Вопрос 1 - Определение коммуникационная сеть. Информационно-вычислительная сеть ИВС и их классификация

Вопрос 1 - Определение коммуникационная сеть. Информационно-вычислительная сеть (ИВС) и их классификация.

Коммуникационная сеть –система, состоящая из объектов, называемых пунктами(узлами) сети и осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления некоторого продукта, а также линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса. Соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др.

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) –коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети служит вычислительное оборудование. Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых посети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных. В качестве оконечного оборудования данных могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых термином среда передачи данных.

ИВС классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различаются вычислительные сети:

· Территориальные – охватывают значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называются сетями MAN(Metropolitan Area Network), а общее английское название для территориальных сетей – WAN(Wide Area Network)(Сеть Широкой области);

· Локальные (ЛВС) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2 км). Локальные сети обозначают LAN(Local Area Network);

· Корпоративные (масштаба предприятия) – представляют собой совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или несколько близко расположенных зданиях.

Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своем роде глобальную сеть Интернет и реализованную в ней информационную службу www(world wide web, переводиться на русский язык как Всемирная паутина).

В зависимости от сложности различают интегрированные сети, неинтегрированные сети, и подсети. Интегрированные вычислительные сети (интерсети) представляют собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями. Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

 

Вопрос2 - Одноранговые сети

Локальные, глобальные и территориальные сети могут быть одноранговыми сетями типа клиент-сервер (они также называются сетями с выделенным сервером) или смешанными (в которых используются как одноранговые технологии, так и технологии с выделенным сервером).

Компьютеры в одноранговых сетяхмогут выступать как в роли клиентов, так и в роли серверов. Так как все компьютеры в этом типе сетей равноправны, одноранговые сети не имеют централизованного управления разделением ресурсов. Любой из компьютеров может разделять свои ресурсы с любым компьютером в той же сети. Одноранговые взаимоотношения также означают, что ни один компьютер не имеет ни высшего приоритета на доступ, ни повышенной ответственности за предоставление ресурсов в совместное пользование.

Каждый пользователь в одноранговой сети является одновременно сетевым администратором. Это означает, что он управляет доступом к ресурсам, расположенным на его компьютере, и может дать всем остальным пользователям неограниченный либо ограниченный доступ к локальным ресурсам, а может не дать вообще никакого доступа. Каждый пользователь также решает, дать другим пользователям доступ просто по их запросу или защитить эти ресурсы паролем.

Основной проблемой в одноранговых сетях является безопасность, так как отсутствуют средства обеспечения безопасности в масштабе сети. При этом отдельные ресурсы отдельных компьютеров могут быть защищены системой паролей, и только те пользователи, которые знают пароль, могут получить доступ к ресурсам.

Этот тип сети может быть работоспособным в малых сетях, но также требует, чтобы пользователи знали и помнили различные пароли для каждого разделенного ресурса в сети. С ростом количества пользователей и ресурсов одноранговая сеть становится неработоспособной. Это происходит не потому, что сеть не может функционировать правильно, а потому, что пользователи не в состоянии справиться со сложностью сети.

К тому же большинство одноранговых сетей состоит из набора типичных персональных компьютеров, связанных общим сетевым носителем. Эти типы компьютеров не были созданы для работы в качестве сетевых серверов, поэтому производительность сети может упасть, когда много пользователей попытаются одновременно получить доступ к ресурсам какого-то одного компьютера. Кроме того, пользователь, к чьей машине происходит доступ по сети, сталкивается с падением производительности в то время, когда компьютер выполняет затребованные сетевые службы. Например, если к компьютеру пользователя подключен принтер, к которому осуществляется доступ по сети, компьютер станет замедлять свою работу каждый раз, когда другие пользователи будут посылать задание на этот принтер. Это может раздражать того, кто работает на данной машине.

В одноранговой сети также трудно организовать хранение и учет данных. Когда каждый сетевой компьютер может служить сервером, пользователям трудно отслеживать, на какой машине лежит интересующая их информация. Децентрализованная природа такого типа сети делает поиск ресурсов чрезвычайно сложным с ростом числа узлов, на которых должна происходить проверка.

Децентрализация также затрудняет процедуру резервного копирования данных — вместо копирования централизованного хранилища данных требуется осуществлять резервное копирование на каждом сетевом компьютере, чтобы защитить разделенные данные.

Однако одноранговые сети имеют серьезные преимущества перед сетями с выделенным сервером, особенно для малых организаций и сетей. Одноранговые сети являются наиболее легким и Дешевым типом сетей для установки. Большинство одноранговых сетей требует наличия на компьютерах сетевой карты и сетевого носителя (кабеля). Как только компьютеры оказываются соединены, пользователи немедленно могут начинать предоставление ресурсов и информации в совместное пользование.

Преимущества одноранговых сетей:

· легкость в установке и настройке;

· независимость отдельных машин от выделенного сервера;

· возможность для пользователя контролировать свои собствен­ные ресурсы;

· сравнительная дешевизна в приобретении и эксплуатации;

· отсутствие необходимости в дополнительном программном обеспечении, кроме операционной системы;

· отсутствие необходимости иметь отдельного человека в качестве выделенного администратора сети.

Недостатки одноранговых сетей:

· необходимость помнить столько паролей, сколько имеется раз­деленных ресурсов;

· необходимость производить резервное копирование отдельно на каждом компьютере, чтобы защитить все совместные данные;

· падение производительности при доступе к разделенному ресурсу на компьютере, где этот ресурс расположен;

· отсутствие централизованной организационной схемы для поиска и управления доступом к данным.

 

Вопрос 3 - Сети с выделенным сервером или сети типа клиент-сервер.

Вопрос 4 - Типы серверов используемые при построение сети с выделенным сервером.

Сети с выделенным сервером,или сети типа клиент-сервер,опираются на специализированные компьютеры, называемые серверами, которые представляют собой централизованные хранилища сетевых ресурсов и централизованно обеспечивают безопасность и управление доступом. В отличие от сетей с выделенным сервером одноранговые сети не имеют централизованного обеспечения безопасности и управления. Сервер представляет собой сочетание специализированного программного обеспечения и оборудования, которое предоставляет службы в сети для остальных клиентских компьютеров (рабочих станций) или других процессов.

В рамках одной локальной сети могут использоваться несколько выделенных серверов. По своему функциональному назначению различают несколько типов серверов: файловый, печати, коммуникационный, приложений, базы данных и т.д.

Файловый сервер — это компьютер, который выполняет функции управления локальной сетью, отвечает за коммуникационные связи, хранит файлы, разделяемые в сети, и предоставляет доступ к совместно используемому дисковому пространству.

Сервер печати — это компьютер, программа или специальное устройство, обеспечивающее доступ станциям сети к центральному разделяемому принтеру. Запросы на печать поступают от каждой рабочей станции к серверу печати, который разделяет их на индивидуальные задания принтеру, создает очередь печати. Задания обычно обрабатываются в порядке их поступления. В функции сервера печати входит также управление принтером.

Коммуникационный сервер (сервер удаленного доступа — Access Server) позволяет работать с различными протоколами (правилами передачи информации в сети) и дает возможность станциям разделять модем или узел связи с большой ЭВМ. Это обеспечивает получение информации, хранящейся в сети, практически с любого места, где есть телефон, модем или компьютер.

Довольно часто сервер совмещает функции коммуникационного сервера и сервера приложений.

Сервер приложений выполняет одну или несколько прикладных задач, которые запускают пользователи со своих терминалов, включенных в данную сеть. Принцип действия сервера приложений такой же, как у многотерминальной системы (системы совместной обработки). Задача пользователя выполняется непосредственно на сервере приложений, по низкоскоростной телефонной линии на удаленный компьютер (терминал) передается только изображение экрана терминала пользователя, а обратно — только информация о нажимаемых пользователем клавишах. Поэтому нагрузка по передаче информации (например, при работе с базами данных) ложится на высокоскоростной кабель сети, к которой подключен сервер приложений.

Сервер базы данных —- это специализированная программа или компьютер, обеспечивающие станции записями из базы данных. При использовании обычного файлового сервера все данные из базы передаются через сеть в пользовательский компьютер так, чтобы он мог выбрать информацию, необходимую работающей прикладной программе. В отличие от этого сервер базы данных сам выбирает необходимые данные и посылает через сеть только информацию, запрашиваемую программой пользователя (эта программа производит обработку информации и представляет ее пользователю). Таким образом, в подобных системах, называемых системами клиент-сервер, совмещаются преимущества систем совместной и распределенной обработки.

Технология клиент-сервер является реализацией распределенной обработки данных. С точки зрения баз данных под распределенной обработкой понимается выполнение операций с базами данных на одной машине, а приложений — на другой. В системе клиент-сервер обработка данных разделена между компьютером-клиентом и компьютером-сервером, связь между которыми происходит по сети. Основная функция компьютера-клиента состоит в выполнении приложения (интерфейса с пользователем и логики представления) и осуществлении связи с сервером, когда этого требует приложение. Компьютер-клиент может быть как простой машиной типа персонального компьютера, так и мощной рабочей станцией с многозадачной и многопользовательской операционной системой типа UNIX. Таким образом, выбор компьютера, операционной системы, оперативной и дисковой памяти, другого оборудования определяется требованиями приложения. Главная функция компьютера-сервера заключается в обслуживании потребностей клиента. Связь с клиентом, анализ и выполнение запроса к базе данных, включая возврат клиенту результата запроса (набора строк из базы данных), управление одновремен­ным доступом к базе данных многих пользователей, перенаправление запросов к другим серверам сети, обеспечение защиты — таковы некоторые основные функции компьютера-сервера.

К рассмотренным выше серверам можно добавить сервер электронной почты и факс-сервер. Главной их характеристикой является степень защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа.

Один выделенный компьютер в сети может одновременно выполнять функции файлового сервера, сервера печати, приложений и т.д.

Имеются следующие причины для реализации сети с выделенным сервером: централизованное управление сетевыми ресурсами путем использования сетевой безопасности; управление посредством установки и настройки сервера. Серверные компьютеры обычно имеют более быстрый центральный процессор, больший объем оперативной памяти, большие жесткие диски и дополнительные периферийные устройства (например, накопители на магнитной ленте и приводы компакт-дисков) по сравнению с клиентскими машинами. Серверы также ориентированы на то, чтобы обрабатывать многочисленные запросы на разделяемые ресурсы быстро и эффективно. Серверы обычно выделены для обслуживания сетевых запросов клиентов. В дополнение физическая безопасность — доступ к самой машине — является ключевым компонентом сетевой безопасности. Поэтому важно, чтобы серверы располагались в специальном помещении с контролируемым доступом, отделенном от помещений с общим доступом.

Сети с выделенным сервером также предоставляют централизованную проверку учетных записей пользователей и паролей. Например, Windows NT использует доменную концепцию для управления пользователями, группами и машинами и для контроля над доступом к сетевым ресурсам. Прежде чем пользователь сможет получить доступ к сетевым ресурсам, он должен сообщить свое регистрационное имя и пароль контроллеру домена — серверу, который проверяет имена учетных записей и пароли в базе данных с такой информацией. Контроллер домена позволит доступ к опреде­ленным ресурсам только в случае допустимой комбинации регистрационного имени и пароля. Изменять связанную с безопасностью информацию в базе данных контроллера домена может только сетевой администратор. Этот подход обеспечивает централизованную безопасность и позволяет управлять ресурсами с изменяющейся степенью контроля в зависимости от их важности и расположения.

В отличие от одноранговой модели сеть с выделенным сервером обычно требует только один пароль для доступа к самой сети, что уменьшает количество паролей, которые пользователь должен помнить. Кроме того, сетевые ресурсы типа файлов и принтеров легче найти, потому что они расположены на определенном сервере, а не на чьей-то машине в сети. Концентрация сетевых ресурсов на небольшом количестве серверов также упрощает резервное копирование и поддержку данных.

Сети с выделенным сервером лучше масштабируются по сравнению с одноранговыми сетями. С ростом размера одноранговые сети сильно замедляют свою работу и становятся неуправляемыми. Сети с выделенным сервером, наоборот, могут обслуживать от единиц до десятков тысяч пользователей и географически распределенных ресурсов. Другими словами, сеть с выделенным сервером может расширяться с ростом использующей ее организации.

Сеть с выделенным сервером также имеет недостатки, первым из которых является необходимость дополнительных расходов на такую сеть. Сеть с выделенным сервером требует наличия одного или нескольких более мощных и, следовательно, более дорогих компьютеров для запуска специального (и тоже дорогого) серверного программного обеспечения. Вдобавок, для обслуживания серверного программного обеспечения нужны квалифицированные специалисты. Подготовка персонала для овладения необходимыми для обслуживания сети с выделенным сервером навыками или наем на работу подготовленных сетевых администраторов также увеличивают стоимость такой сети.

Есть и другие негативные аспекты сетей с выделенным сервером. Централизация ресурсов и управления упрощает доступ, контроль и объединение ресурсов, но при этом приводит к появлению узла, которое может вызвать неполадки во всей сети. Если сервер вышел из строя, не работает вся сеть. В сетях с несколькими серверами потеря одного сервера означает потерю всех ресурсов, связанных с этим сервером. Если неисправный сервер является единственным источником информации о правах доступа определенной части пользователей, эти пользователи не смогут получить доступ к сети.

Преимущества сетей с выделенным сервером:

· обеспечение централизованного управления учетными запися­ми пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает се­тевое администрирование;

· использование более мощного серверного оборудования обус­ловливает более эффективный доступ к сетевым ресурсам;

· пользователям для входа в сеть нужно помнить только один пароль, что позволяет им получить доступ ко всем ресурсам, к которым они имеют права.

Недостатки сетей с выделенным сервером:

· неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, что в лучшем случае означает потерю сетевых ресурсов;

· сети требуют квалифицированного персонала для сопровождения сложного специализированного программного обеспечения, что увеличивает общую стоимость сети;

· стоимость также увеличивается благодаря потребности в выделенном оборудовании и специализированном программном обеспечении.

Вопрос 5 - Топологией вычислительной сети.

При организации компьютерной сети в первую очередь необходимо выбрать способ организации физических связей, т. е. топологию. Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам — физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями, или узлами сети.

Конфигурация физических связейопределяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Существуют четыре основных типа топологии: шина (bus), кольцо (ring), звезда (star) и ячеистая топология (mesh). Другие топологии обычно являются комбинацией двух и более главных типов. Выбор типа физической топологии для сети является одним из первых шагов планирования сети. Он основывается на множестве факторов, в число которых входят цена, расстояния, вопросы безопасности, предполагаемая сетевая операционная система, а также возможность использования для новой сети существующего оборудования, проводки и т.п.

Вопрос 6 - Физическая топология типа шина.

Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной (linear bus), состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента. Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, компьютер отвергает его. Соответственно, компьютер получает и обрабатывает любой пакет на шине, адресованный ему.

Главный кабель шины, называемый магистралью (backbone), имеет на обоих концах заглушки (terminator) для предотвращения отражения сигнала. Без правильно установленных заглушек работа шины будет ненадежной или вообще невозможной.

Шинная топология представляет собой быстрейший и простейший способ установки сети. Она требует меньше оборудования и кабелей, чем другие топологии, и ее легче настраивать. Это хороший способ быстрого построения временной сети и, как правило, лучший выбор для малых сетей (не более 10 компьютеров).

Имеется несколько недостатков, о которых надо знать при решении вопроса об использовании шинной топологии для сети. Неполадки станции или другого компонента сети трудно изолировать. Кроме того, неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

 

Вопрос 7 - Физическая топология типа кольцо

Топология кольцо обычно используется в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических). В физической топологии кольцо линия передачи данных фактически образует логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети. В отличие от шинной топологии, которая использует конкурентную схему, чтобы позволить станциям получать доступ к сетевому носителю, доступ к носителю в кольце осуществляется посредством логических знаков — маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Это дает каждому компьютеру в сети равную возможность получить доступ к носителю и, следовательно, переслать по нему данные. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции. Получающаяся регенерация делает сигнал сильным и позволяет избежать необходимости применения повторителей. Так как кольцо формирует бесконечный цикл, заглушки не требуются. Кольцевая топология относительно легка для установки и настройки, требует минимального аппаратного обеспечения.

Топология физического кольца имеет несколько недостатков. Как и в случае линейной шины, неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети. Поддерживать логическое кольцо трудно, особенно в больших сетях. Кроме того, в случае необходимости настройки и переконфигурации любой части сети прихо­дится временно отключать всю сеть.

Кольцевая топология дает всем компьютерам равные возможности доступа к сетевому носителю.

 

Вопрос 8 - Физическая топология типа звезда.

В топологии звезда все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора. Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который затем пересылает пакет в направлении получателя. Как и при шинной топологии, компьютер в сети типа звезда может пытаться послать данные в любой момент. Однако на деле только один компьютер может в конкретный момент времени производить посылку. Если две станции посылают сигналы на концентратор точно в одно и то же время, обе посылки окажутся неудачными и каждому компьютеру придется подождать случайный период времени, прежде чем снова пытаться получить доступ к носителю. Сети с топологией звезда обычно лучше масштабируются, чем с топологией другого типа.

Главное преимущество внедрения топологии звезда заключается в том, что в отличие от линейной шины неполадки на одной станции не выведут из строя всю сеть. В сетях с этой топологией проще находить обрывы кабеля и прочие неисправности. Кроме того, наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера и реконфигурацию сети.

Топологии звезда присущи несколько недостатков. Во-первых, при этом типе конфигурации больше расход кабеля, чем в большинстве других сетей, вследствие наличия отдельных линий, соединяющих каждый компьютер с концентратором. Кроме того, центральный концентратор выполняет большинство функций сети, так что выход из строя одного этого устройства отключает всю сеть.

Вопрос 9 -Физическая топология типа ячеистая.

Ячеистая топология предусматривает соединение всех компьютеров попарно. Сети ячеистой топологии используют значительно большее количество кабеля, чем сети любой другой топологии, что делает их дороже. Кроме того, такие сети значительно сложнее устанавливать. Однако ячеистая топология обладает устойчивостью к сбоям (fault tolerance), которая заключается в способности сети работать при наличии повреждений. В сети с поврежденным сегментом это означает обход сегмента. Каждый компьютер имеет много возможностей соединения с другим компьютером по сети, так что отдельный обрыв кабеля не приводит к потере соединения между любыми двумя компьютерами.

Вопрос 10 - Смешенная физическая топология. Сегменты сети.

Многие организации используют комбинации главных сетевых топологий, получая так называемые смешанные сети.

Смешанная топология звезда на шине (star bus) объединяет топологии шина и звезда. Преимущество этой топологии заключается в том, что никакие неполадки на отдельном компьютере или в сегменте не могут вывести из строя всю сеть. В случае неисправности отдельного концентратора не смогут взаимодействовать по сети только те компьютеры, которые присоединены к этому концентратору, а остальные компьютеры эта проблема не затронет.

Топология звезда на кольце (star ring) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо. Сеть топологии звезда на кольце внешне идентична сети топологии звезда, но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо. Эта топология популярна для сетей Token Ring, поскольку легче в реализации, чем физическое кольцо, но дает возможность посылать маркеры внутри концентратора так же, как и в случае физического кольца. Почти так же, как при топологии, кольцо, компьютеры имеют равный доступ к сетевому носителю за счет посылки маркеров. Повреждение отдельного компьютера не может привести к остановке всей сети, но если выходит из строя концентратор, то кольцо, которым он управляет, отключается.

Реализовать настоящую ячеистую топологию в крупных сетях непросто, для этого, как правило, требуются время и значительные материальные затраты. Применение сети гибридной ячеистой топологии (hybrid mesh) может позволить получить некоторые из существенных преимуществ сети настоящей ячеистой топологии без большого расхода кабеля. В большинстве крупных организаций критически важные данные хранятся не на всех компьютерах сети, а на сетевых серверах. Компании, которые хотят обеспечить защиту от сбоев для своих сетей на уровне кабелей, могут ограничиться только компьютерами с критически важными данными. Это означает, что ячеистая топология будет существовать только на части сети, обеспечивая защиту от сбоев для серверов с важной информацией, но не добавляя защиты для отдельных клиентов сети. Сеть гибридной ячеистой топологии стоит меньше, чем сеть, полностью построенная на ячеистой топологии, но не столь защищена от сбоев.

Физическая структуризация сети полезна во многих Отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размеров, невозможно обойтись без логической структуризации сети. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

Сегментом сети называется часть сети с общим пространством доступа к среде передачи данных и обнаружения коллизий. Под коллизией понимается отказ в доступе к среде передачи данных из-за совпадения во времени моментов генерации заявок на ее использование, поступающих от различных станций сети.

Основные недостатки сети на одной разделяемой среде начинают проявляться при превышении некоторого порогового количества узлов, подключенных к разделяемой среде. Даже та доля пропускной способности разделяемой среды, которая должна в среднем доставаться одному узлу (например, 10/N Мбит/с для сети Ethernet с N компьютерами), очень часто узлу не достается. Причина заключается в случайном характере метода доступа к среде, используемом во всех технологиях локальных сетей.

Локальные сети, состоящие из одного или двух серверов и небольшого количества рабочих станций, объединяются в корпоративные системы — сложные, высококритичные среды, состоящие из множества серверов различных типов, а также многочисленных рабочих групп, нуждающихся в связи друг с другом. В та­кой среде несегментированная сеть способна привести к снижению производительности, уменьшению надежности и ухудшению безопасности сети.

Обычно крупные сети имеют высокоскоростную магистраль, но если, например, весь сетевой трафик направляется туда, то он может легко исчерпать доступную пропускную способность, сведя на нет все преимущества в производительности, которые организация могла бы извлечь при другом подходе. Ввиду того что рабочие станции взаимодействуют в основном с локальными серверами, имеет смысл сегментировать сеть в соответствии с рабочими группами, в которых большая часть трафика не выходит за пределы локального сегмента. Такой подход позволяет разным группам выделить разную пропускную способность. Например, разработчикам и инженерам выделяется их собственный сегмент на 10 Мбит/с, пользователям из отдела маркетинга — другой сегмент меньшего объема.

Сегментирование повышает также и надежность сети за счет локализации проблем в данном сегменте. Например, если разработчики выведут из строя свой собственный сегмент сети, то на других пользователях это никак не скажется.

Сегментирование предполагает, что пакеты не выходят за пределы текущего сегмента (принимаются только узлами сегмента). Для передачи информации из одного сегмента в другой (объединения сегментов) используют специальные устройства: маршрутизаторы, коммутируемые концентраторы (коммутаторы), мосты.

 

Вопрос 11 - Логическая топология сетей. Отличие физической топологии от логической.

Логическая, или электрическая, топология описывает способ, в соответствии с которым устройства сети передают информацию от одного узла к следующему, но нельзя путать его с теми линиями, которые нарисованы на структурной схеме сети. Физическая топология не имеет прямого отношения к логической топологии. Сеть может иметь физическую звездообразную топологию и логическую кольцевую или физическую звездообразную и логическую шинную и т. д.

Существуетдва вида логической топологии сети:

• Логическая шинная топология
• Логическая кольцевая топология

 

Вопрос 12 - Логическая шинная топология

Ethernet - наиболее известный пример сети с логической шинной топологией - является самым популярным типом локальной сети. Топология Ethernet - не то же самое, что физическая шинная топология (эта концепция не всегда легко воспринимается и приходится ее повторять для лучшего усвоения).

Как работает сеть с логической шинной топологией? Говоря простым языком, каждый раз, когда у какого-либо узла сети оказываются данные для другого узла, то первый узел производит "оповещение" всей сети. Все остальные узлы "слушают" сеть и проверяют, предназначены эти данные для них или нет. Если предназначены, то они "оставляют их себе", если нет - игнорируют. Каждая плата Ethernet имеет специфический (выделенный специально для нее) 48-битовый адрес, и каждая "порция" данных, путешествующая по сети, направляется по адресу платы в тот узел, который должен принять данные.

А что произойдет, если пакет предназначен сразу для нескольких рабочих станций? Сетевое программное обеспечение может дать указание плате Ethernet "прослушивать" определенные групповые адреса. Если пакет адресован всей сети, то его целевой адрес должен быть равен 1s, и его должна принять каждая плата.

Кто бы и что бы ни передал в сеть, его услышат все.

В сети с шинной топологией каждая рабочая станция может посылать информацию в модуле сигналов, называемом пакетом. Данные, передаваемые по сети любого типа, должны удовлетворять жестко заданному формату - формату кадра канального уровня (Data Link Layer Frame), который используют для упорядочивания данных. Этот формат определен на канальном уровне модели OSI.

Перед тем как рабочая станция начнет широковещательную передачу в сеть, она прослушивает "эфир" и определяет, не пользуется ли сейчас сетью кто-либо еще. Если сеть свободна, рабочая станция начинает широковещательную передачу.

Наибольшая проблема в методе широковещательной сетевой передачи - расстояние. Если расстояние между двумя компьютерами в одной и той же сети (назовем их Узел А и Узел Б) слишком велико, они могут не услышать сигналов друг друга в линии связи. Если они не могут "слышать" друг друга, то Узел А не может сказать, передает информацию Узел Б или нет. Думая, что все тихо, Узел А может начать свою передачу, когда Узел Б еще передает данные. Если это случится, и два узла будут передавать информацию одновременно, произойдет конфликт пакетов, приводящий к "пульсации" частоты сигнала в кабеле. Первый же узел, который заметит возросшую пульсацию частоты сигнала, пошлет высокочастотный сигнал, отменяющий все другие, и сообщит всем узлам, что случился конфликт, и что все узлы сети должны остановить передачу пакетов. Далее каждый узел "молчит" в течение некоторого промежутка времени, продолжительность которого задается случайным образом, после чего повторно делает попытку широковещательной передачи. Прежде чем отказаться от новых попыток, они делают это до 16 раз.

Использование кабелей, длина которых не превышает допустимой величины, снижает шанс возникновения конфликта, поскольку узлы смогут услышать широковещательную передачу других узлов. (Например, применительно к сети Ethernet это значит, что участок кабеля не должен превышать 185 метров. В противном случае сигнал следует усиливать.) Фактически, метод работы сети с логической шинной топологией увеличивает вероятность возникновения конфликтов пакетов. Если узел не может выполнить широковещательную передачу, пока сеть занята, то что же случится, когда линия связи освободится, а несколько узлов уже будут иметь данные для передачи? Они внезапно начнут одновременно передавать свою информацию, в результате чего снова могут возникнуть конфликты.

Учтите, что описанная выше процедура имеет место в сетевых платах Ethernet. Поэтому, если вы намереваетесь использовать топологию Ethernet, во всех узлах сети должны быть установлены платы Ethernet. Сеть Ethernet может быть построена на базе физической шинной, звездообразной или кольцевой топологии.

Примечание

Сеть Ethernet не является единственным примером использования логической шинной топологии, однако это наиболее известный ее пример. Другие сети, в которых используется логическая шинная топология, включая LANtastic фирмы Artisoft и LocalTalk/AppleTalk, построены на базе компьютеров Macintosh. Сеть LocalTalk способна передавать только четверть миллионов бит в секунду, но в ней используются многие базовые принципы построения сети Ethernet.

 

Вопрос 13 - Логическая кольцевая топология

Логическая шинная топология является системой широковещательной передачи: то, что "скажет" одна станция, "слышат" все остальные. А вот сеть, построенная по кольцевой топологии, функционирует иначе. В таких сетях, как Token Ring и FDDI (Fiber Distributed Data Interface - распределенный интерфейс передачи данных по оптоволоконным каналам), каждая станция должна повторять то, что она услышит от предыдущей, работая при передаче данных подобно "пожарной цепочке". Когда порция данных возвращается их отправителю, передача прекращается. Весь файл не может быть передан целиком в виде одного пакета, поэтому он будет передаваться порциями (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Перессылка данных в сети с кольцевой логической топологей

 

Организационной основой логической кольцевой топологии является специальный формат пакета данных, называемый эстафетой (token pocket). (Кадр можно рассматривать как своеобразный контейнер для упаковки данных с целью дальнейшей пересылки.). Использование маркера позволяет устранить конфликты пакетов, гарантируя то, что в данный момент времени только одна станция сможет посылать информацию через сеть. Такой метод называют эстафетой. Он действует подобно волшебной палочке, наводящей порядок в сети при появлении шумов. Суть метода состоит в том, что только один узел, который контролирует эстафету, может передавать информацию через сеть.

Каким же образом эстафета проходит по сети? Когда рабочая станция завершает работу с эстафетой, она освобождает ее для какой-либо ближайшей на линии станции. Если эстафету никто не захватит, то рабочая станция передает ее второй раз. Если никто не ответит и во второй раз, рабочая станция посылает общий запрос, называемый кадром запроса преемника (solicit successor frame). Этот кадр проходит по всей сети, спрашивая: "Кто следующий должен принять маркер?". Если какая-либо рабочая станция ответит, то посылающая рабочая станция адресует маркер этой рабочей станции и передает его. Поскольку ни один узел не может осуществлять передачу данных до тех пор, пока порция (кадр) данных не сделает полный круг по всей сети, то ни один персональный компьютер не будет ждать дольше, чем требуется для одного оборота информации, перед тем, как он получит шанс на передачу данных.

В сетевой кольцевой топологии не выполняется широковещательная передача данных по сети. Они передаются от узла к узлу, поэтому большое значение имеет синхронизация процессов, гарантирующая, что пересылаемые по сети кадры принимаются должным образом. Важно также, чтобы и маркер обеспечивал такую синхронизацию. Из-за важности маркеров для поддержания порядка в сети, построенной по логической кольцевой топологи, один компьютер специально выделяется для управления маркером. Этот компьютер, называемый задатчиком маркера или активным монитором, определяет потерю маркеров, отслеживает передачу кадров и создает новый маркер, если это необходимо. Активный монитор также генерирует импульсы сигналов времени в сети, синхронизирующие все остальные узлы сети

 

Вопрос 14 - Способы коммутации

Назначение любой сети — обеспечение обмена данными (информацией) между абонентами. 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, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов 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. Различают следующие способы коммутации данных: коммутация каналов — осуществляется соединение двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто;

коммутация сообщений — характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности; вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, и между участками возможна буферизация сообщения;

коммутация пакетов — сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и после ее завершения освобождается для передачи других пакетов.

Коммутация каналов может быть пространственной и временной.

Пространственный коммутатор размера NxM представляет собой сетку (матрицу), в которой N входов подключены к горизонтальным шинам, а М выходов — к вертикальным (рис. 2).

Рисунок 2 – Пространственный коммуникатор

 

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если N < М, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа как минимум с одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т. е, не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов NxN.

Недостаток рассмотренной схемы — большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное N2. Для устранения этого недостатка применяют многоступенчатые коммутаторы.

Временной коммутатор строится на основе буферной памяти, запись производится в ее ячейки последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря записи данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла «запись—чтение». В настоящее время преимущественно используются временная или смешанная коммутация.

При коммутации сообщений осуществляется передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Например, сообщением может быть текстовый документ, файл с кодом программы, электронное письмо.

Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение хранится в транзитном компьютере на диске, причем время хранения может быть достаточно большим, если компьютер загружен другими работами или сеть временно перегружена.

По такой схеме обычно передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты.

Количество транзитных компьютеров стараются по возможности уменьшать. Если компьютеры подключены к сети с коммутацией пакетов, то число промежуточных компьютеров обычно уменьшается до двух. Например, пользователь передает почтовое сообщение своему серверу исходящей почты, а тот сразу старается передать сообщение серверу входящей почты адресата. Но если компьютеры связаны между собой телефонной сетью, то часто используются несколько промежуточных серверов, так как прямой доступ к конечному серверу может быть невозможен в данный момент из-за перегрузки телефонной сети (абонент занят) или экономически невыгоден из-за высоких тарифов на дальнюю телефонную связь. Техника коммутации сообщений появилась в компьютерных сетях раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффективной по критерию пропускной способности сети. Запись сообщения на диск занимает достаточно много времени, кроме того, использование дисков предполагает наличие специализированных компьютеров в качестве коммутаторов, что удорожает сеть.

