иногда называют уровень, находящийся выше того уровня, о котором идет речь. Нижние уровни модели OSI решают задачи транспортировки данных. Физический и канальный уровни реализуются в виде аппаратных средств и программного обеспечения. Самый нижний уровень, физический, находится ближе всего к физической сетевой среде (например, к сетевым кабелям) и непосредственно отвечает за размещение информации на носителе.
Каждый уровень модели OSI взаимодействует с другими уровнями для того, чтобы воспользоваться предоставляемыми ими службами. Эти службы дают возможность определенному уровню OSI взаимодействовать с таким же уровнем другой компьютерной системы. Говоря о службах уровней, необходимо дать определение трем базовым элементам: пользователь службы, провайдер службы и точка доступа к службе. В данном контексте пользователь службы представляет собой уровень OSI, который запрашивает службы смежного уровня OSI, а провайдером службы является уровень OSI, который предоставляет пользователю доступ к службе. Уровни OSI могут предоставлять службы нескольким пользователям. Точка доступа к службе (Service Access Point - SAP) является тем уровнем, на котором один уровень OSI может запрашивать службы другого уровня.
На семи уровнях OSI используются различные формы управляющей информации для обмена данными с такими же уровнями других компьютерных систем. Эта управляющая информация состоит из особых запросов и инструкций, которыми обмениваются одноименные уровни OSI.
Описать сложный объект можно, представив его в виде отдельных взаимодействующих частей. Этот способ описания называется - декомпозиция. Модель OSI - это пример декомпозиции некой сетевой системы, охватывающей все уровни сетевого взаимодействия.
Понятие открытой системы
Если разные производители оборудования создают устройства в соответствии с требованиями открытости, то эти устройства могут свободно взаимодействовать друг с другом вне зависимости от того, кто их разработал и произвел. Открытые спецификации и стандарты, которые используются в индустрии компьютерных сетей, общедоступны. В соответствии с этими стандартами разные компании могут создавать совместимое оборудование и программное обеспечение. Конечно, идеальным вариантом была бы полная открытость систем, но зачастую это невозможно. Поэтому если хотя бы внешние интерфейсы какой-либо системы соответствуют принципам открытости, то взаимодействие других систем с такой «частично открытой» системой значительно облегчается. Очевидно, что если корпорация будет создавать операционную систему, не содержащую подобных интерфейсов, эта ОС превратится в некую «вещь в себе». Приложения для такой ОС сможет разрабатывать только компания, которой принадлежит операционная система. Так и в случае с компьютерными сетями: чем система открытее, тем другим системам легче с ней взаимодействовать. Именно принцип открытости позволяет строить компьютерные сети из оборудования разных производителей. Именно из-за открытости возможна модернизация сети, ее быстрое и простое соединение с другими сетями и унификация. Да и в управлении такая сеть будет проще. Например, Интернет - это открытая система, построенная в соответствии с идеологией открытых систем и соответствующая модели OSI.
Семь уровней модели OSI
Физический уровень
По-английски нижний уровень модели OSI называется Physical Layer.
Задача физического уровня - передавать биты данных по физическим линиям связи. Спецификации физического уровня определяют параметры сред передачи данных - это, например, полоса пропускания, затухание, волновое сопротивление, активное сопротивление, задержки при распространении сигнала и так далее. Помимо физических характеристик сред эти спецификации определяют физические характеристики сигналов. К этому же уровню относятся спецификации интерфейсных разъемов кабелей. Характеристики кабелей имеют отношение к физическому уровню модели OSI. Устройствам физического уровня нет дела, что за данные они передают. Для них главное - сгенерировать, передать и распознать некую последовательность импульсов через физическую среду передачи данных. Переданные биты затем будут обработаны и в виде неких данных «пойдут» к более высоким уровням OSI.
Канальный уровень
Канальный уровень, он же Data Link Layer, - это уровень более «интеллектуальный», чем физический. Канальный уровень оперирует самими данными. Он разбивает поток данных, поступающих с высшего уровня, на куски, которые называются кадрами (frame). Каждый кадр оформляется особым образом. При этом помимо полезных данных передаются контрольные данные, в кадр включаются адреса принимающего и передающего оборудования и так далее. Если получатель получит поврежденный кадр (целостность кадров проверяется путем подсчета контрольной суммы), канальный уровень повторит передачу.
Протоколы канального уровня, в случае с использованием разделяемой среды передачи данных, следят за тем, чтобы линия передачи была свободна в момент передачи. Примером протокола канального уровня можно привести протокол Ethernet. На канальном уровне работают, например, мосты, коммутаторы, сетевые адаптеры. Каждое сетевое устройство, так или иначе, работает на всех уровнях OSI, на канальном уровне устройства, наиболее функциональны. Протокол канального уровня - это весьма интеллектуальная система, которая способна эффективно заниматься доставкой сообщений между двумя компьютерами (или между двумя другими устройствами). И все же «способностей» канального уровня не хватает для обеспечения работы сложной сети. Нужен еще один уровень!
Сетевой уровень
Сетевой уровень, или Network Layer, расположен над канальным уровнем и служит для построения единой транспортной системы, основой которой могут стать сети, использующие различные принципы передачи данных.
Сеть, в терминах сетевого уровня модели OSI, - это совокупность компьютеров, объединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенного для этой топологии.
Сетевой уровень заведует доставкой данных между сетями. Ему нет дела до подробностей передачи данных на канальном уровне: ведь протоколы сетевого уровня оперируют адресами, отличными от тех, которые используются протоколами канального уровня. Одним из самых характерных устройств сетевого уровня является маршрутизатор. Руководствуясь адресами этого уровня, он осуществляет маршрутизацию трафика и выбирает самые рациональные пути его прохождения.
Если канальный уровень оперирует кадрами (frame), то сетевой имеет дело с пакетами (packet). Примером протокола сетевого уровня является IP, входящий в стек TCP/IP. К сетевому уровню относится также протокол IPX стека IPX/SPX. Это так называемые маршрутизируемые протоколы (Routed Protocols) - протоколы, которые занимаются доставкой информации в сети. К этому же уровню относятся специфические протоколы, с помощью которых маршрутизаторы управляют трафиком. Эти так называемые протоколы маршрутизации (Routing Protocols) служат для сбора и анализа информации о топологии сети. Они, не перенося по сети данные, которые могут быть полезны пользователю, тем не менее, играют важную роль.
Транспортный уровень
Протоколы транспортного уровня (Transport Layer) обеспечивают надежную передачу данных для протоколов более высоких уровней или для приложений. При этом можно выбирать уровень надежности, то есть сложности процедур, который бы обеспечил более высокому уровню достаточный уровень сервиса. К примеру, в качестве приоритетных задач можно выбрать обнаружение и исправление ошибок, или высокую срочность доставки, или восстановление аварийно прерванной связи.
Тип сервиса протокола транспортного уровня для различных сетей может быть разным. Локальная сеть, чьи линии связи надежны, может обойтись методами восстановления потерянных данных более низких уровней, не тратя вычислительные ресурсы на реализацию сложных методов коррекции ошибок на транспортном уровне. С другой стороны, какая-нибудь медленная и ненадежная линия связи глобальной сети может потребовать пристального наблюдения за ошибками именно со стороны протоколов транспортного уровня.
К протоколам транспортного уровня относятся протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и SPX протокола IPX/SPX. Как правило, функции транспортного уровня целиком реализованы программными средствами - в отличие от трех низших уровней, в реализации которых важное место занимают технические средства.
Физический, канальный, сетевой и транспортный - это четыре нижних уровня сетевой системы. Это транспортные уровни, обеспечивающие исключительно транспортные функции сети. Они не задумываются о характере передаваемых данных. А вот оставшиеся три уровня системы OSI являются исключительно программными надстройками над сетевой транспортной системой. Их основная задача - предоставление сетевых услуг приложениям.
Сеансовый уровень
Сеансовый уровень (Session Layer) служит для управления ходом взаимодействия процессов. Он, к примеру, может применяться для синхронизации двух «общающихся» сторон. Как правило, этот уровень существует лишь формально, и его функции включают в себя протоколы следующего за ним уровня - уровня представлений.
Уровень представлений
Уровень представлений (Presentation Layer) работает с передаваемыми данными на уровне формы представления передаваемой информации. Это означает, что уровень представлений нужен, чтобы обеспечить взаимодействие, понимание уровней приложений. Он заключает в себе некие «переводчики» для разных «языков» более высокого уровня. Уровень представлений, не изменяя содержания передаваемых данных, может определенным образом обрабатывать их форму. Например, такая обработка может заключаться в перекодировке данных или в их шифровании. В качестве протокола уровня представлений можно назвать протокол SSL стека TCP/IP. Этот протокол служит для шифрования данных. За уровнем представлений идет высший уровень модели OSI -уровень процессов и приложений, или прикладной уровень.
Прикладной уровень ( уровень процессов и приложений)
Прикладной уровень (Application Layer) - это набор протоколов, позволяющих пользователям работать с ресурсами сети. В качестве единицы данных протоколов прикладного уровня выступают сообщения (message).
В качестве примеров протокола уровня процессов и приложений можно привести протоколы SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) из стека TCP/IP и так далее. Например, можно взять протокол FTP: он служит для передачи файлов. Существуют специальные программы - FTP-клиенты, обладающие графическим интерфейсом и позволяющие в привычной для пользователя среде Windows оперировать ресурсами FTP-серверов. Команды пользователя, преобразуются в команды протоколов FTP, которые передаются FTP-серверу. При желании можно воспользоваться простой коммуникационной программой и вводить FTP- команды вручную.
.2 Internet и стек протоколов TCP/IP
Благодаря отсутствию единого руководства и открытости технических стандартов Интернет объединил большинство существующих сетей и к началу 21 века стал популярным средством для обмена данными.
В настоящее время подключиться к Интернету можно через спутники связи, радио-каналы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода.
Координация разработок и поддержка Интернета осуществляется следующими организационными структурами:
Internet Activities Board (IAB) - центральный орган, включающий два подкомитета:
a) исследовательский - IRTF (Internet Research Task Force);
b) законодательный - IETF (Internet Engineering Task Force), выполняющий функцию анализа, разработки и принятия стандартов сети Internet, получивших название RFC (Request For Comments);
Network Information Center (NIC) - орган, ответственный за распространение технической информации, работу по регистрации и подключению пользователей к Internet и за решение ряда административных задач, таких как распределение адресов в сети.
