Волоконно-оптическая технология

Современные требования к сетям таковы, что данные и видео должны передаваться быстро, эффективно. В сравнении с другими средами передачи, оптическое волокно является наиболее эффективным способом передачи информации. Оптическое волокно предоставляет высокую пропускную способность для сетевого трафика. По этой причине предсказывают рост этих технологий. Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) был разрекламирован как решение всех проблем, порождаемых медным кабелем. Такой кабель имеет огромную ширину полосы пропускания и может пересылать голосовые сигналы, видеосигналы и сигналы данных на очень большие расстояния. В связи с тем, что волоконно-оптический кабель для передачи данных использует световые импульсы, а не электричество, он оказывается невосприимчивым к электромагнитным помехам. Отличительной особенностью волоконно-оптического кабеля является также то, что он обеспечивает более высокую безопасность информации, чем медный кабель. Это связано с тем, что нарушитель не может подслушивать сигналы, а должен физически подключиться к линии связи. Для того чтобы добраться до информации, передаваемой по такому кабелю, должно быть подсоединено соответствующее устройство, а это, в свою очередь, приведет к уменьшению интенсивности светового излучения. К недостаткам волоконно-оптического кабеля следует отнести высокую стоимость и меньшее число возможных перекоммутаций по сравнению с электрическими кабелями, так как во время перекоммутаций появляются микро трещины в месте коммутации, что ведет к ухудшению качества оптоволокна.

Оптическая технология - это ядро современных высокоскоростных сетей. Оптическое соединение используется как для соединения городских сетей, так и для подключения множества точек к отдельной MAN. Оптико-волоконные кабели сделаны из тонких стеклянных жил, которые с высокой скоростью переносят световые импульсы. Причем скорость и надежность намного превосходит передачу по медному кабелю и достигает 10 Гбит/с. В настоящее время ведутся работы по увеличению скорости до 40 Гбит/с. В оптическом волокне информация передается со скоростью света. Хотя оптическое волокно имеет очень небольшой диаметр (примерно, диаметр человеческого волоса), но оно позволяет передавать большие объемы информации на существенные расстояния и имеет высокую механическую прочность.

Общие составляющие коммуникационных систем

Все коммуникационные системы имеют три общие составляющие: источник сигнала, среда передачи сигнала и приемник сигнала. В оптических системах от источника переносится световой импульс, средой передачи является световод (оптическое волокно), а приемник - оптический сенсор.

Оптический передатчик - это простой источник света, например, электрическая лампочка. Переносимый электрический сигнал (голос, данные или видео) преобразуются в световой импульс. Если сигнал передается по принципу «включено» - «выключено», то это цифровой сигнал, если сигнал непрерывный, но имеет различную интенсивность, то это аналоговый сигнал. При передаче цифрового сигнала если световой импульс передается, то это 1, если отстутствует, то. В случае передачи аналогового сигнала интенсивность светового потока определяется интенсивностью аналогового сигнала.

Получатель сигнала - это полупроводниковое устройство, которое преобразует свет обратно в электрический сигнал. При получении цифрового сигнала, представленного световым импульсом, в результате преобразования получается электрический сигнал высокого уровня.

Обзор смежных технологий передачи данных

xDSL

Сокращение DSL расшифровывается как Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия). Технология позволяет значительно расширить полосу пропускания «классических» медных пар (телефонных линий). При этом возможны скорости от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Обычное расстояние, на котором возможна высокоскоростная связь, составляет 5-6 км.

HomePNA

Предназначена для недорого соединения в сеть «поверх телефонной проводки» пользователей внутри одной квартиры или коттеджа. При этом обеспечиваются произвольная топология соединения кабелей и скорости от 1 Мбит/с (HomePNA 1.0 и 1.1) до 10 Мб (HomePNA 2.0) на расстояния порядка 300-500 метров. Для передачи данных используется диапазон частот 5,5 — 9,5 МГц.

Радио-Ethernet

Название говорит само за себя - это передача данных через эфир на частотах гигагерцового диапазона (обычно для недорогих решений используется 2,4 ГГц). Скорости - от 1 Мб до 50 Мб (и возможно выше), расстояния до нескольких десятков километров.

Линии кабельного телевидения (гибридные сети)

Технология предназначена для передачи данных через коаксиальные сети КТВ, и использует отличные от ТВ-сигнала диапазоны. Решения данного типа могут быть весьма сложными, но проработанными до мелочей из-за широкого распространения в некоторых странах.