Во многих случаях коммутация пакетов оказывается наиболее эффективной. Во-первых, ускоряется передача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможна параллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети; во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакета позволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

Любой пакет состоит из трех обязательных компонентов: заголовка, данных, информации для проверки ошибок передачи. Заголовок содержит:

· адрес источника, идентифицирующий компьютер-отправитель;

· адрес места назначения, 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.

В зависимости от типа сети размер поля данных составляет от 512 байтов до 4 Кбайт. Так как обычно размер исходных данных гораздо больше 4 Кбайт, для помещения в пакет их необходимо разбивать на мелкие блоки. При передаче объемного файла может потребоваться много пакетов.

Информация для проверки ошибок обеспечивает корректность передачи. Эта информация называется циклическим избыточным кодом, который представляет собой число, получаемое в результате математических преобразований над пакетом с исходной информацией. Когда пакет достигает места назначения, эти преобразования повторяются. Если результат совпадает с циклическим избыточный кодом, значит, пакет принят без ошибок. В противном случае необходимо повторить передачу пакета, поскольку при передаче данные изменились.

В сетях коммутации пакетов различают два режима работы — виртуальных каналов (другое название — связь с установлением соединения) и дейтаграммный (связь без установления соединения).

В режиме виртуальных каналов пакеты одного сообщения передаются в естественном порядке по устанавливаемому маршруту. При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многими сообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений (это так называемый режим временного мультиплексирования, или TDM — Time Division Method). Эти пакеты могут задерживаться в промежуточных буферах. Предусматривается контроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителю подтверждающего сообщения. Этот контроль возможен как во всех промежуточных узлах маршрута, так и только в конечном узле. Он может осуществляться стартстопным способом, при котором отправитель не передает следующий пакет до тех пор, пока не получит подтверждения о правильной передаче предыдущего пакета, или способом передачи в окне. Окно может включать N пакетов, при этом возможны задержки в получении подтверждений на протяжении окна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получает сигнал об ошибке в передаче пакета с номером К, то нужна повторная передача, которая начинается с пакета К.

В дейтаграммном режиме сообщение делится на дейтаграммы. Дейтаграмма — это часть информации, передаваемая независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что может послужить причиной блокировок сети. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен, и надежность связи обеспечивается лишь контролем на оконечном узле.

Блокировкой сети в дейтаграммном режиме называется такая ситуация, когда в буферную память узла вычислительной сети поступило столько пакетов разных сообщений, что эта память оказалась полностью занятой. Следовательно, она не может принимать другие пакеты и освободиться от уже принятых, так как это возможно только после поступления всех дейтаграмм сообщения.

Вопрос 15 - Сетевые кабели.

Сетевые кабели почти невидимы, но они являются весьма важным компонентом всей сети. К решающим факторам, влияющим на выбор типа кабеля, можно отнести расстояние между рабочими станциями и среду, в которой должна работать сеть, созданная с их помощью. Поэтому выбор типа кабеля определяется типом создаваемой сети отдельно в каждом конкретном случае. Одним из важнейших параметром при выборе кабеля является максимальная допустимая часто сигнала.

Частота характеризуетколичество колебаний некоторой величины (например, напряжения) за секунду. Она выражается в герцах (число периодов колебаний за секунду). В самом простом случае колебания можно представить как синусоидальные волны. Иными словами, синусоидальное колебание, частота которого составляет 8 МГц, в течение одной секунды восемь миллионов раз проходит через максимум. Чем выше частота, тем больше скорость перемещения данных, поскольку в единственную секунду можно "упаковать" большее количество единиц и нулей.

 

Высокочастотные сигналы в большей степени подвержены помехам, чем низкочастотные, поскольку за единицу времени они переносят большее число данных. Максимальная частота сигналов в определенной степени характеризует кабель данного типа (это предельное значение не связано с рабочей частотой). Она только указывает, что теоретически физическая среда кабеля способна обеспечивать работу на данной частоте, если табель не поврежден и правильно смонтирован.

К другим физическим характеристикам кабелей разных типов относится предельно допустимая длина отрезка кабеля, обеспечивающая передачу сигнала. Для разных частот длина такого отрезка будет разная. С ростом частоты эта величина будет уменьшаться. Длина такого отрезка зависит от затухания. Затухание - это степень ослабления сигнала на участке кабеля фиксированной длины (обычно 100 м на заданной частоте). Чем более подвержен кабель воздействию помех, тем сильнее затухает в нем сигнал. Следует различать затухание в кабеле, вызванное собственными потерями (обусловленное, например, потерями сигнала в диэлектрическом заполнении низкого качества), и затухание, обусловленное излучением сигнала из кабеля (вызванное недостаточным экранированием сигнальных проводников). В первом случае предельно допустимая длина отрезка кабеля будет небольшой, но внешние помехи не окажут воздействия на сигнал. Во втором - внешние сигналы могут наложиться на передаваемый сигнал (полезный сигнал) и исказить его. Для уменьшения затухания сигнала в сети используют различные устройства, например, повторители (репетиры), которые усиливают сигнал на длинных участках кабелей.

Вопрос 16 - Кабели типа "витая пара".

Если вы обернете один хороший проводник вокруг другого, то получите систему проводов, в определенной степени защищенную от внешних помех (RF-шумов). Именно так изготовлен кабель с витой парой. На практике используют два типа таких кабелей: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP).

Кабель UTP и STP имеют два отличия. Первое: в UTP используются четыре пары проводников, а в STP - две. Второе, и основное, отличие заложено в самом названии кабелей. В STP предусмотрен дополнительный проводящий слой, окружающий витые провода, который обеспечивает дополнительную защиту от помех. Это отнюдь не означает, что кабель STP всегда лучше защищен от RF-шумов по сравнению с UTP. Просто в кабелях использован разный подход к проблеме защиты. Теоретически, в кабелях UTP, где два провода скручены друг с другом, каждый в отдельности провод является приемником шума, но эти шумы противофазные.

В кабелях же STP проводники защищены, в основном, дополнительным проводящим слоем, а не скручиванием друг с другом. В то же время, дополнительный защитный слой затрудняет работу с кабелем, поскольку придает ему жесткость. Кроме того, такая защита эффективна только при правильном заземлении и целостности экранирующего слоя.

Ассоциация электронной промышленности (EIA), Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) и Национальная ассоциация производителей электрооборудования; (NEMA) установили стандарт кабелей UTP, подразделяющий их на семь категорий. Затем они уполномочили организацию Underwriter's Laboratories сертифицировать и сортировать в соответствии с этим стандартом кабели, продаваемые на территории Соединенных Штатов. Чем выше номер категории кабеля, тем больше в нем-должно быть скруток на погонный фут ; и чаще меняться форма этих витков для исключения' радиочастотных помех (RFI). Таким образом, хотя и не существует кабелей, которые совершенно нечувствительны к помехам, чем выше категория кабеля UTP, тем менее он подвержен помехам RFI и EMI и, соответственно, обеспечивает более быструю и точную передачу данных. Другими словами, кабели категории 3 обеспечивают передачу данных со скоростью до 10 Мбит/с и содержат не менее трех скруток на погонный фут. Однако практически во всех локальных сетях используют кабели UTP категории 5, которые допускают скорость передачи до 100 Мбит/с и позволяют расположить компьютеры на расстоянии до 90 м.

Кроме того, в изделиях фирмы IBM предусмотрено использование кабелей различных типов с витой парой и двух типов оптоволоконных кабелей. Кабели подразделяются по функциональным признакам, а не по степени устойчивости к RFI. Ниже перечислены типы кабелей с витой парой.

Тип 1. Одножильный кабель STP, используемый для передачи данных. Каждый кабель состоит из двух пар проводов.

Тип 2. Сочетание четырех неэкранированных и двух экранированных одножильных проводов в единой оболочке. Неэкранированные провода (UTP) предназначены для передачи речевых сообщений (voice transmission), а экранированные (STP) - для передачи данных.

Тип 3. Состоит из четырех пар одножильных проводов, используемых для передачи речевых сообщений и данных.

Тип 6. Состоит из двух пар многожильных кабелей. Во многом подобен типу 1, однако вместо одножильного используется многожильный провод.

Тип 8.Специальный плоский кабель STP, что позволяет прокладывать его под коврами.

Тип 9. Состоит из двух экранированных пар STP, покрытых специальной оболочкой, а не поливинилхлоридом (PVC), поэтому его можно прокладывать в перекрытиях между этажами здания. При горении PVC выделяет токсичные газы, поэтому в соответствии - правилами пожарной безопасности используют иную оболочку.

Вопрос 17 - Коаксиальные кабели.

Коаксиальные кабели часто называют кабелями BNC, сеть на их основе называют тонкой сетью (Thinnet). Они состоят из центрального медного проводника, заключенного в изоляционную оболочку, покрытого слоем алюминиевой или медной оплетки, которая защищает проводник от RF-помех. Коаксиальный кабель состоит из четырех частей:

· центрального проводника, называемого внутренним проводником',

· изоляционного слоя, называемого диэлектриком, который окружает внутренний проводник;

· слоя фольги или металлической оплетки, называемого экраном (shield), покрывающего диэлектрик;

· слоя внешней изоляции (наружная часть кабеля), называемого защитным покрытием

	Внутренний проводник

Скорость передачи данных по коаксиальным кабелям не превышает 10 Мбит/с. По современным стандартам это немного, однако в некоторых случаях кабели этого типа предпочтительнее UTP. Во-первых, предельная длина участка кабеля UTP составляет 100 м, а коаксиального кабеля- более 800м. Однако после 185 м необходимо усилить сигнал с помощью устройства, называемого повторителем.

Вопрос 18 - Оптоволоконные кабели.

Чтобы избавить линию от RF-помех помех можно использовать оптоволоконный кабель.

Оптоволоконные кабели нечувствительны к RF-шуму потому, что для передачи данных в них применяют свет, а не электрические импульсы. Свет проходит по тончайшей стеклянной или пластиковой нити, покрытой тонким изоляционным слоем, называемым оболочкой (cladding). Оболочка окружена покрытием, которое защищает непрочную нить.

 

 

Как вы понимаете, оптоволокно - критический элемент среды передачи данных. На каждом конце волокна находится устройство, которое называется кодек или кодер/декодер. Кодек отвечает за преобразование данных в световые импульсы и обратное их преобразование в электрические импульсы, с которыми работает компьютер. Чтобы передать данные, светодиод (LED) или лазер, находящийся на одном конце оптоволокна, посылает по кабелю световые сигналы. Когда эти сигналы достигают другого конца кабеля, они преобразуются в исходную (электрическую) форму.

Может показаться, что трафик оптоволоконного кабеля ограничен единственным трактом данных (path of data), но это не так. Во-первых, оптоволоконные кабели могут состоять из нескольких волокон, что позволяет передавать данные по множеству трактов. Чем больше волокон в кабеле, тем больше данных может проходить по нему одновременно (точно так же, как дорога с четырьмя полосами может пропустить намного больше машин, чем однополосная).

Во-вторых, существуют оптоволоконные кабели двух типов: одномодовые и многомодовые.

Одномодовый кабель передает данные по единственному тракту (path). Луч света в таком кабеле имеет высокую интенсивность, поэтому одномодовые кабели передают данные на большие расстояния и пригодны либо для систем, требующих интенсивного трафика, либо для передачи на большие расстояния.

Многомодовое оптоволокно одновременно пропускает по кабелю множество мод. На практике используют два типа многомодовых оптических волокон: оптоволокно со ступенчатым изменением показателя преломления световые лучи двигаются внутри кабеля по зигзагообразным траекториям. В градиентном оптоволокне световые лучи следуют по более закругленным траекториям, напоминающим синусоидальную волну. Из-за того, что передается множество световых лучей, проходящих по многомодовым кабелям обоих типов, световые импульсы подвержены модальной дисперсии, т.е. рассеянию исходного импульса.

 

Вопрос 19 - Сетевые адаптеры, разновидности, свойства, область использования.

Сетевые адаптеры (карты), или NIC (Network Interface Card), являются теми устройствами, которые физически соединяют компьютер с сетью. Прежде чем выполнить такое соединение, надо правильно установить и настроить сетевой адаптер. Простота или сложность этой установки и настройки зависит от типа сетевого адаптера, который предполагается использовать. Для некоторых конфигураций достаточно просто вставить адаптер в подходящий слот материнской платы компьютера. Автоматически конфигурирующиеся адаптеры, а также адаптеры, отвечающие стандарту «plug and play» («вставь и работай»), автоматически производят свою настройку. Если сетевой адаптер не отвечает стандарту «plug and play», требуется настроить его запрос на прерывание IRQ (Interrupt ReQuest) и адрес ввода—вывода (input—output address). IRQ представляет собой логическую коммуникационную линию, которую устройство использует для связи с процессором.Адрес ввода — вывода — это трехзначное шестнадцатеричное число, которое идентифицирует коммуникационный канал между аппаратными устройствами и центральным процессором. Чтобы сетевой адаптер функционировал правильно, должны быть правильно настроены как IRQ, так и адрес ввода —вывода.

Сигнал при перемещении по сети ослабевает. Чтобы противодействовать этому ослаблению, можно использовать повторители и/или усилители, которые усиливают сигналы, проходящие через них по сети.

Обычно плата адаптера использует адреса портов ввода—вывода, которые выбираются перемычками или переключателями на плате. Прежде чем выбрать значения адресов адаптера, необходимо убедиться, что в данном компьютере эти адреса свободны, иначе возможны конфликты. Кроме того, адаптер, как правило, применяет одно из аппаратных прерываний компьютера. Номер канала прерывания, используемого адаптером, чаще всего выбирается перемычками или переключателями. Прежде чем выбрать номер прерывания необходимо убедиться, что оно не использовалось другими устройствами. Иногда адаптер работает в режиме прямого доступа к памяти (ПДП, или DMA — Direct Memory Access). Номер канала ПДП выбирается перемычками или переключателями таким образом, чтобы не было конфликтов с другими устройствами компьютера. Информацию о свободных адресах, номерах каналов прерывания и ПДП можно получить из тестовых программ.

В последнее время появились адаптеры, в которых выбор адресов и каналов прерываний и ПДП производится не переключателями, а с помощью специальной программы установки (jumperless-адаптеры), что гораздо удобнее. При запуске программы пользователю предлагается установить конфигурацию аппаратуры с помощью простого меню: выбрать адреса ввода—вывода, номер канала прерывания, ПДП, адреса загрузочного ППЗУ и тип используемого внешнего разъема (тип среды передачи). Эта же программа позволяет произвести самотестирование адаптера.

 

Вопрос 20 - Эталонная модель OSI

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации - ISO, ITU-T и некоторые другие - разработали модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы.

В модели OSI (рис. 3) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Рис. 3. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

Следует также иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается напрямую к системным средствам, ответственным за транспортировку сообщений по сети, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. В нашем случае заголовок, очевидно, должен содержать информацию о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить. Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Но для того чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т. д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого «концевика».) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней (рис. 4).

Рис.4. Вложенность сообщений различных уровней

Когда сообщение по сети поступает на машину - адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Наряду с термином сообщение (message) существуют и другие термины, применяемые сетевыми специалистами для обозначения единиц данных в процедурах обмена. В стандартах ISO для обозначения единиц данных, с которыми имеют дело протоколы разных уровней, используется общее название протокольный блок данных (Protocol Data Unit, PDU). Для обозначения блоков данных определенных уровней-часто используются специальные названия: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).

В модели OSI различаются два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Телефон - это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без предварительного установления соединения. При взаимодействии компьютеров используются протоколы обоих типов.

 

Вопрос 21 - Уровни модели OSI.

Физический уровень

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются… Примером протокола физического уровня может служить спецификация l0-Base-T…

Канальный уровень

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации.… В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами,… В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен…

Сетевой уровень

Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией,… На сетевом уровне сам термин сеть наделяют специфическим значением. В данном… Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями…

Транспортный уровень

Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими… Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются…

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень

Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень

Прикладной уровень (Application layer) - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Существует очень большое разнообразие служб прикладного уровня. Приведем в качестве примера хотя бы несколько наиболее распространенных реализации файловых служб: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

 

Вопрос 22 - Модель IEEE Project 802

В конце 70-х годов, когда ЛВС стали восприниматься в качестве потенциального инструмента для ведения бизнеса, IEEE пришел к выводу: необходимо определить для них стандарты. В результате был выпущен Project 802, названный в соответствии с годом и месяцем своего издания (1980 год, февраль). Хотя публикация стандартов IEEE опередила публикацию стандартов ISO, оба проекта велись приблизительно в одно время и при полном обмене информацией, что и привело к рождению двух совместимых моделей.

Project 802 установил стандарты для физических компонентов сети — интерфейсных плат и кабельной системы, — с которыми имеют дело Физический и Канальный уровни модели OSI. Итак, эти стандарты, называемые 802-спецификациями, распространяются:

· на платы сетевых адаптеров;

· компоненты глобальных вычислительных сетей;

· компоненты сетей, при построении которых используют коаксиальный кабель и витую пару.

802 - спецификации определяют способы, в соответствии с которыми платы сетевых адаптеров осуществляют доступ к физической среде и передают по ней данные. Сюда относятся соединение, поддержка и разъединение сетевых устройств.

Категории

· 802.1 — объединение сетей. · 802.2 — Управление логической связью. · 802.3 — ЛВС с множественным доступом, контролем несущей и обнаружением коллизий (Ethernet).

Расширения модели OSI

Два нижних уровня модели OSI, Физический и Канальный, устанавливают, каким образом несколько компьютеров могут одновременно использовать сеть, чтобы при этом не мешать друг другу. IEEE Project 802 относился именно к этим двум уровням и привел к созданию спецификаций, определивших доминирующие среды ЛВС. IEEE, подробно описывая Канальный уровень, разделил его на два подуровня:

· Управление логической связью (Logical Link Control, LLC) — контроль ошибок и управление потоком данных;

· Управление доступом к среде (Media Access Control, MAC).

· Прикладной уровень

· Представительский уровень

· Сеансовый уровень

· Транспортный уровень

· Сетевой уровень

· Канальный уровень

· Управление логической связью (LLC)

· Управление доступом к среде (MAC)

· Физический уровень

Управление логической связью

Подуровень Управление логической связью устанавливает канал связи и определяет использование логических точек интерфейса, называемых точками доступа к услугам (service access points, SAP). Другие компьютеры, ссылаясь на точки доступа к услугам, могут передавать информацию с подуровня Управления логической связью на верхние уровни OSI. Эти стандарты определены в категории 802.2.

Управление доступом к среде

Как показано ниже, подуровень Управление доступом к среде — нижний из двух подуровней. Он обеспечивает совместный доступ плат сетевого адаптера к Физическому уровню. Подуровень Управление доступом к среденапрямую связан с платой сетевого адаптера и отвечает за безошибочную передачу данных между двумя компьютерами сети.

Категории 802.3, 802.4, 802.5 и 802.12 определяют стандарты как для этого подуровня, так и для первого уровня модели OSI, Физического.

 

Вопрос 23 - Назначение и использование редиректора

Чтобы передать по локальной сети (LAN) данные из пункта А в пункт В, необходимо не только оборудование, организованное в одну из конфигураций, но и сетевое программное обеспечение, которое должно собрать передаваемые данные в пакет. Сетевое программное обеспечение состоит из трех частей:

• редиректор (redirector), отсылающий запросы в сеть;

• . драйверы сетевых плат;

• сетевые протоколы для отсылки и приема данных.

Такой способ организации передачи информации показан на рис. 6.

 

Рис. 6 Использование сети предоставляет пользователям дополнительные возможности централизованного хранения данных

Так, например, в случае сохранения файла с одного компьютера на жестком диске сетевого файлового сервера происходит следующее.

1. Пользователь щелкает на кнопке Save (Сохранить) и выбирает опции сохранения документа на "локальном" диске, который является сетевым общим диском D: файлового сервера.

2. Редиректор проверяет этот запрос на сохранение, фиксирует локальную недоступность диска и направляет запрос в драйвер сетевой файловой системы.

3. Драйвер сетевой файловой системы передает запрос драйверу сетевой платы.

4. Драйвер сетевой платы передает запрос (вместе с данными) сетевой плате.

5. Сетевая плата создает пакет данных для передачи и отсылает его по сети.

6. Сетевая плата файлового сервера отмечает факт прибытия пакета и принимает его.

Далее процессы идут в обратном направлении: драйвер сетевой платы сервера передает запрос драйверу файловой системы операционной системы и записывает файл на локальный диск.

Если вы организуете сеть, то весьма вероятно, что рано или поздно вам понадобится соединить ее с другой сетью. Именно так и зародилась Internet: локальные сети получили средства соединения друг с другом в единое целое. Большинство сетей растут постепенно, а не создаются сразу в окончательном виде. Часто сети состоят из оборудования, сетевых операционных систем и линий связи смешанных типов. Это, в свою очередь, означает, что в сетях необходимо использовать редиректоры разных типов и устанавливать несколько сетевых протоколов. Кроме того, сетевые платы могут использовать разные драйверы.

Прежде всего, мы обсудим роль редиректора - он должен обеспечить связи между приложениями и операционной системой, необходимые для получения приложением данных через сеть.

Как показано на рис..7, с точки зрения компьютера, инициирующего запрос по сети, редиректор играет главную роль в создании сетевого соединения. Его задача - заставить приложение на локальной машине полагать, что оно получает данные с локального, а не сетевого диска. Суть применения редиректора: место хранения запрошенного файла не должно иметь значения, так как метод дотсупа должен быть единым.

 

Рис. 7. Место редиректора в сети

 

Например, что случится, если вы запустите программу и откроете файл, хранящийся на сетевом диске? С точки зрения программы сети не существует. Она знает только о существо­вании нескольких доступных дисков с именами, состоящими из букв с двоеточиями, например, F:, В:, С: и т.д. Таким образом, необходимо задействовать тот уровень операционной системы. задача которого заключается в предоставлении программам обычного интерфейса, основанного на буквенных обозначениях дисков (common drive-letter interface). Но делать это необходимо и в случае, когда приложению требуются данные, хранящиеся в сетевом устройстве. Программы полагают, что они обращаются к локальным дискам, однако их запросы информации с сетевых дисков должны перехватываться и направляться по сети. Итак, если вы скомандуете программе получить данные из каталога DOCS, находящегося на сервере с именем BGDOC, программа редиректора передаст запрос так, как описано в самом начале главы.

Редиректоры нередко называют клиентами (например, клиент Windows 98 для сетей NetWare), поскольку они обязательно входят в состав программного обеспечения клиентного компьютера.

Следовательно, прежде чем вы сможете подключиться к сети, вы должны установить редиректор, соответствующий типу сети. Отнюдь не во всех сетевых операционных системах используют одинаковые редиректоры. Поэтому вы должны установить редиректор, соответствующий операционной системе той сети, к которой подсоединяетесь. Различие между редиректорами может быть обнаружено на уровне представления данных модели OSI. Так, в сетях Microsoft для передачи данных используют блоки сообщений сервера (Server Message Blocks - SMBs). Поэтому для них необходим редиректор, способный выразить запросы в терминах SMBs. В сетях Novell с этой же целью применяют программу NetWare Control Protocols (NCPs). Таким образом, чтобы запросить сервер NetWare, вы должны использовать редиректор, который может выразить запрос в терминах NCPs. Обратите внимание: недостаточно применить общий транспортный протокол, такой как TCP/IP - вы должны использовать редиректор, работающий с той операционной системой, к которой вы подсоеди­няетесь. К счастью, если на уровне представления данных задействован протокол, одинаковый для нескольких операционных систем, поддержка редиректора обеспечивается автоматически. Так, если вы работаете в Windows 98, то можете использовать Client for Microsoft Networks (Клиент сетей Microsoft), поддерживающий SMB, чтобы подключиться к любой операционной системе, поддерживающей SMBs.

Редиректоры и средства API

Программисты разрабатывают приложения, способные определять наличие сети таким образом, чтобы они воспринимали набор команд, предоставляемый сетью… Широко известным примером API служат гнезда (sockets)- временные каналы связи,… • гнезда Novell;

Вопрос 24 - Драйверы сетевых плат

Для передачи запроса в сеть используется драйвер сетевой платы.

Драйвер любого устройства представляет собой часть программного обеспечения, позволяющего операционной системе и физическому устройству взаимодействовать друг с другом. Некоторые драйверы устройств входят в состав файлов операционной системы. Другие же можно загрузить с диска или Internet, однако они в любом случае остаются интерфейсом между сетевой платой и операционной системой.

В некоторых операционных системах используют модульную конструкцию, позволяющую в нее включить определенные функции драйвера. Подразумевается, что производителям оборудования нужно будет только дописать оставшуюся часть программы (stub portion) драйвера. Идея такого подхода такова (рис.3): хотя каждая сетевая плата может управлять передачей данных между операционной системой и сетью методом, несколько отличным от используемых в других платах, основная функция сетевой платы неизменна в любом случае. Таким образом, эту функцию действительно можно встроить в операционную систему. С этой точки зрения создателю драйвера сетевой платы достаточно написать инструкции, специфичные для данной платы, которые позволят плате получать доступ к функциональным средствам, встроенным в операционную систему.

Рис. 8 Взаимодействие минидрайверов с операционной системой

 

Драйверы сетевых плат (сетевые драйверы) отвечают за управление всеми внешними связями компьютера, в том числе и доступом в Internet. Для каждой используемой модели сетевой платы необходимо установить соответствующий сетевой драйвер. Если в компьютере установлено несколько сетевых плат разного типа (например, он используется в качестве маршрутизатора), то для каждой платы следует установить собственный драйвер. Однако если в компьютере используются две одинаковые платы, достаточно установить один единственный драйвер. По существу, драйверы обеспечивают сетевое соединение компьютеров на канальном уровне, позволяя, например, получать доступ к сетям Ethernet.

 

Вопрос 26 - Интерфейсы сетевых компоновок

Можно написать сетевой драйвер, который сможет посылать данные как на сетевую плату, так и в сеть. По сути, он будет объединять собственно драйвер и средства поддержки сетевого протокола. Драйверы такого типа называют монолитными драйверами устройств. Но этот подход не рекомендуется во многом по тем же причинам, что и встраивание драйверов устройств в операционную систему. Гибкость обеспечивается только модульным подходом. Предположим, в драйвер вашей сетевой платы включены средства поддержки транспортного протокола. В этом случае, чтобы заменить или добавить еще один транспортный протокол, придется заменить драйвер. Такой подход неудобен, поскольку поддерживает только единственный транспортам протокол.

Поэтому вместо монолитных драйверов устройств в современных драйверах для "привязки" сетевых плат к транспортным протоколам используют другой инструмент- интерфейс сетевых компоновок. Как показано на рис. 9, это интерфейс между драйвером сетевой платы и стеком транспортных протоколов (transport stack).

	Сетевая интерфейсная плата

 

 

Рис. 9. Интерфейс сетевых компоновок позволяет нескольким протоколам связываться с единственным драйвером

 

Принцип его применения совершенно очевиден. Интерфейс сетевых компоновок связывает каждый установленный драйвер с каждым установленным транспортным протоколом. Названия этих связей (clump) зависят от типа сети. Так, в сетях NetWare их называют модулями, Обменом данных между модулями управляет программа, которую называют LAS в сетях NetWare и PROTMAN. SYS в Microsoft. Вся информация, необходимая интерфейсу компоновок, сохраняется в текстовом файле, таком как PROTOCOL. INI в сетях Microsoft или NET. CFG в NetWare. Однако если в драйверах используют стандартные значения параметров, то в этих файлах содержится совсем немного информации.

Звание "законодателя мод" в мире стандартов интерфейса сетевых компоновок оспаривают два конкурента: открытый интерфейс передачи данных (ODI) фирмы Novell и спецификация интерфейсов сетевых драйверов (NDIS) фирмы Microsoft. Принцип работы обоих, интерфейсов во многом сходен. Основное различие заключается в том, что драйверы ODI работают в реальном (незащищенном) режиме. Значит, они должны использовать первые 640 Кбайт памяти, установленной на машине, и не могут "договариваться" с другими драйверами. Напротив, драйверы NDIS функционируют в защищенном режиме и, следовательно, могут работать в многозадачном режиме вместе с прочими драйверами. Кроме того, они не используют дефицитную обычную память.

 

Вопрос 26 - Пакет. Структура пакета. Формирования пакета.

Перед передачей в сеть данные разбиваются на пакеты.

Пакет – единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое.

Преимущества пакетной передачи данных:

1. Пакеты позволяют работать всем компонентам сети без длительных задержек, связанных с передачей большого объёма информации.

2. Экономия времени при повторной передаче пакета в случае обнаружения ошибки.

 

Структура пакета.

Пакет можно разбить на 3 части. Заголовок Данные Трейлер CRC  

Формирование пакета.

 

Пакет последовательно проходит через все уровни программного обеспечения модели OSI. На каждом уровне к пакету добавляется некоторая управляющая информация, которая необходима для успешной передачи данных по сети.

На прилегающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. Программное обеспечение на каждом уровне считывает управляющую информацию, затем удаляет её и передаёт пакет следующему уровню. Когда пакет дойдёт до прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена и пакет примет первоначальный вид. Таким образом, только нижний уровень непосредственно посылает информацию соответствующему уровню других компьютеров.

 

Схема формирования пакета:

 

 

Вопрос 29 - Многоуровневый подход

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей (рис. 10). Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

Рис. 10Пример декомпозиции задачи

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни (рис. 11). Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.

Рис. 11 Многоуровневый подход - создание иерархии задач

Средства сетевого взаимодействия, конечно, тоже могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей. При этом модули нижнего уровня могут, например, решать все вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигналов между двумя соседними узлами. Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня. А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам - файловой, печати и т. п. Конечно, это только один из множества возможных вариантов деления общей задачи организации сетевого взаимодействия на частные подзадачи.

Многоуровневый подход к описанию и реализации функций системы применяется не только в отношении сетевых средств. Такая модель функционирования используется, например, в локальных файловых системах, когда поступивший запрос на доступ к файлу последовательно обрабатывается несколькими программными уровнями (рис. 12). Запрос вначале анализируется верхним уровнем, на котором осуществляется последовательный разбор составного символьного имени файла и определение уникального идентификатора файла. Следующий уровень находит по уникальному имени все основные характеристики файла: адрес, атрибуты доступа и т. п. Затем на более низком уровне осуществляется проверка прав доступа к этому файлу, а далее, после расчета координат области файла, содержащей требуемые данные, выполняется физический обмен с внешним устройством с помощью драйвера диска.

Рис.12 Многоуровневая модель файловой системы

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две машины, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий». При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого - уровня передачи битов - до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

На рис. 13 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Рис. 13 Взаимодействие двух узлов

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.

Вопрос 30 - Стандартные протоколы

Вопрос 33 - Протокол TCP/IP

Сетево́й протоко́л— набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями).

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — Взаимодействие Открытых Систем, ВОС).

Модель OSI — это семиуровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней.

· На физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи.

· На канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети.

· Сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений.

· Транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонентов сообщения.

· Задача сеансового уровня — координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях.

· Уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи. Прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями.

· Прикладной уровень обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.

Перечень сетевых протоколов

· Ethernet · Token ring · FDDI

Вопрос 31 - Протокол NetBEUI

Фирмой IBM была разработана базовая сетевая система ввода-вывода NetBIOS. Она представляет собой набор из 18 команд, которые позволяют создовать, поддерживать и использовать соединения между сетевыми компьютерами. Вскоре IBM дополнила NetBIOS, создав расширенный пользовательский интерфейс среды NetBEUI. Однако со временем NetBIOS и приобрели разный смыслю. NetBEUI обозначает транспортный протокол, в то время как – набор программных команд, используемых системой для управления сетью. Обращаясь к модели OSI, можно отметить, что NetBIOS работает на сеансовом уровне, в то время как NetBEUI – на сетевом и транспортном.