Структура сети Internet может быть представлена как множество компьютеров, называемых хостами, подключенных к некоторой единой интерсети, представляющей собой совокупность физических сетей, называемых подсетями, соединенных маршрутизаторами. В качестве подсетей могут выступать локальные сети, работающие под управлением некоторых аппаратно зависимых протоколов (Ethernet, Token Ring), или коммуникационные системы произвольной физической природы (модемные коммутируемые или выделенные линии, сети Х.25, Frame Relay, FDDI, ATM и др.). При этом все функции протокола IP выполняют хосты и маршрутизаторы, называемые узлами сети.
Протоколы Internet образуют наиболее распространенный сегодня набор протоколов, поскольку они могут быть использованы для обмена данными между любыми соединенными сетями и одинаково хорошо подходят как для локальных, так и для глобальных сетей. В набор протоколов Internet входят протоколы обмена данными, из которых двумя наиболее известными являются протокол управления передачей(Transmission Control Protocol - TCP) и Internet-протокол (Internet Protocol - IP). В набор протоколов Internet входят не только протоколы нижнего уровня (такие, как TCP и IP), но и общие приложения, например, электронная почта, эмуляция терминала и передача файлов.
Первые версии протоколов Internet появились в середине 1970-х гг. XX века, когда управление перспективных исследовательских программ (Defence Advanced Research Projects Agency - DARPA) заинтересовалось созданием сети с коммутацией пакетов, которая могла бы осуществлять обмен данными между разнородными вычислительными системами, установленными в исследовательских институтах. Для обеспечения связи между неоднородными сетями, DARPA финансировало исследования Стэнфордского университета, а также компании Bolt ( Beranek, and Newman (BBN). Результатом их работы стал набор протоколов Internet, работа над которым завершилась в конце 1970-х гг.
Протокол TCP/IP был включен туда позже, вместе с BSD UNIX, и с тех пор стал основой Internet и World Wide Web (WWW). Протоколы Internet (включая новые и обновленные протоколы) и политики специфицированы в документах RFC (Request For Comments), которые были опубликованы, рецензированы и проанализированы сообществом Internet. В новых RFC содержатся более подробные описания этих протоколов.
Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol -протокол управления передачей) - набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Основным протоколом стека TCP/IP является протокол IP. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) - это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.
Стек протоколов TCP/IP поддерживает все стандартные протоколы физического и канального уровней различных сетевых технологий: Ethernet,
Token Ring, FDDI, PPP и другие.
Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия UDOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:
a) прикладного (application),) транспортного (transport),) сетевого (network),
d) канального (data link).
Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.
На первом уровне ( Network interface - сетевой интерфейс ) находится аппаратно зависимое программное обеспечение, реализующее передачу данных в той или иной среде. Среда передачи данных может быть реализована различными способами: от простого двухточечного звена до сложной многоузловой коммуникационной структуры сети X.25 или Frame Relay.
Протоколы сетевого уровня:
SLIP (Serial Line IP) - первый стандарт канального уровня для выделенных линий. Разработан специально для стека протоколов TCP/IP, который благодаря простоте может использоваться как для коммутируемых, так и для выделенных каналов. SLIP поддерживается только протоколом сетевого уровня IP.
HDLC ( High-level Data Link Control Procedure ) - высокоуровневый протокол управления каналом - стандарт ISO для выделенных линий, представляющий собой семейство протоколов LAP ( Link Access Protocol ), HDLC относится к бит-ориентированным протоколам.
PPP ( Point-to-Point Protocol ) - протокол двухточечного соединения, пришедший на смену протоколу SLIP и построенный на основе формата кадров протоколов семейства HDLC с дополнением собственных полей. PPP является стандартным протоколом интернета и так же , как протокол HDLC, представляет собой семейство протоколов.
На втором уровне ( Internet - межсетевой ) реализуется задача маршрутизации с использованием протокола IP. Вторая важная задача протокола IP - сокрытие аппаратно-программных особенностей среды передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого унифицированного и аппаратно независимого интерфейса для доставки данных, что обеспечивает многоплатформенное применение приложений, работающих под TCP/IP.
Протоколы межсетевого ( канального ) уровня:
IP ( Internet Protocol ) - основной протокол стека TCP/IP, реализующий передачу пакетов по IP-сети от узла к узлу. Протокол IP:
a) Не гарантирует: доставку пакетов; целостность пакетов; сохранение порядка потока пакетов.
b) Не различает логические объекты ( процессы ), порождающие поток данных.
Эти задачи решают протоколы транспортного уровня TCP и UDP, реализующие различные режимы доставки данных. В отличие от IP протоколы транспортного уровня различают приложения и передают данные от приложения к приложению. В настоящее время на смену протоколу IP версии 4 ( IPv4 ) приходит протокол версии 6 ( IPv6 ).
ICMP ( Internet Control Message Protocol ) - межсетевой протокол управляющих сообщений, используемый в основном для передачи сообщений об ошибках и исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, а также выполняющие некоторые сервисные функции. ICMP является неотъемлемой частью IP , но при этом не делает протокол IP средством надёжной доставки сообщений. Для этих целей существует протокол TCP.
IGMP ( Internet Group Management Protocol ) - протокол управления группами Интернета, предназначенный для управления групповой ( multicast ) передачей данных в IP сетях версии 4. IGMP используется маршрутизаторами и IP-узлами для организации групп сетевых устройств, а также для поддержки потокового видео и онлайн-игр, обеспечивая эффективное использование сетевых ресурсов.
ADP ( Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов) - предназначен для определения физического адреса устройства ( MAC-адреса ) по его IP-адресу.
RARP ( Reverse Address Resolution Protocol - протокол обратного определения адреса ) - предназначен для определения IP-адреса устройства по его физическому адресу ( MAC-адресу ).
RIP ( Routing Information Protocol ) - протокол маршрутизации типа DVA, реализующий алгоритм обмена информацией о доступных сетях и расстояниях до них путём периодической рассылки широковещательных пакетов.
OSPF ( Open Shortest Path First ) - протокол маршрутизации типа LSA, реализующий алгоритм обмена информацией о состоянии каналов, путём периодического тестирования состояния каналов с соседними маршрутизаторами. Протокол OSPF разработанный для применения в сети Интернет и используется в других больших сетях (DECNet, NetWare, SNA, XNS).
На третьем уровне ( Transport - транспортный ) решаются задачи надёжной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности.
Протоколы транспортного уровня:
TCP ( Transmission Control Protocol ) - протокол управления передачей данных с установлением соединения, реализующий обмен данных между двумя узлами на основе некоторого соглашения об управлении потоком данных.
UDP ( User Datagram Protocol ) - дейтаграммный протокол передачи данных в виде независимых единиц - дейтаграмм ( datagram ).
RTP ( Real-time transport Protocol ) - предназначен для передачи трафика в реальном времени.
На четвёртом уровне ( Application - прикладной ) находятся прикладные задачи, запрашивающие сервис у транспортного уровня.
Протоколы прикладного уровня:
FTP ( File Transfer Protocol - протокол передачи файлов ) - предназначен для передачи файлов в сети и доступа к удалённым хостам. FTP функционирует поверх транспортного протокола TCP.
TFTP ( Trivial File Transfer Protocol - простой протокол передачи файлов ) - предназначен для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций.
BGP ( Border Gateway Protocol - протокол граничного шлюза ) - предназначен для обмена информацией о маршрутах между автономными системами.
HTTP ( Hyper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста ) - предназначен для передачи данных на основе клиент-серверной технологии. HTTP в настоящее время используется во всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.
DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узла ) - предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP-адресов и конфигурационных параметров, необходимых для работы в сети TCP/IP.
SNMP ( Simple Network Management Protocol - протокол простого управления сетями ) - предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами и приложениями в сети передачи данных путём обмена управляющей информацией.
DNS ( Domain Name System - система доменных имён ) - компьютерная распределённая иерархическая система для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени хоста.
SIP ( Session Initiation Protocol ) - протокол установления сеанса, предназначенный для установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым.
SMTP ( Simple Mail Transfer Protocol ) - простой протокол передачи почты, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.
POP3 ( Post Office Protocol Version 3 ) - протокол почтового отделения версии 3. Обычно используется почтовым клиентом в паре с SMTP для получения сообщений электронной почты с сервера.
IMAP ( Internet Message Access protocol ) - протокол доступа к электронной почте Интернета.
TELNET ( TELetype NETwork ) - виртуальный текстовый терминал, предназначенный для реализации текстового интерфейса в сети с использованием транспортного протокола TCP.
PPTP ( Point-to-Point tunneling protocol ) - туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в незащищённой сети.
Основными особенностями стека TCP/IP являются:
a) независимость от среды передачи данных;
b) негарантированная доставка пакетов;
.3 Стеки протоколов
Стек протоколов - это иерархически организованный набор сетевых протоколов различных уровней, достаточный для организации и обеспечения взаимодействия узлов в сети. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet, XNS, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA, на нижних уровнях - физическом и канальном - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethemet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.
Все протоколы, входящие в стек, разработаны одним производителем, то есть они способны работать максимально быстро и эффективно.
Важным моментом в функционировании сетевого оборудования, в частности сетевого адаптера, является привязка протоколов. Она позволяет использовать разные стеки протоколов при обслуживании одного сетевого адаптера. Например, можно одновременно использовать стеки TCP/IP и IPX/SPX. Если вдруг при попытке установления связи с адресатом с помощью первого стека произошла ошибка, то автоматически произойдёт переключение на использование протокола из следующего стека. Важным моментом в данном случае является очередность привязки, поскольку она однозначно влияет на использование того или иного протокола из разных стеков.
Вне зависимости от того, какое количество сетевых адаптеров установлено в компьютере, привязка может осуществляться как «один к нескольким», так и «несколько к одному», то есть один стек протоколов можно привязать сразу к нескольким адаптерам или несколько стеков к одному адаптеру.NetWare
NetWare - сетевая операционная система и набор сетевых протоколов, которые используются в этой системе для взаимодействия с компьютерами-клиентами, подключёнными к сети. В основе сетевых протоколов системы лежит стек протоколов XNS. В настоящее время NetWare поддерживает протоколы TCP/IP и IPX/SPX. Novell NetWare была популярна в 80-е и 90-е года по причине большей эффективности в сравнении с операционными системами общего назначения. Ныне это устаревшая технология.
