Компьютерные сети и телекоммуникации

Лекция I

Проводные сети (максимальное расстояние между сегментами, тип несущей)

Телефонные аналоговые

Список стандартных протоколов Стандартные протоколы утверждены Международным телекоммуникационным союзом (ITU).

V.21	Обеспечивает скорость передачи данных 300 бит/с в дуплексном режиме. Допускает также передачу факсимильных сообщений.
V.22	Скорость составляет 1200 бит/с в полудуплексном режиме.
V.22bis	Вторая редакция протокола V.22, отличается увеличенной скоростью 2400 бит/с и допускает дуплексный режим.
V.23	Асимметричный протокол 75 бит/с в восходящем (от пользователя) канале и 600 или 1200 бит/с- в нисходящем. В конце 1980-х — начале 1990 множество выпускавшихся тогда нестандартных модемов, использовавших нестандартную, как правило — реализуемую программно модуляцию маркировались как соответствующие стандарту «V.23 mode 2». На практике они не были совместимы между собой, а реальная скорость работы более быстрого канала могла колебаться от 300 до 5600 бит/с. Наиболее известным представителем такого типа модемов являлись модемы Лександ. Модификация протокола V.23 позволяющая менять восходящий и нисходящий канал местами в процессе работы используется во французской компьютерной сети Минитель (фр. Minitel)
V.29	Асимметричный протокол 2400/2400-4800-7200-9600, позволяющий переключать направление в котором работает более скоростной канал в процессе работы. Является стандартным для факсов, но в модемах большого распространения не получил в связи с более низкой помехоустойчивостью, чем V.32 и рядом проблем с патентами.
V.32	Дуплексный режим. скорость 4800 и 9600 бит/с, допускает автоматическую настройку скорости передачи.
V.32bis	Расширение V.32 до скорости 14400 бит/с
V.34	Дуплексный протокол, максимальная скорость 28800 бит/с. Может также поддерживать 24000 и 19200 бит/с.
V.34bis	Другое название — V.34+. Максимальная скорость 33600 бит/с. Пониженные скорости: 31200, 24000 и 19200 бит/с.
V.42	Протокол обнаружения и коррекции ошибок для передачи данных с высокими скоростями.
V.42bis	Протокол сжатия данных. Допускает переключение из режима сжатия в прозрачный режим и обратно, причем независимо для каждого направления.
V.44	Протокол сжатия данных.
V.70	Обеспечивает одновременную передачу голоса и данных.
V.80	Протокол видеосвязи. Обеспечивает скорость передачи видео до 10-15 кадров в секунду.
V.90	Дуплексный асимметричный высокоскоростной протокол передачи. Скорость в прямом направлении достигает 56000 бит/с, а в обратном — 33600 бит/с.
V.92	Самый современный протокол. Скорость в прямом направлении 56000 бит/с, а в обратном — 48600 бит/с.

ADSL

ADSL (Шаблон:Lang-en — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология, превращающая стандартные телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа.

Передача данных по технологии ADSL реализуется через обычную аналоговую телефонную линию при помощи абонентского устройства — модема ADSL и мультиплексора доступа (Шаблон:Lang-en, DSLAM), находящегося на той же АТС, к которой подключается телефонная линия пользователя, причём включается DSLAM до оборудования самой АТС. В результате между ними оказывается фактически простой кусок провода, без каких-либо присущих телефонной сети ограничений. DSLAM мультиплексирует множество абонентских линий DSL в одну высокоскоростную магистральную сеть. Также они обычно подключаются к сети ATM по каналам PVC (постоянный виртуальный канал Шаблон:Lang-en) с провайдерами услуг Internet и другими сетями. Стоит заметить, что два ADSL-модема не смогут соединиться друг с другом, в отличие от модемов Dial-Up. Разумеется, из-за необходимости установки оборудования на каждой АТС затраты на постройку и поддержание сети были заметно выше, чем в случае классического коммутируемого доступа, когда все модемы провайдера устанавливались на одной АТС, однако по сравнению со стоимостью других способов предоставления высокоскоростного доступа к сети Интернет технология DSL оказалась очень дешёвой.

Технология ADSL представляет собой вариант DSL, в котором доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком несимметрично — для большинства пользователей входящий трафик значительно более существенен, чем исходящий, поэтому предоставление для него большей части полосы пропускания вполне оправдано. Обычная телефонная линия использует для передачи голоса полосу частот 0…4 кГц. Чтобы не мешать использованию телефонной сети по её прямому назначению, в ADSL нижняя граница диапазона частот находится на уровне 26 кГц. Верхняя же граница, исходя из требований к скорости передачи данных и возможностей телефонного кабеля, составляет 1,1 МГц. Эта полоса пропускания делится на две части — частоты от 26 кГц до 138 кГц отведены исходящему потоку данных, а частоты от 138 кГц до 1,1 МГц — входящему. Полоса частот от 26 кГц до 1,1 МГц была выбрана не случайно. Начиная с частоты 20кГц и выше, затухание имеет линейную зависимость от частоты.