NetBEUI – относиться к числу наиболее скоростным протоколам (с точки зрения пакетирования данных для передачи и извлечения их получателем из пакетов, кроме того прост в установке.

Применение NetBEUI ограничивает серьезная проблема: этот протокол не поддерживает маршрутизацию. Кроме того, он поддерживаться только операционными системами Microsoft и OS/2.

Вопрос 32 - Протокол IPX/SPX

Транспортный протокол IPX/SPX – интеллектуальная собственность фирмы Novell. Фактически, он состоит из двух протоколов: IPX и SPX. IPX (Internet Package Exchange -межсетевой обмен пакетами) - протокол сетевого уровня, не ориентированный на установление соединения. Он отвечает за поиск наилучшего пути передачи пакетов к месту назначения и за отбор их по прибытии, управляет адресацией и маршрутизацией пакетов. Таким образом, на уровне IPX назначают логические сетевые адреса (в отличие от адресов аппаратных средств, которые используют на канальном уровне и "зашиты" изготовителями в сетевые платы). IPX-адрес состоит из четырехбайтового (32-битового) сетевого номера и шестибайтового (48-битового) узлового номера.

Сетевой номер, называемый также внешним сетевым адресом, идентифицирует физический сегмент, к которому подключен компьютер. Если в сегмент входят несколько серверов, они должны использовать единый внешний адрес.

Внешние сетевые адреса присваивают только серверам NetWare. Клиентные машины сетей NetWare наследуют эти адреса от серверов, с которыми устанавливают связь.

Узловой номер или внутренний сетевой адрес — это обычно адрес аппаратных средств сетевой платы компьютера, что очень удобно, поскольку избавляет от необходимости транслировать имена, назначенные программными средствами (software-assigned names) в имена аппаратных средств. При установке сервера Novell NetWare вам предлагают принять или заменить внутренний номер IPX. Затем этот номер становится идентификационным номером (ID) данного сервера. Если на рабочей станции ввести команду slist, то вы увидите список ID для каждого перечисленного сервера.

Рис. 14 - Логический адрес NetWare

 

Обратите внимание: протокол IPX управляет маршрутизацией. Иными словами, протокол IPX/SPX, в отличие от NetBEUI, относится к маршрутизируемым протоколам. Поэтому с его помощью можно соединять сегменты сети, разделенные маршрутизаторами. Чтобы найти наилучший путь, каждые 60 с в сети с протоколом IPX (средствами протокола RIP (Routing Information Protocol - обмен информации о маршрутизации) или NLSP (NetWare Link Service Protocol - обслуживание каналов NetWare)) передается широковещательный запрос (broadcast), т.е. посылается в предполагаемое место по всем известным каналам. После этого возвращается своеобразное "эхо". По времени задержки эхо-сигнала определяется кратчайший путь, ведущий в заданное место.

Поскольку IPX не поддерживает обработку ошибок, в некоторых случаях он дополняется средствами протокола SPX (Sequenced Package Exchange - последовательный обмен пакетами). Этот протокол транспортного уровня ориентирован на установление соединений. Он гарантирует установление надежного соединения перед отправлением данных по сети. Поскольку протокол SPX обеспечивает корректность работы соединения, то отвечает за обработку искаженных пакетов и других ошибок. Его основные функции заключаются в вычислениях в среде пар клиент/сервер, которым необходима связь, исключающая ошибки.

 

Вопрос 33 - Протокол TCP/IP

TCP/IP разработан ARPANET (Сеть перспективных исследований и разработок) по заказу министерства обороны США. Предназначен он для соединения сетей с разнородным оборудованием, скажем, систем Sun с мэйнфреймами, а мэйнфреймов - с персональными компьютерами. Каждая половина имени протокола "TCP/IP" означает его ориентированность на решение собственной задачи.

Протокол Internet (IP - Internet Protocol) работает на сетевом уровне, предоставляя различным сетям стандартный набор правил и спецификаций для межсетевой пакетной маршрутизации с помощью IP-адресов. Протокол IP позволяет устанавливать связь как между локальными сетями, так и между отдельными компьютерами. С другой стороны, протокол управления передачей данных (TCP - Transmission Control Protocol) работает на транспортном уровне модели OSI. Он обеспечивает прием сетевой информации и трансляцию ее в форму, "понятную" сети, и таким образом организует взаимодействие процессов между двумя компьютерами или клиентами. IP можно представить себе как часть, задающую правила установления связи, a TCP - как часть, отвечающую за интерпретацию данных.

Во многих сетях, разбросанных по всему миру, протокол TCP/IP используется как стандартный. Это - единственное средство коммуникации, позволяющее связываться рабочим станциям всех типов - PC, Macintosh, UNIX. Кроме того, он необходим для выхода в Internet. TCP/IP работает несколько медленнее NetBEUI, однако издержки производительности компенсируются широкой поддержкой протокола. И действительно, лучше работать несколько медленнее, но иметь возможность связаться со всем миром, чем быстрее, но в пределах небольшой рабочей группы.

 

Вопрос 35 - Стек протокола TCP/IP.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.

Реализация стека TCP/IP в ОС Windows NT дает следующие преимущества:

· Это стандартный корпоративный сетевой протокол, который представляет собой наиболее завершенный и популярный сетевой протокол. Все современные операционные системы поддерживают TCP/IP, а почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.

· Это метод получения доступа к сети Internet.

· Это технология для соединения разнородных систем. Стек предоставляет многие стандартные средства взаимодействия для доступа и передачи данных между разнородными системами, включая протокол передачи файлов FTP и протокол эмуляции терминала Telnet. Некоторые из этих стандартных средств включены в состав Windows NT.

· Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиентсервер. Microsoft TCP/IP предлагает интерфейс Windows Sockets, который представляет собой очень удобное средство для разработки приложений клиент-сервер. Эти приложения могут работать на стеках других производителей с интерфейсом Windows Sockets. Приложения для Windows Sockets могут также использоваться другими сетевыми протоколами такими как Microsoft NWLink или NetBIOS.

Стек TCP/IP в среде Windows NT содержит:

· Базовые протоколы - TCP, IP, UDP, ARP, ICMP.

· Прикладные программные интерфейсы - Windows NT Sockets для сетевого программирования, RPC - для взаимодействия между компьютерами, NetBIOS для использования логических имен и сессий в сети, сетевую версию DDE для разделения информации, встроенной в документы, по сети.

· Сервисы прикладного уровня, включая Finger, FTP, RCP, REXEC, RSH, Telnet, TFTP. Эти сервисы позволяют пользователям Windows NT Server использовать ресурсы компьютеров с ОС, разработанными отличными от Microsoft компаниями, например, Unix.

· Диагностические средства TCP/IP, включающие ARP, HOSTNAME, IPCONFIG, NBTSTAT, NETSTAT, PING, ROUTE. Эти утилиты используются для обнаружения и устранения сетевых проблем при работе со стеком TCP/IP.

· SNMP - агент протокола TCP/IP. Эта компонента позволяет управлять компьютером Windows NT по сети, используя такие средства, как Sun Net Manager или HP Open View.

Утилиты и сервисы TCP/IP в Windows NT

· DHCP - обеспечивает автоматическое конфигурирование параметров стека TCP/IP в средах Windows NT Server, Windows NT Workstation, Windows for… · WINS - динамически регистрирует имена компьютеров и поддерживает их… · LPDSVC - обеспечивает доступ к принтерам работающим в среде Unix.

Вопрос 36 - Сеть шинной топологии. Сеть Ethernet.

Стандарт Ethernet (802.3n)

Сеть Ethernet впервые была сконструирована в 70-х гг. доктором Робертом Меткалфом (Robert Metcalfe) как часть проекта "офиса будущего". В то время это была сеть со скоростью передачи 3 Мбит/с. В 1980 г. сеть Ethernet была стандартизована консорциумом фирм C-lntel-Xerox (DIX) как сеть со скоростью 10 Мбит/с, а в 1985 г. она была стандартизована '2-м комитетом IEEE. С тех пор новая технология Ethernet наследует признаки базовой структуры исходной схемы Ethernet, предусматривающей логическую шинную топологию и метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD - Carrier Sensing Multiple Access with Collision Detection). В различных типах Ethernet используются различные физические топологии (например, звездообразная или винная) и различные типы кабелей (например, UTP, коаксиальный, оптоволоконный).

Основы Ethernet

Преамбула. Содержит восемь байтов информации, используемой для позиционирования остальной части информации в пакете. Адрес назначения. Содержит аппаратный адрес ("зашитый" в плату… Адрес источника. Позволяет принимающей рабочей станции распознать рабочую станцию, пославшую информацию.

Вопрос 28 - Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рис.1). Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA).

Рис. 16-Метод случайного доступа CSMA/CD

Этапы доступа к среде

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной… Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр… Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный…

Возникновение коллизии

Коллизия - это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере, изображенном на рис. 2, коллизию породила одновременная передача данных… Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за…

Время двойного оборота и распознавание коллизий

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение: Tmin >=PDV, где Тmin - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться…

Вопрос 27 - Метод доступа CSMA/CA.

Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance или Carrier sensing multiple access with collision avoidance (CSMA/CA, "множественный доступ с прослушиванием несущей волны и избеганием коллизий" или "многостанционный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов" ) — это сетевой протокол, в котором:

· используется схема прослушивания несущей волны

· станция, которая собирается начать передачу, посылает jam signal (сигнал затора)

· после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать jam signal, станция начинает передачу кадра

· если во время передачи станция обнаруживает jam signal от другой станции, она останавливает передачу на отрезок времени случайной длины и затем повторяет попытку

CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» — предотвращение коллизий (именно пакетов данных).

Избежание коллизий используется для того, чтобы улучшить производительность CSMA, отдав сеть единственному передающему устройству. Эта функция возлагается на «jamming signal» в CSMA/CA. Улучшение производительности достигается за счёт снижения вероятности коллизий и повторных попыток передачи. Но ожидание jam signal создаёт дополнительные задержки, поэтому другие методики позволяют достичь лучших результатов. Избежание коллизий полезно на практике в тех ситуациях, когда своевременное обнаружение коллизии невозможно — например, при использовании радиопередатчиков.

· Apple’s LocalTalk реализует CSMA/CA в электрических шинах, используя трёхбайтный jam signal.

· 802.11 RTS/CTS реализует CSMA/CA, используя короткие сообщения: Request to Send (запрос на отправку) и Clear to Send (готовность к отправке).

Этот метод доступа используется в группе стандартов беспроводной связи 802.11, а также в похожем стандарте беспроводной связи (только разработанным в Европе) HiperLAN2.

 

Вопрос 37 - Сеть шинной топологии. Сеть Fast Ethernet.

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 1). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же что и в стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

· витая пара категории 5, используются две пары;

· витая пара категории 3, используются четыре пары.

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Рис. 18-Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети l0Base-T/l0Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно, применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

В данном разделе рассматривается полудуплексный вариант работы технологии Fast Ethernet, который полностью соответствует определению метода доступа, описанному в стандарте 802.3.

По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже - меняется как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3и установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 2):

Рис. 19 - Структура физического уровня Fast Ethernet

· 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

· 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

· 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.

· Форматы кадров технологии Fast Ethernetee отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.

· Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

· Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:

o уровень согласования (reconciliation sublayer);

o независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);

o устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МП.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней (см. рис 1):

· подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

· подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

· подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МП поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МП располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4.

Разъем МП в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля МП составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МП, имеют амплитуду 5 В.

 

Вопрос 38 - Сеть кольцевой топологии. Сеть Token Ring.

Версия сети Token Ring была впервые представлена фирмой IBM в 1984 году.

Сеть Token Ring имеет следующие характеристики:

· топология - звезда, кольцо;

· метод доступа -с передачей маркера;

· кабельная система- экранированная и не экранированная витая пара (тип 1, 2 или 3);

· скорость передачи данных - 4 и 16 Мбит/с;

· тип передачи- немодулированная;

· спецификация - 802.5.

Сеть Token Ring идеальна для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Кадр данных:

Поле кадра	Описание
Стартовый разделитель	Сигнализирует о начале кадра
Управление доступом	Указывает на приоритет кадра и на то, что передается кадр маркера или кадр данных
Управление кадром	Указывает, что передача осуществляется только для одного компьютера или для всех компьютеров
Данные	Передаваемая информация
CRC	Поле для проверки ошибок
Конечный разделитель	Сигнализирует о конце кадра
Статус кадра	Сообщает, был ли распознан и скопирован кадр (доступен ли адрес приемника)

Функционирование сети Token Ring:

 

Как только в сети Token Ring начинает работать первый компьютер, он генерирует маркер. Маркер проходит по кольцу от компьютера к компьютеру, пока один из них не изъявит желание передать данные.

Захватив маркер, компьютер-отправитель присоединяет к маркеру кадр данных и отправляет его в сеть. Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла с адресом, соответствующим адресу приёмника в кадре. Компьютер – приёмник копирует кадр в буфер СА и делает пометку в поле статуса кадра о получении информации.

Кадр продолжает передаваться по кольцу, пока не достигнет отправившего его компьютера. ПК- отправитель удостоверившись, что передача прошла успешно изымает кадр и возвращает в сеть маркер.

В сети одномоментно может передаваться только один маркер, причём только в одном направлении

Каждый компьютер действует как однонаправленный повторитель, регенерируя и посылая его дальше по кольцу.

 

Мониторинг системы

 

Компьютер, который первым начал работу, наделяется системой Token Ring особыми функциями и называется активным монитором. Все стальные ПК будут называться резервными мониторами. Активный монитор должен осуществлять текущий контроль за работой всей сети: отслеживая кадры, проходящие по кольцу более одного раза; следить, чтобы в кольце одномоментно находился лишь один – единственный маркер и т. п.

 

Концентратор сети Token Ring

В сети Token Ring концентратор, в котором организуется фактическое кольцо, имеет название: MSAU (MultiStation Access Unit) - модуль множественного доступа. MSAU организует внутри себя логическое кольцо

Встроенная отказоустойчивость

 

В “чистой” сети с передачей маркера вышедший из строя компьютер останавливает движение маркера, что, в свою очередь, останавливает работу всей сети. MSAU разработаны таким образом, чтобы обнаруживать вышедшую из строя плату сетевого адаптера и вовремя отключать ее (маркер её “обходит”). Таким образом, неисправный компьютер (или соединение) не влияет на работу всей сети Token Ring.

 

Оптоволоконный кабель

Сочетание высоких скоростей, значительного объема данных и передачи их только в одном направлении создает хорошие условия для использования в сети Token Ring оптоволоконного кабеля. Несмотря на высокую цену, такой кабель все-таки более выгоден: он резко увеличивает скорость сети Token Ring по сравнению с медным кабелем (примерно в десять раз).

 

Платы сетевого адаптера

Известны две модели плат сетевого адаптера: со скоростью передачи 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. Платы на 16 Мбит/с могут обеспечивать передачу более длинных кадров, что сокращает количество передач для одного и того же объема данных.

При установке плат Token Ring необходимо учитывать следующий факт: сеть Token Ring работает только на одной из возможных скоростей передачи, 4 Мбит/с или 16 Мбит/с. Если сеть имеет скорость передачи 4 Мбит/с, в нем можно использовать платы 16 Мбит/с, поскольку они способны работать и в режиме 4 Мбит/с. Однако в сети со скоростью 16 Мбит/с нельзя использовать более медленные платы, т. е. на 4 Мбит/с, поскольку они не поддерживают высокую скорость.

 

Вопрос 39 - Сеть кольцевой топологии. Сеть FDDI.

Сети FDDI (Fiber Distributed Data Interface – распределенный интерфейс передачи данных по волоконно- оптическим каналам) является высокоскоростной волоконно-оптической системой со скоростью передачи данных 100 Мбит/с. Сеть поддерживает метод доступа маркерное кольцо, но в отличие от Token Ring использует не одно кольцо, а два, передача информации по которым осуществляется в противоположных направлениях, причем второе кольцо является резервным.

В случае разрыва по каким-либо причинам первого кольца, информация считывается со второго, что увеличивает надежность сети. Если произойдет разрыв сразу обоих колец в одном и том же месте, есть возможность с помощью специальных переключателей объединить два кольца в одно.

В настоящее время разрабатывается модель сети, предполагающая возможность передавать различную информацию по двум кольцам одновременно, делая оба кольца основными. При этом пропускная способность такой системы увеличивается в два раза, без уменьшения надежности её работы.

 

Вопрос 40 - Сеть Gigabit Ethernet. Перспективы развития.

Достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении корпоративных сетей. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мбит/с - магистрали FDDI и Fast Ethernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей. В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммутаторы АТМ, а при отсутствии в то время удобных средств миграции этой технологии в локальные сети (хотя спецификация LAN Emulation - LANE была принята в начале 1995 года, практическая ее реализация была впереди) внедрять их в локальную сеть почти никто не решался. Кроме того, технология АТМ отличалась очень высоким уровнем стоимости.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE, - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта Fast Ethernet в июне 1995 года исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться рассмотрением возможности выработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой скоростью.

Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Как и в случае Fast Ethernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом.

Основной причиной энтузиазма была перспектива такого же плавного перевода магистралей сетей на. Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети. К тому же опыт передачи данных на гигабитных скоростях уже имелся, как в территориальных сетях (технология SDH), так и в локальных - технология Fibre Channel, которая используется в основном для подключения высокоскоростной периферии к большим компьютерам и передает данные по волоконно-оптическому кабелю со скоростью, близкой к гигабитной, посредством избыточного кода 8В/10В.

Первая версия стандарта была рассмотрена в январе 1997 года, а окончательно стандарт 802.3z был принят 29 июня 1998 года на заседании комитета IEEE 802.3. Работы по реализации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы специальному комитету 802.ЗаЬ, который уже рассмотрел несколько вариантов проекта этого стандарта, причем с июля 1998 года проект приобрел достаточно стабильный характер. Окончательное принятие стандарта 802.3ab ожидается в сентябре 1999 года.

Не дожидаясь принятия стандарта, некоторые компании выпустили первое оборудование Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле уже к лету 1997 года.

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых технических новинок, идущих в общем русле развития сетевых технологий, то важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не будет поддерживать:

· качество обслуживания;

· избыточные связи;

· тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порт - порт, как это делается для Ethernet l0Base-T и l0Base-F и Fast Ethernet).

Главная идея разработчиков технологии Gigabit Ethernet состоит в том, что существует и будет существовать весьма много сетей, в которых высокая скорость магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах будут вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания всех клиентов сети. И только в тех редких случаях, когда и магистраль достаточно загружена, и требования к качеству обслуживания очень жесткие, нужно применять технологию АТМ, которая действительно за счет высокой технической сложности дает гарантии качества обслуживания для всех основных видов трафика.

Избыточные связи и тестирование оборудования не будут поддерживаться технологией Gigabit Ethernet из-за того, что с этими задачами хорошо справляются протоколы более высоких уровней, например Spanning Tree, протоколы маршрутизации и т. п. Поэтому разработчики технологии решили, что нижний уровень просто должен быстро передавать данные, а более сложные и более редко встречающиеся задачи (например, приоритезация трафика) должны передаваться верхним уровням.

Что же общего имеется в технологии Gigabit Ethernet по сравнению с технологиями Ethernet и Fast Ethernet?

· Сохраняются все форматы кадров Ethernet.

· По-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами. По поводу сохранения полудуплексной версии протокола сомнения были еще у разработчиков Fast Ethernet, так как сложно заставить работать алгоритм CSMA/CD на высоких скоростях. Однако метод доступа остался неизменным в технологии Fast Ethernet, и его решили оставить в новой технологии Gigabit Ethernet. Сохранение недорогого решения для разделяемых сред позволит применить Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции.

· Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Тем не менее разработчикам технологии Gigabit Ethernet для сохранения приведенных выше свойств пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень MAC.

Перед разработчиками стандарта Gigabit Ethernet стояло несколько трудно разрешимых проблем. Одной из них была задача обеспечения приемлемого диаметра сети для полудуплексного, режима работы. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сети хотя бы до 200 метров, необходимо было каким-то образом решить эту задачу за счет минимальных изменений в технологии Fast Ethernet.

Другой сложнейшей задачей было достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мбит/с, но при методе кодирования 8В/10В полезная битовая скорость на 25 % меньше скорости импульсов на линии).

И наконец, самая сложная задача - поддержка кабеля на витой паре. Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой - ведь даже для 100-мегабитных протоколов пришлось использовать достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля. Однако успехи специалистов по кодированию, проявившиеся в последнее время в новых стандартах модемов, показали, что задача имеет шансы на решение. Чтобы не тормозить принятие основной версии стандарта Gigabit Ethernet, использующего оптоволокно и коак-сиал, был создан отдельный комитет 802.3ab, который занимается разработкой стандарта Gigabit Ethernet на витой паре категории 5.

Все эти задачи были успешно решены.

Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 м разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры, основывающиеся на известном соотношения времени передачи кадра минимальной длины и временем двойного оборота.

Минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 bt. Соответственно, время двойного оборота теперь также можно было увеличить до 4095 bt, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя. При двойной задержке сигнала в 10 bt/m оптоволоконные кабели длиной 100 м вносят вклад во время двойного оборота по 1000 bt, и если повторитель и сетевые адаптеры будут вносить такие же задержки, как в технологии Fast Ethernet (данные для которых приводились в предыдущем разделе), то задержка повторителя в 1000 bt и пары сетевых адаптеров в 1000 bt дадут в сумме время двойного оборота 4000 bt, что удовлетворяет условию распознавания коллизий. Для увеличения длины кадра до требуемой в новой технологии величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемый расширением (extention), представляющим собой поле, заполненное запрещенными символами кода 8В/10В, которые невозможно принять за коды данных.

Для сокращения накладных расходов при использовании слишком длинных кадров для передачи коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам передавать несколько кадров подряд, без передачи среды другим станциям. Такой режим получил название Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не более 65 536 бит или 8192 байт. Если станции нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дополнять их до размера в 512 байт, а передавать подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192 байт называется BurstLength. Если станция начала передавать кадр и предел BurstLength был достигнут в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца.

Увеличение «совмещенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь существенна.

Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

· одномодовый волоконно-оптический кабель;

· многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

· многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

· двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель

Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации l000Base-SX и l000Base-LX. В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength,… Для спецификации l000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для…

Одномодовый кабель

Для спецификации l000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.

Основная область применения стандарта l000Base-LX - это одномодовое оптоволокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.

Спецификация l000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим - 550 м. Это связано с особенностями распространения когерентного света в широком канале многомодового кабеля. Для присоединения лазерного трансивера к многомодовому кабелю необходимо использовать специальный адаптер.

Твинаксиальный кабель

В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинаксиальный кабель (Twinax) с волновым сопротивлением 150 Ом (2х75 Ом). Данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников. Начал выпускаться специальный кабель, который содержит четыре коаксиальных проводника - так называемый Quad-кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкий к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25 метров, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одной комнате.

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования,… Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней… Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима разработчики спецификации 802.3аЬ применили технику,…

Вопрос 41 - Беспроводные сети. Классификация беспроводных сетей.

Беспроводные компьютерные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

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(IEEE 802.11— набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц.) 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. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. 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). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции — однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт. Для сравнения — мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше. Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

Продукты для беспроводных сетей, соответствующие стандарту IEEE 802.11, предлагают четыре уровня средств безопасности: физический, идентификатор набора служб (SSID — Service Set Identifier), идентификатор управления доступом к среде (MAC ID — Media Access Control ID) и шифрование.

Технология DSSS для передачи данных в частотном диапазоне 2,4 ГГц за последние 50 лет нашла широкое применение в военной связи для улучшения безопасности беспроводных передач. В рамках схемы DSSS поток требующих передачи данных «разворачивается» по каналу шириной 20 МГц в рамках диапазона ISM с помощью схемы ключей дополнительного кода (Complementary Code Keying, CCK). Для декодирования принятых данных получатель должен установить правильный частотный канал и использовать ту же самую схему CCK. Таким образом, технология на базе DSSS обеспечивает первую линию обороны от нежелательного доступа к передаваемым данным. Кроме того, DSSS представляет собой «тихий» интерфейс, так что практически все подслушивающие устройства будут отфильтровывать его как «белый шум».

Идентификатор SSID позволяет различать отдельные беспроводные сети, которые могут действовать в одном и том же месте или области. Он представляет собой уникальное имя сети, включаемое в заголовок пакетов данных и управления IEEE 802.11. Беспроводные клиенты и точки доступа используют его, чтобы проводить фильтрацию и принимать только те запросы, которые относятся к их SSID. Таким образом, пользователь не сможет обратиться к точке доступа, если только ему не предоставлен правильный SSID.

Возможность принятия или отклонения запроса к сети может зависеть также от значения идентификатора MAC ID — это уникальное число, присваиваемое в процессе производства каждой сетевой карте. Когда клиентский ПК пытается получить доступ к беспроводной сети, точка доступа должна сначала проверить адрес MAC для клиента. Точно так же и клиентский ПК должен знать имя точки доступа.

Механизм Wired Equivalency Privacy (WEP), определенный в стандарте IEEE 802.11, обеспечивает еще один уровень безопасности. Он опирается на алгоритм шифрования RC4 компании RSA Data Security с 40- или 128-разрядными ключами. Несмотря на то, что использование WEP несколько снижает пропускную способность, эта технология заслуживает более пристального внимания. Дополнительные функции WEP затрагивают процессы сетевой аутентификации и шифрования данных. Процесс аутентификации с разделяемым ключом для получения доступа к беспроводной сети использует 64-разрядный ключ — 40-разрядный ключ WEP выступает как секретный, а 24-разрядный вектор инициализации (Initialization Vector) — как разделяемый. Если конфигурация точки доступа позволяет принимать только обращения с разделяемым ключом, она будет направлять клиенту случайную строку вызова длиной 128 октетов. Клиент должен зашифровать строку вызова и вернуть зашифрованное значение точке доступа. Далее точка доступа расшифровывает полученную от клиента строку и сравнивает ее с исходной строкой вызова. Наконец, право клиента на доступ к сети определяется в зависимости от того, прошел ли он проверку шифрованием. Процесс расшифровки данных, закодированных с помощью WEP, заключается в выполнении логической операции «исключающее ИЛИ» (XOR) над ключевым потоком и принятой информацией. Процесс аутентификации с разделяемым ключом не допускает передачи реального 40-разрядного ключа WEP, поэтому этот ключ практически нельзя получить путем контроля за сетевым трафиком. Ключ WEP рекомендуется периодически менять, чтобы гарантировать целостность системы безопасности.

Еще одно преимущество беспроводной сети связано с тем, что физические характеристики сети делают ее локализованной. В результате дальность действия сети ограничивается лишь определенной зоной покрытия. Для подслушивания потенциальный злоумышленник должен будет находиться в непосредственной физической близости, а значит, привлекать к себе внимание. В этом преимущество беспроводных сетей с точки зрения безопасности. Беспроводные сети имеют также уникальную особенность: их можно отключить или модифицировать их параметры, если безопасность зоны вызывает сомнения.

 

Вопрос 42 - Модемы. Применение и использование модемов. Типы модемов.

Первый модем появился в 1958 году. Американская телефонная компания AT&T ввела дейтафонное обслуживание (передача информации по телефонному каналу). Первым модемом был Bell Dataphone 103, скорость передачи которого составляла 300 бит/с. Но даже сегодня большинство модемов имеет режим работы, совместимый с Bell 103. Bell 212a предложил уже 1200 бит/с, правда был более чувствителен к шумам в телефонной линии. Менее шумочувствительный модем разработала компания Racal-Vadic. К сожалению, эти две модели модемов несовместимы. Так начиналось длительное соперничество за права и стандарты в мире модемов.

В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьютера, который превратился в интеллектуальное многофункциональное устройство, предоставляющее пользователю возможность общаться с огромным миром информации со всего света. Благодаря установки модема на компьютер, последний фактически превращается в звено глобальной сети.

Модем позволяет, не выходя из дома, помимо широчайшего спектра информации и услуг, получаемых через Internet, разместить сообщение на BBS (электронной доске объявлений), скопировать с той же BBS интересующие файлы. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями (RelCom, FidoNet) можно принимать и посылать электронные письма не только внутри города, но фактически в любой конец земного шара. Глобальные сети дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать во всевозможных конференциях, получать новости практически по любой интересующей тематике.

Классификация модемов.

Модемы могут быть классифицированы :

1.по типу используемого канала

· модемы для коммутируемых каналов - наиболее распространенные- использующиеся на коммутируемых телефонных линиях.

· модемы для арендованных каналов - используются на выделенных линиях.

· комбинированные - сочетающие в себе свойства двух предыдущих.

2.по скорости передачи информации

• низкоскоростные модемы (до 1200 бит/с) -"первая волна" модемов
• среднескоростные ( от 1200 до 14400 бит/с) -как правило, модемы, произведенные до 1991 года.
• высокоскоростные (>14400 бит/с) - большая часть современных модемов (за исключением специализированных, которым не требуются высокие скорости передачи данных и которыми можно пренебречь в пользу качества этой передачи).

3.по области применения

• для передачи данных
• факсимильные модемы (как правило интегрированные в факс-аппараты или отдельные устройства, обеспечивающие прием и передачу факсимильных сообщений со скоростью до 14400 бит/с)
• комбинированные модемы ( большинство модемов, использующихся в быту).

4.по исполнению

• внутренние.
• внешние.

5.по реализации дополнительных функций

• интеллектуальные модемы- как правило современные типы модемов с возможностями управления их работой и установки конфигурации (т.е. скорости передачи, режима работы, типа синхронизации, протокола защиты от ошибок и др.). Модемы часто имеют возможность установки типовых конфигураций и управления набором одного из хранимых в памяти телефонных номеров с помощью органов управления на лицевой панели модема .
• голосовые модемы получили такое название за способность оперировать соответствующими сигналами, так как позволяют одновременно передавать данные и голос. В основном, в пользовательских моделях применяется метод аналоговой передачи потоков голоса и данных, разнесенных по частотам, получивший название ASVD (Analogue Simultaneous Voice/Data). Этот подход поддержали ведущие производители модемных чипсетов Rockwel Semiconductor Systems (ныне Conexant) и AT&T Paradyne (теперь независимая компания Paradyne). Другой подход - DSVD (Digital Simultaneous Voice/Data) - подразумевает оцифровку голоса и включение полученных отсчетов в общий поток данных. В отличие от предыдущего метода, где скорость передачи данных ограничена 14400 Kbps, этот позволяет ее повысить до 28800 Kbps. Правда, качество передаваемого таким образом голоса гораздо хуже. Спецификация DSVD была разработана совместно Intel, Rockwell и U.S. Robotics. Такие модемы позволяют во время передачи данных между моделями такого типа подключать к ним телефонную гарнитуру и вести разговор. Преимущество этого режима заключается в том, что разговор будет абсолютно конфиденциальным: вы получите закрытый, защищенный от прослушивания канал, что само по себе немаловажно. Еще одним полезным свойством модема является возможность его применения в составе электронного офиса. Автоответчик, голосовая почта, выдача документов по требованию, факсимильный аппарат - и все это с использованием модема и персонального компьютера. Хотя, может быть, и не очень эффективно, с точки зрения экономии электроэнергии, держать персональный компьютер включенным круглосуточно. В таком случае лучше выбрать внешний модем с достаточным объемом оперативной памяти, чтобы в ней временно хранились принятые факсимильные и голосовые сообщения. Конечно, такие модели дороже, но их совокупную стоимость можно оценить, учитывая экономию в плате за свет при отключении персонального компьютера в нерабочее время. "Просто" голосовые, а также модели с одновременной передачей голоса и данных имеют в своих технических характеристиках соответствующие параметры: Voice и ASVD или DSVD.

6.по средствам управления

• аппаратные
• программные

Сравнение характеристик модемов для выделенных и коммутируемых каналов

Модемы для выделенных каналов

Выделенный канал - это канал с фиксированной полосой пропускания или фиксиро­ванной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Абонентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети.