XNS
Стек протоколов XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) разработан компанией Xerox для передачи данных по сетям Ethernet. Содержит 5 уровней.
Уровень 1 - среда передачи - реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели:
управляет обменом данными между устройством и сетью;
маршрутизирует данные между устройствами одной сети.
Уровень 2 - межсетевой - соответствует сетевому уровню в OSI- модели:
описывает способ прохождения данных через сеть.
Уровень 3 - транспортный - соответствует транспортному уровню в OSI-модели:
обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных.
Уровень 4 - контрольный - соответствует сессионному и представительному уровню в OSI-модели:
управляет представлением данных;
управляет контролем над ресурсами устройств.
Уровень 5 - прикладной - соответствует высшим уровням в OSI- модели:
обеспечивает функции обработки данных для прикладных задач.
TCP/IP
Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Данный стек является основным стеком в глобальной сети Интернет. Поддержка стека была реализована в компьютерах c операционной системой UNIX. В результате популярность протокола TCP/IP возросла. В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам - TCP и IP.(Transmission Control Protocol) - транспортный протокол, предназначенный для управлением передачей данных в сетях, использующих стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, предназначенный для доставки данных в составной сети с использованием одного из транспортных протоколов, например TCP или UDP.
Нижний уровень стека TCP/IP использует стандартные протоколы передачи данных, что делает возможным его применение в сетях с использованием любых сетевых технологий и на компьютерах с любой операционной системой.
Изначально протокол TCP/IP разрабатывался для применения в глобальных сетях, именно поэтому он является максимально гибким. В частности, благодаря способности фрагментации пакетов данные, несмотря на качество канала связи, в любом случае доходят до адресата. Кроме того, благодаря наличию IP-протокола становится возможной передача данных между разнородными сегментами сети.
Недостатком TCP/IP-протокола является сложность администрирования сети. Так, для нормального функционирования сети требуется наличие дополнительных серверов, например DNS, DHCP и т. д., поддержание работы которых и занимает большую часть времени системного администратора.
IPX/SPX
Стек протоколов IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) является разработкой и собственностью компании Novell. Он был разработан для нужд операционной системы Novell NetWare, которая еще до недавнего времени занимала одну из лидирующих позиций среди серверных операционных систем.
Протоколы IPX и SPX работают на сетевом и транспортном уровнях модели ISO/ OSI соответственно, поэтому отлично дополняют друг друга.
Протокол IPX может передавать данные с помощью датаграмм, используя для этого информацию о маршрутизации в сети. Однако для того, чтобы передать данные по найденному маршруту, необходимо сначала установить соединение между отправителем и получателем. Этим и занимается протокол SPX или любой другой транспортный протокол, работающий в паре с IPX.
К сожалению, стек протоколов IPX/SPX изначально ориентирован на обслуживание сетей небольшого размера, поэтому в больших сетях его использование малоэффективно: излишнее использование широковещательного вещания на низкоскоростных линиях связи недопустимо.
Стек OSI
На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN, то есть использует все разработанные вне стека популярные протоколы нижних уровней, как и большинство других стеков. Сетевой уровень включает сравнительно редко используемые протоколы Connectionoriented Network Protocol (CONP) и Connectionless Network Protocol (CLNP). Протоколы маршрутизации стека OSI это ES-IS (End System - Intermediate System) между конечной и промежуточной системами и IS-IS (Intermediate System - Intermediate System) между промежуточными системами. Транспортный уровень стека OSI скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают требуемое качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Чтобы обеспечить это, транспортный уровень требует, чтобы пользователь задал нужное качество обслуживания. Службы прикладного уровня обеспечивают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них наиболее популярными являются служба каталогов (стандарт Х.500), электронная почта (Х.400), протокол виртуального терминала (VTP), протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM), протокол пересылки и управления работами (JTM)./SMB
Достаточно популярный стек протоколов, разработкой которого занимались компании IBM и Microsoft, соответственно, ориентированный на использование в продуктах этих компаний. Как и у TCP/IP, на физическом и канальном уровне стека NetBIOS/SMB работают стандартные протоколы, такие как Ethernet, Token Ring и другие, что делает возможным его использование в паре с любым активным сетевым оборудованием. На верхних же уровнях работают протоколы NetBIOS (Network Basic Input/Output System) и SMB (Server Message Block).
Протокол NetBIOS был разработан в середине 80-х годов прошлого века, но вскоре был заменен на более функциональный протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), позволяющий организовать очень эффективный обмен информацией в сетях, состоящих не более чем из 200 компьютеров.
Для обмена данными между компьютерами используются логические имена, присваиваемые компьютерам динамически при их подключении к сети. При этом таблица имен распространяется на каждый компьютер сети. Поддерживается также работа с групповыми именами, что позволяет передавать данные сразу нескольким адресатам.
Главные плюсы протокола NetBEUI - скорость работы и очень малые требования к ресурсам. Если требуется организовать быстрый обмен данными в небольшой сети, состоящей из одного сегмента, лучшего протокола для этого не найти. Кроме того, для доставки сообщений установленное соединение не является обязательным требованием: в случае отсутствия соединения протокол использует датаграммный метод, когда сообщение снабжается адресом получателя и отправителя и «пускается в путь», переходя от одного компьютера к другому.
Однако NetBEUI обладает и существенным недостатком: он полностью лишен понятия о маршрутизации пакетов, поэтому его использование в сложных составных сетях не имеет смысла.
Что касается протокола SMB (Server Message Block), то с его помощью организуется работа сети на трех самых высоких уровнях - сеансовом, уровне представления и прикладном уровне. Именно при его использовании становится возможным доступ к файлам, принтерам и другим ресурсам сети. Данный протокол несколько раз был усовершенствован (вышло три его версии), что позволило применять его даже в таких современных операционных системах, как Microsoft Vista и Windows 7. Протокол SMB универсален и может работать в паре практически с любым транспортным протоколом, например TCP/IP и SPX.
DECnet
Стек протоколов DECnet (Digital Equipment Corporation net) содержит 7 уровней. Несмотря на разницу в терминологии, уровни DECnet очень похожи на уровни OSI-модели. DECnet реализует концепцию сетевой архитектуры DNA (Digital Network Architecture), разработанную фирмой DEC, согласно которой разнородные вычислительные системы (ЭВМ разных классов), функционирующие под управлением различных операционных систем, могут быть объединены в территориально-распределенные информационно-вычислительные сети.
SNA
Протокол SNA (System Network Architecture) компании IBM предназначен для удаленной связи с большими компьютерами и содержит 7 уровней. SNA основана на концепции главной (хост) -машины и обеспечивает доступ удаленных терминалов к мейнфреймам IBM. Основной отличительной чертой SNA является наличие возможности доступа каждого терминала к любой прикладной программе главной ЭВМ. Системная сетевая архитектура реализована на базе виртуального телекоммуникационного метода доступа (Virtual Telecommunication Access Method - VTAM) в главной ЭВМ. VTAM управляет всеми линиями связи и терминалами, причем каждый терминал имеет доступ ко всем прикладным программам.
.4 Стандартизация сетей
Сетевой стандарт - это набор правил и соглашений, используемых при создании локальной сети и организации передачи данных с применением определенной топологии, оборудования, протоколов и т. д.
Стандартизация в области телекоммуникаций.
Важнейшим аспектом развития современных телекоммуникационных систем является их стандартизация. Стандартизация необходима всем, кто связан с миром телекоммуникаций, включая производителей электронных компонентов, изготовителей аппаратуры, разработчиков сетей и конечных пользователей. Прежде всего, стандартизация означает массовость производства, что ведет к низким ценам и широкому распространению технологии. Выбор и утверждение стандарта это процесс не только технический, но и политический. Как правило, различные фирмы прорабатывают альтернативные варианты будущей технологии. От того, какой из них будет утвержден в качестве стандарта, зависят и объемы будущих прибылей. Поэтому, чтобы стандарт действительно стал общепризнанным, стандартизирующая организация должна быть чрезвычайно авторитетной, а сама процедура утверждения максимально открытой и беспристрастной.
Разработкой стандартов объединенных сетей занимаются самые разные организации путем проведения форумов, превращения неформальных обсуждений в формальные спецификации и распространения их после стандартизации. Большинство организаций, занимающихся стандартизацией, создают формальные стандарты путем проведения специальных мероприятий: формулирования организационных идей, обсуждения подходов, разработки черновых стандартов, голосования по всем или некоторым аспектам. После этого официально издается законченный стандарт.
Наиболее известные организации, занимающиеся стандартизацией объединенных сетей:
Международная организация по стандартизации ( International Organization for Standardization - ISO ). ISO является международной организацией, отвечающей за самые различные стандарты, включая многие из тех, которые относятся к сетям. Ее самым известным вкладом в стандартизацию сетей является разработка модели OSI и набора протоколов OSI.
Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute - ANSI). Институт ANSI входит в состав ISO и является координатором групп по стандартизации, формируемых в США на общественных началах. В ANSI был разработан интерфейс распределенной передачи данных по оптоволоконным каналам (Fiber Distributed Data Interface - FDDI) и другие коммуникационные стандарты.
Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association - EIA). Ассоциация EIA разрабатывает стандарты передачи данных по электрическим сетям, в том числе и по компьютерным сетям. В EIA разработан широко используемый стандарт EIA/TIA-232 (ранее известный как RS-232).
Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE). IEEE является профессиональной организацией, разрабатывающей сетевые и другие стандарты. В IEEE разработаны широко используемые стандарты локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.5.
Международный союз по телекоммуникациям, сектор стандартизации(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector -ITU-T). Ранее он назывался Комитетом по международной телеграфии и телефонии (Comite for International Telegraph and Telephone - CCITT). В настоящее время ITU-T является международной организацией, разрабатывающей стандарты по телекоммуникациям. В частности, в ITU-T был разработан стандарт Х.25.