Передача к абоненту ведётся на скоростях от 1,5 до 8 Мбит/с, хотя сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 25 Мбит/с (VDSL), однако в стандарте такая скорость не определена. Скорость служебного канала может варьироваться от 15 до 640 Кбит/с. Причём каждый канал может быть разделён на несколько логических низкоскоростных каналов. Максимальная скорость линии зависит от ряда факторов, таких как длина линии, сечение и удельное сопротивление кабеля. Также существенный вклад в снижение скорости вносит тот факт, что для ADSL линии требуется витая пара (а не лапша) причём экранированная, а если это многопарный кабель, то и с соблюдением направления и шага повива.

Стандарт	Название технологии	Скорость исходящего потока, Мбит/с	Скорость входящего потока, Мбит/с
ANSI T1.413-1998 Issue 2	ADSL	1,0	8
ITU G.992.1	ADSL (G.DMT)	1,0	8
ITU G.992.2	ADSL Lite (G.Lite)	0,5	1,5

Annex A

Annex A — разновидность стандарта ADSL для передачи высокоскоростных данных совместно с аналоговой телефонией.

При работе по аналоговой телефонной линии ADSL-модем использует каналы начиная с 6-го (частота 25.875 кГц). При этом каналы с 6 по 31 используются для передачи данных, а каналы с 38 по 255 — для приема данных. Annex A предусматривает возможность работы по протоколу G.lite, в этом случае для приема используются только каналы с 38 по 127.

Annex B

Annex B — разновидность стандарта ADSL для передачи высокоскоростных данных совместно с ISDN-телефонией или охранной сигнализацией.

Для работы ADSL-модема Annex B совместно с охранной сигнализацией необходима поддержка этого режима со стороны провайдера или оператора, предоставляющего услугу Интернет.

В соответствии со стандартом Annex B имеет следующее частотное распределение ADSL/ISDN:

В случае использования ISDN-телефонной линии (или линии с установленной охранной сигнализацией) первые 27 каналов не могут быть использованы, так как их занимает сигнал ISDN. Поэтому ADSL Annex B использует каналы с 33 по 57 для передачи данных и каналы с 63 по 255 – для приема данных, что сделало возможным его применение и на линиях POTS с охранной сигнализацией.

Сплиттеры для каждого из этих стандартов различные.

Оптоволоконный кабель FTTB

Оптоволоконная связь — средство связи на больших расстояниях, построенное на основе волоконно-оптических линий связи. Представляет собой связь между источником оптического излучения (полупроводниковым лазером или светодиодом) и приёмником (фотодиодом) через оптическое волокно. Скорость передачи данных может измеряться сотнями гигабит в секунду.

Оптоволоконный канал в каждый дом (Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) — термин, используемый телекоммуникационными провайдерами, для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении оптоволоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования

FTTB (Fiber To The Building / Block) -- предусматривает заведение волокна непосредственно в здание (многоквартирный дом, офисный центр и т.п.). Этод подход облегчает решение задачи с электропитанием активного сетевого оборудования и позволяет повысить скорость передачи данных засчет меньшей протяженности медного участка кабеля (по сравнению с FTTN/FTTC).

История развития оптоволоконной связи

Беспроводные сети

Wi-Fi (802.11)

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

• Работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);
• Соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций.

Дальность работы

Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км).

Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
UWB	802.15.3a	WPAN	110–480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
Wi-Fi	802.11a	WLAN	до 5 Мбит/с	до 100 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 54 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 600 Мбит/с	до 100 метров	2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	6–10 км	1,5–11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 30 Мбит/с	1–5 км	2–6 ГГц

WiMax (IEEE 802.16)

WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) — беспроводные сети масштаба города. Предоставляют широкополосный доступ к сети через радиоканал.

Стандарт IEEE 802.16, опубликованный в апреле 2002 года, описывает wireless MAN Air Interface. 802.16 — это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 GHz. Так как это ультракоротковолновый диапазон, то необходимо условие «прямой видимости». Стандарт поддерживает топологию point-to-multipoint, технологии frequency-division duplex (FDD) и time-division duplex (TDD), с поддержкой quality of service (QoS). Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 MHz.

Стандарт 802.16a последовал за стандартом 802.16. Он был опубликован в апреле 2003 и использует диапазон частот от 2 до 11 GHz. Стандарт поддерживает ячеистую топологию (mesh networking). Стандарт не накладывает условие «прямой видимости».

Спутниковая

Спутниковый интернет

Связь типов сетей с технологиями

• Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)
• Локальная сеть (LAN, Local Area Network)
  • HomePNA
  • Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)
• Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)
• Национальная сеть
• Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)