Выделенные каналы обычно арендуются у компаний - операторов территориальных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы.

Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от того, какого типа коммутационная аппаратура применена для постоянной коммутации абонентов. На аналоговых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. От­сутствие физического протокола приводит к тому, что пропускная способность аналоговых каналов зависит от пропускной способности модемов, которые использует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему протокол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня зафиксиро­ван - он задан стандартом G.703.

Модемы для работы на выделенных аналоговых каналах

Для передачи данных по выделенным аналоговым линиям исполь­зуются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала. Протоколы и стандарты модемов определены в рекомен­дациях CCITT серии V. Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и комму­тируемых линий.

Как уже говорилось в п. 2.1, модемы могут быть синхронными, асинхронными и синхронно-асинхронными.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных - до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной выделенной линии в дуплексном асинхронном режиме, а по стандарту V.21 - на скорости 300 бит/с по 2-проводной выделенной линии также в дуплексном асинхронном режиме. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не требуются высокоточные схемы синхронизации сигналов на кварцевых генераторах. Кроме того, асинхронный режим работы неприхотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться только к 4-проводиому окончанию. Синхронные модемы используют для выделения сигнала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет высокие требования к качеству линии.

Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием разра­ботано достаточно много стандартов серии V. Все они поддерживают дуплексный режим:

V.26 - скорость передачи 2400 бит/с;

V.27 - скорость передачи 4800 бит/с;

V.29 - скорость передачи 9600 бит/с;

V.32 ter-скорость передачи 19 200 бит/с.

Для выделенного широкополосного какала 60-108 кГц существуют три стан­дарта:

V.35 - скорость передачи 48 Кбит/с;

V.36 - скорость передачи 48-72 Кбит/с;

V.37 - скорость передачи 96-168. Кбит/с.

Коррекция ошибок в синхронном режиме работы обычно реализуется по прото­колу HDLC, но допустимы и устаревшие протоколы SDLC и BSC компании IBM. Модемы стандартов V.35, V.36 и V.37 используют для связи с DTE интерфейс V.35.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются наиболее универсальными устройствами. Чаще всего они могут работать как по выделен­ным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное окончание и гораздо реже - 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

V.22 - скорость передачи до 1200 бит/с;

V.22 bis - скорость передачи до 2400 бит/с;

V.26 ter - скорость передачи до 2400 бит/с;

V.32 - скорость передачи до 9600 бит/с;

V.32 bis - скорость передачи 14 400 бит/с;

V.34 - скорость передачи до 28,8 Кбит/с;

V.34+ - скорость передачи до 33,6 Кбит/с. Стандарт V.34, принятый летом 1994 года, знаменует новый подход к передаче данных по каналу тональной частоты. Этот стандарт разрабатывался CCITT довольно долго - с 1990 года. Большой вклад в его разработку внесла компания Motorola, которая является одним из признанных лидеров этой отрасли. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи - без прекращения и без разрыва установленного соединения.

Основное отличие V.34 от предшествующих стандартов заключается в том, что в нем определено 10 процедур, по которым модем после тестирования линии выби­рает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания (выбор проводится из 11 комбинаций), фильтры передатчика, оптимальный уровень передачи и другие. Первоначальное соединение модемов проводится по стандарту V.21 на минимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. Для кодирования данных используются избыточные коды квадратурной амплитудной модуляции QAM. Применение адаптивных процедур сразу позволило под­нять скорость передачи данных более чем в 2 раза по сравнению с предыдущим стандартом - V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стандарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных за счет усовершенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый символ несет в новом стандарте в среднем не 8,4 бита, как в протоколе V.34, a 9,8. При максимальной скорости передачи кодовых символов в 3429 бод (это ограничение пре­одолеть нельзя, так как оно определяется полосой пропускания канала тональной частоты) усовершенствованный метод кодирования дает скорость передачи дан­ных в 33,6 Кбит/с (3429 х 9,8 - 33604). Правда, специалисты отмечают, что даже в Америке только 30 % телефонных линий смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ смогли работать на максимальной скорости. Тем не менее модемы стандарта V.34+ имеют преимущества по сравнению с модемами V.34 даже на зашумленных линиях - они лучше «держат» связь, чем модемы V.34.

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной линии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.32, V.34, V.34+ обеспечивается не с помощью частотного разделения канала, а с помощью одновременной передачи данных в обоих направлениях. Принимаемый сигнал оп­ределяется вычитанием с помощью сигнальных процессоров (DSP) передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. Для этой операции используются также процедуры эхо-подавления, так как передаваемый сигнал, отражаясь от ближнего и дальнего концов канала, вносит искажения в общий сигнал (метод передачи дан­ных, описанный в проекте стандарта 802.3ab, определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5, взял многое из стандартов V.32-V.34+).

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в канале связи синхронный режим. При этом они могут работать с DTE как по асинхронному интерфейсу, так и по синхронному. В первом случае модем преобразует асинхронные данные в синхронные.

Модемы для работы на выделенных цифровых каналах

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала во времени - TDM, описанного в главе 2. Существуют два поколения технологий цифровых первичных сетей - технология плеэио-хронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология - синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для одновременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с большим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, которые всегда присутствуют в территориальных кабелях, да и высокочастотная несущая речи сама создает помехи в приемной аппаратуре, будучи плохо отфильтрована.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обычными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation, PCM). В результате каждый абонентский канал образовывал цифровой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 представляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерархии - Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Аппаратура Т1, Т2 и Т3 может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре Т1, стали сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, перестав быть внутренней технологией этих компаний. Сети Т1, а также более скоростные сети Т2 и Т3 позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована CCITT. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости американской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распространена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различия­ми), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в меж­дународном стандарте являются иналы типа E1, E2 и ЕЗ с другими скоростями - соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вари­ант технологии также был стандартизован ANSI.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным вариантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Для представления сигналов используется: в каналах Т1 биполярный потенциальный код B8ZS, в каналах El-биполярный потенциальный код HDB3. Для усиления сигнала на линиях Т1 через каждые 1800 м (одна миля) устанавливаются регенераторы и аппаратура контроля линии.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов Т3/Е3 обычно ис­пользуется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Таким образом, модемы, предназначенные для работы в цифровых выделенных линиях, принадлежат к следующим классам:

модемы для 4-х проводных медных линий;

модемы для оптоволоконных линий;

Модемы для коммутируемых каналов

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способ­ность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей - при наличии N удален­ных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N-1)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в цифровом виде и в которых используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми - сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут рабо­тать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

Пока географическая распространенность аналоговых сетей значительно пре­восходит распространенность цифровых, особенно в нашей стране, но это отстава­ние с каждым годом сокращается.

Модемы для работы на коммутируемых аналоговых линиях

Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам ис­пользуются модемы, которые:

поддерживают процедуру автовызова абонента;

работают по 2-проводному окончанию, так как в телефонных сетях для комму­тируемых каналов предусмотрено именно это окончание.

Чаще всего сегодня для коммутируемых каналов используются те же модели модемов, что и для выделенных, так как последние стандарты определяют два режи­ма работы - по выделенным каналам и по коммутируемым. Естественно, такие комбинированные модели дороже моделей, поддерживающих только один режим работы - по коммутируемым каналам.

Для передачи данных по коммутируемым каналам CCITT разработал ряд ос­новных стандартов, определяющих скорость и метод кодирования сигналов.

Стандарты первой группы являются основными и состоят из следующих спе­цификаций:

V.21 - дуплексная асинхронная передача данных на скорости 300 бит/с;

V.22 - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скорости 1,2 Кбит/с;

V.22 bis - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

V.26 ter - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

V.32 - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 4,8 и 9,6 Кбит/с;

V.32 bis - дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости до 14,4 Кбит/с;

V.34 - дуплексная передача на скорости до 28,8 Кбит/с;

V.34+ - дуплексная передача на скорости до 33,6 Кбит/с.

На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие стан­дарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.

Для реализации функций автовызова современные модемы поддерживают не­сколько способов. При работе с модемом по асинхронному интерфейсу обычно используется система команд, предложенная компанией Hayes для своей модели Smartmodem в начале 80-х годов. Каждая команда состоит из набора обычных сим­волов, передаваемых модему в старт-стопном режиме. Например, для указания набора номера в импульсном режиме необходимо послать модему команду ATDP. Это можно сделать даже вручную, если модем подключен к обычному алфавитно-цифровому терминалу через интерфейс RS-232C.

Для синхронных интерфейсов между модемом и DTE используются два стандарта автонабора номера: V.25 и V.25bls. Стандарт V.25 требует, чтобы, помимо основного интерфейса для передачи данных, модем соединялся с DTE отдельным интерфейсом V.25/RS-366 на специальном 25-контактном разъеме. В стандарте V.25 bis для передачи команд автовызова предусмотрен тот же разъем, что и в основном интерфейсе, то есть RS-232C. Интерфейсы V.25 и V.25 bis могут работать не только в синхронном режиме с DTE, но и в асинхронном, но в основном характерны для синхронных интерфейсов, так как в асинхронном режиме для автовызова чаще используются Hayes-команды.

Для модемов, работающих с DTE по асинхронному интерфейсу, комитет CCITT разработал протокол коррекции ошибок V.42. До его принятия в модемах, работающих по асинхронному интерфейсу, коррекция ошибок обычно выполнялась по протоколам фирмы Microcom, еще одного лидера в области модемных технологий. Эта компания реализовала в своих модемах несколько различных процедур кор­рекции ошибок, назвав их протоколами MNP (Microcom Networking Protocol) классов 2-4.

В стандарте V.42 основным является другой протокол - протокол LAP-M (Uric Access Protocol for Modems). Однако стандарт V.42 поддерживает и процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать свободную от ошибок связь с любым модемом, поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом. Протокол LAP-M принадлежит семейству HDLC и в основном работает так же, как и другие протоколы этого семейства - с установлением соединения, кадрированием данных, нумерацией кадров и восстановлением кадров с поддержкой метода скользящего окна. Основное отличие от других протоколов этого семейства - наличие кадров XID и BREAK. С помощью кадров XID (eXchange Identification) модемы при установлении соединения могут договориться о некоторых параметрах протокола, например о максимальном размере поля данных кадра, о величине тайм-аута при ожидании квитанции, о размере окна и т. п. Эта процедура напоминает переговорные процедуры протокола PPF. Команда BREAK (BRK) служит для уведомления модема-напарника о том, что поток данных временно приостанавливается. При асинхронном интерфейсе с DTE такая ситуация может возникнуть. Команда BREAK посылается в ненумерованном кадре, она не влияет на нумерацию потока кадров сеанса связи. После возобновления поступления данных модем возобновляет и отправку кадров, как если бы паузы в работе не было.

Почти все современные модемы при работе по асинхронному интерфейсу поддерживают стандарты сжатия данных CCITT V.42bis и MNP-5 (обычно с коэффициентом 1:4, некоторые модели - до 1:8). Сжатие данных увеличивает пропускную способность линии связи. Передающий модем автоматически сжимает данные, а принимающий их восстанавливает. Модем, поддерживающий протокол сжатия, всегда пытается установит! связь со сжатием данных, но если второй модем этот протокол не поддерживает, то и первый модем перейдет на обычную связь без сжатия.

При работе модемов по синхронному интерфейсу наиболее популярным явля­ется протокол компрессии SDC (Synchronous Data Compression) компании Motorola.

Новый модемный стандарт. V.90 является технологией, направленной на обес­печение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщиков услуг. Этот стандарт обеспечивает асимметричный обмен данными: со скоростью 56 Кбит/с из сети и со скоростью 30-40 Кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+.

Технология передачи информации на скорости 56 кбит/с несколько отличается от технологии, применяемой в модемах со скоростями 33,6 кбит/с и ниже. При традиционном способе передачи информация, представленная в компьютере в цифровом виде, с помощью модема преобразуется в аналоговый сигнал, который проходит через аналоговую телефонную линию на телефонную станцию. На телефонной станции аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и передается по оптоволоконному каналу в уплотненном виде на другую станцию. На другой станции он вновь преобразуется в аналоговую форму. Затем он по аналоговой линии абонента передается к другому модему. Другой модем преобразует полученный сигнал в цифровую форму и полученную информацию передает в компьютер. В итоге получается, что данные на пути к месту назначения проходят два цифро-аналотовых и два аналогово-цифровых преобразования. Каждое преобразование сиг­нала на телефонной станции из аналогового в цифровой добавляет значительные шумы, возникающие при квантовании в восьмибитном аналогово-цифровом преоб­разователе. Внутри модемов преобразование из аналогового сигнала в цифровой происходит практически без появления шумов, так как в модемах применены АЦП с большей разрядностью, чем на телефонной станции, и значения младших "шумя­щих" битов просто отбрасываются. При достижении определенного порога (называемого порогом Шеннона) соотношение сигнал/шум становится слишком малым для качественной передачи данных. Так как большинство каналов, связывающих телефонные станции, выполнены цифровыми оптоволоконными линиями уплотне­ния, то для того чтобы уменьшить количество шума, линию от провайдера Internet до телефонной станции стали делать цифровой. Благодаря этому сигнал от провайдера до телефонной станции пользователя стал весь путь проходить в цифровом виде, то есть удалось избавиться от АЦП на телефонной станции провайдера. Это позво­лило значительно повысить соотношение сигнал/шум, так как удалось избежать "шумящего" аналогово-цифрового преобразования телефонной станции. Описанный принцип и явился ключом к разработке технологии 56 кбит/с. Следует заметить, что в обратном направлении сигнал по-прежнему проходит АЦП (на станции пользова­теля), и достижение столь высокой скорости в этом направлении невозможно. То есть канал связи получился несимметричным: 56 Кбит/с в одну сторону и 33,6 Кбит/с в другую.

Исходя из описанного принципа, несколько компаний разработали технологию, с помощью которой можно достичь более высокой скорости передачи информации. Различными фирмами было разработано два несовместимых друг с другом прото­кола для связи на скоростях до 56 Кбит/с. Первый протокол был разработан компаниями Rokwell и Lucent и получил название K56flex. Через некоторое время компа­ния U.S. Robotics разработала свой собственный протокол скоростной связи и назвала его х2.

Летом 1998 года положение несколько изменилось. К тому времени ITU - организация, ответственная за установку стандартов в области телекоммуникаций, при­няла решение о протоколе V.90. Этот протокол, призванный стать единым стандартом для всех производителей, включает в себя лучшие технические решения из обоих конкурирующих протоколов.

Производители 56К модемов, как с протоколом K56flex, так и с протоколом х2, обеспечили в свое время модернизацию своих изделий до V.90 путем простого перепрограммирования ППЗУ (микросхемы на плате модема).

Кроме того, все модемы 56К совместимы со стандартом ITU V.34, поэтому если пользователь соединяется с провайдером, который не поддерживает 56К техноло­гию, связь будет установлена по стандарту V,34, то есть со скоростью до 33,6 Кбит/с.

Достоинством новой технологии является то, что для ее внедрения не требуется вносить какие-либо изменения в оборудование телефонной станции - нужно лишь изменить программу в цифровых модемах, установленных в стойках у поставщика услуг, а также загрузить в пользовательский модем новую программу либо заме­нить микросхему памяти в зависимости от модели и производителя.

Технологии асимметричных модемов рассчитаны на то, что сервер удаленного доступа поставщика услуг корпоративной или публичной сети с коммутацией па­кетов подключен к какой-либо АТС телефонной сети по цифровому интерфейсу, например BRI ISDN, или же по выделенному каналу Т1/Е1. Так что цифровой поток данных, идущий от сервера, постоянно пересылается сетью в цифровой фор­ме и только на абонентском окончании преобразуется в аналоговую форму. Если же сервер удаленного доступа подключен к телефонной сети по обычному аналого­вому окончанию, то даже наличие модема V.90 у сервера не спасет положение - данные будут подвергаться аналого-цифровому преобразованию, и их максималь­ная скорость не сможет превысить 33,6 Кбит/с. При подключении же модемов V.90 к телефонной сети с обеих сторон обычным способом, то есть через аналого­вые окончания, они работают как модемы V.34+. Такая же картина будет наблю­даться в случае, если в телефонной сети на пути графика встретится аналоговый коммутатор.

Модемы для работы на коммутируемых цифровых линиях

К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services Digital Network). Службы Switched 56 появились в ряде западных стран в результате предоставления конеч­ным абонентам цифрового окончания, совместимого со стандартами линий Т1. Эта технология не стала международным стандартом, и сегодня она вытеснена техно­логией ISDN, которая такой статус имеет.

Сети ISDN рассчитаны не только на передачу голоса, но и компьютерных дан­ных, в том числе и с помощью коммутации пакетов, за счет чего они получили название сетей с интегральными услугами. Однако основным режимом работы се­тей ISDN остается режим коммутации каналов, а служба коммутации пакетов обладает слишком низкой по современным меркам скоростью - обычно до 9600 бит/с.

Новое поколение сетей с интеграцией услуг, назван­ное B-ISDN (от broadband - широкополосные), основано уже целиком на технике коммутации пакетов (точнее, ячеек технологии АТМ), поэтому эта технология бу­дет рассмотрена в разделе, посвященном сетям с коммутацией пакетов. Особенности ISDN-модемов будет рассмотрена ниже.

Модемы различаются не только поддерживаемыми протоколами, но и опреде­ленной ориентацией на область применения. Различают профессиональные моде­мы, которые предназначены для работы в модемных пулах корпоративных сетей, и модемы для применения в небольших офисах или на дому (ранее уже названные “обычными”).

Профессиональные модемы отличаются высокой надежностью, способностью устойчиво работать в непрерывном режиме и поддержкой средств удаленного цен­трализованного управления. Обычно система управления модемными стойками поставляется отдельно и оправдывает себя в условиях большого предприятия. Стан­дарт V.34 выделяет в общей полосе пропускания линии отдельную полосу для управления модемом по тому же каналу, по которому передаются и пользователь­ские данные

Сравнение модемов различающихся исполнением

Внутренне исполнение

Внутренний (internal) модем вставляется в компьютер как плата расшире­ния (вставляемая в слот системной шины компьютера). По внешнему виду различить такой модем можно, разве что, по наличию двух телефонных разъемов.

Преимущества внутреннего модема (по сравнению с настольным): не занимает места;

не нуждается в блоке питания, который требует отдельной розетки (заметим, что блок питания часто называют сетевым адаптером, но точно так же называют и плату адаптера для локальной сети, что вно­сит некоторую путаницу, так что предпочтительнее все же "блок пита­ния");

не нуждается во включении / выключении;

не занимает стандартные СОМ порты компьютера;

дешевле по крайней мере на 10% аналогичного настольного, т.к. не нужны корпус, соединительный кабель, блок питания;

содержит скоростной приемопередатчик порта, согласованный со ско­ростью модема (в то время как встроенные в порт старого компьютера приемопередатчики могут быть низкоскоростными).

С другой стороны, как и всякая плата расширения, внутренний модем предназначен для определенной шины, так что не является универсаль­ным.

Далее, внутренний модем обычно не имеет световых индикаторов и по­этому не так информативен, как внешний. Вспомните, как много пользы приносят индикаторы дисководов на корпусе компьютера.

Установка внутреннего модема более хлопотная, по сравнению с установ­кой внешнего. Он займет одну из свободных линий прерываний (которую, еще надо будет найти; именно поэтому за рубежом практикуют продажу компьютеров с уже установленными модемами).

Еще есть неприятность, связанная с "зависанием модема" (очень похоже на зависание компьютера), которая требует переинициализации модема.

Для внутреннего модема придется использовать "холодный старт" компь­ютера, в то время как внешний достаточно включить и выключить.

Интересно, что многие пользователи, раньше горячие сторонником настольного ис­полнения, позже, насмотревшись, как захламляют стол модем, динами­ки мультимедиа и другие аксессуары, начинают ценить незаметность внутрен­него модема.

На сегодняшний день модемы в подавляющем большинстве своем являются контроллерными модемами. Это означает, что плата такого модема несет на себе три основных устройства, они чаще всего выполнены как три микросхемы на плате модема:

DSP (Digital Signal Processor) занят кодированием поступившего набора данных в соответствии с высокоскоростными протоколами передачи типа V.34, K56Flex, x2 или V.90 и отвечает за модуляцию выходного сигнала, опираясь на программу, заложенную в ПЗУ модема - "прошивку"

"Контроллер" отвечает за коррекцию ошибок передачи, сжатие данных и интерфейс модема с програмным обеспечением

CODEC-чип (Coder-DeCoder) выполняет непосредственный перевод уже полностью подготовленного к передаче набора данных в сигнал для передачи по коммутируемой линии.

При приеме данных поступивший сигнал проходит эту цепочку в обратном порядке. Такой модем используется и управляется системой через интерфейс СОМ-порта. По сути, такой модем виден из системы как СОМ-порт со свойствами передачи данных по телефонному каналу.

Модемы без контроллеров, как это ясно из их названия, несут на себе только DSP и CODEC-чип, возлагая работу, предназначенную для "контроллера", на CPU (Central Processing Unit) - центральный процессор системы. При этом чаще всего такие модемы не содержат микросхемы ПЗУ с "прошивкой" работы DSP. Во время работы такого модема его DSP обращается к оперативной памяти системы, в которой хранится необходимая ему программа, которую загружает в память модемный драйвер. Очевидно, при этом, что такие модемы наиболее целесообразно применять только в системах с мощным CPU, в противном случае работа такого модема приведет к заметному замедлению выполнения параллельных процессов в системе.

Модемы без контроллеров производятся на сегодняшний день как PCI-карты, в то время как обычные контроллерные internal-модемы производятся как ISA-платы.

PCI-модем

При работе модема без контроллера операционная система распознает его как PCI-расширение и управление и прокачка данных через него проходит в соответствии с этим. Фактически, модем без контроллера есть PCI-устройство, не имеющее ничего общего с СОМ-портами. Драйверы, устанавливаемые операционной системой для поддержки такого модема, кроме необходимой информации для работы DSP содержат эмуляцию СОМ-порта. Таким образом, при установке модема без контроллера непосредственно его PCI-устройство занимает некоторое прерывание и адрес, а установленный драйвер организует виртуальный СОМ-порт, через который с таким модемом могут взаимодействовать любые программы, в том числе и программы из DOS-приложений (правда, не всегда гладко). Естественным образом такой виртуальный порт переводит на себя все обращения к реально существующему порту, а сам СОМ-порт системы объявляется занятым.

SOFT-модем/ Win-модем

Принцип перенесения выполнения части чисто модемных функций на CPU получил продолжение при появлении так называемых "SOFT-модемов" (иначе Win-модемов). Они также являются модемами без контроллера, то есть функции контроллера выполняет CPU, но кроме этого они не несут на себе полноценного DSP. Вместо него на модеме установлен ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). Такой модем переносит на CPU часть работы связанную с кодированием входящего потока данных в соответствии с заданным протоколом передачи и получает обратно поток данных уже готовых к переводу в сигнал для передачи по телефонной линии. Фактически SOFT-модем занимается только переводом уже подготовленных данных в сигнал для телефонной линии и его передачей. В случае использования такого модема на всю использующую их систему накладываются еще более жесткие требования, чем в случае с обычными или модемами без контроллера. Ужесточаются требования и к вычислительной мощности процессора и, кроме того, так как SOFT-модем, по сути, программная эмуляция модема и его функции и характеристики полностью зависят от драйвера такого устройства, то сами драйверы SOFT-модемов накладывают дополнительные ограничения на процессор. В силу того, что большая часть работы, которая исконно возлагалась на модемный DSP и контроллер, в SOFT-модеме перенесена на CPU, то создатели драйверов постарались по возможности максимально уменьшить нагрузку на основные вычислительные каналы процессора, сориентировав драйвера на использование, по возможности, расширенного набора MMX-команд у процессоров Intel. Таким образом, относительно разгрузив сам CPU, создатели драйверов рекомендуют наличия в системе CPU с набором команд ММХ.

В непосредственной работе с контроллерными, модемами без контроллера и SOFT-модемами особенной разницы не наблюдается. Все три типа поддерживают все стандартные протоколы связи и передачи данных, в принципе конечный пользователь может даже не знать, какого именно типа модем установлен в его системе. К преимуществам модемов без контроллера можно отнести простоту обновления их "виртуальной прошивки", для этого достаточно просто обновить соответствующий драйвер, но при этом модемы без контроллера требуют от системы часть ее процессорного времени и занимают больше системных ресурсов. Также, в случае SOFT-модемов, может требоваться наличие определенного типа CPU, в отличие от их контроллерных аналогов. Контроллерные модемы выгодно отличаются тем, что, являясь устройствами со встроенной поддержкой интерфейса с системой, практически независимы от специализированного программного обеспечения, и могут применять в тех случаях, когда отсутствую необходимые драйверы для модемов без контроллера.

Существенными недостатками подобных устройств является то, что:

производитель не гарантирует, что функции программного обеспечения модема удовлетворят любые требования или работа программы будет свободной от ошибок или бессбойной. С аппаратным модемом таких проблем не может быть изначально.

программные модемы привязаны к определенной ОС. Казалось бы, что в этом такого? Ведь, по некоторым подсчетам, операционные системы Windows 9X установлены у 90% пользователей. Не вдаваясь в обсуждение конкретных цифр, хочется отметить следующее: такое положение вещей не всегда было, и тем более стоило бы предположить, что так не всегда будет. Рост продаж только одной из альтернативных систем, Linux (в дистрибутиве Red Hat), уже сейчас обгоняет рост продаж ОС от Microsoft. Кроме того, Linux не обязательно покупать, многие устанавливают его просто так, статистика их не учитывает. Владелец же программного модема должен иметь ввиду, что в случае перехода на новую ОС ему, скорее всего, придется от него отказаться. Для того, чтобы драйверы под альтернативные ОС могли выходить, необходимо открыть исходный код программного модема, а производители в этом не заинтересованы. Таким образом, появление драйверов под любую не Microsoft ОС будет явлением случайным, только подтверждающим общее правило.

Следующая информация отностися как к Soft- так и к PCI-модемам. Неоднократно встречавшиеся аргументы о превосходстве процессора PC над аппаратными средствами модема по вычислительной мощности выглядят несколько забавно, если принять во внимание узкую специализацию процессора модема (как правило, отличного от PC-процессора по архитектуре), и задачи компьютера в целом. Ведь процессору PC приходится еще тянуть на себе операционную систему, а с модемом работать через драйвер - еще одно узкое место, ведущее к потере производительности. Итого, на сегодняшний день, даже для самых слабеньких представителей рода "софтмодемов", будет необходим компьютер не ниже Pentium-200, а на процессорах семейства Cyrix 6x86 или Media 6X (а скорее всего, и на WinChip) это чудо человеческого гения просто не заработает (для PCI-реализаций, имеющих DSP, но не имеющих контроллера, эти требования несколько ниже).

И это то, что относится к самым простым реализациям программных модемов. Если же разработчикам захочется реализовать нечто более функциональное на существующей платформе, то потребуется компьютер со значительно более мощным процессором. Это относится, например, к безупречной реализации V.42 (протоколу коррекции ошибок при передаче данных), 64-позиционному треллис-кодированию сигнала (обеспечивающему большую помехоустойчивость по сравнению с традиционно используемым 16-позиционным), и еще к некоторым возможностям, отсутствующим у "софтмодемов". Реализация же всех возможностей рекомендации V.34 для программного модема может потребовать уровня Pentium-III-600 (!) уже сегодня.

Исполнение настольное (внешнее)

Настольный (он же внешний, но как тогда быть с мо­демом в виде карточки - тоже ведь внешний, поэтому мы предпочтем термин "настольный") модем имеет отдельный корпус (см. рисунок 4) и собственный блок питания. Поэтому он как минимум процентов на 10% дороже аналогичного внутреннего. Модем подсоединяется к компьютеру (или другому терми­нальному устройству) соединительным кабелем, который подключается к коммутационному порту устройства. Обычно это последователь­ный порт.

Преимущества настольного модема перед внутренним следующие.

Модем может работать с любым компьютером (не зависит, например, от шины) или другим устройством, например, с оборудованием сети с коммутацией пакетов. Максимум, что может потребоваться, так это другой соединительный кабель.

На корпусе есть световые индикаторы, удобно отражающие состояние модема.

Некоторые модели имеют еще жидкокристаллический (LCD) монитор, способный выводить больше информации и кнопки для удобства выдачи типовых команд вместо использования командной строки терминальной программы.

Модем легко вывести из "зависа", просто выключив и включив его.

За эти преимущества нужно расплачиваться:

Нужна дополнительная розетка для блока питания и необходимостью включать, а главное - выключать (!) модем. Это, правда, можно избе­жать, если использовать единый сетевой фильтр с выключателем.

Модем занимаемое место. Если корпус компьютера является мини тауэром, то модем удобно разместить на нем.

Требуется выбрать тот кабель, который соответствует разъему компь­ютера (некоторые модемы, правда, снабжаются универсальным кабе­лем). Иначе придется добавлять переход­ник.

Высокоскоростные профессиональные модемы имеют только настольное исполнение (исключение составляют стоечные модемы). В настоя­щее время настольные модемы выполняются в форме портсигара.

Исполнение модема в виде карточки

РСМСIА модем

Такой модем выполнен в виде периферийного устройства размером с пластиковую кредитную карточку и предназначен для подключения к портативному компьютеру через специальный разъем, через который он так­же получает питание.

Портативные компьютеры обычно снабжаются встроенными модемами, однако, простенькими и низкоскоростными. Модемы в виде карты позво­ляют решить проблему эффективности и обновления при сохранении компактности. В таком виде выпускаются также и другие периферийные устройства. Как и все миниатюрное, они стоят существенно дороже на­стольных модемов с аналогичными возможностями.

Интерфейс стандартизован и назывался до недавних пор РСМСIА. Новое, не совсем еще прижившееся название - РС Саrd. Все современные "карточные" устройства позволяют подключать и отключать их в "горячем" режиме.

Портативный модем

Модемы в виде карты - сравнительно недавнее изобретение. До них применялись специальные портативные модемы, которые и сейчас не по­теряли своего значения в силу универсальности и удобства, т.к. подсоеди­нять к компьютеру их можно через обычный порт.

Портативный модем похож на настольный, только уменьшенного размера - он умещается на ладони. Имеет более прочный корпус и универсальное питание. Как следствие - обычно число световых индикаторов меньше, чем на настольных. На дорогих моделях это компенсируется наличием жидкокристаллического дисплея.

Модем может питаться:

от электрической сети через адаптер, как настольный модем;

от автомобильной сети (12 вольт). Обычно портативными делают сото­вые модемы;

от внутренних батареек. Это удобно для портативных компьютеров, т.к. их встроенные аккумуляторы имеют малую емкость, а модем в виде карты может забирать до 30% общего потребления энергии. использовать для питания напряжение управляющих сигналов и передаваемых данных.

В таком исполнении выпускают модемы для мобильной радиотелефонии а также модемы для скоростной передачи по прямому кабелю.

Стоечный модем. Модемная стойка

Стоечные модемы в модемной стойке

Стоечные модемы вызваны к жизни информационными серверами, обслужи­вающими сразу много телефонных каналов. Если бы здесь применялись обыч­ные настольные модемы, то заваленный ими стол и переплетение кабелей вы­зывали бы большие трудности по обслуживанию.

Стоечные модемы похожи на внутренние, но всегда являются профессиональными и вставляются (монтируются) не в компьютер, а в специальную модемную стойку (см. рисунок 7), называемую менеджер модемов. Этот менеджер использует для подключения модемов к компьютеру многопортовую стойку и имеет функции управления модемами. Модемная стойка рассчитана на много модемов, например 32, и призвана суще­ственно облегчить работу персонала, обслуживающего многоканальный комму­никационный сервер.

Менеджер модемов позволяет:

Компактно разместить модемы. В противном случае весь стол был бы за­вален модемами с перепутанными кабелями.

Повысить удобство работы с модемами, например, автоматизировать профилактические тесты модемов, отображать текущее состояние модемов, неисправности и т.д. В менеджере есть система принудительной вентиляции.