Комитет по вопросам деятельности в Internet (Internet Activities Board - IAB). Комитет IAB представляет собой группу исследователей объединенных сетей, обсуждающих вопросы, касающиеся сети Internet, и определяющих общую политику в Internet, принимая решения и формируя для этого рабочие группы. Комитет IAB выпустил некоторые документы Request For Comments (RFC), принятые в качестве стандартов сети Internet, включая протоколы TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) и SNMP (Simple Network Management Protocol).
В России вопросами стандартизации в качестве головного национального института занимался и продолжает заниматься Госстандарт (в сотрудничестве с отраслевыми институтами ЦНИИС, ЛОНИИС и др.).
Эталонная модель взаимодействия открытых систем (МВОС, OSI open system interconnection) это наиболее удачная попытка стандартизировать протоколы обмена информацией. Несмотря на то что были разработаны и другие модели, большинство разработчиков и поставщиков сетевых продуктов используют терминологию эталонной модели МВОС.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface - оптоволоконный интерфейс распределения данных) - одна из первых высокоскоростных технологий ЛВС с пропускной способностью 100 Мбит/с, реализованная на волоконно-оптическом кабеле.
Стандарт FDDI разработан в середине 80-х годов прошлого века комитетом по стандартизации ХЗТ9.5 при Американском национальном институте стандартов (ANSI - American National Standards Institute). Он реализован с максимальным соответствием стандарту IEEE 802.5 - Token Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечения большей скорости передачи данных на большие расстояния. Благодаря большей пропускной способности и поддержке больших, чем электрические провода, расстояний, интерфейс FDDI часто используется в скоростных магистралях.
В FDDI используется архитектура двойного кольца, в которой фреймы перемещаются по кольцам, в противоположных направлениях (так называемая контрциркуляция). Двойное кольцо состоит из первичного и вторичного колец. В нормальном режиме данные передается по первичному кольцу, а вторичное не используется. Основное назначение двойного кольца состоит в обеспечении высокой надежности и безопасности.
В качестве основной среды передачи интерфейс FDDI использует оптоволоконный кабель, но он может работать и с электрическим кабелем.
Интерфейс FDDI позволяет располагать станции, соединенные многомодовым оптоволоконным кабелем, на расстоянии до 2 км друг от друга, а при использовании одномодового кабеля - на еще больших расстояниях.
Протокол FDDI определяет физический уровень эталонной модели OSI и ту ее часть, которая касается доступа к среде передачи. FDDI не является единой спецификацией, а представляет собой четыре отдельные спецификации, каждая из которых имеет свое назначение. Вместе они обеспечивают возможность высокоскоростной передачи данных протоколов более высокого уровня, таких как TCP/IP и IPX, по оптоволоконному кабелю. В состав FDDI входят следующие четыре спецификации: MAC, PHY, PMD и SMT.
Основное назначение интерфейса FDDI состоит в обеспечении взаимодействия между протоколами верхних уровней OSI и средой передачи, связывающей сетевые устройства. Подуровень LLC является компонентом 2-го (MAC) уровня эталонной модели OSI. Одним из уникальных свойств интерфейса FDDI является возможность подключения FDDI-устройств несколькими способами. Спецификация FDDI определяет четыре типа устройств: однопортовая станция (Single-Attachment Station - SAS), двухпортовая станция (Dual-Attachment Station - DAS), однопортовый концентратор (Single-Attached Concentrator - SAC) и двухпортовый концентратор (Dual-Attached Concentrator - DAC).
Интерфейс FDDI обеспечивает несколько способов защиты от сбоев. Это, в частности, использование двойного кольца FDDI, оптического обходного переключателя и поддержка двойного подключения.
Основным средством защиты от сбоев в FDDI является двойное кольцо. Если
станция, подключенная к двойному кольцу, выходит из строя, отключается или повреждается кабель, то двойное кольцо автоматически сворачивается в одиночное (дублирует само себя). Когда кольцо сворачивается, топология двойного кольца превращается в топологию одиночного кольца. В этом состоянии данные продолжают передаваться по кольцу FDDI без снижения производительности.
Если одна из станций выйдет из строя, устройства по обе ее стороны сворачивают кольцо, и оно превращается в одиночное. Для остальных станций в кольце сеть продолжает работать. При повреждении кабеля сворачивание кольца происходит на устройствах по обеим сторонам поврежденного участка и сеть продолжает работать для всех станций.
Оптический обходной переключатель обеспечивает работу двойного кольца в случае выхода из строя одного из устройств. Он применяется для предотвращения сегментации кольца с одновременным исключением из него поврежденных станций. Оптический обходной переключатель выполняет эту функцию при помощи оптических зеркал, которые в нормальном режиме работы передают свет из кольца напрямую к DAC-устройству. Если на DAC-устройстве происходит сбой, например, выключение питания, то оптический обходной переключатель будет передавать свет через себя с помощью внутренних зеркал, сохраняя таким образом целостность кольца. Преимуществом такого подхода является то, что в случае выхода устройства из строя кольцо не сворачивается. Прохождение сетевых пакетов через оптический переключатель значительно отличается от обычной работы сети.
Для критически важных устройств, таких как маршрутизаторы или мэйнфреймы, может использоваться метод защиты от сбоев, называемый двойным подключением(dual homing), который обеспечивает работоспособность за счет избыточности. При двойном подключении критическое устройство подключается сразу к двум концентраторам. Одна пара подключений к концентратору объявляется активной, другая - пассивной. Пассивное подключение находится в резерве на тот случай, если основное подключение (или концентратор) выйдет из строя. В этой ситуации пассивный канал автоматически активизируется.
Формат фреймов FDDI аналогичен формату фреймов в сети Token Ring. В этой области, как и во многих других, FDDI многое позаимствовал из более ранних технологий локальных сетей, таких как Token Ring. Максимальный размер фрейма FDDI составляет 4500 байтов.
Сравнительно недавно появилась технология, аналогичная технологии FDDI позволяющая передавать данные по электрическим проводам - т.н.распределенный проводной интерфейс передачи данных, (Copper Distributed Data Interface - CDDI). Распределенный проводной интерфейс передачи данных (Copper Distributed Data Interface - CDDI) является реализацией протокола FDDI для витой пары. Как и интерфейс FDDI, CDDI обеспечивает передачу данных со скоростью 100 Мбит/с и использует архитектуру двойного кольца для обеспечения надежности. Интерфейс CDDI допускает установку рабочей станции и концентратора на расстоянии до100м.
2. Группа стандартов передачи данных IEEE 802
.1 Стандартизация локальных сетей
( Institute of Electrical and Electronics Engineers)- Институт инженеров по электротехнике и электронике международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике. Институт инженеров по электротехнике и электронике IEEE, стоит особняком в перечне стандартизирующих организаций. Достаточно скачать, что членами IEEE являются ANSI и ISO. IEEE выпускает свои собственные стандарты, имеющие общемировое значение. Как правило, они затем утверждаются ISO и/или ITU, но это уже формальность.
В 1980г. в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Все стандарты, разрабатываемые этим комитетом, в своем названии содержат IEEE802.
В составе комитета 802 находится большое количество подкомитетов, каждый из которых работает по своему направлению и отвечает за стандартизацию разных типов сети и создание отчетов, описывающих процессы, которые возникают при передаче разного рода данных. Например, за разработку стандартов для сети с кабельной системой отвечает комитет IEEE 802.3, с использованием радиоэфира - комитет IEEE 802.11 и т. д.
Наиболее известными подкомитетами являются следующие:
) IEEE 802.1. Данный подкомитет занимается разработкой стандартов межсетевого взаимодействия и управления сетевыми устройствами. Он разрабатывает стандарты по управлению локальной сетью, принципам и логике работы активного сетевого оборудования, безопасности протоколов MAC-уровня и т. д.
) IEEE 802.2. Этот подкомитет занимается разработкой стандартов для протоколов канального уровня, осуществляющих логическое управление средой передачи данных.
) IEEE 802.3. Работа данного подкомитета представляет особый интерес, поскольку именно он занимается разработкой стандартов для проводных сетей стандарта Ethernet, которые для доступа к среде передачи данных используют метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий CSMA/CD. Данный комитет разработал более 30 стандартов, большая часть которых находит свое применение в современных локальных сетях.
) IEEE 802.4. Этот комитет разрабатывает стандарты для локальных сетей, которые используют маркерный метод доступа к передающей сети и топологию «шина».
) IEEE 802.5. Данный комитет разрабатывает правила и спецификации для локальных сетей, которые в качестве метода доступа к среде передачи данных используют метод маркера, а в основе сети лежит топология «кольцо».
) IEEE 802.11. Этот комитет разрабатывает стандарты и правила функционирования устройств в беспроводных локальных сетях, которые работают с частотами 2,4; 3,6 и 5 ГГц. ( WI-FI )
) IEEE 802.15. Данный комитет разрабатывает стандарты для персональных беспроводных сетей, использующих такие технологии передачи данных, как ZigBee, Bluetooth и т. д.
) IEEE 802.16. Внимание этого комитета занято стандартизацией функционирования локальных сетей (WiMAX) с использованием беспроводной связи в широком диапазоне частот (2-66 ГГц).
.2 Ethernet/IEEE 802.3
Ethernet - технология локально вычислительной сети, разработанная совместно фирмами DEC, Intel и Xerox (DIX) и опубликованная в 1980 году в виде стандарта Ethernet II для сети с пропускной способностью 10мбит/с, построенной на основе коаксильного кабеля.
На основе стандарта Ethernet II был разработан стандарт IEEE 802.3,
который имеет следующие отличия:
канальный уровень разбит на два подуровня: MAC и LLC;
внесены некоторые изменения в формат кадра при тех же минимальных и максимальных размерах кадров.
Разработкой стандартов и правил функционирования локальных сетей стандарта Ethernet с физической средой передачи данных в виде коаксиального, оптоволоконного кабеля и кабеля «витая пара» занимается комитет 802.3. За время своего существования на свет появилось достаточно много стандартов. Наиболее известными среди них являются стандарты 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-X.
В зависимости от физической среды передачи данных IEEE 802.3 предусматривает различные варианты реализации ЛВС на физическом
уровне:
10Base-5 - толстый коаксиальный кабель;
10Base-2 - тонкий коаксиальный кабель;
10Base-T - витая пара;
10Base-F - оптоволокно.