Связь по силовой проводке

Пожалуй, это самая новая из технологий, представленных в данном списке. Она позволяет (по крайней мере в теории) передавать данные по стандартной электрической проводке 220 Вольт на скорости до 11 Мб и на расстояния в сотни метров.

Использование атмосферных лазеров

Передача сигналов в оптическом (как правило инфракрасном) диапазоне. Как правило решение позиционируется в России как не требующая лицензирования замена Радио-Ethernet. Однако у лазерной технологии есть и другие достоинства - высокая скорость (до гигабита), сложность перехвата данных, возможность организации сложных по топологии сетей. К сожалению, недостатков то же достаточно.

Оборудование

Хаб

Хаб (он же повторитель, разветвитель, концентратор, repeater, hub) - устройство, служащее для «разветвления» сигнала в сегменте сети. Сигнал, полученный хабом на одном порту, усиливается и передается на все порты устройства. Портов может быть минимум 2, тогда это называется «повторитель» (repeater), чаще всего такие 2х-портовые хабы применялись в коаксиальных сетях и служили для «удлиннения» сети. При использовании хабов возможны коллизии. Хабы вносят определенную задержку в распространение сигнала. Хабы, как и сетевые карты, являются устройствами 1-го уровня, т.е. работают с сетью на уровне сигналов.

Свитч

Свитч (он же переключатель, мост, switch, bridge) -устройство, служащее для разделения сети на отдельные сегменты, которые могут содержать Хабы и сетевые карты. Свичи являются устройствами 2-го уровня, т.е. содержат в себе порты - устройства 1-го уровня для работы с сигналами, но помимо этого, работают с содержимым сетевых пакетов - читают поле физического адреса назначения (MAC) пакета, пришедшего на один из портов, и в зависимости от его значения и таблицы MAC-адрес - порт «ретранслируют» пакет на другой порт (или не ретранслируют). Свитч с 2-мя портами называется мостом (bridge), при этом порты могут иметь разные сетевые стандарты: Ethernet и Token Ring, 10Base-T и 100Base-T, и другие вариации.

Порты N-портового свитча работают независимо друг от друга, в общем случае, в каждый момент времен одновременно может происходить обмен данными по N/2 направлениям. При подключении сетевой карты к свичу возможно включение режима full-duplex, когда коллизии при обмене данными на участке карта - порт свича исключены и, соответственно, нет потерь скорости на повторные передачи. Поскольку свичу требуется время на анализ адреса пакета, свитчи вносят бОльшую задержку в распространение сигнала чем хабы.

Маршрутизатор

Маршрутизатор (то же самое, что роутер, router) - это специальное устройство, или компьютеp с соответсвующим пpогpамным обеспечением. Служит для разделения сети на подсети, которые могут содержать свичи, хабы и сетевые карты. Маршрутизаторы являются устройствами 3-го уровня, т.е. помимо функций 1-го и 2-го уровней работают с содержимым пакетов на уровне сетевых адресов и перенаправляют пакеты на другие порты. Таблицы при этом имееют более сложные структуры, чем у свичей и занимают больше места. Помимо «чистой маршрутизации» маршрутизаторы обычно выполняют функции NAT, FireWall и оптимизации потоков данных.

Схема применения маршрутизатора.

Сетевой адаптер

Сетевой Адаптер - это плата расширения компьютера, которая взаимодействует со средой передачи данных (кабели) прямо или через другое коммуникационное оборудование, связывая его с другими компьютерами.

Сетевой Адаптер устанавливается в один из свободных разъемов материнской платы и работает под управлением драйвера операционной системы, решая задачи обмена двоичными данными по внешним линиям связи. Сетевые адаптеры являются основой основ любой сети.

Медиаконвертер

Медиаконвертеры - это устройства, предназначенные для преобразования типа среды передачи сигнала и имеющие независимое электропитание. Проще говоря Медиаконвертер - это устройство, одним концом втыкающееся в обычный медный порт коммутатора, а другим - в оптоволокно. В результате коммутатор даже не знает, что он работает не с медной линией.

Wi-Fi

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN.

Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развёртывание кабельной системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во многих организациях используется Wi-Fi, так как при определённых условиях скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут перемещаться между по территории покрытия сети Wi-Fi.

Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащённые клиентскими Wi-Fi приёмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Интернет через точки доступа или хот-споты

 

 

Учебник по Wi-Fi

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на оборудование Wireless LAN - Беспроводных ЛВС. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.

Беспроводные технологии

Существуют различные подходы к классификации беспроводных технологий. По дальности действия: Беспроводные персональные сети (WPAN — Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий — Bluetooth. Беспроводные локальные сети (WLAN — Wireless Local Area Networks). Примеры технологий — Wi-Fi. Беспроводные сети масштаба города (WMAN — Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий — WiMAX. По топологии: «Точка-точка». «Точка-многоточка». По области применения: Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети — создаваемые компаниями для собственных нужд. Операторские беспроводные сети — создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг. Кратким, но ёмким способом классификации может служить одновременное отображение двух наиболее существенных характеристик беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

Принцип работы

Обычно схема WiFi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Такой режим подключения называется Infrastructure. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка, когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Это - режим Ad-Hoc. Если провести аналогию с привычными сетями, то беспроводные адаптеры - это сетевые карты, а точка доступа - свитч.

Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0.1 Мбит/с каждые 100 мс. Так что 0.1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для WiFi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID, приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала.

Стандарты беспроводных сетей WiFi

Так как беспроводные сети развиваются (как и все другие) в процессе эволюции появляются новые стандарты. Вот некоторые из них. Основная статья Список стандартов 802.11

· 802.11 - общее название семейства стандартов

· 802.11b - первый стандарт беспроводных сетей. 1999 год, 11 Мбит/с, 2.4 ГГц.

· 802.11g - следующая версия стандарта. Обратно совместим с 802.11b. 2003 год, 54 Мбит/с, 2.4 ГГц.

· 802.11a - один из первых стандартов. Без обратной совместимости. 1999 год (выход продуктов в 2001), 54 Мбит/c, 5 ГГц.

· 802.11n - Обратно совместим со всем что только можно. 600 Мбит/с, 2.4-2.5 ГГц, 5 ГГц.

· 802.11i - с 2004

SSID

Также у любой беспроводной сети есть уникальный идентификатор – SSID (service set identifier), который собственно и отображается как имя сети при просмотре списка доступных сетей, который задаётся при настройке используемой точки доступа (или заменяющего его устройства). При отключении рассылки (broadcast) SSID сеть будет выглядеть для просматривающих доступные сети пользователей как безымянная, а для подключения необходимо знать и SSID, и пароль (в случае использования WPA-PSK, однако само по себе отключение SSID не делает сеть более устойчивой к несанкционированному проникновению извне.

Сетевое оборудование Wi-Fi

PC Card-адаптер

Беспроводной сетевой PC Card-адаптер — применяется в ноутбуках, не оборудованных адаптером Wi-Fi или поддерживающих устаревший стандарт 802.11b. Поддержка спецификации WMM (Wi-Fi Multimedia) обеспечивает качество работы в беспроводной сети мультимедиаприложений и пакетной телефонии, а применение протоколов защиты беспроводного подключения WPA и WPA2 делает использование сети Wi-Fi максимально безопасным.Данный адаптер полностью совместим с беспроводными устройствами стандартов 802.11b и 802.11g (Wi-Fi, Centrino), обеспечивает устойчивое соединение на скорости до 54 Мбит/сек. Радиус действия: в помещение до 100м, на открытом пространстве до 200м, но данные показатели (скорость и дальность) будут варьироваться в зависимости от модели.

Wi-Fi PCI адаптер

Беспроводный Wi-Fi PCI-адаптер устанавливается в PCI слот настольного компьютера, что позволяет расположить компьютер почти в любом месте дома и пользоваться ресурсами сети, без использования сетевых кабелей. Радиус действия составляет 200-500м в зависимости от расположения. Так же к PCI- адаптеру можно подключать более мощную антенну, одно- или всенаправленную(о них далее).

Wi-Fi USB-адаптер

Данный wi fi адаптер имеет usb интерфейс, и его можно использовать как в настольном ПК так и в ноутбуке. Такой адаптер (в зависимости от модели) может обеспечить скорость до 108 МБ/с, использует стандарт 802.11b/g, имеет встроенную антенну и обеспечит до 100м дальность действия. Такой тип устройств предназначен для небольших помещений.