Повысить уровень защиты от несанкционированного доступа к компь­ютеру. В числе возможностей такого рода - метод обратного звонка. Эта функция может быть реализована и в одиночном модеме, но здесь база данных пользователей хранится в стойке, а не в модеме, что удешевляет модемы и допускает большие базы данных.

Вести журнал работы. Обеспечивается, если подключить к стойке компью­тер. Тогда возможно получать отчеты по абонентам, линиям, модемам за лю­бой период. В том числе выставлять счета абонентам за предоставленные услуги.

Все эти возможности обусловили повсеместное применение стоечных модемов в модемных пулах провайдеров Интернет

Сравнение модемов использующих различные типы передающей среды

Модемы для 2-х/4-х проводных медных линий

Обычный телефон использует 2-проводную коммутируемую линию. Таким образом, только два провода соединяют модем с АТС. Одни и те же два провода используются для питания постоянным током, передачи звонка, набора номера, мониторинга состояния рычага (трубка положена / трубка поднята) и передачи сигнала в обоих направлениях. Это тот тип телефонных линий, который доступен большинству людей у них дома или на работе. Поскольку одни и те же два провода используются для приема и передачи сигналов, эхо передаваемого сигнала также будет получено передающим модемом, и перед приемником модема будет стоять задача удалить это эхо перед демодуляцией.

Интересно отметить, что между АТС передача идет по 4-м проводам. Телефонное обслуживание по выделенному каналу также можно получать от телефонной компании в 4-проводном виде. Обычно также использование выделенной линии не предусматривает питание постоянным током, передачу звонка или функцию набора номера. Четырехпроводные модемы работают по двум выделенным линиям. Одна используется только для приема, другая - только для передачи (в дуплексном режиме). Делается это для ослабления влияния эха, которое мешает приему сигнала.

Раньше такие модемы ценились. Четырехпроводный модем может работать и по двухпроводной линии, а четырехпроводные протоколы допускают и двухпровод­ную реализацию. Однако эти протоколы являются специальными.

Сейчас во всех новых скоростных протоколах (V.32ххх, V.34, V.90) проблема эха существенно ослаблена, и они являются только двухпроводными. Однако, если нужно высокое качество, то надо использовать выделенную линию.

Обычный модем

И так, как уже говорилось в п. 2.1 обычные модемы применяются конечным пользователем дома или в офисе.

Данные модемы имеют либо внутреннее, либо внешнее исполнение, используют только аналоговые телефонные каналы, поэтому максимальная скорость передачи не превышает 33600 бит/с (V.34+), а приема 56Кбит/с (V.90). Чаще всего асинхронные, иногда синхронно-асинхронные. Совместимы с системой Hayes команд. Обычно предназначены для работы с 2-х проводной коммутируемой или выделенной линией, реже являются 4-проводными. Поддерживаемые основные протоколы передачи данных описаны в п.2.2.1-2.2.2. Поддерживают аппаратно коррекцию ошибок и сжатие данных.

Вот некоторые возможности применения обычных модемов:

Дозвонщик. Обеспечивается программами для набора но­мера. В результате даже простейший телефонный аппарат приобретает возможности интеллектуального. Именно, можно легко набирать номер, причем многократно, если он окажется занятым (автодозвон). Программи­руется интервал между попытками (что редкость для аппаратов) и число попыток.

Обмен файлами. Позволяет сэкономить уйму времени, по сравнению с передачей дискеты.

Управление удаленным компьютером. Позволяет фактически работать за удаленным компьютером, соединенным с пользовательским по схеме точка - точка. Ваш экран и клавиатура действуют в точности, как экран и клавиатура удаленного компьютера, но с некоторой задержкой. Удален­ный пользователь также может работать за удаленным компьютером. Та­ким образом, можно работать "дуэтом", например, двоим редактировать статью.

Эмуляция терминала. Позволяет подключиться терминалом к хосту и ра­ботать, используя ресурсы хоста (мощного компьютера).

Доступ к глобальным информационным сетям. Такие сети предостав­ляют своим подписчиками широкий сервис по обмену и получению ин­формации (FidoNet, Internet).

Удаленное использование локальной сети. Удаленный пользователь может использовать ресурсы локальной сети, как обычный локальный пользователь, но с некоторым замедлением, связанным с более низкими скоростями телефонных каналов.

В последнее время повсеместо к возможностям обычных модемов добавились передача/прием факсов и прием голосовых сообщений.

Факс-Модем

Прежде чем перейти к описанию факс-модемов для компьютеров, необходимо пояснить, что такое факс или факсимильный аппарат в частности, факсимильный аппарат (далее просто факс или телефакс) служит для передачи или приема графических и текстовых черно-белых изображений по телефонным линиям. Выглядит как большой телефонный аппарат, и им можно пользоваться как обычным телефоном. Но, в отличие от обычного телефона, в него устанавливается рулон термобумаги (для распечатки получаемого изображения), есть также автоот­ветчик. Если вы хотите пользоваться факсом одновременно и как телефоном, и как автоответчиком, и для приема/отправки факсовых изображений, то вам надо уста­новить автоматическое срабатывание автоответчика и факса на пятый-шестой зво­нок телефона. Если вы успеете поднять трубку раньше, то будете разговаривать как по обычному телефону (впрочем, ничто не мешает вам при этом в любой момент включить факс на прием или отправку изображений, нажав соответствующую кноп­ку). Стандартный пример такого рода факса - факс РАNАSONIС КХ-F110В (около $ 400).

Факсимильные аппараты в основном используются организациями для отправ­ки и приема счетов, документов и др.

Те же самые функции позволит выполнить и факс-модем совместно с компью­тером (обычный телефон при этом включается параллельно). Но, на первый взгляд, такой вариант факсового устройства менее удобен. Во-первых, для автома­тического приема компьютер должен быть всегда включен, что не всегда приемле­мо Во-вторых, если вы даже находитесь у телефона, а компьютер не включен, вам придется его включать и запускать соответствующую программу. В-третьих, для от­правки изображения его необходимо сперва перевести в компьютер, а для этого нужен сканер. Правда, вы можете просто перепечатать текст и отправить его, но при этом подписи или печать (организации) передать невозможно.

С доугой стороны:

Экономится довольно дорогая термобумага для факса и бумага вооб­ще (большинство факсов достаточно лишь прочитать, не распечаты­вая).

Файл-сообщение несколько лучше читается, чем факс. Это объясняет­ся исключением фазы сканирования, которая понижает разрешение документа и тем, что в офисах регламентные работы на факс аппаратах никто не проводит.

Использование же планшетного сканера (а не сканера факса) позволяет пересылать такие документы, которы в обычный факс либо не поместятся, либо будут повреждены им.

Посылка факса с помощью модема производится быстрее, т.к. не надо предварительно печатать сообщение. Попутно экономится бумага для лазерных и струйных принтеров, которая отнюдь не обычная, а специ­альная.

Есть возможность программировать посылку нескольких факсов в за­данное время, например ночью.

В факс-модем в последнее время популярно добавлять голосовые воз­можности (см. ниже), которые позволяют использовать модем как автоответчик, что ещё более повышает ценность подобного устройства. Современное программное обеспечение для голосовых факс-модемов (например BitWare) обеспечивает реализацию всех его возможностей, что исключает необходимость установки в офисе нескольких устройств, загромаждающих рабочее место и захламляющих его отходами своей деятельности. Кроме того факс-модемы несравнимо дешевле (30-50$) собтвенно телефакса.

Скажем пару слов о стандартах факсимильных аппаратов. Эти стандарты интересны для нас потому что их должны поддерживать и факс модемы для обмена с этими аппаратами.

Развитие факс аппаратов отражено в принятых международных стандар­тах. В настоящее время известно 4 стандарта на факс аппараты, или, как принято называть, 4 группы.

Группы 1 и 2 относятся к вышедшим из употребления медлительным и несовершенным аппаратами. Современные аппараты относятся к группе 3, что записывается еще как Group III или G3 Fах. Эти аппараты передают черно-белые изображения со скоростями 2.4, 4.8, 7.2, 9.6, 14.4, а сейчас уже и 19.2 Кбит/с по анало­говым каналам (телефонной сети). Стандарт на группу 3 постоянно со­вершенствуется, идя в ногу со временем.

Аппараты группы 4 предназначены для передачи по цифровым каналам. В их числе ISDN, сеть с коммутацией пакетов Х.25 и т.д. Предусмотрена передача цветных изображений (в группе 3 только черно-белые). Группа 4 определена стандартом Т.6 IТU-Т (в 1987 г.). Принципиально то, что, во-первых, он несовместим с группой 3, т.е. не позволяет работать на обыч­ных (аналоговых) коммутируемых телефонных линиях, а во-вторых, в на­стоящее время нет экономических стимулов перехода на новый стандарт. Так в свое время переход на группу 3 стимулировался экономией графика за счет высокой скорости. Широкое распространение группа 4 получит только вместе с цифровой телефонией.

Предусматривает аппараты с различными возможностями в рамках едино­го стандарта. Сканирование изображения осуществляется цифровым ме­тодом (в предыдущих стандартах - аналоговым). Поэтому факс сообще­ние является растровым (точечным), причем пиксел является черно-белым.

Предусмотрено три уровня разрешения. При передаче изображения применяется сжатие данных, что позволяет уменьшить размер файла на 80-90%. Скорость передачи составляет около 30 сек. на 1 страницу.

Заметим, что передача факсов идет, как правило, без коррекции ошибок: ошибочные строки точек (а не букв) пропускаются или выводятся "как есть". Считается, что небольшие ошибки в рисунке и тексте некритичны.

Работу факс аппаратов группы 3 регламентируют IТU-Т стандарты Т.4 и Т.30. Т.4 определяет возможности группы 3 (размер листа, разрешение и т.д.), а Т.30 - распознавание возможностей аппаратов, согласование па­раметров, формирование страниц изображений, алгоритмы сжатия.

Особенностью факсов является полудуплексность передачи. Поэтому все протоколы для передачи факсов работают в полудуплексном режиме и на коммутируемой линии.

Таблица - Протоколы передачи факсов группы 3

Протокол	Скорость	Меньшие скорости
V.27tеr	4.8	2.4
V.29	9.6	7.2, 4.8
V.17	14.4	12, 9.6, 7.2
V.17terbo АТ&Т	19.2	V.17

Именно эти стандарты вы видите на упаковочной коробке факс модемов, хотя иногда предпочитают указывать непосредственно скорость.

Фирменный стандарт V.17terbo появился совсем недавно и в точности по­вторяет историю с V.32terbo. В частности и авторитетный разработчик тот же (АТ&Т Раrаdуne) и полная совместимость снизу с предшествующим стандартом V.17. В настоящее время это стандарт де-факто аппаратно поддержан новыми модемами, которые используют микросхемы АТ&Т. Дело за софтом: пока с ним умеет работать еще очень мало программ. На момент написания нам известна была только одна - FАХ WORKS for ОS/2. Факс модемы автоматически поддерживают стандарты Т.4 и Т. 30, так что не обращайте внимания на их наличие на упаковке.

Напомним, что обычно передача факсов идет без коррекции ошибок, а ошибочные строки точек пропускаются. Точнее в стандарт Т.30 опцио­нально входит коррекция ошибок ЕСМ (Еrrоr Соrrесtion Моdе), но т.к. это требует большой памяти для запоминания переданных блоков, то реали­зуется в очень дорогих модемах. В факс модемах класса 1 это реализуется софтом (например Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ)).

Естественен вопрос, а почему данные передаются со скоростью 33.6, а факсы - всего 14.4 или 19.2? Действительно, уже давно прошла информация о разработке стандарта с условным названием V.34FАХ, который позволит достичь ско­рости 28.8, но до сих пор время его выхода и появление соответствующих модемов - в тумане.

Аналогично Hayes-командам, существуют наборы команд по управлению факс модемами группы 3, только этих наборов целых три. Так же, как и Hayes набор, они не являются международными стандартами, однако свя­заны с достаточно авторитетной американской организацией ЕIА. Соответственно, если модем поддерживает набор команд класса х (х=1,2,2.0), то говорят, что это факс модем класса х и иногда пишут, на­пример, Сlass 1.

Соотношение между классами команд следующее. Сначала был утвер­жден класс 1 (документ ЕIА/ТIА-578). Это команды "нижнего уровня". По­этому сколь-нибудь необходимые для управления их "макрокоманды" (согласование параметров, контроль временных задержек и интервалов и т.д.) должен выдавать софт.

В то время СРU компьютеров были слабенькими и была тенденция раз­гружать их посредством сопроцессоров. Поэтому решили для поднятия быстродействия некоторые макрокоманды реализовать аппаратно в мо­деме.

Пока ЕIА/ТIА обсуждала и согласовывала новый набор, к моменту его при­нятия крупнейший производитель модемных чипов фирма Rockwell выпус­тила свыше миллиона факс модемных чипов со своим набором команд. Чаще именно этот набор, который стал стандартом де-факто, называют классом 2. Если имеется в виду набор ЕIА, то пишут явно ЕIА Сlass 2 Fах Cоmmand set.

Сейчас ЕIА/TIА приняла новый стандарт 2.0 (ЕIА/TIА-2388), устраивающий обе стороны, и сейчас он есть в новых модемах.

Проблема заключается в том, что еще используется немало старого софта, который понимает только класс 2.

Аппаратная реализация класса 2 всегда работает быстрее и надежнее. Однако добавление функций и обновление стандарта проблематично.

В настоящее время быстродействие СРU резко поднялось и вновь стало привлекательно использовать класс 1. Дело в том, что в софт легко вклю­чить дополнительные возможности. Новые элементы стандарта Т.30 (обновляется каждые 4 года) легче учесть программно, чем покупать но­вый модем.

В частности коррекция ошибок ЕСМ, включенная как опция в Т.30, реали­зуется развитыми программами, работающими с классом 1 (Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ), редко - в факс аппаратах и пока ни в одном факс модеме класса 2. Дело в том, что для аппаратной реализации ЕСМ требуется большая память, что удорожает аппарат или модем.

В продаже есть факс модемы и класса 1, и класса 2. В первом приближе­нии пользователь вообще может не интересоваться классом команд сво­его модема, т.к., во-первых, модем поставляется с соответствующим софтом, а во-вторых, практически любой софт поддерживает оба класса ко­манд.

Производители часто добавляют к командам класса 1 (реже класса 2) свои факс команды (как в случае хайес команд) и называют общий набор рас­ширенным набором АТ факс команд (Ехtеnded FАХ АТ Соmmands).

Заметим, что, в отличие от хайес команд, факс команды предназначены в основном для выдачи софтом, а не пользователем (кроме команд опроса возможностей модема и изготовителя). Команды всех классов начинаются с префикса АТ+.

Голосовой модем

Этот тип модема позволяет:

Принимать из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в файл. Воспроизводить в телефонную сеть ранее сформированные голосовые (в общем случае звуковые) файлы.

Файл, сформированный голосовым модемом, можно затем проиграть не­сколькими способами, например:

на динамик компьютера;

более качественно звуковой платой;

на трубку телефонного аппарата

Никаких специальных подсоединении, как в предыдущем случае, делать не надо.

Наговорить файлы можно и в динамик телефонной трубки, если подсое­динить ее подходящим образом к модему.

Голосовой модем обычно выполняется как расширение факс модема. В настоящее время он так же обычен, как в свое время факс модемы.

Термин голосовой точнее, чем звуковой, т.к. телефонная сеть передает лишь голосовую часть звукового диапазона, отрезая высокие частоты.

В отличие от хайес или факсовых команд для звуковых модемов пока не сущест­вует промышленного стандарта де-факто. Существуют как бы сами по себе стандарт V.70 (ITU-T) и IS101 (TIA) с Class 8 командами. К тому же изготовители до­биваясь эффективности, вводят свои команды и соответственно выпускают спе­циализированный софт к таким модемам.

Оцифрованный звук при записи в файл обязательно сжимают. Дело в том что для приемлемого качества без сжатия получается поток данных в 64 Кбит/с Это слишком много для СОМ порта. Поэтому применяют алгоритмы сжатия сни­жающие "дебит" потока до меньших скоростей. В настоящее время используются так называемые алгоритмы адаптивной дельта кодоимпульсной модуляции ADPCM и скорости на выходе, равные скоростям СОМ порта в 28.8 и 19 2 Кбит/с (т.е. в 2-3 раза). Еще больше сжимает поток алгоритм CELP, а именно до 9.6. При этом истинного сжатия нет, т.е. сжатие сопровождается неизбежной потерей качества, и чем больше сжатие, тем больше ухудшение. В настоящее время по­иски продолжаются. Так, фирма ZyXEL уже дважды меняла алгоритм сжатия

Заметим, что алгоритм ADPCM давно известен и применяется в магистральных линиях между АТС. Отсюда следует интересный вывод, что качество передачи звука через местную АТС всегда выше, чем через цепочку АТС, Если в телефо­нии алгоритм ADPCM поневоле стандартен, то производители модемов исполь­зуют свои реализации и формат звукового файла получается свой. Этот хаос не­сколько сглаживается наличием в прилагаемом софте конверторов в распро­страненные форматы звуковых файлов: Windows WAV-файлы или AVI-файлы популярной звуковой платы Sound Blaster.

Некоторый софт позволяет добиться еще большего сжатия путем учета характе­ра звука, например, в речи, записываемой на автоответчик, можно опускать пау­зы. Однако для общего случая найти улучшенные решения нелегко.

Хорошие голосовые модемы должны отказаться от СОМ портов и использовать существенно более скоростной интерфейс с компьютером.

SVD модемы

Обычно модемы не предполагают передачу одновременно данных и голосовых сообщений, исключение составляют только цифровые сети. Однако не так давно была предпринята попытка разработки подобного устройства - SVD модемы - для аналоговых коммутируемых телефонных сетей.

SVD модемы (Simultaneous Voice and Data - одновременно голос и дан­ные) позволяют одновременно (а не чередуя) с передачей данных вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме (см.). При поднятии трубки одним пользователем у другого раздается звуковой сигнал.

Это сравнительно новый вид модемов, но считается, что скоро это будет стандартной возможностью. Задержка была за единым стандартом ком­прессии звука. Совсем недавно он был принят под названием V.70. Моде­мы выполнены как расширение обычных.

У SVD модемов компании Multi-Tech применяется временное мультиплек­сирование, причем для передачи голоса достаточно скорости 9.6, а ос­тальные ресурсы используют блоки данных. Можно даже применять для одновременной передачи видеоизображения с рассказом. Кроме того фирмы Hayes Microcomputer и ее дочерняя компания Practical Periferals выпустили модемы, где одновременно с передачей голоса можно посы­лать еще и факсы, а разговор вести не снимая трубки (через спикерфон). Еще применяется (альтернативная к Multi-Tech) технология Radish Voice View фирмы Radish Communications.

В настоящее время SVD модемы не получили широкого распространения. Кроме того обычные модемы позволяют при переходе в режим команд использовать телефон для голосового общения не разрывая связь (но и не передавая данных). Возврат в режим передачи данных восстанавливает модемную связь.

Самые известные производители обычных модемов: ZyXEL, U.S. Robotics, Inpro.

LD-модемы

SR-модем АSМ-24 фирмы RAD

Модемы "последней мили" или LD модемы - Limited Distance Modems - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных на сравнительно коротких расстояниях, например, внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Подобные модемы используются тогда, когда есть возможность соединить два терминальных устройства прямым кабелем. В этом случае нет необходимости "втискиваться" в стандартную ширину телефонного канала, а можно использо­вать всю доступную ширину линии. В результате доступны значительно более высокие скорости, чем на телефонных линиях.

Известные реализации представляют отдельный вид проводных модемов, т.к. используют совсем другие протоколы передачи, чем на телефонных линиях.

Чем больше расстояние, тем меньше скорость. Например для расстояний до 15 км. обеспечивается скорость примерно в 80 Кбит/с, а для хорошего кабеля типа витой пары и меньших расстояний скорость может доходить до 2 Мбит/с.

Типичные случаи применения:

соединение прямым кабелем между разными этажами внутри здания;

арендованная физическая линия, которая кроссируется (соединяется) на АТС и не проходит через аппаратуру уплотнения.

LD-модемы делятся на:

SR модемамы - Short Range Modems, буквально модем для малых расстояний;

ER модемамы - Extended Range Modems, для бо’льших расстояний;

MR модемамы - Medium Range Modems, для средних расстояний;

Интересно, что в ISDN адаптер входит SR модем.

LD-модемы могут иметь настольное (п.2.3.1), миниатьрное и микроминиатюрное (иначе портативное п.2.3.4) исполнение. Бывают синхронными и асинхронными, 2-проводными и 4-проводные. Скорости передачи от 1.2 Кбит/с до 768Кбит/с; для поддерживающих xDSL стандарт Nx64Кбит/с (до 2.048Мбит/с - Е1).

SR модемамы - от 1.75 до 10 км;

ER модемамы - от 8 до 9 км;

MR модемамы - до 14км.

Производитель: RAD, TAINET.

xDSL-модемы

В последние годы рост объемов передачи информации привел к тому, что наблюдается дефицит пропускной способности каналов доступа к существующим сетям. Если на корпоративных уровнях эта проблема частично решается (арендой высокоскоростных каналов передачи), то в квартирном секторе, и в секторе малого бизнеса эти проблемы существуют.

На сегодняшний день основным способом взаимодействия оконечных пользователей с частными сетями и сетями общего пользования является доступ с использованием телефонной линии и модемов, устройств, обеспечивающих передачу цифровой информации по абонентским аналоговым телефонным линиям. Скорость такой связи невелика, максимальная скорость может достигать 56 Кбит/с. Этого пока хватает для доступа в Интернет, однако насыщение страниц графикой и видео, большие объемы электронной почты и документов в ближайшее время снова поставит вопрос о путях дальнейшего увеличения пропускной способности.

Наиболее перспективной в настоящее время является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это новая модемная технология, превращающая стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Технология ADSL позволяет передавать информацию к абоненту со скоростью до 6 Мбит/с. В обратном направлении используется скорость до 640 Кбит/с. Это связанно с тем, что все современный спектр сетевых услуг предполагает весьма незначительную скорость передачи от абонента. Например, для получения видеофоильмов в формате MPEG-1 необходима полоса пропускания 1,5 Мбит/с. Для служебной информации передаваемой от абонента, вполне достаточно 64-128 Кбит/с.

Услуга ADSL организуется с помощью модема ADSL, и стойки модемов ADSL, называемой DSL Access Module. Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Ряд производителей начали снабжать DSLAM интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей. Также ряд производителей создают пользовательские модемы, которые представляют собой ADSL модем, но для программного обеспечения являются адаптерами ATM.

На участке между ADSL модемом и DSLAM функционируют три потока: высокоскоростной поток к абоненту, двунаправленный служебный и речевой канал в стандартном диапазоне частот канала ТЧ (0,3-3,4 Кгц). Частотные разделители (POTS Splitter) выделяют телефонный поток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством.

Согласно теореме Шеннона, невозможно с помощью модемов достичь скоростей выше 33,6 Кбит/с. В ADSL технологии цифровая информация передается вне диапазона частот стандартного канала ТЧ. Это приведет к тому, что фильтры, установленные на телефонной станции отсекут частоту выше 4 кГц, поэтому необходимо на каждой телефонной станции установить оборудование доступа к территориально-распределенным сетям (коммутатор или маршрутизатор).

Передача к абоненту осуществляется на скоростях от 1,5 до 6,1 Мбит/с, скорость служебного канала составляет от 15 до 640 Кбит/с. Каждый канал может быть разделен на несколько логических низкоскоростных каналов.

Скорости, предоставляемые модемами ADSL кратны скоростям цифровых каналов T1, E1. В минимальной конфигурации передача ведется на скорости 1,5 или 2,0 Мбит/с. В принципе, сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 8 Мбит/с, однако в стандартах такая скорость не определена.

Таблица 2 - Скорость модемов ADSL в зависимости от числа каналов

Базовая скорость	Количество каналов	Скорость
1,536 Мбит/с	1	1,536 Мбит/с
1,536 Мбит/с	2	3,072 Мбит/с
1,536 Мбит/с	3	4,608 Мбит/с
1,536 Мбит/с	4	6,144 Мбит/с
2,048 Мбит/с	1	2,048 Мбит/с
2,048 Мбит/с	2	4,096 Мбит/с
2,048 Мбит/с	3	6,144 Мбит/с

Максимально возможная скорость линии зависит от ряда факторов, включающих длину линии и толщину телефонного кабеля. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшении сечения провода. В таблице 3 показаны несколько вариантов зависимости скорости от параметров линии.

Таблица 3 - Зависимость скорости от параметров линии

Длина линии (км)	Сечение провода (мм2)	Максимальная скорость (Мбит/с)
2,7	0,4	6,1
3,7	0,5	6,1
4,6	0,4	1,5 или 2
5,5	0,5	1,5 или 2

ADSL-модем представляет собой устройство, построенное на базе цифрового сигнального процессора (ЦСП или DSP), аналогичное применяемому в обычных модемах. В общем случае, вся пропускная способность линии делится на два участка. Первый участок предназначен для передачи голоса, и находится в диапазоне 0,3-3,4 КГц. Диапазон сигнала для передачи данных лежит в пределах от 4 Кгц до 1 Мгц. Физические параметры большинства линий не позволяют передавать данные с частотой свыше 1 МГц. К сожалению не все существующие телефонные линии (особенно большой протяженности), имеют даже такие характеристики, поэтому приходится уменьшать полосу пропускания, что влечет за собой уменьшение скорости передачи.

Для создания этих потоков используются два метода: метод с частотным разделением каналов и метод эхо компенсации.

Метод с частотным разделением состоит в том, что каждому из потоков выделяется своя полоса пропускания частот. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков. Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT). Метод эхо компенсации состоит в том, что диапазоны высокоскоростного и служебного потоков накладываются друг на друга. Разделение потоков осуществляется с помощью дифференциальной системы, встроенной в модем. Этот способ используется в работе современных модемов V.32 и V.34. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT). При передаче множества потоков происходит разделение каждого из них на блоки. Каждый блок снабжается кодом исправления ошибок (ECC).

Существует ряд смежных технологий, одни из которых предназначены для оконечных пользователей, другие для транзитной передачи высокоскоростных потоков. Принцип работы их аналогичен ADSL. Общее название таких технологий xDSL.

High Data-Rate Digital Subscriber Line (HDSL)

HDSL является технологией, обеспечивающей передачу на скорости 1,536 или 2,048 Мбит/с в обоих направлениях. Протяженность линии может достигать 3,7 км. Ориентирована в качестве более дешевой альтернативы выделенным каналам E1, T1. Требует четырехпроводной абонентской линии. Single-Line Digital Subscriber Line (SDSL)

Аналогичен HDSL, отличается тем, что для организации линии достаточно двухпроводной абонентской линии. Протяженность линии может достигать 3 км.

Very High Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL)

Аналогична HDSL, скорость до 56 Мбит/с. Расстояние до 1,5 км. Технология весьма дорогая, и не находит широкого применения.

Rate Adaptive Digital Subscriber Line (RADSL)

Технология ADSL обладает одним существенным недостатком. Она не позволяет изменять скорость в зависимости от качества линии. В таких модемах выбор скорости, кратной 1,5 или 2 Мбит/с, производится с помощью программного обеспечения. Оборудование, построенное на базе технологии RADSL позволяет автоматически снижать скорость в зависимости от качества линии.

Universal ADSL (UADSL)

Технология ADSL обладает рядом мелких недостатков, препятствующих широкому внедрению технологии на сетях абонентского доступа. Это сложность установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети), имеют относительно большую стоимость.

Не так давно появились сообщения о создании новой версии технологии ADSL, которая призвана устранить указанные недостатки. Ее называют Universal ADSL (UADSL), или DSL Lite. Правда, при использовании этой технологии данные передаются на более низких скоростях, чем в ADSL (при длине абонентской линии до 3,5 км скорость составляет 1,5 Мбит/с в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении; при длине абонентской линии до 5,5 км обеспечиваются 640 кбит/с по направлению к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном). Однако эти устройства легче устанавливать; кроме того, в их составе имеется частотный разделитель, поэтому его не приходится устанавливать отдельно. По существу, достаточно просто подключить UADSL-модем к телефонной розетке, так же как и обычный модем.

Стоимость таких устройств не превышает стоимости обычного модема, поэтому стоит ожидать, что именно эта технология найдет широкое применение в аппаратуре доступа оконечных пользователей.

Производитель: RAD, TAINET.

ISDN-модемы. Устройства доступа к каналам Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3.

ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровая сеть интеграционных служб) - это еще один шаг вперед в развитии телекоммуникации. Модемы ISDN - передназначены для передачи данных по коммутируемым цифровым каналам. Используя цифровую технологию, можно с помощью пары проводов одновременно передавать голос, текстовую информацию, изображения и факсимильные сообщения, достигая при этом скорости передачи данных 128 Кбит/с. Для установки соединения между модемами ISDN необходима связь со службой ISDN, которая становится сейчас все более доступной. Стоимость пользования службой ISDN колеблется и зависит, в основном, от ее месторасположения.

Модемы, предназначенные для работы в сети ISDN, намного сложнее стандартных аналоговых модемов. Эта сложность заключается в том, что модемы ISDN имеют три отдельных канала передачи. Первые два канала, называемые В- каналами, предназначены для передачи данных и работают со скоростью 64 Кбит/с каждый. Третий канал, называемый D-каналом, используется для передачи информации маршрутизации и работает со скоростью 16 Кбит/с. Благодаря этой технологии все больше пользователей может участвовать в видеоконференциях.

С технической точки зрения то устройства ISDN - это не совсем модемы. Модемы так модулируют сигналы, находящиеся в цифровой форме, что они могут передаваться по аналоговым сетям к точке их назначения, где снова декодируются в цифровую форму. Сигналы ISDN свободно передаются по цифровым телефонным сетям, поэтому для них не нужны процессы модуляции и демодуляции. Большинство типов устройств ISDN, предназначенных для компьютеров, называются терминальными адаптерами и могут использоваться как последовательно подключенные устройства или сетевые интерфейсы. Использование такого интерфейса, как сетевой, исключает снижение производительности вашей системы, связанное с ограничением параметров последовательного порта. Использование этого типа терминальных адаптеров ISDN целесообразно с точки зрения производительности, даже если у вас только один компьютер и вы не используете всех возможностей сети. Для подсоединения к сети ISDN необходимы дополнительные телефонные линии и услуги телефонных компаний.

Существенны препятствием на пути внедрения ISDN технологиии на Российских просторах является необходимость использования витой пары, а не привычной нам “лапши”.

Для выделенных цифровых каналов (Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3) применяют устройства доступа к каналам цифровой связи (CSU/DSU), выполняющие две основные функции:

DSU предоставляют стандартный цифровой интерфейс для подключения оборудования, устанавливаемого в помещении клиента, например, маршрутизаторов и мультиплексоров (например, V.24, V.35, X.21, E1).

DSU могут использоваться так же с целью гарантирования выполнения телекоммуникационными компаниямиусловий, касающихся, например, плотности "единиц" и требований к формату кадра E1/T1. CSU (или LTU, как принято в Европе) играют роль оконечного устройства линии передачи, обеспечивая высококачественные передачу и прием данных между помещением клиента и местным центральным офисом телекоммуникационной компании. Обычно функции этих устройств включают согласование и выравнивание линии, диагностику (например, проверка по шлейфу из центрального офиса) или подачу "фантомного" тока линии для питания ретрансляторов.

Как и ISDN-модемы подобные устройства не осуществляют модуляцию-демодуляцию, а лишь обеспечивают доступ к цифровым некоммутируемым каналам передачи данных (п.2.2.1).

Как следует из выше изложенного в п. 2.2.1, в качестве передающей среды для каналов может выступать и оптический кабель. В частности подобное решение целесоообразно для сетей стандврта Т3/Е3.