В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet с пропускной способностью среды передачи 100 Мбит/с, который представлен в виде дополнительного раздела 802.Зu к стандарту IEEE 802.3.
В 1998 году принят стандарт Gigabit Ethernet, описанный в разделе 802.3z для ЛВС с пропускной способностью 1 Гбит/с.
В 2002 году утверждена спецификация IEEE 802.Зае для ЛВС с пропускной способностью 10 Гбит/с (10 Gigabit Ethernet), предусматривающая использование волоконно-оптических кабелей.
В июне 2010 года принят стандарт IEEE Р802.3bа для ЛВС с пропускными способностями 40 Гбит/с и 100 Гбит/с: 40 Gigabit Ethernet (40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (100GbE).
В стандарте IEEE 802.3 определен метод доступа, используемый в сетях Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) - CSMA/CD - множественный доступ с контролем несущей и проверкой столкновений.
В сетях технологии Ethernet, построенных на основе логической топологии "общая шина", разделяемая среда передачи данных является общей для всех пользователей, т. е. реализуется множественный доступ к общей среде. Для передачи данных используется манчестерский код, скорость передачи составляет 10 Мбит/с, т.е. длительность битового интервала равна 0,1 мкс. Между кадрами должен быть интервал длительностью 9,6 мкс. Переданную в сеть информацию может получить любой компьютер, у которого адрес сетевого адаптера совпадает с адресом DA передаваемого кадра, или все компьютеры сети при широковещательной передаче. Однако передавать информацию в любой момент времени может только один узел. Такой способ обмена данными получил название метода множественного доступа к среде с распознаванием несущей и фиксацией коллизий ( CSMA/CD - Carrier Sence Multiply Access with Collision Detection).
При одновременной передаче данных двумя компьютерами возникает так называемая коллизия, когда данные двух передающих узлов накладываются друг на друга и происходит потеря информации. Поэтому прежде чем начать передачу, узел должен убедиться, что общая шина свободна. Для этого он прослушивает среду. Если какой-либо компьютер сети уже передает данные, то в сети обнаруживается несущая частота передаваемых сигналов. Если по окончании передачи сразу два узла попытаются одновременно начать передачу своих данных, то возникнет коллизия, которая фиксируется компьютерами. Узел, первым обнаруживший коллизию, усугубляет ее путем передачи в сеть специальных JAM - сигналов для оповещения всех компьютеров сети. При этом компьютер должен немедленно прекратить передачу данных и выдержать паузу в течение некоторого случайного интервала времени. По окончании этого интервала узел может вновь попытаться передать свои данные.
Управление доступом к общей среде передачи реализуется средствами сетевого адаптера. Каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес.
Кадры, передаваемые станциями, проходят через сетевые адаптеры всех станций сети, но только та из них, кому адресован данный кадр, принимает и записывает его в буфер адаптера для дальнейшего формирования сообщения и передачи его в память рабочей станции. Таким образом, в каждый момент времени в сети может передаваться только один кадр. Если передачу кадров начинают одновременно две и более станции, возникает коллизия, в результате которой все кадры искажаются и требуется повторная передача кадров.
Часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию, независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла, называется «доменом коллизий» (collision domain).
Стандарт IEEE 802.3 определяет ограничения, налагаемые на размер
ЛВС Ethernet:
максимальное число станций в сети - 1024;
максимальная протяженность сети - 3-4 км;
максимальная длина сегмента сети (расстояние между крайними станциями), зависящая от типа передающей среды:
метров - для толстого коаксиального кабеля;
метров - для тонкого коаксиального кабеля;
метров - для витой пары;
метров - для оптоволоконного кабеля.
Основными топологиями ЛВС Ethernet являются:
"общая шина", в которой в качестве среды передачи данных используется коаксиальный кабель;
"звезда", в которой центральным узлом является концентратор, а в качестве среды передачи данных используется витая пара или оптоволоконный кабель.
В основу стандарта IEEE 802.3 был положен кадр Raw 802.3, предложенный фирмой Novell и называемый также кадром 802.3/Novell.
Длина кадра находится в диапазоне от 64 до 1518 байт, не считая преамбулы и признака начала кадра. Важной особенностью стандарта IEEE 802.3 является возможность передачи прикладным процессом данных длиной менее 46 байтов, благодаря тому, что кадр автоматически дополняется до нужного размера пустыми символами в поле «Набивка».
ЛВС Ethernet может объединять сегменты, построенные на основе разных типов кабелей: толстого или тонкого коаксиального кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля.
Для корректной работы сети Ethernet необходимо, чтобы станции всегда могли обнаружить коллизию, если она возникла в процессе передачи кадра. Если станция прекратит прослушивание среды передачи раньше, чем коллизия может произойти, передаваемый кадр будет потерян. Поэтому передающая станция должна обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ею кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра. Поскольку до начала передачи все станции сети прослушивают канал, то коллизия в худшем случае может возникнуть при передаче кадров между наиболее удаленными друг от друга станциями сети.
В качестве достоинств ЛВС Ethernet следует отметить:
простоту установки и эксплуатации,
невысокую стоимость реализации, обусловленную простотой и невысокой стоимостью сетевых адаптеров и концентраторов;
возможность использования различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.
К недостаткам сети Ethernet можно отнести:
снижение реальной скорости передачи данных в сильно
загруженной сети, вплоть до ее полной остановки;
трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно.
.3 Token Ring/IEEE 802.5
данное передача протокол сеть
Сеть Token Ring была первоначально разработана корпорацией IBM в начале 70-х годов XX века. Данная сеть была разработана после сети Ethernet. Полный вариант сети Token появился в 1985 году. И она по-прежнему остается первичной технологией локальных сетей (local-area network - LAN) этой корпорации.
Token Ring ( Token - маркер, Ring - кольцо ) - это кольцевая топология которая предполагает маркерный доступ. Сеть Token Ring внешне похожа на звезду или на объединение нескольких звёзд.
Данный метод доступа к общей передающей среде характерен только для сетей, построенных с применением сетевой топологии «кольцо».
Token Ring, благодаря поддержке компании IBM, была стандартизована на самом высоком уровне. Поэтому данная технология получила распространение но не слишком большое, например потому что она была более дорогой по сравнению с сетью Ethernet. Более того, в первоначальном варианте сеть Token Ring имела более меньшую скорость. Если сеть Ethernet имела скорость 10мб., то Token Ring имела скорость всего лишь 4мб ( только потом появилась версия с 16мб/с и 100 и 1000мб/с ). Но время было упущено и сеть Ethernet в конечном счёте захватила лидирующие позиции.
Термин Token Ring в общем смысле используется для обозначения как сетей Token Ring IBM, так и сетей IEEE 802.5.
По основным своим характеристикам, сети Token Ring и IEEE 802.5 совместимы, хотя их спецификации в некоторых несущественных аспектах различаются. Сеть Token Ring IBM имеет звездообразную топологию, в которой все конечные станции подсоединяются к устройству, называемому модулем множественного доступа (multistations access unit - MSAU). В отличие от сетей Token Ring, в сетях IEEE 802.5 топология заранее не определена, хотя фактически все реализации IEEE 802.5 основываются на звездообразной топологии. Существуют и другие различия, включая тип передающей среды (спецификация IEEE 802.5 не определяет тип среды, в то время как Token Ring IBM использует витую пару) и размер информационного поля маршрутизации.
Основные параметры стандарта 802.5:
Топология-кольцо ( звезда-кольцо);
Среда передачи- витая пара UTP ( Сначала была неэкранированная витая пара , но в дальнейшем появился вариант с экранированной витой парой, затем вариант с оптоволокном и наконец вариант на коаксиальном кабеле. Но в основном получило распространение витая пара на UTP );
Скорость передачи - 4(16) Мбит/с;
Длина кабеля между концентраторами - до 45 м;
Длина кабеля от абонента до концентратора - до 45 м;
Максимальная длина кольца - 120 м;
Максимальное количество абонентов - 96(12 MAU);
Метод доступа - маркерный;
Код - бифазный;
Формат пакета ( стандартный ).
Топология «кольцо» очень чувствительна к обрыву кабеля и к отказу абонентов.
Сетевые станции IBM Token Ring подключаются непосредственно к модулям MSAU, которые могут быть соединены друг с другом, образуя одно большое кольцо. Модули MSAU подключаются к соседним модулям соединительными кабелями (patch cables), а к станциям - кабелями ответвления (lobe cables). В состав MSAU входят обводные реле для удаления станций из кольца.
Сети Token Ring и IEEE 802.5 представляют собой два основных примера сетей с передачей маркера (другим примером являются сети FDDI).
В сетях с передачей маркера (token-passing networks) по сети перемешается небольшой фрейм, называемый маркером. Обладание маркером дает право на передачу. Если узел, получающий маркер, не имеет информации для передачи, то он передает маркер следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер лишь в течение установленного максимального времени.
Если же станция, обладающая маркером, имеет информацию для передачи, то она захватывает маркер, изменяет его первый бит (что превращает его в последовательность символов, обозначающих начало фрейма), добавляет информацию, которую требуется передать, и отправляет эту последовательность по кольцу в направлении следующей станции. Во время перемещения такого фрейма по кольцу маркер в сети отсутствует, поэтому остальным станциям, у которых есть информация для передачи, приходится ожидать (кроме случая, когда кольцо поддерживает раннее создание маркера).
Поэтому в сети Token Ring коллизии невозможны. Если в кольце поддерживается функция раннего создания маркера, то новый маркер может быть создан, когда передача фрейма завершена.
Информационный фрейм циркулирует по кольцу до тех пор, пока он не достигнет станции-получателя, которая копирует данную информацию для дальнейшей обработки. Этот информационный фрейм продолжает двигаться по кольцу и в конечном итоге удаляется, когда поступает на отправившую его станцию. Эта станция может исследовать возвратившийся фрейм для проверки того, что он был просмотрен и скопирован станцией пункта назначения.
В отличие от сетей CSMA/CD, таких как Ethernet, сети с передачей маркера являются детерминистическими. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет до того, как любая станция получит возможность передавать данные. Эта функция, а также некоторые другие функции обеспечения надежности, делают сети Token Ring идеальными для приложений, в которых задержка должна быть предсказуема и важно устойчивое функционирование сети. Примером подобных приложений может быть автоматизированная производственная линия.
