Компьютерные сети и телекоммуникации

Лекция I

Проводные сети (максимальное расстояние между сегментами, тип несущей)

Телефонные аналоговые

Коммутируемый удалённый доступ (англ. dial-up)[1] — сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса передачи данных (например, для доступа в сеть Интернет, или для связи с узлом Фидонет).

Стандартные протоколы утверждены Международным телекоммуникационным союзом (ITU).

Эти данные являются максимальными значениями, и фактическими значениями, может быть медленнее при определенных условиях (например, шумные телефонные линии).

Соединение	Битрейт
Модем 110 бод	0.1 кбит/c
Модем 300 (300 бод) (Bell 103 или V.21)	0.3 кбит/c
Модем 1200 (600 бод) (Bell 212A или V.22)	1.2 кбит/c
Модем 2400 (600 бод) (V.22bis)	2.4 кбит/c
Модем 2400 (1200 бод) (V.26bis)	2.4 кбит/c
Модем 4800 (1600 бод) (V.27ter)	4.8 кбит/c
Модем 9600 (2400 бод) (V.32)	9.6 кбит/c
Модем 14.4 (2400 бод) (V.32bis)	14.4 кбит/c
Модем 28.8 (3200 бод) (V.34)	28.8 кбит/c
Модем 33.6 (3429 бод) (V.34)	33.8 кбит/c
Модем 56k (8000/3429 бод) (V.90)	56.0/33.6 кбит/c
Modem 56k (8000/8000 бод) (V.92)	56.0/48.0 кбит/c
Аппаратная компрессия (переменная) (V.90/V.42bis)	56.0-220.0 кбит/c
Аппаратная компрессия (переменная) (V.92/V.44)	56.0-320.0 кбит/c
Веб-компрессия на стороне сервера (переменная)	100.0-1000.0 кбит/c

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.

Коаксиальный кабель (IEEE 10Base2)

10BASE2 — вариант Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных тонкий коаксиальный кабель типа RG-58(в противоположность кабелю 10BASE5), оканчивающийся BNC коннекторами. Каждый сегмент кабеля подключён к рабочей станции (компьютеру) при помощи BNC T-коннектора. На физическом конце сети Т-коннектор, присоединённый к рабочей станции также требует установки терминатора на 50 Ом.

При монтаже сети 10BASE2 необходимо уделить особое внимание прочности соединения кабелей с Т-коннекторами, и правильной установке нужных терминаторов. Некачественные контакты и короткие замыкания сложно диагностируемы, даже при помощи дорогих специальных устройств. Неполадки в любом сегменте приводят к полной нефункциональности сети целиком. По этой причине сети типа 10BASE2 было сложно поддерживать и чаще всего они заменялись сетями типа 10BASE-T, которые также представляли отличные возможности для апгрейда до типа 100BASE-TX.

Название 10BASE2 происходит от некоторых физических свойств передающей среды. Число 10 означает максимальную скорость передачи данных в 10 Мбит/с. Слово BASE является сокращением от baseband (принцип передачи данных без модуляции), а двойка является первой цифрой числа 200 — округлённой максимальной длины сегмента сети (точное значение — 185 метров).

Тип кабеля	Топология	Скорость	Максимальное расстояние
Коаксиальный (антенный), с волновым сопротивлением 50 Ом	Шина (на концах шины устанавливаются терминаторы - резисторы 50 Ом)	10 Мб/c (скорость по общей шине используется всеми подключенными узлами сразу)	185 м (между концами шины)

Витая пара (IEEE 802.3) 10BaseT, 100BaseTx

10BASE-T — физический интерфейс Ethernet, позволяющий компьютерам связываться при помощи кабеля типа «витая пара» (twisted pair). Название 10BASE-T происходит от некоторых свойств физической основы (кабеля). «10» ссылается на скорость передачи данных в 10 Мбит/с. Слово «BASE» — сокращение от «baseband» signalling (метод передачи данных без модуляции). Это значит, что только один Ethernet-сигнал может находиться на линии в конкретный момент времени. Другими словами, не используется мультиплексирование (multiplexing), как в широкополосных каналах. Буква «T» происходит от слова «twisted pair» (витая пара), обозначая используемый тип кабеля.

10BASE-T использует разъёмы типа 8P8C, обжатые согласно таблицам T568A или T568B, определённым в стандарте TIA/EIA-568-B. Используются только вторая и третья пара (оранжевая и зелёная). Если тип обжима на обоих концах сегмента одинаков, то такой сегмент подходит для передачи данных между концентратором (hub)/коммутатором (switch) и узлом сети (компьютером, например). Такой кабель обычно называют пачкордом (patch-cord, patch cable). Если тип обжима на разных концах кабеля противоположенный, такой кабель подходит для передачи данных между двумя узлами (компьютерами), или двумя шинами/коммутаторами. Такой кабель обычно называют кроссовером (crossover cable)

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.

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

PLC Интернет из розетки

PLC (англ. Power line communication) — относительно новая телекоммуникационная технология категории «последняя миля». Так называемый «Интернет из розетки», базирующаяся на использовании внутридомовых и внутриквартирных электросетей для высокоскоростного информационного обмена.

В этой технологии, основанной на частотном разделении сигнала, высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной частоте с последующим их объединением в один сигнал.

При этом PLC-устройства могут «видеть» и декодировать информацию, хотя обычные электрические устройства — лампы накаливания, двигатели и т. п. — даже «не догадываются» о присутствии сигналов сетевого трафика и работают в обычном режиме.

В настоящий момент технология широко используется в Европе и Америке.

PLC Интернет из розетки

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)