ISDN-модемы и устройства доступа к каналам Е1/Т1 могут иметь как настольное (п.2.3.2), так и портативное (п.2.3.4) исполнение. Выпускаются и стоечные варианты (п.2.3.5).

Производитель: RAD, TAINET.

Модемы для оптоволоконных линий

Модемы серии FOM производства компании Rad Data Communications предназначены для передачи информации по оптоволоконным линиям связи.

Модемы этой серии могут работать как на одномодовом, с длиной волны 860нм, так и многомодовом оптоволокне с длиной волны 1300 или 1550 нм.

860нм - наиболее популярны, но имеют существенное ограничение на длину кабеля - 5 км по многомодовому кабелю. Источник излучения - светодиод.

1300нм - более универсальны - до 20 км по одномодовому волокну со светодиодом, до 50 км с применением полупроводникового лазера.

1550нм - по одномодовому с применением полупроводникового лазера до 100 км. Максимальная дистанция зависит и от диаметра применяемого кабеля.

Разнообразие моделей, работающих в диапазоне скоростей от 19.2 до 155 Мбит/сек (поддерживают стандарты Т/Е1-3 и поддерживающих различные цифровые интерфейсы, позволяет подобрать необходимый модем практически для любого пользователя.

Поддерживают синхронный и асинхронный режим передачи данных. Интерфейсы: V.24, X.21, RS-530, V.36/RS-449, G.703 E1/T1, E2/T2, E3/T3, SDH/SONET.

Как и в прочих случаях могут иметь как настольное (п.2.3.2), так и портативное (п.2.3.4) исполнение. Выпускаются и стоечные варианты (п.2.3.5).

Модемы для радиоканалов

Радио-модем

Радио модемы используют эфир как среду передачи вместо телефонных прово­дов. В этом его отличие от проводных модемов. Поэтому вместо телефонного разъема типа RJ11 радио модем имеет антенный разъем, куда вставляется ан­тенна или антенный кабель.

Кроме того, радио модем содержат радио передатчик/приемник.

Внешне радио модем выглядит как настольный и подключается к компьютеру че­рез стандартный интерфейс RS-232C, только имеет антенный вывод. В него под­ключается или входящая в комплект штыревая антенна небольшого размера (порядка 30 см.) или, если нужна большая дальность, антенный кабель, усили­тель и направленная антенна.

Современные радиомодемы используют популярную шумоподобную технологию передачи, которая очень устойчива к обычным помехам и ставит практически не­преодолимые препятствия для перехвата данных. Однако используемая высокая частота (порядка 900 Мгц и выше) требует прямой видимости, хотя есть возмож­ность обойти это ограничение, построив ретрансляцию по ломаной.

Радиосети передачи данных применяются в тех случаях, когда организация про­водных или оптоволоконных каналов связи невозможна физически, либо если су­ществующие проводные каналы связи неудовлетворяют потребителей с точки зре­ния скорости передачи информации, или их использование является экономически нецелесообразным.

Некоторые калининградские провайдеры (например Газинтер) могут подключить ваш офис к сети Iniernet через радиоканал. При этом на здании устанавливается антенна, напоминающая обычную "тарелку" для приема спутникового телевидения, которая через специаль­ное оборудование соединяется с локальной сетью офиса. И хотя начальные затра­ты на подключение через радиоканал могут быть выше, чем при подключении через линию ISDN, достигая 2500-4500 долларов, месячная плата будет ниже, составляя порядка 600 долларов.

Если ваша компания занимает несколько офисов, разбросанных по городу, для их объединения в общую сеть можно применять специальные радиомодемы, работаю­щие в диапазоне сверхвысоких частот. Они обеспечивают устойчивую связь на рас­стоянии от сотен метров до десятков километров. Конечно, разнесенные на не­сколько километров локальные сети можно объединить и через оптоволоконный кабель, однако это весьма дорогостоящее решение.

Кстати, скорость передачи данных по радиоканалу, которая зависит от поставщи­ка услуг Internet, может достигать значения 2 Мбит/с, что превышает аналогичный параметр выделенной линии ISDN. Такая скорость весьма желательна при подклю­чении значительного количества пользователей, а также для таких приложений Internet, как видеоконференции и передача звука в реальном времени.

В первую очередь можно классифицировать оборудование по радиочастотным параметрам, основным из которых является диапазон радиочастот, в котором дан­ное оборудование работает. Причем от того, в каком диапазоне работает оборудо­вание, зависят такие показатели, как дальность связи, скорость передачи информа­ции и требования к обеспечению "прямой видимости", зависимость качества связи от погодных условий. Наиболее распространенные диапазоны частот, предназна­ченные для систем передачи данных, это 136-174 Мгц, 400-512 Мгц, 820-960 МГц, 2-4 ГГц, 10-12 ГГц, 30-35 ГГц.и выше.

Зависимость параметров следующая: чем выше частота, тем выше может быть скорость передачи данных, меньше дальность, выше требования к обеспечению прямой видимости и больше чувствительность к пере­мене погоды. Эта зависимость иллюстрируется следующими примерами, показыва­ющими, каких параметров связи можно добиться при использовании различных диапазонов частот.

136-174 Мгц - скорость передачи данных до 19,2 Кбит/с, дальность связи до 50-70 км, связь может осуществлять "из-за угла" и за горизонтом за счет искривления пути прохождения радиолуча у земли.

Параметры связи практически не зависят 07 погодных условий;

400-512 Мгц - скорость передачи данных до 128 Кбит/с, дальность связи до 40-50 км. Возможна радиосвязь при помощи приема сигналов, отраженных от различ­ных зданий и сооружений, гор и т, д., хотя наличие прямой видимости желательно в диапазонах 800-960 МГц и выше возможна организация каналов передачи дан ных со скоростью свыше 2 Мбит/с, при этом обязательным является условие прямой видимости между антеннами. С ростом используемой частоты увеличивается влияние погодных условий и уменьшается дальность связи, так как условия распространения радиоволн в этом диапазоне приближаются к условиям распространения света.

Кроме того, дальность связи зависит от мощности передатчиков, чувствительно­сти приемников и характеристик применяемых антенн и радиочастотного кабеля.

Сотовый модем

Интересно, что модемы, используемые в подвижной радиотелефонии (сотовая связь), не содержат радио приемо-передающих компонент.

Сотовые (Cellular) модемы используются для мобильной радиотелефонии, к ко­торой относится и сотовая связь. Интересно, что эти модемы не содержат радио­станции (в отличие от радио (модемов), а лишь передают в нее свой сигнал.

Работают такие модемы в значительно более тяжелых условиях по сравнению со стационарными в силу следующих причин.

Тряска и температурные воздействия.

Резкое динамическое изменение величины сигнала, высокий уровень помех.

При пересечении границы сот (в случае сотовой связи) происходит переклю­чение на другую радиостанцию и связанное с этим временное пропадание сигнала (hand-off). Большинство обычных модемов в этих условиях пытается или возобновить соединение или рвет его, что неправильно.

За счет отражения сигнала от зданий приходят несколько сигналов (multipath) и накладываются, сигнал искажается или вообще периодически пропадает.

Ясно, что для такой работы нужны специальные протоколы. Ведущие производи­тели поставляют модемы такого типа.

Сотовые модемы могут работать также и как обычные модемы, т.е. выполнены как модемы с дополнительными возможностями, но часто имеют портативное исполнение.

Модемы выполнены в прочном корпусе и умещаются на ладони.

Протоколы передачи для мобильной связи являются фирменными, но среди них есть стандарт де-факто MNP10.

Главное для сотовых модемов - это значительные изменения параметров линии и сигнала в течение сеанса. Поэтому модемы используют специальные протоколы передачи, главное свойство которых - динамическая адаптация к ли­нии. Например, при наступлении неблагоприятных условий модемы уменьшают скорость или размер блока, а при улучшении - снова увеличивают. Малый раз­мер блока облегчает их повтор. Заметим, что V-протоколы не предусматривают изменения размера блока, а скорость заведомо умеет переключать только V.34 (V.32bis и V.32terbo это зависит от производителя). Помимо мобильной телефонии эти модемы с успехом используются на зашумленных и нестабильных линиях: спутниковых, сельских, междугородных, что особеннотакп-уально для отечественных условий. В силу специфики, скорости передачи ниже чем 14.4 и составляют 9-14 Кбит/с. Наиболее известны следующие протоколы.

ETC (Enhanced Throughput Cellular) компании AT&T Paradygne

Привлекателен тем, что является расширением стандартов V.32bis и V.42. Поя­вился в 1993 г. Лицензия на него доступна сторонним производителям, поэтому становится стандартом де-факто. В целом более совершенный, чем более ранний MNP10 и включает селектив­ный повтор. Увеличено с 8 (обычные модемы) до 20 число повторных запросов, которое успевает сделать ETC модем, пока удаленный модем посчи­тает, что связь надо разорвать в силу ухудшения условий.

МNР10 компании Microcom

Самый ранний. Стал стандартом де-факто. Доступен другим производителям. Способен подстраивать не только скорость, но и размер блоков. Селективный повтор отсутствует.

ZyCELL компании ZyXEL

В настоящее время это самый совершенный и быстрый протокол. Однако лицен­зия на него не выдается. Это значит, что на обоих концах должны стоять модемы ZyXEL.

Кабельные модемы

Для полноты обзора нужно упомянуть о подключении к Internet с помощью так называемых кабельных модемов. Они рассчитаны на обычные сети кабельного телевидения.

Через коаксиальный телевизионный кабель с помощью кабельного модема (сто­имостью около 300 долларов) можно передавать данные со скоростью порядка 1 Мбит/с., что не так уж и плохо, несмотря на то, что в обратном направлении (в сторону Internet) данные уходят медленнее. За рубежом в виде эксперимента неко­торые жилые дома и кварталы подключаются к Internet с помощью кабельных мо­демов, однако у нас этот способ подключения пока еще не получил широкого рас­пространения.

Вместо телефонных линий кабельные модемы используют коаксиальные кабели с широкой полосой пропускания, применяемые для передачи видеоинформации. Полсотни телевизионных каналов - лишь небольшая часть той информации, что фактически может быть передана в квартиру. Если бы весь кабель был ис­пользован для передачи информации, вы смогли бы получать ее со скоростью, пре­вышающей 750 Мбит/с, что в тысячи раз быстрее телефонного соединения. Безусловно, вы не получите полную ширину канала, однако если выбрать только четыре установленных телеканала, кабельные модемы смогут обеспечить скорости, конкурирующие с офисными внутрикорпоративными интрасетями, - до 10 Мбит/с.

Двумя самыми крупными производителями кабельных модемов являются Motorola и LANcity - дочерняя компания Bay Networks. Обе компании избрали сходный конст­руктивный подход, разработав внешнее устройство, подсоединяемое к вашему ком­пьютеру через стандартную 10 Мбит/с-плату Ethernet.

CyberSURFER фирмы Motorola - самый популярный кабельный модем в США. CyberSURFER, поставляемый с переходной головкой и сетевым оборудованием, ис­пользуют три самые больше телевизионные кабельные сети США. Несмотря на то, что выглядит он как большой внешний модем, на самом деле он является совсем другим устройством. Вы можете подсоединить его к вашему компьютеру при помо­щи стандартного кабеля 10 Base-T или к концентратору с тем, чтобы обеспечить доступ к Internet для небольшой компьютерной сети.

CyberSURFER является асинхронной системой, доставляющей информацию с очень высокой скоростью, поскольку в большинстве случаев домашний доступ в Internet используются для загрузки файлов, "серфинга" и электронной почты. Асинхронность не является проблемой: даже в этом случае CyberSURFER обещает быть гораздо быстрее, чем обычный модем. Данные подаются к телевизионному кабелю по 3 Мбит/с-каналу, который используется вместе с остальными пользователя­ми района. И все равно пеоедача происходит быстрее, чем с обычным модемом. Безусловно, производитель­ность зависит от множества параметров, начиная с характеристик вашего компыотера и кончая числом пользователей, имеющих доступ к соединяющему оборудованию узла кабельной телевизионной сети.

В настоящее время кабельные модемы производятся большинством коупнейших производителей сетевого оборудования и, видимо, станут самым быстрым способом выхода в сеть для тех, кто живет в районах с кабельным телевизионным обслуживанием. Однако до сих пор необходимое оборудование достаточно дорого. Однако и не требуется переход кабельной системы телефонной сети на витую пару, являющийся необходимым условием перехода на ISDN или xDSL технологию.

Классификация модемов по области применения

Модемы для коротких дистанций (short-range, short haul).

Модемы short-range являются эффективным недорогим решением для связи на расстояниях, не превышающих 15 -30 км, по частным линиям, не являющимся частью телефонных систем общего пользования. Такие модемы могут использоваться и для связи на больших расстояниях при соединении через линию, принадлежащую одной телефонной системе (АТС) - такое соединение называется физической линией (local loop). Модемы для коротких дистанций чувствительны к длине линии связи, поскольку при передаче в линии происходит ослабление и искажение сигналов. С увеличением длины линии скорость обмена данными должна снижаться для обеспечения безошибочной передачи.

Short-range модемы дешевле остальных типов модемов по двум причинам:

они не содержат устройств для компенсации разности частот модулятора и демодулятора;

зачастую такие модемы не содержат устройств снижения/коррекции шума, поскольку на коротких дистанциях уровень шумов существенно меньше.

Модемы для коротких дистанций делятся на два основных типа:

Аналоговые модемы с использованием простых методов модуляции без изощренного контроля ошибок. Обычно скорость таких модемов не превышает 9600 bps, однако отдельные модели поддерживают обмен данными на скорости до 64 Kbps.

Драйверы линий повышают уровень цифровых импульсов и передают в линию непосредственно цифровые сигналы без их модуляции, как это происходит при использовании обычных модемов. Драйверы линий очень дешевы, имеют крошечные размеры и присоединяются непосредственно к портам RS-232, используя для питания напряжение сигналов DCE-DTE.

Модемы для голосовых линий (voice grade - VG).

передача осуществляется по коммутируемым или арендованным линиям.

 

Вопрос 43 - Международные стандарты модемов.

Для того, чтобы два устройства могли обмениваться данными друг с другом, требуется определить и согласовать интерфейс. Для модемов стандарты определяют методы модуляции, способы коррекции ошибок и компрессии данных и ряд других параметров. Существует несколько организаций, занимающихся разработкой стандартных интерфейсов. ITU (International Telecommunications Union - Международный союз по Электросвязи) - комитет ООН (Женева, Швейцария), ISO (Innternational Standards Organisation - Международный комитет по стандартизации), ITU-T занимаются разработкой стандартов для модемов.

Cтандарты для модемов разрабатывались годами и публиковались как серия рекомендаций, помеченных префиксом V. В сША основным разработчиком стандартов является ANSI - American National Standards Institute. Комитеты ANSI, занимающиеся обработкой информации и передачей данных, обозначаются соответственно X3 и X3S3. Эти организации имеют дело со стандартами de-jure.

Существуют также стандарты de-facto, разработанные отдельными производителями оборудования, использующими в своей продукции новые свойства, еще не определенные комитетами по стандартизации. Когда такие расширения принимаются другими производителями, они становятся стандартами de-facto.

Некоторые примеры стандартов de-facto приведены ниже. Стандарт Bell-100 разработан Bell Systems для своих модемов серий 100 и 200; Bell 103 (300 bps) разработанный в 1958 году, был первым модемом для передачи данных по телефонным линиям. Язык AT-команд, разработанный фирмой Hayes (от слова Attention) для своих модемов используется сейчас всеми производителями модемов. Этот язык делает позволяет управлять модемами - от простого набора номера до задания числа звонков, после которого модем "поднимает трубку". Другим примером стандарта de-facto являются протоколы MNP, разработанные фирмой Microcom Inc. и используемые в настоящее время почти во всех модемах.

Стандарты ITU (CCITT)
Стандарт	Год принятия	Скорость	Тип линии	Модуляция
V.21			HDX/FDX Общего пользования	FSK
V.22			FDX (FDM)Общего пользования	PSK
V.22 bis			FDX (FDM)Общего пользования	QAM
V.23			FDX (FDM) Общего пользования	FSK
V.26			HDX Частные	PSK
V.26 bis			HDX Общего пользования	PSK
V.26 ter			FDX (EC) Общего пользования	PSK
V.27			HDX Частные	PSK
V.27 bis			HDX Частные	PSK
V.27 ter			HDX Общего пользования	PSK
V.29			HDX Частные	QAM
V.32			FDX (EC) Общего пользования	QAM
V.32 bis				TCM
V.32 Ter				TCM
V.FC				TCM
V.34
V.34M

Существуют и другие стандарты, определяющие функции, связанные с модемами. Некоторые из этих стандартов и протоколов перечислены ниже.

Компрессия (сжатие) данных включает различные методы, подобные кодированию Хаффмана или групповому кодированию (run length coding). Первый метод испоьзует кодирование часто встречающихся символов короткими последовательностями бит, а редких символов - длинными последовательностями. Во втором методе передается значение бита и длина цепочки одинаковых битов вместо передачи всей цепочки. Главной чертой протоколов компрессии является буферизация данных с последующим их сжатием и передачей другому модему. Получивший сжатые данные модем должен выпонить обратное преобразование. Алгоритмы сжатия данных подобны алгоритмам, используемым программами сжатия ARC, ZIP и ARJ. Код программы компрессии хранится в ПЗУ модема и обеспечивает компрессию в реальном времени. Степень сжатия зависит от характера данных. Например, исполняемые файлы PC могут быть сжаты на 40-50%. Сжатие текстовых файлов может достигать 100% (вдвое).

Протоколы, используемые модемами для передачи файлов. Широко растпространены протоколы передачи файлов Xmodem, Ymodem, Zmodem, в мэйнфреймах используется также протокол Kermit. Протокол Xmodem делит данные на блоки, каждый из которых содержит 128 байт данных и 4-байтовую контрольную сумму. На приемном конце контрольная сумма блока (128 байт) вычисляется заново и сравнивается с полученным в блоке значением. Если суммы не совпадают, запрашивается повторная передача блока. Протокол Ymodem использует блоки длиной 1024 байта с 4-байтовой контрольной суммой. За счет увеличения размера блока протокол Ymodem обеспечивает более быструю передачу. Кроме того, Ymodem обеспечивает пакетную передачу файлов с включением в пакет информации о каждом файле и его размере. Это позволяет пользователю на другом конце линии оценить время, требующееся для передачи файлов. Zmodem является свободно распространяемой (public domain) программой, которую написал Chuck Forsberg (Omen Technology). Этот протокол имеет несколько преимуществ. Размер блока составляет от 16 до 1024 байт протокол динамически определяет оптимальный размер блока в соответствии с качеством линии. Начальный размер блока составляет 1К. При наличии в линии сильных шумов размер блока автоматически уменьшается, при повышении качества связи - увеличивается заново. Скорость передачи растет с увеличением размера блока, но следует помнить, что при возникновении ошибки приходится повторять передачу большого блока. Поскольку протокол может автоматически регулировать размер блока в зависимости от качества линии, он позволяет обеспечить высокую скорость передачи. Протокол Zmodem обеспечивает продолжение передачи файла при обрыве связи с места обрыва. Размер контрольной суммы составляет 8 байт (CRC32), что повышает достоверность контроля ошибок.

Организация соединения. Организация соединения между двумя модемами включает процесс согласования параметров (handshaking), заключающийся в передаче специальных сигналов, позволяющих установить оптимальные параметры для каждого модема. Метод FallBack (снижение скорости) используется для нахождения способа обмена. Модем-инициатор связи (тот, который набирал номер) пытается соединиться на максимальной скрости с использованием наилучшей схемы сжатия данных и контроля ошибок. Если отвечающий модем не подтверждает возможность работы на такой скорости или с такими режимами компрессии/контроля ошибок, иниицатор снижает скорость или переходит к более простой схеме компрессии/контроля ошибок и пытается повторно установить связь. Попытки продолжаются до установления связи или осознания ее невозможности.

Сегодняшнее состояние и тенденции.

В настоящее время используются как внешние, так и внутренние (платы, устанавливаемые внутрь компьютера) модемы. Каждый из этих типов имеет свои преимущества и недостатки.

Реальная скорость передачи ограничена качеством существующих телефонных линий. Медленные телефонные транки, устройства, сужающие полосу вдвое на международных линиях, а также соединения через медленную сотовую сеть позволяют передавать данные со скоростью 14400 (без компрессии), хотя модем может обеспечивать скорость 28800.

Все больше пользователей работает в сети Internet или других системах с доступом по телефонным линиям (например, CompuServe). Более производительные процессоры типа Pentium или PowerPC на рабочих станциях или персональных компьютерах позволяют упростить модемы. Часть функций сигнального процессора (DSP) или микроконтроллера может быть выполнена хостом. За счет этого цены на модемы могут быть снижены.

Расширение стандарта V.34, позволяющее одновременно передавать данные и голос (DSVD - Digital Simultaneous Voice and Data) является новым шагом вперед. Спецификация DSVD обеспечивает одновременную передачу данных и речи за счет мультиплексирования пакетов, подобных пакетам ATM. Появились также модемы, обеспечивающие на реальных линиях скорость обмена 33600, а недавно были выпущены комплекты микросхем, позволяющие работать со скоростью 57600.

 

Вопрос 44 -Расширение локальных сетей. Функции повторителей и концентраторов.

Для расширения локальных вычислительных сетей и для создания больших сетей применяются интрасетевые устройства и интерсетевые устройства.

Интрасетевые устройства это устройства расширяющие сеть, а интерсетевые – связывают две различные сети (или несколько сетей любой протяженности и размера). Некоторые устройства содержат средства и для расширения, и для связывания сетей, но тем не менее, такое разделение устройств на интрасетевые и интерсетевые – отправная точка организации сетевого аппаратного обеспечения.

Повторитель - это устройства, регенерирующие электрические или световые сигналы для увеличения расстояния, на которые сигнал может распространяться. Все повторители усиливают сигнал путем его «распаковки» и повторной передачи. Повторители позволяют «связывать» с набором одинаковых протоколов, тка как они только усиливают сигнал, однако именно это и обеспечивает самую высокую скорость передачи данных.

Термин «концентратор» является общим названием устройств, связывающих сетевые компоненты друг с другом. Этими устройствами может быть любое оборудование: от простых коммутационных панелей до сложных устройств, соединяющих сети различных типов или же подключающих локальные сети к глобальной.

Практически во всех современных технологиях локальных сетей определено устройство, которое имеет несколько равноправных названий - концентратор (concentrator), хаб (hub), повторитель (repeator). В зависимости от области применения этого устройства в значительной степени изменяется состав его функций и конструктивное исполнение. Неизменной остается только основная функция - это повторение кадра либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet), либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом.

Концентратор обычно имеет несколько портов, к которым с помощью отдельных физических сегментов кабеля подключаются конечные узлы сети - компьютеры. Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяемую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из рассмотренных протоколов локальных сетей - Ethernet, Token Ring и т. п. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно зависит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются свои концентраторы - Ethernet; Token Ring; FDDI и 100VG-AnyLAN. Для конкретного протокола иногда используется свое, узкоспециализированное название этого устройства, более точно отражающее его функции или же использующееся в силу традиций, например, для концентраторов Token Ring характерно название MSAU.

Каждый концентратор выполняет некоторую основную функцию, определенную в соответствующем протоколе той технологии, которую он поддерживает. Хотя эта функция достаточно детально определена в стандарте технологии, при ее реализации концентраторы разных производителей могут отличаться такими деталями, как количество портов, поддержка нескольких типов кабелей и т. п.

Кроме основной функции концентратор может выполнять некоторое количество дополнительных функций, которые либо в стандарте вообще не определены, либо являются факультативными. Например, концентратор Token Ring может выполнять функцию отключения некорректно работающих портов и перехода на резервное кольцо, хотя в стандарте такие его возможности не описаны. Концентратор оказался удобным устройством для выполнения дополнительных функций, облегчающих контроль и эксплуатацию сети.

Рассмотрим особенности реализации основной функции концентратора на примере концентраторов Ethernet.

В технологии Ethernet устройства, объединяющие несколько физических сегментов коаксиального кабеля в единую разделяемую среду, использовались давно и получили название «повторителей» по своей основной функции - повторению на всех своих портах сигналов, полученных на входе одного из портов. В сетях на основе коаксиального кабеля обычными являлись двухпортовые повторители, соединяющие только два сегмента кабеля, поэтому термин концентратор к ним обычно не применялся.

С появлением спецификации 10Base-T для витой пары повторитель стал неотъемлемой частью сети Ethernet, так как без него связь можно было организовать только между двумя узлами сети. Многопортовые повторители Ethernet на витой паре стали называть концентраторами или хабами, так как в одном устройстве действительно концентрировались связи между большим количеством узлов сети. Концентратор Ethernet обычно имеет от 8 до 72 портов, причем основная часть портов предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 1 показан типичный концентратор Ethernet, рассчитанный на образование небольших сегментов разделяемой среды. Он имеет 16 портов стандарта 10Base-T с разъемами RJ-45, а также один порт AUI для подключения внешнего трансивера. Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиал или оптоволокно. С помощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой, либо таким образом обеспечивается подключение станции, удаленной от концентратора более чем на 100 м.

Рис. 21 - Концентратор Ethernet

Для соединения концентраторов технологии 10Base-T между собой в иерархическую систему коаксиальный или оптоволоконный кабель не обязателен, можно применять те же порты, что и для подключения конечных станций, с учетом одного обстоятельства. Дело в том, что обычный порт RJ-45, предназначенный для подключения сетевого адаптера и называемый MDI-X (кроссированный MDI), имеет инвертированную разводку контактов разъема, чтобы сетевой адаптер можно было подключить к концентратору с помощью стандартного соединительного кабеля, не кроссирующего контакты (рис. 1). В случае соединения концентраторов через стандартный порт MDI-X приходится использовать нестандартный кабель с перекрестным соединением пар. Поэтому некоторые изготовители снабжают концентратор выделенным портом MDI, в котором нет кроссирования пар. Таким образом, два концентратора можно соединить обычным некроссированным кабелем, если это делать через порт MDI-X одного концентратора и порт MDI второго. Чаще один порт концентратора может работать и как порт MDI-X, и как порт MDI, в зависимости от положения кнопочного переключателя, как это показано в нижней части рис.2

Рис. 22 - Соединения типа «станция-концентратор» и «концентратор-концентратор» на витой паре

Многопортовый повторитель-концентратор Ethernet может по-разному рассматриваться при использовании правила 4-х хабов. В большинстве моделей все порты связаны с единственным блоком повторения, и при прохождении сигнала между двумя портами повторителя блок повторения вносит задержку всего один раз. Поэтому такой концентратор нужно считать одним повторителем с ограничениями, накладываемыми правилом 4-х хабов. Но существуют и другие модели повторителей, в которых на несколько портов имеется свой блок повторения. В таком случае каждый блок повторения нужно считать отдельным повторителем и учитывать его отдельно в правиле 4-х хабов.

Некоторые отличия могут демонстрировать модели концентраторов, работающие на одномодовый волоконно-оптический кабель. Дальность сегмента кабеля, поддерживаемого концентратором FDDI, на таком кабеле может значительно отличаться в зависимости от мощности лазерного излучателя - от 10 до 40 км.

Однако если существующие различия при выполнении основной функции концентраторов не столь велики, то их намного превосходит разброс в возможностях реализации концентраторами дополнительных функций.

 

Вопрос 45 - Расширение локальных сетей. Функции мостов.

Под логической структуризацией сети понимается разбиение общей разделяемой среды на логические сегменты, которые представляют самостоятельные разделяемые среды с меньшим количеством узлов. Сеть, разделенная на логические сегменты, обладает более высокой производительностью и надежностью. Взаимодействие между логическими сегментами организуется с помощью мостов и коммутаторов.

Организация моста - это комбинирование отдельных сетей в единую сеть. Точнее, организация мостов позволяет передавать данные между двумя (или более) различными сетями, обеспечивая в то же время для них раздельный трафик. Мосты не зависят от типа используемых протоколов. Обычно их не касается, какой транспортный протокол используется – IPX или TCP/IP. Если мост может прочитать адрес источника и адреса места назначения пакете, значит, он может определить, что ему следует сделать: отфильтровать или переслать пакет.

Как работают мосты

Маршрутизаторы являются устройствами, работающими на сетевом уровне, которые позволяют связывать сети с широко распространенными маршрутизируемыми…  

Вопрос 46 - Расширение локальных сетей. Функции маршрутизаторов.

Маршрутизаторы являются устройствами, работающими на сетевом уровне, которые позволяют связывать сети с широко распространенными маршрутизируемыми сетевым протоколами. Если у вас есть удаленный доступ к Internet, то вы уже имеете некоторые представление о том, как пакеты перемещаются в маршрутизируемую сеть. Если для этого используется какая-либо версия Windows, то при конфигурировании удаленного доступа потребуется указать шлюз, используемый по умолчанию. Этот шлюз фактически и является маршрутизатором. Он не посылает пакеты напрямую по их адресу, но выполняет широковещательную передачу в вашу локальную сеть.

Как работает маршрутизатор

Сеть может иметь более одного маршрутизатора, подключенного к другим сетям, но один из них должен быть определен как шлюз по умолчанию, и он будет… Шлюзы выполняют более сложную работу, чем мосты или маршрутизаторы. Мосты… Наиболее общим методом, требующим наименьшей загрузки процессора, являетеся туннелирование. Оно выполняется…

Вопрос 47 - Организация аналоговых телефонных сетей.

Наиболее популярными коммутируемыми каналами являются каналы, создаваемые обычными аналоговыми телефонными сетями. В англоязычной литературе их иногда называют POTS (Plain Old Telephone Service), - что-то вроде «старая добрая телефонная служба», хотя, конечно, название PSTN (Public Switched Telephone Network) - «публичная коммутируемая телефонная сеть» является более официальным. К сожалению, эти сети малопригодны для построения магистралей корпоративных сетей. Со средней пропускной способностью 9600 бит/с коммутируемые аналоговые линии, оснащенные модемами, подходят только для пользователя с минимальными требованиями к времени реакции системы. Максимальная на сегодня пропускная способность в 56 Кбит/с достигается только в том случае, если все коммутаторы в сети на пути следования данных являются цифровыми, да и то такая скорость обеспечивается только в направлении «сеть - пользователь».

Чаще всего такие линии используются для индивидуального удаленного доступа к сети или же как резервные линии связи небольших офисов с центральным отделением предприятия. Доступ по телефонной сети имеет англоязычное название «dial-up access». Тем не менее при недостатке средств коммутируемые аналоговые линии обеспечивают связь локальных сетей между собой. Это выгодный режим соединения, если количество передаваемых данных невелико и данные не требуют частого обновления. В этом случае две сети могут соединяться по аналоговой телефонной сети, например, раз в сутки, передавать в течение нескольких минут данные, а затем разрывать соединение. При повременной оплате телефонного соединения такой режим оказывается эффективным. Обычно к нему прибегают для передачи сводок работы предприятия за день, точнее тех частей сводок, которые имеют небольшие объемы (чаще всего - это числовые показатели, без графики).

Ниже перечислены основные характеристики аналоговых телефонных сетей.

· При вызове пользователи получают прямое соединение через коммутаторы в сети. Прямое соединение эквивалентно паре проводов с полосой пропускания от 300 до 3400 Гц. Абонентское окончание 2-проводное.

· Вызов абонента может осуществляться двумя способами: с помощью импульсного набора с частотой 10 Гц или тонового набора с частотой 10 Гц. При импульсном наборе длительность набора зависит от того, какие цифры образуют номер - например, цифра 0 передается десятью последовательными импульсами, цифра 9 - девятью и т. д. При тоновом наборе любая цифра передается подачей в сеть двух синусоидальных сигналов разной частоты в течение 50 мс (сопровождаемых паузой 50 мс). Поэтому набор номера тоновым способом в среднем в 5 раз быстрее, чем импульсный (к сожалению, в нашей стране импульсный набор пока остается основным способом набора во всех городах).