В сетях Token Ring применяется сложная система приоритетов, позволяющая станциям, которым пользователь присвоит более высокий приоритет, использовать сеть чаще других. Фреймы сети Token Ring имеют два поля, которые управляют приоритетами: поле приоритета и поле резервирования.
В сетях Token Ring и IEEE 802.5 поддерживаются два основных типа фреймов: маркеры и фреймы данных/управления. Маркер состоит из признака начала, байта управления доступом и признака конца. Размер фреймов данных и фреймов управления не является постоянным и изменяется в зависимости от размера информационного поля. Фреймы данных переносят информацию протоколов верхних уровней, а фреймы управления содержат только управляющую информацию и не включают в себя данные верхних уровней.
.4 WI-FI/IEEE 802.11
Разработкой правил функционирования локальных сетей стандарта Ethernet с беспроводной средой передачи данных WLAN (Working Group for Wireless Local Area Networks, рабочая группа по беспроводным локальным сетям), использующих частоты 2,4 и 5 ГГц, занимается подкомитет 802.11. В его состав входит более 100 компаний, которые непосредственно связаны с производством сетевого оборудования, программного обеспечения для беспроводных локальных сетей и т. п. Особенности некоторых из беспроводных стандартов:.11
Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была начата сразу после образования комитета 802.11, что произошло в 1990 году, является первым беспроводным стандартом, который можно было использовать для создания локальной сети. Перед комитетом ставилась задача разработать стандарт, который позволил бы добиться устойчивой работы беспроводной сети. При этом необходимо было достичь стандартной скорости передачи данных 1 Мбит/с и опциональной скорости передачи данных 2 Мбит/с. Результат был получен, но на это ушло целых 7 лет работы.
Стандарт IEEE 802.11 описывает функционирование беспроводной сети в диапазоне частот 2400-2483,5 МГц, а также в инфракрасном диапазоне частот. При этом для обработки сигналов используются методы DSSS и FHSS, имеющие разный принцип работы, что делает их несовместимыми между собой. Рассматриваемый стандарт предусматривает выполнение следующих положений:
a) для работы в локальной сети используется оборудование, которое работает в диапазоне радиочастот 2400-2483,5 МГц;
b) радиус сети не превышает 300 м;
c) стандартная скорость передачи данных - 1 Мбит/с, опциональная - 2Мбит/с;
d) используется метод прямой последовательности DSSS с технологией модуляции сигнала PSK или метод частотных скачков FHSS с технологией модуляции FSK.
При использовании стандарта IEEE 802.11 теоретический радиус сети составляет 300 м. На практике же он редко превышает 50-100 м, что обусловлено наличием большого количества препятствий для распространения сигнала. Этого радиуса вполне достаточно для организации работы локальной сети в небольшом офисе. Однако скорость передачи данных даже для 1997 года, когда появился этот стандарт, оказалась слишком низкой. И это при том, что проводные варианты сети предлагали скорость на порядок выше. Данный факт и стоимость оборудования и стали причиной того, что этот стандарт не нашел широкого применения.802.11b
Со стандарта IEEE 802.11b началось широкое распространение беспроводных сетей. Именно этот стандарт стал причиной появления Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная точность). Появилось большое количество оборудования этого стандарта, в ноутбуки и другие переносные устройства также стали встраивать поддержку стандарта IEEE 802.11b. Беспроводные локальные сети данного стандарта даже сейчас встречаются часто.
Стандарт предусматривает следующие правила и соглашения:
a)для работы в локальной сети используется оборудование, которое функционирует в диапазоне радиочастот 2400-2483,5 МГц;
b) радиус сети не превышает 300 м;
c)стандартная скорость передачи данных - 1 и 5,5 Мбит/с, опциональная - 2 и 11 Мбит/с;
d)для работы с сигналом применяется метод прямой последовательности DSSS с восьмиразрядными последовательностями Уолша и CCK;
e)в качестве протокола безопасности используется протокол WEP;
f)для доступа к передающей среде применяется метод CSMA/CA.
Чтобы добиться скорости передачи данных 11 Мбит/с, используется метод DSSS, применяющий 5 перекрывающихся поддиапазонов. Для шифрования данных применяется последовательность дополнительных комплементарных кодов. Это позволяет добиться большей устойчивости кода за счет его избыточности.
Из плюсов IEEE 802.11b можно отметить то, что оборудование этого стандарта имеет наибольшую чувствительность. По этой причине качество связи с применением такого оборудования гораздо выше, чем при использовании оборудования с более новыми стандартами. Кроме того, некоторые производители предлагают оборудование, которое может работать на скорости 22 Мбит/с (IEEE 802.11b+) при условии применения оборудования от одного производителя.
Минусом стандарта является то, что скорость передачи данных может падать вплоть до самой низкой, что зависит от количества преград между передатчиком и приемником сигнала. Кроме того, оборудование стандарта IEEE 802.11b использует WEP-шифрование, безопасность которого очень низкая. При использовании соответствующих программ получить ключ беспроводной сети с таким шифрованием можно достаточно быстро.802.11а
Конечно, было бы логично, если бы стандарт IEEE 802.11a появился раньше, чем IEEE 802.11b. Но, несмотря на то, что работа над этими стандартами велась параллельно, стандарт IEEE 802.11a был принят позднее, в 2001 году. При разработке данного стандарта комитет пошел другим путем, решив использовать в качестве диапазона частот сразу три полосы: 5,15-5,25 МГц, 5,25-5,35 МГц, 5,725-5,825 МГц. Это позволяет добиться большей пропускной способности, а также использовать более свободный диапазон частот. При этом применяются новые методы обработки сигнала, а также новые, более усовершенствованные алгоритмы шифрования.
Стандарт предусматривает следующие правила и соглашения:
a) для работы в локальной сети используется оборудование, которое функционирует в диапазоне радиочастот 5,15-5,25 МГц, 5,25-5,35 МГц и 5,725-5,825 МГц;
b) радиус сети не превышает 100 м;
c) стандартная скорость передачи данных - 1, 6, 12 и 24 Мбит/с, опциональная - 2, 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с;
d) применяется метод ортогонального частотного мультиплексирования OFDM.
Главным достоинством этого стандарта является высокая скорость передачи данных, однако это практически единственный его плюс.
Минусов гораздо больше, и основные из них следующие:
□ малый радиус сети, который резко уменьшается при наличии незначительных препятствий сигналу;
□ несовместимость IEEE 802.11a с существующими стандартами (кроме 802.1 1n), что делает использование сетевого адаптера невозможным, если применяется точка доступа с другим стандартом;
□ практически во всех странах требуется наличие соответствующего разрешения и даже лицензии на использование оборудования для работы с указанными диапазонами частот.
Эти недостатки привели к тому, что стандарт IEEE 802.11a не получил того распространения, которое ожидалось, даже несмотря на высокую скорость передачи данных.802.11g
В начале 2000 года многие ожидали появления стандарта IEEE 802.11g, поскольку наиболее распространенный на то время стандарт IEEE 802.11b уже не удовлетворял своими возможностями как в плане скорости, так и в плане безопасности. И это сдерживало распространение беспроводных сетей. Оборудование стандарта IEEE 802.11g, как это обычно бывает, появилось на рынке гораздо раньше, чем был принят сам стандарт (он был принят в 2003 году). Ожидание полностью оправдалось: новый стандарт получился очень функциональным, а главное, имел новый уровень безопасности. Кроме того, совместимость IEEE 802.11g со стандартом IEEE 802.11b позволила использовать оборудование стандарта IEEE 802.11b в сетях IEEE 802.11g.
Основные правила и соглашения, описанные в стандарте IEEE 802.11g:
□ для работы в локальной сети используется оборудование, которое функционирует в диапазоне частот 2400-2483,5 МГц;
□ радиус сети не превышает 300 м;
□ стандартная скорость передачи данных - 1, 5,5, 11, 24, 33 и 48 Мбит/с, опциональная - 2, 9, 12, 18, 36 и 54 Мбит/с;
□ для работы с сигналом применяется усовершенствованный метод прямой последовательности CCK-DSSS и метод двоичного пакетного сверточного кодирования PBCC;
□ в качестве протоколов безопасности и аутентификации используются WPА, WPA2, AES, TKIP и др.;
□ для доступа к передающей среде применяется метод CSMA/CA;
□ максимальное количество подключений - 2048.
Поддержка этого удачного стандарта сразу же была реализована в ноутбуках и переносных устройствах, что также повысило его популярность. Кроме того, как и в случае со стандартом IEEE 802.1 1b, некоторые производители, например D-Link, выпустили на рынок устройства, способные работать на скорости 108 (IEEE 802.1 1g+) и даже 125 Мбит/с, что сделало данный стандарт еще более привлекательным.802.11n
В 2009 году был принят стандарт IEEE 802.11n, который начал новую эру в развитии беспроводных сетей. Использование оборудования данного стандарта позволяет достигать значительных скоростей передачи данных, вплоть до 300 Мбит/с (по некоторым данным - до 600 Мбит/с). Такая скорость передачи данных стала возможной благодаря более оптимальному использованию полос радиочастот, а также применению более качественных аналоговых чипов обработки сигналов с раздельным приемным и передающим трактами. В отличие от стандарта IEEE 802.11g, новый стандарт использует деление доступного частотного диапазона на полосы шириной 40 МГц с параллельной передачей данных сразу по нескольким полосам.
Стандарт IEEE 802.11n предусматривает следующие правила:
□ беспроводное оборудование работает в диапазонах частот 2,4 и 5 ГГц, выбор которых происходит в зависимости от режима работы. Он зависит от стандартов оборудования, которое работает в локальной сети. Например, если в сети используется оборудование разных стандартов, то будет выбран режим совместимости с предыдущими стандартами, и скорость передачи данных при этом будет гораздо ниже стандартной. Если же применяется только оборудование стандарта IEEE 802.11n, то будет выбран режим с максимальной скоростью передачи данных;
□ радиус сети не превышает 450 м;
□ скорость передачи данных зависит от режима использования оборудования и составляет от 54 Мбит/с (в режиме совместимости со стандартами IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g) до 300 Мбит/с (при использовании устройств стандарта IEEE 802.11n);
□ для обработки сигнала применяется усовершенствованный метод ортогонального частотного мультиплексирования OFDM и технология многоканальных антенных систем MIMO.
