе с тем необходимо помнить об ограничениях беспроводных сетей. Это, как правило, все-таки меньшая скорость, подверженность влиянию помех и более сложная схема обеспечения безопасности передаваемой информации.

Сегмент Wi-Fi сети может использоваться как самостоятельная сеть, либо в составе более сложной сети, содержащей как беспроводные, так и обычные проводные сегменты. Wi-Fi сеть может использоваться:

· для беспроводного подключения пользователей к сети;

· для объединения пространственно разнесенных подсетей в одну общую сеть там, где кабельное соединение подсетей невозможно или нежелательно;

· для подключения к сетям провайдера Internet-услуги вместо использования выделенной проводной линии или обычного модемного соединения.

Основные элементы сети

Для построения беспроводной сети используются Wi-Fi адаптеры и точки доступа.

Адаптер (рис.1) представляет собой устройство, которое подключается через слот расширения PCI, PCMCIA, CompactFlash. Существуют также адаптеры с подключением через порт USB 2.0. Wi-Fi адаптер выполняет ту же функцию, что и сетевая карта в проводной сети. Он служит для подключения компьютера пользователя к беспроводной сети. Благодаря платформе Centrino все современные ноутбуки имеют встроенные адаптеры Wi-Fi, совместимые со многими современными стандартами. Wi-Fi адаптерами, как правило, снабжены и КПК (карманные персональные компьютеры), что также позволяет подключать их к беспроводным сетям.

Для доступа к беспроводной сети адаптер может устанавливать связь непосредственно с другими адаптерами. Такая сеть называется беспроводной одноранговой сетью или Ad Hoc ("к случаю"). Адаптер также может устанавливать связь через специальное устройство - точку доступа. Такой режим называется инфраструктурой.

Для выбора способа подключения адаптер должен быть настроен на использование либо Ad Hoc, либо инфраструктурного режима.

Точка доступа (рис.2) представляет собой автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством.

Рис. 1. Адаптеры

Через точку доступа осуществляется взаимодействие и обмен информацией между беспроводными адаптерами, а также связь с проводным сегментом сети. Таким образом, точка доступа играет роль коммутатора.

Рис. 2. Точка доступа

Точка доступа имеет сетевой интерфейс (uplink port), при помощи которого она может быть подключена к обычной проводной сети. Через этот же интерфейс может осуществляться и настройка точки.

Описание беспроводного оборудования можно найти в Приложении А.

Точка доступа может использоваться как для подключения к ней клиентов (базовый режим точки доступа), так и для взаимодействия с другими точками доступа с целью построения распределенной сети (Wireless Distributed System - WDS). Это режимы беспроводного моста "точка-точка" и "точка - много точек", беспроводной клиент и повторитель.

Доступ к сети обеспечивается путем передачи широковещательных сигналов через эфир. Принимающая станция может получать сигналы в диапазоне работы нескольких передающих станций. Станция-приемник использует идентификатор зоны обслуживания (Service Set IDentifier - SSID) для фильтрации получаемых сигналов и выделения того, который ей нужен.

Зоной обслуживания (Service Set - SS) называются логически сгруппированные устройства, обеспечивающие подключение к беспроводной сети.

Базовая зона обслуживания (Basic Service Set - BSS) - это группа станций, которые связываются друг с другом по беспроводной связи. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точкой доступа (access point).

Для более полного понимания работы беспроводных устройств обратимся к следующему разделу.

Существует несколько технологий беспроводных сетей, использующих как радио-, так и инфракрасные волны. Совместимые со стандартом 802.11b беспроводные сети работают на максимальной скорости 11 Мбит/с. Основное преимущество таких сетей – возможность объединения разного оборудования.

Беспроводные сети могут иметь две логические топологии:

· Точка-точка доступа (Infrastructure) - звездообразная - применяется в устройствах стандарта 802.11 b и RadioLAN. Здесь точка доступа (узловой передатчик) играет роль концентратора, поскольку все компьютеры соединяются через нее, а не взаимодействуют друг с другом напрямую. Здесь несколько сетевых адаптеров могут быть объединены одной точкой доступа, либо несколько точек доступа соединены с одной точкой доступа. Этот режим применяется для создания локальной беспроводной сети из нескольких пользователей, для соединения этой сети с проводной сетью (например, для выхода в Интернет), для соединения между собой нескольких проводных сетей.

· Точка-точка (Ad-hoc). Два сетевых адаптера либо две точки доступа соединяются между собой. Метод применяется для непосредственного соединения двух компьютеров либо при организации радио-моста между двумя проводными сетями. Эта топология используется в устройствах HomeRF (Home Radio Freqiuently – домашний радиодиапазон) и применяется в устройствах Bluetooth. Такие устройства напрямую соединяются друг с другом и не требуют никаких узловых передатчиков или других устройств, подобных концентратору, для взаимодействия друг с другом.

Таким образом, оборудование беспроводных сетей включает в себя узловые передатчики, т.н. точки беспроводного доступа (Access Point) и беспроводные адаптеры для каждого абонента. Точки доступа выполняют роль концентраторов, обеспечивающих связь между абонентами и между собой, а также функцию мостов, осуществляющих связь с кабельной локальной сетью и с Интернет. Несколько близкорасположенных точек доступа образуют зону доступа Wi-Fi (Hotspot), в пределах которой все абоненты, снабженные беспроводными адаптерами, получают доступ к сети. Каждая точка доступа может обслуживать несколько абонентов, но чем больше абонентов, тем меньше эффективная скорость передачи для каждого из них. Клиентские системы автоматически переключаются на узловой передатчик с более сильным сигналом или на передатчик с меньшим уровнем ошибок.

Метод доступа к такой сети – множественный доступ с предотвращением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Сеть строится по сотовому принципу. В сети предусмотрен механизм роуминга, то есть поддерживается автоматическое подключение к точке доступа и переключение между точками доступа при перемещении абонентов, хотя строгих правил роуминга стандарт не устанавливает.

 

Режимы коммутации

Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи.

1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр.

2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок.

3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадры размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные — по технологии cut-through).

Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.

Маршрутизатор – специализированный сетевой компьютер, имеющий минимум два сетевых интерфейса и пересылающий пакеты данных между различными сегментами сети, принимающий решения о пересылке на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.

Принцип работы:

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетных данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов. Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из которых содержится адрес сети получателя, адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты, административное расстояние — степень доверия к источнику маршрута и некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная служебная информация. Например:

192.168.64.0/16 [110/49] via 192.168.1.2, 00:34:34, FastEthernet0/0.1 где 192.168.64.0/16 — сеть назначения, 110/- административное расстояние /49 — метрика маршрута, 192.168.1.2 — адрес следующего маршрутизатора, которому следует передавать пакеты для сети 192.168.64.0/16, 00:34:34 — время, в течение которого был известен этот маршрут, FastEthernet0/0.1 — интерфейс маршрутизатора, через который можно достичь «соседа» 192.168.1.2.

Таблица маршрутиз