· Коммутаторы сети не позволяют обеспечить промежуточное хранение данных. Поскольку запоминающие устройства в коммутаторах отсутствуют, возможен отказ в соединении при занятости абонента или при исчерпании коммутатором своих возможностей по соединению входных и выходных каналов (занятость АТС).

· Для передачи дискретных данных по аналоговым коммутируемым сетям используются модемы, поддерживающие процедуру вызова абонента.

· Пропускная способность коммутируемого аналогового канала заранее неизвестна, так как модемы устанавливают соединение на скорости, подходящей для реального качества канала. Так как качество коммутируемых каналов меняется в течение сеанса связи, то модемы изменяют скорость передачи данных динамически.

В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей могут использоваться два принципа коммутации - аналоговый, основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой, основанный на разделении канала во времени (TDM).

Системы, работающие по методу частотного уплотнения, подразделяются на электромеханические и программно-управляемые электронные. Электромеханические системы (например, шаговые искатели) управляются по проводным цепям и приводятся в действие электродвигателями или шаговыми искателями. В электромеханических системах логика маршрутизации встроена в аппаратуру. В программно-управляемых коммутаторах логика коммутации реализуется программным обеспечением, а сама коммутация выполняется электронным способом.

Электромеханические коммутаторы, естественно, создают значительные помехи в коммутируемых каналах. Кроме того, дополнительные помехи создает сам способ коммутации уплотненных каналов на основе FDM. Это объясняется тем, что коммутировать уплотненные в общий канал сигналы отдельных абонентов невозможно. Перед операцией коммутации всегда нужно провести полное демультиплексирование сигналов абонентских каналов, то есть превратить сигнал высокочастотной несущей (который находится в диапазоне от 60 до 108 кГц для уплотненного канала первого уровня, состоящего из 12 абонентских каналов) в голосовой сигнал со спектром от 300 до 3400 Гц. Только затем такие каналы можно коммутировать с помощью шаговых искателей или электронных ключей. После коммутации абонентские каналы снова уплотняются в высокочастотный канал, но каждый входной канал теперь уже накладывается на несущую другой порядковой частоты, что и соответствует операции коммутации (напомним, что при TDM-коммутации в уплотненном кадре меняется порядок следования байт).

Операция демультиплексирования высокочастотной несущей, а затем повторное наложение сигналов на высокочастотные несущие создает значительные помехи (треск и свист в телефонной трубке), которые существенно снижают качество коммутируемых каналов по сравнению с выделенными аналоговыми. Понятно, что наличие электромеханических элементов только усугубляет картину, а старые АТС с шаговыми искателями еще эксплуатируются (в Москве только совсем недавно была демонтирована АТС 231, которая работала с 30-х годов и была, естественно, электромеханической).

Переход на цифровые методы коммутации существенно повышает качество коммутируемых каналов даже при том, что сигнал от абонента поступает в ближайшую АТС в аналоговой форме, а значит, подвергается на «последней миле» воздействию помех, которые уже невозможно отфильтровать.

 

Вопрос 48 - Способы подключения к глобальной сети Интернет

Подключение к Интернету с помощью поставщика услуг означа­ет, что вы с помощью своего модема устанавливаете соединение с компьютером поставщика, который и связывает вас с Интернетом. В большинстве случаев ваш модем для подключения использует обычную телефонную сеть.

В настоящее время используются четыре различных варианта подключения к Интернету:

¾ Постоянное подключение -позволяет работать с Интернетом в любое время и часто используется для подключения локальной сети к Интернету, после чего все пользователи локальной сети могут одновременно работать в Интернете. Постоянное подключение осуществляется с помощью выделенной линии связи, которая обеспечивает высокую скорость передачи информации.

¾ Работа исключительно с помощью электронной почты - вы можете подключиться к Интернету таким образом, что будете только посылать и принимать электронные письма.

¾ Коммутируемое соединение с помощью эмуляции терминала - модем по обычной телефонной линии доз­ванивается до модема, установленного у поставщика услуг Интернета. После того как модемы установили соединение, специальное программное обеспечение превращает ваш компьютер в удаленный терминал компьютера поставщика. Отсюда и идет название «эмуляция терминала». Теперь ваш компьютер не выполняет собственные вычисления, а просто, как и положено терминалу, посылает все, что вы набираете на своей клавиатуре, удаленному компьютеру. Удаленный компьютер распознает команды и выполняет соответствующие им действия, результаты которых передаются назад и выводятся на экран вашего монитора.

Коммутируемое IP-соединение -основной способ подключения к Интернету .С помощью этого соединения модем через обычную телефонную линию связывается с модемом, установленном на компьютере поставщика сетевых услуг. После установки связи ваш компьютер становится частью Интернета. На время соединения вы становитесь полноправным пользователем Интернета, которому доступны все услуги без исключения. При коммутируемом IP-соединении между компьютером и другими компьютерами, подключенными к Интернету, осуществляется передача пакетов TCP/IP. Этот вид соединения с Интернетом также называют сеансовым соединением, так как во время сеанса связи вы становитесь полноправным пользователем Интернета, а по окончании сеанса связь с Интернетом разрывается.

Подключение локальной сети к Интернет.

При подключении локальной сети к Интернет предлагается несколько решений:

• по выделенной линии;

• по линии ISDN;

• по ADSL линии;

• по радиоканалу;

• подключение с организацией back-up каналов;

• подключение распределеннойсети.

По выделенной линии

Организация подключения сети к Интернет на базе выделенной линии является . Основой данного решения является договоренность с провайдером связи об организации отдельного канала связи на базе существующей кабельной инфраструктуры или при помощи прокладки кабеля в офис заказчика. Для обеспечения выделенного каналасвязи необходимо установить высокоскоростные модемы по обе стороны кабеля.

По линии ISDN

Операторы связи предлагают два основных типа подключения по линии ISDN: Basic Rate Interface (BRI) и Primary Rate Interface (PRI) при этом скорость подключения варьирутся от 64Кбит/с до 2 Мбит/с. Преимущество линии ISDN состоит в использовании уже имеющейся инфраструктуры телефонной связи. Технология ISDN позволяет пользователю повременно работать в сети Интернет и разговаривать по телефону. Также достоинством технологии является простота реализации подключения.

По линии ADSL

Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) дала новый толчок развитию глобальной сети Интернет. Работа современного пользователя Интернет заключается, в основном, в сборе информации путем получения данных из глобальной среды. Преимуществом использования ADSL для работы в Интернет является то, что скорость передачи данных очень высока (до 7 Мбит/с). Услуга доступа в глобальную сеть по линии ADSL строится на базе обычного медного телефонного кабеля. Для одновременной работы телефона и доступа в Интернет используется устройство, называемое сплиттер. Сплиттер представляет собой устройство разделения канала и имеет три порта. Один порт подключается непосредственно к ADSL линии, второй используется для передачи данных, а третий - для аналогового телефонного аппарата.

По радиоканалу

В последнее время широкое распространение получают услуги по предоставлению доступа в Интернет по радиоканалу. Преимущества этого способа подключения очевидны; не нужно тянуть дорогой кабель. Для организации канала достаточно установить радио-модемы, которые будут подключены к локальным сетям провайдера и клиента.

С организацией back-up каналов

Для обеспечения надежной соединенияи работы используют back-up каналы. Наиболее часто встречающиеся решения это:

• два канала от разных провайдеров;

• два канала, использующие различные технологии от одного провайдера;

• два канала, использующие различные технологии от двух разных провайдеров.

Подключение распределенной сети к Интернет

Используется при централизованной и децентрализованной топологии локальной сети при подключении к Интернет. При использовании централизованной топологии подключение распределенной сети к глобальной среде Интернет строится на базе центральной точки.

Если выбирается децентрализованная структура, каждый филиал самостоятельно выполняет подключение своего офиса к Интернет.

 

Вопрос 49 - Модемы для работы на коммутируемых аналоговых линиях

 

Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам используются модемы, которые:

· поддерживают процедуру автовызова абонента;

· работают по 2-проводному окончанию, так как в телефонных сетях для коммутируемых каналов предусмотрено именно это окончание.

Чаще всего сегодня для коммутируемых каналов используются те же модели модемов, что и для выделенных, так как последние стандарты определяют два режима работы - по выделенным каналам и по коммутируемым. Естественно, такие комбинированные модели дороже моделей, поддерживающих только один режим работы - по коммутируемым каналам.

Для передачи данных по коммутируемым каналам CCITT разработал ряд основных стандартов, определяющих скорость и метод кодирования сигналов.

Стандарты первой группы являются основными и состоят из следующих спецификаций:

· V.21 - дуплексная асинхронная передача данных на скорости 300 бит/с;

· V.22 - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скорости 1,2 Кбит/с;

· V.22 bis - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

· V.26 ter - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 1,2 и 2,4 Кбит/с;

· V.32 - дуплексная асинхронная/синхронная передача данных на скоростях 4,8 и 9,6 Кбит/с;

· V.32 bis - дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости до 14,4 Кбит/с;

· V.34 - дуплексная передача на скорости до 28,8 Кбит/с;

· V.34+ - дуплексная передача на скорости до 33,6 Кбит/с.

На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие стандарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.

Для реализации функций автовызова современные модемы поддерживают несколько способов. При работе с модемом по асинхронному интерфейсу обычно используется система команд, предложенная компанией Hayes для своей модели Smartmodem в начале 80-х годов. Каждая команда состоит из набора обычных символов, передаваемых модему в старт-стопном режиме. Например, для указания набора номера в импульсном режиме необходимо послать модему команду ATDP. Это можно сделать даже вручную, если модем подключен к обычному алфавитно-цифровому терминалу через интерфейс RS-232C.

Для синхронных интерфейсов между модемом и DTE используются два стандарта автонабора номера: V.25 и V.25bis. Стандарт V.25 требует, чтобы, помимо основного интерфейса для передачи данных, модем соединялся с DTE отдельным интерфейсом V.25/RS-366 на специальном 25-контактном разъеме. В стандарте V.25 bis для передачи команд автовызова предусмотрен тот же разъем, что и в основном интерфейсе, то есть RS-232C. Интерфейсы V.25 и V.25 bis могут работать не только в синхронном режиме с DTE, но и в асинхронном, но в основном характерны для синхронных интерфейсов, так как в асинхронном режиме для автовызова чаще используются Hayes-команды.

Для модемов, работающих с DTE по асинхронному интерфейсу, комитет CCITT разработал протокол коррекции ошибок V.42. До его принятия в модемах, работающих по асинхронному интерфейсу, коррекция ошибок обычно выполнялась по протоколам фирмы Microcom, еще одного лидера в области модемных технологий. Эта компания реализовала в своих модемах несколько различных процедур коррекции ошибок, назвав их протоколами MNP (Microcom Networking Protocol) классов 2-4.

В стандарте V.42 основным является другой протокол - протокол LAP-M (Link Access Protocol for Modems). Однако стандарт V.42 поддерживает и процедуры MNP 2-4, поэтому модемы, соответствующие рекомендации V.42, позволяют устанавливать свободную от ошибок связь с любым модемом, поддерживающим этот стандарт, а также с любым MNP-совместимым модемом. Протокол LAP-M принадлежит семейству HDLC и в основном работает так же, как и другие протоколы этого семейства - с установлением соединения, кадрированием данных, нумерацией кадров и восстановлением кадров с поддержкой метода скользящего окна. Основное отличие от других протоколов этого семейства - наличие кадров XID и BREAK. С помощью кадров XID (eXchange Identification) модемы при установлении соединения могут договориться о некоторых параметрах протокола, например о максимальном размере поля данных кадра, о величине тайм-аута при ожидании квитанции, о размере окна и т. п. Эта процедура напоминает переговорные процедуры протокола РРР. Команда BREAK (BRK) служит для уведомления модема-напарника о том, что поток данных временно приостанавливается. При асинхронном интерфейсе с DTE такая ситуация может возникнуть. Команда BREAK посылается в ненумерованном кадре, она не влияет на нумерацию потока кадров сеанса связи. После возобновления поступления данных модем возобновляет и отправку кадров, как если бы паузы в работе не было.

Почти все современные модемы при работе по асинхронному интерфейсу поддерживают стандарты сжатия данных CCITT V.42bis и MNP-5 (обычно с коэффициентом 1:4, некоторые модели - до 1:8). Сжатие данных увеличивает пропускную способность линии связи. Передающий модем автоматически сжимает данные, а принимающий их восстанавливает. Модем, поддерживающий протокол сжатия, всегда пытается установить связь со сжатием данных, но если второй модем этот протокол не поддерживает, то и первый модем перейдет на обычную связь без сжатия.

При работе модемов по синхронному интерфейсу наиболее популярным является протокол компрессии SDC (Synchronous Data Compression) компании Motorola.

Новый модемный стандарт V.90 является технологией, направленной на обеспечение недорогого и быстрого способа доступа пользователей к сетям поставщиков услуг. Этот стандарт обеспечивает асимметричный обмен данными: со скоростью 56 Кбит/с из сети и со скоростью 30-40 Кбит/с в сеть. Стандарт совместим со стандартом V.34+.

Основная идея технологии асимметричных модемов состоит в следующем. В современных телефонных сетях часто единственным аналоговым звеном в соединении с сервером удаленного доступа является телефонная пара, связывающая модем компьютера с коммутатором телефонной станции. Этот канал оптимизирован для передачи речевых сигналов: максимальная скорость передачи данных определяется из условия предельно допустимого соотношения между шумами физической линии передачи и погрешностью дискретизации звукового сигнала при его оцифровывании. Эта величина задается стандартом V.34+ и равна 33,6 Кбит/с.

Однако все выше приведенные соображения справедливы только для одного направления передачи данных - от аналогового модема к телефонной станции. Именно на этом участке выполняется аналого-цифровое преобразование, которое вносит погрешность квантования. Эта погрешность добавляется к другим помехам линии и ограничивает скорость передачи 33,6 Кбит/с. Обратное же цифро-аналоговое преобразование не вносит дополнительного шума, что делает возможным увеличение скорости передачи от телефонной станции к модему пользователя до 56 Кбит/с.

Достоинством новой технологии является то, что для ее внедрения не требуется вносить какие-либо изменения в оборудование телефонной станции - нужно лишь изменить программу в цифровых модемах, установленных в стойках у поставщика услуг, а также загрузить в пользовательский модем новую программу либо заменить микросхему памяти в зависимости от модели и производителя.

Технологии асимметричных модемов рассчитаны на то, что сервер удаленного доступа поставщика услуг корпоративной или публичной сети с коммутацией пакетов подключен к какой-либо АТС телефонной сети по цифровому интерфейсу, например BRI ISDN, или же по выделенному каналу Т1/Е1. Так что цифровой поток данных, идущий от сервера, постоянно пересылается сетью в цифровой форме и только на абонентском окончании преобразуется в аналоговую форму. Если же сервер удаленного доступа подключен к телефонной сети по обычному аналоговому окончанию, то даже наличие модема V.90 у сервера не спасет положение - данные будут подвергаться аналого-цифровому преобразованию, и их максимальная скорость не сможет превысить 33,6 Кбит/с. При подключении же модемов V.90 к телефонной сети с обеих сторон обычным способом, то есть через аналоговые окончания, они работают как модемы V.34+. Такая же картина будет наблюдаться в случае, если в телефонной сети на пути трафика встретится аналоговый коммутатор.

 

Вопрос 50 - Передовые технологии глобальных вычислительных сетей. Асинхронный режим передачи данных (АТМ).

Гетерогенность - неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администраторы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее перспективу уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный интерес сетевых специалистов. Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN).

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей.

· Передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям.

· Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гага-бит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений.

· Общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей.

· Сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SDH STM-n, FDDI.

· Взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Главная идея технологии асинхронного режима передачи была высказана достаточно давно - этот термин ввела лаборатория Bell Labs еще в 1968 году. Основной разрабатываемой технологией тогда была технология TDM с синхронными методами коммутации, основанными на порядковом номере байта в объединенном кадре. Главный недостаток технологии TDM, которую также называют технологией синхронной передачи STM (Synchronous Transfer Mode), заключается в невозможности перераспределять пропускную способность объединенного канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользовательские данные, объединенный канал все равно передает байты этого подканала, заполненные нулями.

Попытки загрузить периоды простоя подканалов приводят к необходимости введения заголовка для данных каждого подканала. В промежуточной технологии STDM (Statistical TDM), которая позволяет заполнять периоды простоя передачей пульсаций трафика других подканалов, действительно вводятся заголовки, содержащие номер подканала. Данные при этом оформляются в пакеты, похожие по структуре на пакеты компьютерных сетей. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты одного подканала вставляются в свободные тайм - слоты другого подканала, но не смешиваются с данными этого подканала, так как имеют собственный адрес.

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также разрабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосовой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN - это передача факсов, распространение телевизионного изображения, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, например проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN - например, для передачи цветного телевизионного изображения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для АТМ она не составляет больших проблем.

Разработку стандартов АТМ осуществляет группа организаций под названием АТМ Forum под эгидой специального комитета IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. АТМ - это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах, поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 году, работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает тот факт, что в АТМ Forum принимают участие практически все заинтересованные стороны - производители телекоммуникационного оборудования, производители оборудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы. До широкого распространения технологии АТМ по оценкам специалистов должно пройти еще 5-10 лет. Такой прогноз связан не только с отсутствием полного набора принятых стандартов, но и с невозможностью быстрой замены уже установленного дорогого оборудования, которое хотя и не так хорошо, как хотелось бы, но все же справляется со своими обязанностями. Кроме того, многое еще нужно сделать в области стандартизации взаимодействия АТМ с существующими сетями, как компьютерными, так и телефонными.

Сеть АТМ имеет классическую структуру крупной территориальной сети - конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы АТМ пользуются 20-байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика на основе техники виртуальных каналов. Для частных сетей АТМ определен протокол маршрутизации PNNI (Private NNI), с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически. В публичных сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI.

Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Адрес конечного узла АТМ, на основе которого прокладывается виртуальный канал, имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и т. п., что упрощает маршрутизацию запросов установления соединения, как и при использовании агрегированных IP-адресов в соответствии с техникой CIDR.

Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Для ускорения коммутации в больших сетях используется понятие виртуального пути - Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети АТМ общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети. Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) является старшей частью локального адреса и представляет собой общий префикс для некоторого количества различных виртуальных каналов. Таким образом, идея агрегирования адресов в технологии АТМ применена на двух уровнях - на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).

Соединения конечной станции АТМ с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface). Спецификация UNI определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола АТМ, способы установления виртуального канала и способы управления трафиком.

В настоящее время принята версия UNI 4.0, но наиболее распространенной версией, поддерживаемой производителями оборудования, является версия UNI 3.1.

Стандарт АТМ не вводит свои спецификации на реализацию физического уровня. Здесь он основывается на технологии SDH/SONET, принимая ее иерархию скоростей. В соответствии с этим начальная скорость доступа пользователя сети - это скорость ОС-3 155 Мбит/с. Организация АТМ Forum определила для АТМ не все иерархии скоростей SDH, а только скорости ОС-3 и ОС-12 (622 Мбит/с). На скорости 155 Мбит/с можно использовать не только волоконно-оптический кабель, но и неэкранированную витую пару категории 5. На скорости 622 Мбит/с допустим только волоконно-оптический кабель, причем как SMF, так и MMF.

Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH/ SONET. К ним относятся интерфейсы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ, распространенные в глобальных сетях, и интерфейсы локальных сетей - интерфейс с кодировкой 4В/5В со скоростью 100 Мбит/с (FDDI) и интерфейс со скоростью 25 Мбит/с, предложенный компанией IBM и утвержденный АТМ Forum. Кроме того, для скорости 155,52 Мбит/с определен так называемый «cell-based» физический уровень, то есть уровень, основанный на ячейках, а не на кадрах SDH/SONET. Этот вариант физического уровня не использует кадры SDH/SONET, а отправляет по каналу связи непосредственно ячейки формата АТМ, что сокращает накладные расходы на служебные данные, но несколько усложняет задачу синхронизации приемника с передатчиком на уровне ячеек.

Все перечисленные выше характеристики технологии АТМ не свидетельствуют о том, что это некая «особенная» технология, а скорее представляют ее как типичную технологию глобальных сетей, основанную на технике виртуальных каналов. Особенности же технологии АТМ лежат в области качественного обслуживания разнородного трафика и объясняются стремлением решить задачу совмещения в одних и тех же каналах связи и в одном и том же коммуникационном оборудовании компьютерного и мультимедийного трафика таким образом, чтобы каждый тип трафика получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как «второстепенный».

Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходимости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в широких пределах - например, коэффициент пульсаций трафика (отношения максимальной мгновенной интенсивности трафика к его средней интенсивности) протоколов без установления соединений может доходить до 200, а протоколов с установлением соединений - до 20. Чувствительность компьютерного трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя и их необходимо восстановить за счет повторной передачи.

 

Вопрос 51 - Мониторинг и анализ локальных сетей. Классификация средств мониторинга и анализа локальных сетей.

Постоянный контроль за работой локальной сети, составляющей основу любой корпоративной сети, необходим для поддержания ее в работоспособном состоянии. Контроль - это необходимый первый этап, который должен выполняться при управлении сетью. Ввиду важности этой функции ее часто отделяют от других функций систем управления и реализуют специальными средствами. Такое разделение функций контроля и собственно управления полезно для небольших и средних сетей, для которых установка интегрированной системы управления экономически нецелесообразна. Использование автономных средств контроля помогает администратору сети выявить проблемные участки и устройства сети, а их отключение или реконфигурацию он может выполнять в этом случае вручную.

Процесс контроля работы сети обычно делят на два этапа - мониторинг и анализ.

На этапе мониторинга выполняется более простая процедура - процедура сбора первичных данных о работе сети: статистики о количестве циркулирующих в сети кадров и пакетов различных протоколов, состоянии портов концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов и т. п.

Далее выполняется этап анализа, под которым понимается более сложный и интеллектуальный процесс осмысления собранной на этапе мониторинга информации, сопоставления ее с данными, полученными ранее, и выработки предположений о возможных причинах замедленной или ненадежной работы сети.

Задачи мониторинга решаются программными и аппаратными измерителями, тестерами, сетевыми анализаторами, встроенными средствами мониторинга коммуникационных устройств, а также агентами систем управления. Задача анализа требует более активного участия человека и использования таких сложных средств, как экспертные системы, аккумулирующие практический опыт многих сетевых специалистов.

Классификация средств мониторинга и анализа

Все многообразие средств, применяемых для анализа и диагностики вычислительных сетей, можно разделить на несколько крупных классов.

· Агенты систем управления, поддерживающие функции одной из стандартных MIB и поставляющие информацию по протоколу SNMP или CMIP. Для получения данных от агентов обычно требуется наличие системы управления, собирающей данные от агентов в автоматическом режиме.

· Встроенные системы диагностики и управления (Embedded systems). Эти системы выполняются в виде программно-аппаратных модулей, устанавливаемых в коммуникационное оборудование, а также в виде программных модулей, встроенных в операционные системы. Они выполняют функции диагностики и управления только одним устройством, и в этом их основное отличие от ценрализованных систем управления. Примером средств этого класса может служить модуль управления многосегментным повторителем Ethernet, реализующий функции автосегментации портов при обнаружении неисправностей, приписывания портов внутренним сегментам повторителя и некоторые другие. Как правило, встроенные модули управления «по совместительству» выполняют роль SNMP-агентов, поставляющих данные о состоянии устройства для систем управления.

· Анализаторы протоколов (Protocol analyzers). Представляют собой програмные или аппаратно-программные системы, которые ограничиваются в отличие от систем управления лишь функциями мониторинга и анализа трафика в сетях. Хороший анализатор протоколов может захватывать и декодировать пакеты большого количества протоколов, применяемых в сетях, - обычно несколько десятков. Анализаторы протоколов позволяют установить некоторые логические условия для захвата отдельных пакетов и выполняют полное декодирование захваченных пакетов, то есть показывают в удобной для специалиста форме вложенность пакетов протоколов разных уровней друг в друга с расшифровкой содержания отдельных полей каждого пакета.

· Экспертные системы. Этот вид систем аккумулирует знания технических специалистов о выявлении причин аномальной работы сетей и возможных способах приведения сети в работоспособное состояние. Экспертные системы часто реализуются в виде отдельных подсистем различных средств мониторинга и анализа сетей: систем управления сетями, анализаторов протоколов, сетевых анализаторов. Простейшим вариантом экспертной системы является контекстно-зависимая система помощи. Более сложные экспертные системы представляют собой, так называемые базы знаний, обладающие элементами искусственного интеллекта. Примерами таких систем являются экспертные системы, встроенные в систему управления Spectrum компании Cabletron и анализатора протоколов Sniffer компании Network General. Работа экспертных систем состоит в анализе большого числа событий для выдачи пользователю краткого диагноза о причине неисправности сети.

· Оборудование для диагностики и сертификации кабельных систем. Условно это оборудование можно поделить на четыре основные группы: сетевые мониторы, приборы для сертификации кабельных систем, кабельные сканеры и тестеры.

· Сетевые мониторы (называемые также сетевыми анализаторами) предназначены для тестирование кабелей различных категорий. Сетевые мониторы собирают также данные о статистических показателях трафика - средней интенсивности общего трафика сети, средней интенсивности потока пакетов с определенным типом ошибки и т. п. Эти устройства являются наиболее интеллектуальными устройствами из всех четырех групп устройств данного класса, так как работают не только на физическом, но и на канальном, а иногда и на сетевом уровнях.

· Устройства для сертификации кабельных систем выполняют сертификацию в соответствии с требованиями одного из международных стандартов на кабельные системы.

· Кабельные сканеры используются для диагностики медных кабельных систем.

· Тестеры предназначены для проверки кабелей на отсутствие физического разрыва.

· Многофункциональные портативные устройства анализа и диагностики. В связи с развитием технологии больших интегральных схем появилась возможность производства портативных приборов, которые совмещали бы функции нескольких устройств: кабельных сканеров, сетевых мониторов и анализаторов протоколов.

 

Вопрос 52 - Анализаторы протоколов. Свойства анализаторов протоколов.

Анализатор протоколов представляет собой либо специализированное устройство, либо персональный компьютер, обычно переносной, класса Notebook, оснащенный специальной сетевой картой и соответствующим программным обеспечением. Применяемые сетевая карта и программное обеспечение должны соответствовать технологии сети (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet). Анализатор подключается к сети точно так же, как и обычный узел. Отличие состоит в том, что анализатор может принимать все пакеты данных, передаваемые по сети, в то время как обычная станция - только адресованные ей. Для этого сетевой адаптер анализатора протоколов переводится в режим «беспорядочного» захвата - promiscuous mode.

Программное обеспечение анализатора состоит из ядра, поддерживающего работу сетевого адаптера и программного обеспечения, декодирующего протокол канального уровня, с которым работает сетевой адаптер, а также наиболее распространенные протоколы верхних уровней, например IP, TCP, ftp, telnet, HTTP, IPX, NCP, NetBEUI, DECnet и т. п. В состав некоторых анализаторов может входить также экспертная система, которая позволяет выдавать пользователю рекомендации о том, какие эксперименты следует проводить в данной ситуации, что могут означать те или иные результаты измерений, как устранить некоторые виды неисправности сети.

Анализаторы протоколов имеют некоторые общие свойства.

· Возможность (кроме захвата пакетов) измерения среднестатистических показателей трафика в сегменте локальной сети, в котором установлен сетевой адаптер анализатора. Обычно измеряется коэффициент использования сегмента, матрицы перекрестного трафика узлов, количество хороших и плохих кадров, прошедших через сегмент.

· Возможность работы с несколькими агентами, поставляющими захваченные пакеты из разных сегментов локальной сети. Эти агенты чаще всего взаимодействуют с анализатором протоколов по собственному протоколу прикладного уровня, отличному от SNMP или CMIP.

· Наличие развитого графического интерфейса, позволяющего представить результаты декодирования пакетов с разной степенью детализации.

· Фильтрация захватываемых и отображаемых пакетов. Условия фильтрации задаются в зависимости от значения адресов назначения и источника, типа протокола или значения определенных полей пакета. Пакет либо игнорируется, либо записывается в буфер захвата. Использование фильтров значительно ускоряет и упрощает анализ, так как исключает захват или просмотр ненужных в данный момент пакетов.

· Использование триггеров. Триггеры - это задаваемые администратором некоторые условия начала и прекращения процесса захвата данных из сети. Такими условиями могут быть: время суток, продолжительность процесса захвата, появление определенных значений в кадрах данных. Триггеры могут использоваться совместно с фильтрами, позволяя более детально и тонко проводить анализ, а также продуктивнее расходовать ограниченный объем буфера захвата.

· Многоканальность. Некоторые анализаторы протоколов позволяют проводить одновременную запись пакетов от нескольких сетевых адаптеров, что удобно для сопоставления процессов, происходящих в разных сегментах сети. Возможности анализа проблем сети на физическом уровне у анализаторов протоколов минимальные, поскольку всю информацию они получают от стандартных сетевых адаптеров. Поэтому они передают и обобщают информацию физического уровня, которую сообщает им сетевой адаптер, а она во многом зависит от типа сетевого адаптера. Некоторые сетевые адаптеры сообщают более детальные данные об ошибках кадров и интенсивности коллизий в сегменте, а некоторые вообще не передают такую информацию верхним уровням протоколов, на которых работает анализатор протоколов.

С распространением серверов Windows NT все более популярным становится анализатор Network Monitor фирмы Microsoft. Он является частью сервера управления системой SMS, а также входит в стандартную поставку Windows NT Server, начиная с версии 4.0 (версия с усеченными функциями). Network Monitor в версии SMS является многоканальным анализатором протоколов, поскольку может получать данные от нескольких агентов Network Monitor Agent, работающих в среде Windows NT Server, однако в каждый момент времени анализатор может работать только с одним агентом, так что сопоставить данные разных каналов с его помощью не удастся. Network Monitor поддерживает фильтры захвата (достаточно простые) и дисплейные фильтры, отображающие нужные кадры после захвата (более сложные). Экспертной системой Network Monitor не располагает.

 

Вопрос 53 - Применение сетевых анализаторов. Кабельные сканеры и тестеры

Сетевые анализаторы представляют собой эталонные измерительные приборы для диагностики и сертификации кабелей и кабельных систем. Они могут с высокой точностью измерить все электрические параметры кабельных систем, а также работают на более высоких уровнях стека протоколов. Сетевые анализаторы генерируют синусоидальные сигналы в широком диапазоне частот, что позволяет измерять на приемной паре амплитудно-частотную характеристику и перекрестные наводки, затухание и суммарное затухание. Сетевой анализатор представляет собой лабораторный прибор больших размеров, достаточно сложный в обращении.

Многие производители дополняют сетевые анализаторы функциями статистического анализа трафика - коэффициента использования сегмента, уровня широковещательного трафика, процента ошибочных кадров, а также функциями анализатора протоколов, которые обеспечивают захват пакетов разных протоколов в соответствии с условиями фильтров и декодирование пакетов.

Кабельные сканеры и тестеры

Для определения местоположения неисправности кабельной системы (обрыва, короткого замыкания, неправильно установленного разъема и т. д.)… Точность измерения расстояния зависит от того, насколько точно известна… Кабельные сканеры - это портативные приборы, которые обслуживающий пер­сонал может постоянно носить с собой.

Вопрос 54 - Многофункциональные портативные приборы мониторинга

В последнее время начали выпускаться многофункциональные портативные приборы, которые объединяют в себе возможности кабельных сканеров, анализаторов протоколов и даже некоторые функции систем управления, сохраняя в то же время такое важное свойство, как портативность. Многофункциональные приборы мониторинга имеют специализированный физический интерфейс, позволяющий выявлять проблемы и тестировать кабели на физическом уровне, который дополняется микропроцессором с программным обеспечением для выполнения высокоуровневых функций.

Рассмотрим типичный набор функций и свойств такого прибора, который оказывается очень полезным для диагностики причин разнообразных неполадок в сети, происходящих на всех уровнях стека протоколов, от физического до прикладного.