На сегодняшний день стандарт IEEE 802.11n является наиболее перспективным, тем более что стоимость оборудования этого стандарта вполне доступна. Кроме того, по некоторым данным, ждать появления нового стандарта, который позволит вдвое увеличить пропускную способность сети, придется ни много ни мало - до 2016 года.
Новый разрабатываемый стандарт IEEE 802.11ac:802.11ac - это новый стандарт беспроводных компьютерных сетей семейства 802.11 для сетей Wi-Fi на частотах 5-6 ГГц. Устройства, которые работают по этому стандарту, обеспечивают скорость передачи данных более 1 Гбит/с (до 6 Гбит/с 8x MU-MIMO), что многократно выше, чем существующий на сегодняшний день 802.11n. Стандарт подразумевает использование до 8 антенн MU-MIMO и расширение канала до 80 и 160 МГц. По версии компании Broadcom, данный стандарт относится к сетям нового поколения 5G.
января 2011 года была принята первая черновая редакция версии 0.1.
На текущий момент некоторыми производителями (Quantenna, Broadcom, Buffalo) уже представлены чипы, поддерживающие работу по стандарту IEEE 802.11ac Draft 0.1.
.5 Bluetooth/IEEE 802.15.1
Стандарт Bluetooth разработан группой Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group), которая была организована по инициативе компании Ericsson. Стандарт Bluetooth также адаптирован рабочей группой IEEE 802.15.1 в соответствии с общей структурой стандартов IEEE 802.
В технологии Bluetooth используется концепция пикосети. Название подчеркивает небольшую область покрытия, от 10 до 100 м, в зависимости от мощности излучения передатчика устройства. В пикосеть может входить до 255 устройств, но только 8 из них могут в каждый момент времени быть активными и обмениваться данными.
Сеть Bluetooth использует технику расширения спектра FHSS.
Для надежной передачи данных в технологии Bluetooth может выполняться прямая коррекция ошибок (FEC), а получение кадра подтверждается с помощью квитанций. В сетях Bluetooth для передачи информации двух типов используются разные методы.
Для чувствительного к задержкам трафика (например, голоса) сеть поддерживает синхронный канал, ориентированный на соединение (Synchronous Connection-Oriented link, SCO). Этот канал работает на скорости 64 Кбит/с. Для канала SCO пропускная способность резервируется на все время соединения.
Для эластичного трафика (например, компьютерных данных) используется работающий с переменной скоростью асинхронный канал, не ориентированный на соединение (Asynchronous Connection-Less link, ACL). Для канала ACL пропускная способность выделяется по запросу подчиненного устройства или по потребности главного устройства.
За все время работы группы Bluetooth SIG было разработано шесть стандартов Bluetooth, которые по договоренности с IEEE в 2002 году стали частью стандартов IEEE 802.15.1.0, 1.0A, 1.0В
Стандарт Bluetooth 1.0 (IEEE 802.15.1) появился в 1998 году (последняя версия 1.0В была принята в 1999 году). В данной ситуации справедлива пословица «первый блин - комом». Данный стандарт явно поспешили выпустить в свет только затем, чтобы привлечь внимание общественности к разработке вообще.
Главной причиной этого стали недоработки и несоблюдения производителями соглашений спецификации. Это привело к тому, что широкополосные и узкополосные варианты устройств оказались полностью несовместимы между собой. Однако в любом случае цель была достигнута - обмен данными между совместимыми устройствами был обеспечен. При этом теоретическая скорость передачи данных составляла 732,2 Кбит/с с расстоянием действия до 100 м.1.1
Через два с половиной года, в 2002 году, произошло «второе пришествие» Bluetooth в виде спецификации 1.1 (IEEE 802.15.1-2002). Данная спецификация стала более успешной, поскольку было решено множество проблем, связанных с ошибками и несовместимостью устройств.
Самым значительным нововведением стала поддержка работы по незашифрованным каналам и возможность выбора наиболее подходящего канала для передачи данных благодаря поддержке индикации уровня мощности сигнала RSSI (Radio Signal Strength Indicator).1.2
Спецификация Bluetooth 1.2, появившаяся в 2003 году, является дальнейшим развитием технологии Bluetooth, и нужно сказать, она стала настолько удачным решением, что во многие переносные и портативные устройства начали встраивать контроллер Bluetooth 1.2. Их до сих пор можно встретить в устройствах, приобретенных несколько лет назад.
Главными особенностями новой версии Bluetooth стали:
□ ускоренный поиск устройств и ускоренное подключение к ним;
□ внедрение поддержки технологии eSCO (Extended Synchronous Connections, расширенное синхронное соединение), улучшающей качество связи со звукопередающей и воспроизводящей гарнитурой;
□ внедрение технологии адаптивного изменения канала AFH (Adaptive Frequency Hopping, скачкообразная адаптация частоты), позволяющей выбирать канал связи исходя из количества препятствий по ходу сигнала;
□ обратная совместимость с устройствами предыдущих версий;
□ увеличенная реальная скорость передачи данных;
□ поддержка до 8 устройств.2.0
Начиная с версии 2.0, которая появилась в 2004 году, технология Bluetooth стала совершенствоваться как в плане возможностей, так и в плане скоростных характеристик.
Основными нововведениями этой версии Bluetooth стали:
□ технология EDR (Enhanced Data Rate, увеличенная пропускная способность), позволившая значительно увеличить скорость передачи данных. По этой причине данную версию Bluetooth часто называют Bluetooth 2.0+EDR;
□ скорость передачи данных до 3 Мбит/с;
□ обратная совместимость со старыми версиями Bluetooth;
□ поддержка механизма Multi-Cast, позволяющего отправлять данные сразу нескольким устройствам;
□ сервис качества QoS (Quality of Service), контролирующий качество связи и устраняющий эффект торможения при работе с несколькими устройствами;
□ распределенный контроль доступа к передающей среде, позволяющий поддерживать работу с 256 устройствами;
□ уменьшенное энергопотребление.
Как видно, в версии 2.0 действительно произошли значительные изменения. В результате распространение Bluetooth приобрело массовый характер, как в мобильных устройствах, так и в компьютерной технике.2.1
В 2007 году в свет вышла новая доработанная версия - Bluetooth 2.1, основными нововведениями в которой стали:
□ технология NFC (Near Field Communication), делающая соединение более безопасным и исключающим возможность перехвата данных третьими лицами;
□ технология уменьшения энергопотребления Sniff Subrating, благодаря которой энергопотребление снизилось в 3-10 раз по сравнению со старыми версиями Bluetooth;
□ обновление ключа шифрования без разрыва соединения.
Как и в версии 2.0, в Bluetooth 2.1 имеется поддержка технологии EDR, в связи с чем повсеместно используется название Bluetooth 2.1+EDR.
Bluetooth 3.0
Спецификация Bluetooth 3.0, или Bluetooth High Speed, принятая в 2009 году, на сегодняшний день является наиболее перспективной в плане использования для организации обмена данными между устройствами.
Новая версия Bluetooth имеет следующие нововведения:
□ скорость передачи данных до 24 Мбит/с;
□ уменьшенное энергопотребление;
□ использование альтернативных протоколов IEEE 802.11;
□ применение профилей;
□ поддержка работы одновременно с 7 устройствами, при этом 255 устройств могут
находиться в режиме ожидания;
□ технология EPC (Enhanced Power Control, улучшенное управление питанием), позволяющая уменьшить количество обрывов при перемещении Bluetooth-устройств даже при кратковременном пропадании сигнала.
Bluetooth 4.0
Скоростью передачи данных Bluetooth 4.0 не очень велика - всего 1 Мбит/с.
Но его главное преимущество не в скорости. Среди наиболее существенных достоинств технологии - это сверхмалое пиковое энергопотребление, среднее энергопотребление и энергопотребление в режиме простоя, обеспечивающее устройствам возможность работать годами на миниатюрной батарейке; низкая стоимость, высокая совместимость и расширенный радиус действия.
Дополнение к основной спецификации Bluetooth предусматривает два варианта реализации: двухрежимный и однорежимной. В первом случае, функциональность Bluetooth с пониженным энергопотреблением интегрирована в существующий контроллер Classic Bluetooth. Это позволяет совместно использовать радиочастотный блок и минимально удорожает конструкцию. Кроме того, производители могут использовать микросхемы Classic Bluetooth (Bluetooth V2.1 + EDR или Bluetooth V3.0 + HS) с новым стеком Bluetooth с пониженным энергопотреблением, добавив в устройства с Classic Bluetooth новые возможности. Однорежимные микросхемы позволят создавать недорогие и компактные устройства с малым энергопотреблением в режиме ожидания, способностью защищать передаваемые данные шифрованием, надежной связью «точка-многоточка» и развитыми режимами энергосбережения.
Стандарт предназначен для использования в небольших устройствах с ограниченным запасом энергии, таких как наручные часы, калькуляторы, пульты дистанционного управления и т.п.
В данный момент уже начали появляться устройства с поддержкой нового стандарта Bluetooth 4.0(как отдельно, так и в паре с Bluetooth 3.0).
Устройства нового стандарта уже вполне могут составить конкуренцию сетям Wi-Fi, тем более что стоимость самих устройств очень низка. Данный стандарт просто незаменим для быстрого соединения двух компьютеров и передачи данных.
.6 WirelessMAN/IEEE 802.16
В августе 1998 года по инициативе Национальной испытательной лаборатории беспроводных электронных систем Национального института стандартов и технологий США ( National Institute of Standards and Technology ) комитет 802 IEEE организовал рабочую группу 802.16. С июля 1999 года группа приступила к регулярной работе над новым стандартом широкополосных городских (региональных) сетей передачи данных (MAN - Metropolitan Access Network) с фиксированным доступом. Соответственно новый стандарт получил название WirelessMAN.
Изначально деятельность велась в трех направлениях - разработка стандартов для диапазонов 10-66 ГГц (первоначально обозначался 802.16.1) и 2-11 ГГц (802.16.3), а также стандарта, регламентирующего совместную работу различных систем широкополосного беспроводного вешания (802.16.2).