Интерфейс пользователя

Прибор обычно предоставляет пользователю удобный и интуитивно понятный интерфейс, основанный на системе меню. Графический интерфейс пользователя реализован на многострочном жидкокристаллическом дисплее и индикаторах состояния на светодиодах, извещающих пользователя о наиболее общих проблемах наблюдаемых сетей. Имеется обширный файл подсказок оператору с уровневым доступом в соответствии с контекстом. Информация о состоянии сети представляется таким образом, что пользователи любой квалификации могут ее быстро понять.

Функции проверки аппаратуры и кабелей

Многофункциональные приборы сочетают наиболее часто используемые на практике функции кабельных сканеров с рядом новых возможностей тестирования.

Сканирование кабеля

Функция позволяет измерять длину кабеля, расстояние до самого серьезного дефекта и распределение импеданса по длине кабеля. При проверке неэкранированной витой пары могут быть выявлены следующие ошибки: расщепленная пара, обрывы, короткое замыкание и другие виды нарушения соединения.

Для сетей Ethernet на коаксиальном кабеле эти проверки могут быть осуществлены на работающей сети.

Функция определения распределения кабельных жил.

Осуществляет проверку правильности подсоединения жил, наличие промежуточных разрывов и перемычек на витых парах. На дисплей выводится перечень связанных между собой контактных групп.

Функция определения карты кабелей

Используется для составления карты основных кабелей и кабелей, ответвляющихся от центрального помещения.

Автоматическая проверка кабеля

В зависимости от конфигурации возможно определить длину, импеданс, схему подключения жил, затухание и параметр NEXT на частоте до 100 МГц. Автоматическая проверка выполняется для:

· коаксиальных кабелей;

· экранированной витой пары с импедансом 150 Ом;

· неэкранированной витой пары с сопротивлением 100 Ом.

Целостность цепи при проверке постоянным током

Эта функция используется при проверке коаксиальных кабелей для верификации правильности используемых терминаторов и их установки.

Определение номинальной скорости распространения

Функция вычисляет номинальную скорость распространения (Nominal Velocity of Propagation, NVP) по кабелю известной длины и дополнительно сохраняет полученные результаты в файле для определяемого пользователем типа кабеля (User Defined cable type) или стандартного кабеля.

Комплексная автоматическая проверка пары «сетевой адаптер-концентратор»

Этот комплексный тест позволяет последовательно подключить прибор между конечным узлом сети и концентратором. Тест дает возможность автоматически определить местонахождение источника неисправности - кабель, концентратор, сетевой адаптер или программное обеспечение станции.

Автоматическая проверка сетевых адаптеров

Проверяет правильность функционирования вновь установленных или «подозрительных» сетевых адаптеров. Для сетей Ethernet по итогам проверки сообщаются: МАС - адрес, уровень напряжения сигналов (а также присутствие и полярность импульсов Link Test для 10BASE-T). Если сигнал не обнаружен на сетевом адаптере, то тест автоматически сканирует соединительный разъем и кабель для их диагностики.

Функции сбора статистики

Эти функции позволяют в реальном масштабе времени проследить за изменением наиболее важных параметров, характеризующих «здоровье» сегментов сети. Статистика обычно собирается с разной степенью детализации по разным группам.

Сетевая статистика

В этой группе собраны наиболее важные статистические показатели - коэффициент использования сегмента (utilization), уровень коллизий, уровень ошибок и уровень широковещательного трафика. Превышение этими показателями определенных порогов в первую очередь говорят о проблемах в том сегменте сети, к которому подключен многофункциональный прибор.

Статистика ошибочных кадров

· Укороченные кадры (Short frames). Это кадры, имеющие длину, меньше допустимой, то есть меньше 64 байт. Иногда этот тип кадров дифференцируют на… · Удлиненные кадры (Jabbers). Это кадры, имеющие длину, превышающую допустимое… · Кадры нормальных размеров, но с плохой контрольной суммой (Bad FCS) и кадры с ошибками выравнивания по границе…

Статистика по коллизиям

Ниже приведены основные типы коллизий сети Ethernet. · Локальная коллизия (Local Collision). Является результатом одновременной… · Удаленная коллизия (Remote Collision). Эти коллизии происходят на другой стороне повторителя (по отношению к тому…

Распределение используемых сетевых протоколов

Основные отправители (Top Sendes) Функция позволяет отслеживать наиболее активные передающие узлы локальной… Основные получатели (Top Receivers)

Функции анализа протоколов

Обычно портативные многофункциональные приборы поддерживают декодирование и анализ только основных протоколов локальных сетей, таких как протоколы стеков TCP/IP, Novell NetWare, NetBIOS и Banyan VINES.

В некоторых многофункциональных приборах отсутствует возможность декодирования захваченных пакетов, как в анализаторах протоколов, а вместо этого собирается статистика о наиболее важных пакетах, свидетельствующих о наличии проблем в сетях. Например, при анализе протоколов стека TCP/IP собирается статистика по пакетам протокола ICMP, с помощью которого маршрутизаторы сообщают конечным узлам о возникновении разного рода ошибок. Для ручной проверки достижимости узлов сети в приборы включается поддержка утилиты IP Ping, а также аналогичных по назначению утилит NetWare Ping и NetBIOS Ping.

 

Вопрос 55 - Мониторинг локальных сетей на основе коммутаторов

Наблюдение за трафиком

Однако если сам коммутатор не снабжен встроенным агентом SNMP для каждого своего порта, то задача слежения за трафиком, традиционно решаемая в сетях… Обычно в традиционных сетях анализатор протоколов или многофункциональный… Если же анализатор протокола подключить к свободному порту коммутатора, то он не зафиксирует почти ничего, так как…

Управление виртуальными сетями

Как правило, для создания виртуальных сетей требуется специальное программное обеспечение компании-производителя, которое работает на платформе… Наблюдение за работой виртуальных сетей также создает проблемы для… К сожалению, многие системы управления либо вообще не отображают виртуальные сети, либо делают это очень неудобным для…

Вопрос 56 - Структура сетевой операционной системы

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

Рис. 22 - Структура сетевой ОС

 

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 1):

· Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

· Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

· Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

· Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

На рисунке 2 показано взаимодействие сетевых компонентов. Здесь компьютер 1 выполняет роль "чистого" клиента, а компьютер 2 - роль "чистого" сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Именно редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Рис. 23 - Взаимодействие компонентов операционной системы при взаимодействии компьютеров

На практике сложилось несколько подходов к построению сетевых операционных систем (рисунок 3).

Рис. 24 - Варианты построения сетевых ОС

 

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции. Примером такого подхода является использование на каждой машине сети операционной системы MS DOS (у которой начиная с ее третьей версии появились такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимые для совместного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищенности информации по сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же фирмы (совместная разработка с IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2.

 

Вопрос 57 - Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые (рисунок 4). Последние чаще называют сетями с выделенными серверами.

(а)

(б)

Рис. 25 - (а) - Одноранговая сеть, (б) - Двухранговая сеть

 

Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Как уже было сказано, компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе эти функции.

Если выполнение каких-либо серверных функций является основным назначением компьютера (например, предоставление файлов в общее пользование всем остальным пользователям сети или организация совместного использования факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на данном компьютере своих приложений), то такой компьютер называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений и т.д.

Очевидно, что на выделенных серверах желательно устанавливать ОС, специально оптимизированные для выполнения тех или иных серверных функций. Поэтому в сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей. Например, сетевая ОС Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера, а также варианты оболочек для рабочих станций с различными локальными ОС, причем эти оболочки выполняют исключительно функции клиента. Другим примером ОС, ориентированной на построение сети с выделенным сервером, является операционная система Windows NT. В отличие от NetWare, оба варианта данной сетевой ОС - Windows NT Server (для выделенного сервера) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) - могут поддерживать функции и клиента и сервера. Но серверный вариант Windows NT имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты.

Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить производительность его работы как сервера. В связи с такими соображениями в ОС Novell NetWare на серверной части возможность выполнения обычных прикладных программ вообще не предусмотрена, то есть сервер не содержит клиентской части, а на рабочих станциях отсутствуют серверные компоненты. Однако в других сетевых ОС функционирование на выделенном сервере клиентской части вполне возможно. Например, под управлением Windows NT Server могут запускаться обычные программы локального пользователя, которые могут потребовать выполнения клиентских функций ОС при появлении запросов к ресурсам других компьютеров сети. При этом рабочие станции, на которых установлена ОС Windows NT Workstation, могут выполнять функции невыделенного сервера.

Важно понять, что несмотря на то, что в сети с выделенным сервером все компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, и клиента, эта сеть функционально не симметрична: аппаратно и программно в ней реализованы два типа компьютеров - одни, в большей степени ориентированные на выполнение серверных функций и работающие под управлением специализированных серверных ОС, а другие - в основном выполняющие клиентские функции и работающие под управлением соответствующего этому назначению варианта ОС. Функциональная несимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней памяти. Таким образом, функциональная несимметричность в сетях с выделенным сервером сопровождается несимметричностью операционных систем (специализация ОС) и аппаратной несимметричностью (специализация компьютеров).

В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Одноранговые сети могут быть построены, например, на базе ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup, Windows NT Workstation.

В одноранговых сетях также может возникнуть функциональная несимметричность: одни пользователи не желают разделять свои ресурсы с другими, и в таком случае их компьютеры выполняют роль клиента, за другими компьютерами администратор закрепил только функции по организации совместного использования ресурсов, а значит они являются серверами, в третьем случае, когда локальный пользователь не возражает против использования его ресурсов и сам не исключает возможности обращения к другим компьютерам, ОС, устанавливаемая на его компьютере, должна включать и серверную, и клиентскую части. В отличие от сетей с выделенными серверами, в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от преобладающей функциональной направленности - клиента или сервера. Все вариации реализуются средствами конфигурирования одного и того же варианта ОС.

Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, однако они применяются в основном для объединения небольших групп пользователей, не предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа. При повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются двухранговые сети, где сервер лучше решает задачу обслуживания пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая операционная система специально спроектированы для этой цели.

 

Вопрос 58 - ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия

Сетевые операционные системы имеют разные свойства в зависимости от того, предназначены они для сетей масштаба рабочей группы (отдела), для сетей масштаба кампуса или для сетей масштаба предприятия.

· Сети отделов - используются небольшой группой сотрудников, решающих общие задачи. Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.

· Сети кампусов - соединяют несколько сетей отделов внутри отдельного здания или внутри одной территории предприятия. Эти сети являются все еще локальными сетями, хотя и могут покрывать территорию в несколько квадратных километров. Сервисы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к базам данных предприятия, доступ к факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.

· Сети предприятия (корпоративные сети) - объединяют все компьютеры всех территорий отдельного предприятия. Они могут покрывать город, регион или даже континент. В таких сетях пользователям предоставляется доступ к информации и приложениям, находящимся в других рабочих группах, других отделах, подразделениях и штаб-квартирах корпорации.

Главной задачей операционной системы, используемой в сети масштаба отдела, является организация разделения ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и, возможно, низкоскоростные модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более чем 30 пользователей. Задачи управления на уровне отдела относительно просты. В задачи администратора входит добавление новых пользователей, устранение простых отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного обеспечения. Операционные системы сетей отделов хорошо отработаны и разнообразны, также, как и сами сети отделов, уже давно применяющиеся и достаточно отлаженные. Такая сеть обычно использует одну или максимум две сетевые ОС. Чаще всего это сеть с выделенным сервером NetWare 3.x или Windows NT, или же одноранговая сеть, например сеть Windows for Workgroups.

Пользователи и администраторы сетей отделов вскоре осознают, что они могут улучшить эффективность своей работы путем получения доступа к информации других отделов своего предприятия. Если сотрудник, занимающийся продажами, может получить доступ к характеристикам конкретного продукта и включить их в презентацию, то эта информация будет более свежей и будет оказывать большее влияние на покупателей. Если отдел маркетинга может получить доступ к характеристикам продукта, который еще только разрабатывается инженерным отделом, то он может быстро подготовить маркетинговые материалы сразу же после окончания разработки.

Итак, следующим шагом в эволюции сетей является объединение локальных сетей нескольких отделов в единую сеть здания или группы зданий. Такие сети называют сетями кампусов. Сети кампусов могут простираться на несколько километров, но при этом глобальные соединения не требуются.

Операционная система, работающая в сети кампуса, должна обеспечивать для сотрудников одних отделов доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов. Услуги, предоставляемые ОС сетей кампусов, не ограничиваются простым разделением файлов и принтеров, а часто предоставляют доступ и к серверам других типов, например, к факс-серверам и к серверам высокоскоростных модемов. Важным сервисом, предоставляемым операционными системами данного класса, является доступ к корпоративным базам данных, независимо от того, располагаются ли они на серверах баз данных или на миникомпьютерах.

Именно на уровне сети кампуса начинаются проблемы интеграции. В общем случае, отделы уже выбрали для себя типы компьютеров, сетевого оборудования и сетевых операционных систем. Например, инженерный отдел может использовать операционную систему UNIX и сетевое оборудование Ethernet, отдел продаж может использовать операционные среды DOS/Novell и оборудование Token Ring. Очень часто сеть кампуса соединяет разнородные компьютерные системы, в то время как сети отделов используют однотипные компьютеры.

Корпоративная сеть соединяет сети всех подразделений предприятия, в общем случае находящихся на значительных расстояниях. Корпоративные сети используют глобальные связи (WAN links) для соединения локальных сетей или отдельных компьютеров.

Пользователям корпоративных сетей требуются все те приложения и услуги, которые имеются в сетях отделов и кампусов, плюс некоторые дополнительные приложения и услуги, например, доступ к приложениям мейнфреймов и миникомпьютеров и к глобальным связям. Когда ОС разрабатывается для локальной сети или рабочей группы, то ее главной обязанностью является разделение файлов и других сетевых ресурсов (обычно принтеров) между локально подключенными пользователями. Такой подход не применим для уровня предприятия. Наряду с базовыми сервисами, связанными с разделением файлов и принтеров, сетевая ОС, которая разрабатывается для корпораций, должна поддерживать более широкий набор сервисов, в который обычно входят почтовая служба, средства коллективной работы, поддержка удаленных пользователей, факс-сервис, обработка голосовых сообщений, организация видеоконференций и др.

Кроме того, многие существующие методы и подходы к решению традиционных задач сетей меньших масштабов для корпоративной сети оказались непригодными. На первый план вышли такие задачи и проблемы, которые в сетях рабочих групп, отделов и даже кампусов либо имели второстепенное значение, либо вообще не проявлялись. Например, простейшая для небольшой сети задача ведения учетной информации о пользователях выросла в сложную проблему для сети масштаба предприятия. А использование глобальных связей требует от корпоративных ОС поддержки протоколов, хорошо работающих на низкоскоростных линиях, и отказа от некоторых традиционно используемых протоколов (например, тех, которые активно используют широковещательные сообщения). Особое значение приобрели задачи преодоления гетерогенности - в сети появились многочисленные шлюзы, обеспечивающие согласованную работу различных ОС и сетевых системных приложений.

К признакам корпоративных ОС могут быть отнесены также следующие особенности.

Поддержка приложений. В корпоративных сетях выполняются сложные приложения, требующие для выполнения большой вычислительной мощности. Такие приложения разделяются на несколько частей, например, на одном компьютере выполняется часть приложения, связанная с выполнением запросов к базе данных, на другом - запросов к файловому сервису, а на клиентских машинах - часть, реализующая логику обработки данных приложения и организующая интерфейс с пользователем. Вычислительная часть общих для корпорации программных систем может быть слишком объемной и неподъемной для рабочих станций клиентов, поэтому приложения будут выполняться более эффективно, если их наиболее сложные в вычислительном отношении части перенести на специально предназначенный для этого мощный компьютер - сервер приложений.

Сервер приложений должен базироваться на мощной аппаратной платформе (мультипроцессорные системы, часто на базе RISC-процессоров, специализированные кластерные архитектуры). ОС сервера приложений должна обеспечивать высокую производительность вычислений, а значит поддерживать многонитевую обработку, вытесняющую многозадачность, мультипроцессирование, виртуальную память и наиболее популярные прикладные среды (UNIX, Windows, MS-DOS, OS/2). В этом отношении сетевую ОС NetWare трудно отнести к корпоративным продуктам, так как в ней отсутствуют почти все требования, предъявляемые к серверу приложений. В то же время хорошая поддержка универсальных приложений в Windows NT собственно и позволяет ей претендовать на место в мире корпоративных продуктов.

Справочная служба. Корпоративная ОС должна обладать способностью хранить информацию обо всех пользователях и ресурсах таким образом, чтобы обеспечивалось управление ею из одной центральной точки. Подобно большой организации, корпоративная сеть нуждается в централизованном хранении как можно более полной справочной информации о самой себе (начиная с данных о пользователях, серверах, рабочих станциях и кончая данными о кабельной системе). Естественно организовать эту информацию в виде базы данных. Данные из этой базы могут быть востребованы многими сетевыми системными приложениями, в первую очередь системами управления и администрирования. Кроме этого, такая база полезна при организации электронной почты, систем коллективной работы, службы безопасности, службы инвентаризации программного и аппаратного обеспечения сети, да и для практически любого крупного бизнес-приложения.

База данных, хранящая справочную информацию, предоставляет все то же многообразие возможностей и порождает все то же множество проблем, что и любая другая крупная база данных. Она позволяет осуществлять различные операции поиска, сортировки, модификации и т.п., что очень сильно облегчает жизнь как администраторам, так и пользователям. Но за эти удобства приходится расплачиваться решением проблем распределенности, репликации и синхронизации.

В идеале сетевая справочная информация должна быть реализована в виде единой базы данных, а не представлять собой набор баз данных, специализирующихся на хранении информации того или иного вида, как это часто бывает в реальных операционных системах. Например, в Windows NT имеется по крайней мере пять различных типов справочных баз данных. Главный справочник домена (NT Domain Directory Service) хранит информацию о пользователях, которая используется при организации их логического входа в сеть. Данные о тех же пользователях могут содержаться и в другом справочнике, используемом электронной почтой Microsoft Mail. Еще три базы данных поддерживают разрешение низкоуровневых адресов: WINS - устанавливает соответствие Netbios-имен IP-адресам, справочник DNS - сервер имен домена - оказывается полезным при подключении NT-сети к Internet, и наконец, справочник протокола DHCP используется для автоматического назначения IP-адресов компьютерам сети. Ближе к идеалу находятся справочные службы, поставляемые фирмой Banyan (продукт Streettalk III) и фирмой Novell (NetWare Directory Services), предлагающие единый справочник для всех сетевых приложений. Наличие единой справочной службы для сетевой операционной системы - один из важнейших признаков ее корпоративности.

Безопасность. Особую важность для ОС корпоративной сети приобретают вопросы безопасности данных. С одной стороны, в крупномасштабной сети объективно существует больше возможностей для несанкционированного доступа - из-за децентрализации данных и большой распределенности "законных" точек доступа, из-за большого числа пользователей, благонадежность которых трудно установить, а также из-за большого числа возможных точек несанкционированного подключения к сети. С другой стороны, корпоративные бизнес-приложения работают с данными, которые имеют жизненно важное значение для успешной работы корпорации в целом. И для защиты таких данных в корпоративных сетях наряду с различными аппаратными средствами используется весь спектр средств защиты, предоставляемый операционной системой: избирательные или мандатные права доступа, сложные процедуры аутентификации пользователей, программная шифрация.

 

Вопрос 59 - Система именований. Поддержка DNS.

Одна из задач службы каталогов Active Directory — обеспечить однотипный взгляд на сети независимо от того, сколько и каких пространств имен и каталогов в них используется.

Важная особенность Active Directory — избыточная поддержка нескольких стандартных систем именований. В качестве собственной системы имен в AD применяется DNS (Domain Name System); в то же время она может использовать LDAP или HTTP для обмена информацией с приложениями или иными каталогами.

Поддержка DNS

   

Вопрос 60 - Поддержка имен стандартных форматов.

Форма именований, принятая в каталоге, влияет, как на пользователей, так и на приложения. Например, если Вы желаете отыскать объект в каталоге, то должны точно указать имя свойства, применяемого в качестве критерия поиска.

В различных стандартах (как де-факто, так и де-юре) используются различные форматы имен. Многие из них поддерживаются в Active Directory, что позволяет пользователям, например, обращаться к объектам привычным образом. Перечислим некоторые из поддерживаемых систем именований.

• RFC822. Этот стандарт именований хорошо знаком пользователям Интернета. Кто из Вас не встречался с формой имя@домен, отправляя или получая сообщения по электронной почте? Если Вы, например, хотите задать вопрос Билу Гейтсу, то можете воспользоваться адресом askbill@microsoft.com. Адрес в таком формате можно не только поместить на визитной карточке, но и использовать для входа и систему.

• HTTP URL. Как упоминалось ранее, к службе каталогов Active Directory можно обратиться по протоколу HTTP, Для этого необходимо указать имя URL, формат которого также хорошо знаком пользователям Интернета: http : //имя-домена/путь-к-странице. При этом имядомена — это имя сервера, на котором установлена служба каталога, а путь к странице — путь в иерархичной структуре каталога к интересующему объекту.Например:
http://myserver.mycorp.ru/BIN/Division/Finance/Russian/IvanDemido.

• LDAP URL и имена Х.500. В Active Directory поддерживается доступ и по протоколу LDAP. То, что имена LDAP сложнее по сравнению с именами Интернета, не так важно — ведь обычно LDAP используется приложениями. В рамках LDAP действуют соглашения об именовании Х.500, называемые атрибутированным именованием. Имя при этом состоит из URL сервера, на котором располагается каталог, и далее — атрибутированного имени объекта. Например:

LDAP://My Server.MyCorp.Ru/CN=IvanDemidov,OU=Russian,OU=Finance,OU=Division,0=MyCorp,C=RU

• Имена UNC. В Active Directory поддерживается также и соглашение об универсальном именовании, которое традиционно используется в сетях Windows NT для ссылок на совместно используемые ресурсы: тома, принтеры и файлы. Вы можете обратиться к файлу, опубликованному в Active Directory, например, так:

MyServer.MyCorp,RuDivision.Finance.Russian,MyVolumeWordDocsYearBudget.doc

 

Вопрос 61 - Смежные и раздельные пространства имен. Тиражирование Active Directory. Узлы и домены. Деревья и леса.

В каталоге LDAP пространство имен может быть либо смежным, либо раздельным. В первом случае имя дочернего домена всегда содержит имя родительского домена. Например, если домен с именем DC=Finanсе, DC=MyCorp, DC=Ru — дочерний для домена DC=MyCorp, DC=Ru, то это пространство смежных имен. Имя родительского домена всегда может быть восстановлено при отбрасывании первой части дочернего имени.
В пространстве раздельных имен родительский и дочерний домены не связаны друг с другом непосредственно. Например, хотя домен DC=Finance,DC=Ru — дочерний для домена DC=MyCorp,DC=Ru, его имя не содержит имени родительского домена.

Смежные имена или раздельные важно при поиске. В случае применения смежных имен на контроллере домена всегда создаются ссылки (referrals) на дочерние домены. При использовании раздельных имен поиск останавливается и ссылки не создаются.

Одновременное использование смежных и раздельных имен делает механизм поиска в древовидной структуре сложным для понимания. Поэтому в Active Directory вводятся понятия деревьев и леса.

Тиражирование Active Directory

Но хотя концептуально такой подход проще существовавшей в предыдущих версиях модели с одним главным и несколькими резервными контроллерами домена,… Если данные одного и того же объекта изменились сразу на нескольких… • По номеру версии. У каждого свойства свой номер версии. С помощью этого номера определяется «наиболее актуальное»,…

Узлы и домены

Узел с Active Directory состоит из одной или нескольких подсетей IP. Администратор может определять эти подсети, а также добавлять к ним новые. При… • оптимизация графика тиражирования между узлами по медленным линиям; • создание клиентам наилучших условий для быстрого обнаружения ближайших к ним контроллеров.

Деревья и леса

• иерархией доменов; • пространством смежных имен; • доверительными отношениями Kerberos между доменами;

Управление деревом и лесом

Как и любыми, объектами службы каталогов необходимо управлять. Представьте себе небольшую фирму, организовавшую деревья и леса Active Directory в соответствии со своей структурой. Более чем очевидно, что… • простое добавление доменов;

Вопрос 62 - Служба передачи файлов FTP. Принципы организации и функционирования.

File Transfer Protocol (букв. «протокол передачи файлов») или просто FTP — сетевой протокол, предназначенный для передачи файлов в компьютерных сетях. Протокол FTP позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер.

FTP является одним из старейших прикладных протоколов, появившимся задолго до HTTP в 1971 году. До начала 90-х годов на долю FTP приходилось около половины трафика в сети Интернет. Данный протокол и сегодня используется для распространения программного обеспечения и доступа к удалённым хостам.

Протокол не шифруется, при аутентификации (подтверждении подлинности отправителя) передаёт логин и пароль открытым текстом. Чтобы предотвратить перехват трафика желательно использовать FTP-клиенты, работающие по протоколу SFTP (FTP over ssh). Но данный способ может использоваться лишь администратором сервера, т.к. соединение реально происходит не на ftp-сервер (ftp.идентификатор.nichost.ru), а на сервер ssh (ssh.идентификатор.nichost.ru) где используется стандартный для UNIX-систем механизм авторизации (PAM) и не существует ftp-пользователей.

При старте услуги хостинга в Ru-Center автоматически создаётся FTP-пользователь - идентификатор_ftp. Для создания дополнительных FTP-пользователей, смены паролей и указания каталога доступного для работы отмеченного FTP-пользователя в панели управления хостингом используется раздел Веб-сервер / Управление доступом / FTP / Пользователи.

В панели управления хостингом, в разделе Веб-сервер / Управление доступом / FTP / Доменные имена можно указать дополнительные доменные имена для их использования при доступе по FTP на виртуальный сервер.

Для загрузки контента Вашего web-ресурса на сервер необходимо использовать специальные программы – FTP-клиенты. После настройки одной из таких программ. Вы соединяетесь с нашим сервером и попадаете в директорию с адресом home/ идентификатор / доменное_имя_вашего_сайта.ru.

Загрузка файлов на сервер

Закачивать на сервер Ваши файлы необходимо в следующие подкаталоги:

· docs – для контента отображаемого на вашем сайте, т.е. html-документы, картинки, медиа-файлы и т.д.

· cgi – для скриптов пользователя (только в тарифных планах «201» и «301»).

· php – для загрузки php-модулей пользователя (только в тарифных планах «201» и «301»).

 

О режимах передачи файлов

Необходимо также помнить, что существует два режима передачи данных по FTP-протоколу:

· Текстовый режим (ASCII) – используется для передачи текстовой информации (html-документы, php-скрипты и т. д.) .

· Двоичный режим (бинарный, binary, bin)– используется для передачи графической информации, исполняемых cgi-скриптов и т. д.

Во избежание порчи передаваемой информации текстовые файлы необходимо пересылать в текстовом режиме, а графические и исполняемые в бинарном режиме. К примеру, при загрузке файла в формате *.jpeg с использованием текстового режима передачи данных по FTP-протоколу браузер посетителя вашего сайта не отобразит данный файл, хотя данный файл на сервере присутствует. По-умолчанию FTP-программы автоматически определяют необходимый режим передачи данных.

О режимах соединения с сервером по FTP

Режим соединения определяет правила создания соединений по передаче данных через протокол FTP. Для соединения с FTP-сервером существует два режима:

· активный (active) –режим передачи данных, при котором клиент соединяется с сервером по порту 21 и передает ему команды, а для передачи файлов сервер соединяется с клиентом, и уже по этому каналу передаются файлы. Такой режим невозможно использовать пользователям выходящим в интернет через NAT (Network Address Translation).

· пассивный (passive) –режим передачи данных, при котором клиент соединяется с сервером по порту 21 и передает ему команды, а для передачи файлов сервер открывает дополнительный порт и сообщает клиенту его номер командой PORT [NUM]. После этого клиент открывает дополнительное соединение к порту [NUM] и начинает передачу данных.

Об использовании SFTP

Популярным SFTP-клиентом считается WinSCP. Данная программа свободно распространяется, и вы можете скачать дистрибутив и документацию с сайта… · http://winscp.net/ · http://winscp.net/eng/download.php

Вопрос 63 - Основные методы коммутации, используемые в глобальных сетях

· множественный доступ с временным разделением (уплотнением) каналов - (time division multiple access, TDMA) время доступа к каналам делится на отдельные интервалы. Каждый временной интервал предназначается для конкретного узла сети, как будто тот подключен к выделенной линии. Устройство коммутации в глобальной сети переключает эти временные интервалы для отдельных каналов. Множественный доступ с уплотнением каналов не гарантирует наиболее эффективное использование сетевой среды, поскольку в каждый момент времени передача данных выполняется только по одному каналу. Также важна синхронизация времени работы узла, т. к. узел может начать передавать данные в момент, не совпадающий с выделенным ему временным интервалом. Кроме того, согласно спецификациям IEEE, каждому пакету выделено время, в течение которого он должен быть передан по всей сети для того, чтобы избежать конфликтов со следующим посланным пакетом.

· множественный доступ с частотным разделением каналов - (frequency division multiple access, FDMA) каналы делятся не по времени использования, а по частоте. Каждый канал имеет собственную несущую частоту и полосу пропускания. По мере передачи данных коммутатор переключает эти частоты.;

· статистический множественный доступ (statistical multiple access) (или статистическое уплотнение) используется во многих технологиях глобальных сетей. Этот метод более эффективен по сравнению с описанными выше методами TDMA и FDMA, поскольку полоса пропускания передающей среды (кабеля) распределяется динамически по требованию приложений. Коммутатор непрерывно анализирует каждый канал и определяет наличие запросов на передачу данных.;

· коммутация каналов (circuit switching) предполагает создание выделенного физического канала между передающим и приемным узлами. Этот канал функционирует как прямая линия, по которой данные без помех можно передавать в одну и другую стороны. Канал передачи данных остается активным до тех пор, пока два узла не будут разъединены.;

· коммутация сообщений (message switching) для передачи данных от передающего узла к принимающему используется метод промежуточного хранения. Данные передаются от одного узла к другому, где они временно запоминаются до тех пор, пока не будет доступным канал к точке назначения этих данных. Несколько узлов на протяжении маршрута могут сохранять и передавать данные дальше - пока те не дойдут до конечного пункта.;

· коммутация пакетов (или пакетная коммутация) (packet switching) представляет собой комбинацию методов коммутации каналов и сообщений. При ее использовании устанавливается выделенный канал между двумя взаимодействующими узлами, однако этот канал является логическим, а не физическим. Хотя для осуществления сеанса передачи данных могут использоваться несколько различных физических маршрутов, каждый узел знает только об одном выделенном канале. Преимуществом данной технологии является то, что в зависимости от типа и объема посылаемых данных может быть выбран наилучший маршрут, что предоставляет возможность для реализации скоростных коммуникаций. Коммутация пакетов осуществляется подобно тому, как оптический перископ обеспечивает передачу изображения от точки к точке по нелинейному пути.

 

Вопрос 63 Технология xDSL

хDSL(англ. digital subscriber line цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия — Digital Subscriber Loop — цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т. д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

 

Технология DSL	Максимальная скорость (прием/передача)	Максимальное расстояние	Количество телефонных пар	Основное применение
ADSL	24 Мбит/с / 3,5 Мбит/с	5,5 км		Доступ в Интернет, голос, видео, HDTV (ADSL2+)
IDSL	144 кбит/с	5,5 км		Передача данных
HDSL	2 Мбит/с	4,5 км		Объединение сетей, услуги E1
SDSL	2 Мбит/с	3 км		Объединение сетей, услуги E1
VDSL	65 Мбит/с / 35 Мбит/с	1,5 км на max. скорости		Объединение сетей, HDTV
SHDSL	2,32 Мбит/с	7,5 км		Объединение сетей
UADSL	1,5 Мбит/с / 384 кбит/с	3,5 км на max. скорости		Доступ в Интернет, голос, видео