Уже в декабре 2001 года быт утвержден стандарт IEEE 802.16 «Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems» - «Воздушный интерфейс для фиксированных систем с широкополосным беспроводным доступом» (официально опубликован 8 апреля 2002 года). Стоит отметить, что существует несколько спецификаций стандарта 802.16. Первая это 802.16-2004 (известен также как 802.16d и фиксированный WiMAX), а вторая 802.16-2005 (известен также как 802.16e и мобильный WiMAX)
Часто используют коммерческое имя стандарта IEEE 802.16 - WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Произошло оно от названия Международной организации WiMax Forum (www.wimaxforum.org <#"justify">Заключение
В работе рассмотрены основные стандарты сетевых протоколов, применяемых в современных сетевых решениях. Рассмотрен широкий круг вопросов по организации сетевого взаимодействия компьютеров. Изучено содержание ряда стандартов, проведен их сравнительный анализ.
Объемы работы не позволили привести результаты, проведенных в рамках данной работы, исследований следующих стандартов: SDLC и его производные, X25, Frame Relay, SMDS, Apple Talk, Banyan VINES, UMB (Ultra Mobile Broadland ).
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
Во первых, в основе большинства сетевых стандартов лежит эталонная семиуровневая модель "Взаимодействие Открытых Систем" (OSI);
Во вторых, на сегодняшний день самым распространенным стандартом как для локальных сетей так и для Интернета является семейство протоколов TCP/IP.
Использование того или иного стандарта в конкретной реализации сети обуславливается исключительно требованиями используемого программного обеспечения и имеющимися каналами связи (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно, радиоволны сверхвысокого частотного диапазона и др.).
Семейство базовых протоколов TCP/IP (включая UDP и ICMP) удовлетворяло быстро растущие потребности пользователей и приложений более 20 лет. За это время протоколы постоянно обновлялись, что объяснялось новыми технологическими разработками и превращением Интернета из исследовательской среды с ограниченным кругом пользователей в общедоступную коммерческую инфраструктуру.
Коммерциализация Интернета вызвала бурный рост сообщества пользователей и изменила его демографическую структуру. В свою очередь, это обусловило необходимость в новых адресах и поддержки новых типов сервиса на уровне Интернета.
Открытость, масштабируемость, универсальность и простота использования - неоспоримые преимущества TCP/IP, но у этого семейства протоколов есть и очевидные недостатки. Столь привлекательная простота доступа оборачивается для Internet серьезнейшей проблемой защиты информации, которая приобретает особую остроту сейчас, когда мировая Сеть все активнее используется для электронной коммерции. Неупорядоченность передачи пакетов и невозможность отследить маршрут их продвижения также представляют собой важные проблемы, поскольку препятствуют реализации таких необходимых в современных коммуникациях возможностей, как передача мультимедийных данных в реальном времени.
Так как в данный момент адреса IPv4 исчерпались, то реализуется новый протокол IPv6. Помимо четырехкратного увеличения размера адреса, что обеспечивает адресное пространство объемом около 4 квадриллионов адресов (по сравнению с современными 4 миллиардами), новый стандарт обещает реализацию встроенных функций защиты от несанкционированного доступа, поддержку передачи данных мультимедиа в реальном времени и возможности автоматического реконфигурирования адресов. Выпуск окончательной версии стандарта IPv6 планируется в ближайшее время.
Прогресс не стоит на месте. Одна технология постоянно сменяет другую. Пользователям нужен высокоскоростной доступ. При этом наблюдается быстрое распространение беспроводных сетей связи. Человек хочет быть на связи где бы он не находился и иметь постоянный доступ в Интернет на высоких скоростях. Ради удовлетворения желания людей получать информацию всюду и всегда, общаться в разных аудио-, видео- и мультимедиа форматах, продолжают непрерывно создаваться и развиваться сети связи.
Развитие беспроводных сетей лишь отражает основные тенденции сетей проводных. А в этой области вот уже лет 20 неуклонными темпами происходят поистине революционные изменения. Причем настолько стабильно, что все успели к этому привыкнуть и перестали воспринимать как революцию. Технология пакетной коммутации уверенно вышла на уровень транспортных сетей, пройдя путь до мультисервисной транспортной платформы (MSTP) - технологии SDH следующего поколения. Пакеты Gigbit Ethernet (и последующих Ethernet-технологий) уже передают непосредственно по магистральным каналам волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Для предоставления мультимедийных услуг создана платформа IMS (IP Multimedia Subsystem) и протокол SIP (Session Initiation Protocol). Сети NGN с поддержкой MPLS (как наиболее эффективного сегодня механизма обеспечения QoS в мультимедийных сетях) уже получили широчайшее развитие. И все эти технологии, вкупе с не менее бурно прогрессирующими технологиями ВОЛС, обеспечивают для сетей широкополосного беспроводного доступа прочнейший фундамент - как идеологический, так и формируя собственно наземную сетевую инфраструктуру. Недаром поддержка платформы IMS прямо прописана в спецификациях как LTE, так и WiMAX. А опорная сеть на основе ВОЛС с DWDM и поддержкой IP-MPLS - это не исключение, а скорее стандарт для современных беспроводных сетей широкополосного доступа.
Рекомендациями в данной теме могут выступать следующие:
Предложения в этой области должны основываться на ещё большем наращивании скорости, не забывая при этом о безопасности. Так же должны использоваться как можно более доступные по цене компоненты, как большим организациям, так и обычным пользователям. Необходимо не забывать и постоянно совершенствовать защиту от сбоев. Новые технологии должны быть максимально открытыми, функциональными и простыми в использовании. Так как протоколов и технологий глобальных систем связи всегда будет несколько, то нужно обязательно решать проблему совместимости между устройствами, использующими разные стандарты.
Бурное развитие сетевых технологий, которое наблюдается сейчас повсеместно, вызовет в будущем появление новых стандартов определяющими аспектами в которых будут являться увеличение скоростей передачи данных и обеспечение безопасности сетевого трафика.
Глоссарий
№ п/пПонятиеОпределение1Компьютерная Сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных)система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование).2Кадр ( frame, фрейм )фрагмент данных сетевого протокола канального уровня модели OSI, передаваемый по линии связи.3Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть, Local Area Network, LAN)компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт).4Маркёр (Token)метка специального типа, которая является одним из типов кадра, применяемых для обмена информацией в сетях подобного рода.5Протокол передачи данныхнабор правил и соглашений, которые описывают способ передачи данных между двумя и более объектами в сети.6Стандартнабор правил и соглашений, используемых при создании локальной сети и организации передачи данных с применением определенной топологии, оборудования, протоколов и т. д.7Стек протоколовиерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.8Сетевая топологияспособ связи нескольких компьютеров в сеть.9Топология «шина» «общая шина», или «магистраль»это когда все участники сети подключаются к центральному кабелю.10Топология «звезда»это когда каждый компьютер или устройство сети подключается к центральному узлу, образуя подобным образом один сегмент сети.11Топология «кольцо»это когда все компьютеры сети подключены последовательно и образуют своего рода замкнутую кольцевую систему.12FDDIВолоконно-оптический интерфейс передачи данных13IP ( Internet Protocol )Межсетевой протокол14Internetвсемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на базе протокола IP и маршрутизации IP-пакетов.15OSI ( Open System Interconnection )Модель взаимодействия открытых систем16TCP ( Transmission Control Protocol )Протокол управления передачей17TCP/IPнабор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях.18UDP ( User Datagram Protocol )Протокол пользовательских датаграммСписок использованных источников
Алиев Т.И Сети ЭВМ и телекоммуникации Санкт-Петербург 2011год. 400с
Брейман А.Д Сети ЭВМ и телекоммуникации. Глобальные сети Москва 2006год. 117с
Будылдина Н.В Технологии глобальных компьютерных сетей Екатеринбург 2006год. 277с
Беспроводные технологии журнал №04 2011 138с
Вишневский В., Портной С., Шахнович И. Энциклопедия WiMAX путь к 4g Москва 2009год. 470с
Виснадул Б.Д., Лупин С.А., Сидоров С.В., Чумаченко П.Ю. - Основы компьютерных сетей. 2007год. 272с
Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В. Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. 2009год. 672с
Гольдштейн Б.С, Соколов Н.А, Яновский Г.Г - Сети Связи БХВ-Петербург. 2010год. 403с
Дибров М.В Маршрутизаторы Красноярск 2008год. 389с
Заика А.З Компьютерные сети 2006год. 436с
Иванова Т.И. Корпоративные сети связи. 2008год. 363с
Кузин А.В Компьютерные сети 3-е изд. 2011год. 192 с.
14Крэйг Х. - TCP/IP. Сетевое администрирование Санкт-Петербург-Москва. 2008год. 814с
Лимончелли Т., Хоган К., Чейлап С. - Системное и сетевое администрирование. 2-е изд. 2009год. 944с
Максимов Н.В., Попов И.И. Компьютерные сети 2008год.
Одом У. - CISCO Официальное руководство по подготовке к сертификационным экзаменам. 2-е изд. 2011год. 684с
Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы,технологии,протоколы.переработанное изд.2012год. 943с
Пятибратов А.П.,Гудыно Л.П.,Кириченко А.А.Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Москва 2009год. 292с
Пескова С.А, Кузин А.В, Волков А.Н. Сети и телекоммуникации. 3-е изд. Москва. 2008год. 354с
21Росс Д. Wi-Fi. Беспроводная сеть. 2007год. 320с
Родичев Ю.А. Компьютерные сети - архитектура, технологии, защита 2006год. 468с
Степанов А.Н Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей 2007год. 509с
Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи. 2010год. 272с
Тригуб С.Н. - Руководство CISCO по технологиям объединенных сетей. 2006год. 1037с
Тихонов В.А, Баранов А.В - Организация ЭВМ и систем. Москва 2008 387с
27Тониевич А.- Компьютерные сети. 2012год. 115с
Таненбаум Э., Уэзеролл Д. - Компьютерные сети. 5-е изд. 2012год. 508с
29Трусов А. Беспроводные сети. Санкт-Петербург. 2008год. 342с
Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети мобильной связи LTE. Технологии и архитектура. 2010год.
Черемушкин А.В КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОТОКОЛЫ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И УЯЗВИМОСТИ Москва 2009год. 272с
Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. 2007г. 288с