Сетевой доступ (стр. 5 )

На рисунке показаны различные символы, связанные с беспроводным соединением.

Беспроводная среда имеет следующие особенности, которые необходимо учитывать.

Зона покрытия. Беспроводные технологии передачи данных хорошо работают на открытых пространствах. Однако некоторые строительные материалы, используемые при возведении зданий и сооружений, а также условия местности могут ограничивать зону покрытия.

Помехи. Качество беспроводных соединений восприимчиво к помехам и может ухудшаться при работе таких обычных устройств, как беспроводные телефоны, некоторые типы флуоресцентных ламп, микроволновые печи, а также под влиянием других беспроводных коммуникаций.

Безопасность. Для доступа к среде беспроводного подключения не требуется подключаться к физическим кабелям. Поэтому доступ к этой среде могут получать несанкционированные пользователи и устройства. Следовательно, главным аспектом администрирования беспроводной сети является безопасность.

Совместный доступ к средству подключения. Сети WLAN работают в полудуплексном режиме, что означает, что в каждый момент времени передачу или прием может осуществлять только одно устройство. Средства беспроводного подключения совместно используют все беспроводные пользователи. Чем больше пользователей одновременно подключаются к WLAN, тем меньшая пропускная способность приходится на каждого из них. Полудуплексный режим будет рассмотрен позже в этой главе.

Хотя популярность беспроводного подключения настольных компьютеров к сети растет, наиболее популярным средством сетевого подключения на физическом уровне остаются медные и оптоволоконные кабели.

Типы средств беспроводного подключения

Стандарты IEEE и телекоммуникационные отраслевые стандарты беспроводной передачи данных охватывают как канальный, так и физический уровни. Для получения дополнительной информации щелкните каждый стандарт, приведенный на рисунке.

Примечание. Для создания сетей передачи данных могут использоваться и другие беспроводные технологии, например сотовая или спутниковая связь. Однако в данной главе эти беспроводные технологии не рассматриваются.

В каждом из упомянутых стандартов спецификации физического уровня применяются к следующим областям.

Кодирование данных с помощью радиосигналов

Частота и мощность передачи

Требования к приему и декодированию сигналов

Проектирование и возведение антенн

Беспроводная локальная сеть

Чаще всего беспроводная передача данных используется для беспроводной связи устройств через локальную сеть (LAN). Как правило, для создания беспроводной LAN требуются следующие сетевые устройства.

Беспроводная точка доступа (AP): концентрирует беспроводные сигналы от пользователей. Подключается к сетевой инфраструктуре на основе медных кабелей, например Ethernet. Беспроводные маршрутизаторы для дома и небольших предприятий (см. рисунок) в одном устройстве сочетают функции маршрутизатора, коммутатора и точки доступа.

Беспроводные сетевые платы: обеспечивают возможность беспроводного подключения для каждого узла в сети.

По мере развития технологии был создан целый ряд стандартов беспроводной локальной сети (WLAN) на основе Ethernet. Поэтому, приобретая беспроводные устройства, следует обращать особое внимание на их совместимость.

Преимущества беспроводных технологий передачи данных очевидны, особенно в плане экономии затрат на прокладку дорогостоящих кабелей в помещениях и удобств за счет мобильности сетевых устройств. Сетевые администраторы должны разрабатывать и применять строгие правила и протоколы безопасности для защиты беспроводных локальных сетей от несанкционированного доступа и потенциального ущерба.

Канальный уровень

Как показано на рисунке 1, канальный уровень модели OSI (уровень 2) выполняет следующие функции.

Обеспечение доступа вышестоящих уровней к средству подключения

Прием пакетов уровня 3 и упаковка их в кадры

Подготовка сетевых данных для передачи по физической сети

Управление передачей и приемом данных в средстве подключения

Обмен кадрами между узлами по физическим средствам сетевого подключения, например по кабелям UTP или оптоволоконным кабелям

Прием пакетов и их перенаправление протоколам вышестоящего уровня

Обнаружение ошибок

На втором уровне сетевое устройство, подключенное к общему средству подключения, называется узлом. Узлы формируют и пересылают кадры. Как показано на рисунке 2, канальный уровень отвечает за обмен кадрами Ethernet между узлами источника и назначения по физическим средствам подключения.

Канальный уровень эффективно разделяет переходы между средствами подключения, возникающие в ходе пересылки пакетов, от коммуникационных процессов на более высоких уровнях сетевой модели OSI. Канальный уровень отправляет пакеты протоколу вышестоящего уровня и принимает их от него (в данном случае это протокол IPv4 или IPv6). Протоколу вышестоящего уровня не требуется знать, какое средство подключения будет использоваться при передаче данных.

Подуровни канального уровня

Канальный уровень разделяется на следующих два подуровня.

Управление логическим соединением (Logical Link Control, LLC). Этот верхний подуровень взаимодействует с сетевым уровнем. Он помещает в кадр информацию, указывающую, какой протокол сетевого уровня используется для данного кадра. Данная информация позволяет различным протоколам 3-го уровня, таким как IPv4 и IPv6, использовать один и тот же сетевой интерфейс и одно и то же средство подключения.

Управление доступом к среде (Media Access Control, MAC). Это нижний подуровень, который определяет процессы доступа к среде, выполняемые оборудованием. Он обеспечивает адресацию канального уровня и доступ к различным сетевым технологиям.

На рисунке показано разделение канального уровня на подуровни LLC и MAC. Подуровень LLC взаимодействует с сетевым уровнем, а подуровень MAC обеспечивает работу различных технологий сетевого доступа. В частности, подуровень MAC взаимодействует с технологией локальной сети Ethernet для передачи и приема кадров по медному или оптоволоконному кабелю. Также подуровень MAC взаимодействует с такими беспроводными технологиями, как Wi-Fi и Bluetooth для беспроводной передачи и приема кадров.

Управление доступом к среде

Протоколы уровня 2 определяют инкапсуляцию пакета в кадр, а также методы ввода инкапсулированных пакетов в различные средства подключения и обратного извлечения этих пакетов. Технология, используемая для ввода кадра в средство подключения и его обратного извлечения, называется методом управления доступом к среде.

При прохождении пакетов от узла источника к узлу адресата они обычно передаются по различным физическим сетям. Эти физические сети могут состоять из физических средств подключения различного типа, например медных и оптоволоконных кабелей, средств беспроводного подключения на основе электромагнитных сигналов, а также радиочастотных, микроволновых и спутниковых каналов.

Если бы канального уровня не существовало, протоколы сетевого уровня, например IP, должны были бы обеспечивать соединение для всех типов средств подключения, которые могли встретиться на пути следования пакета. Более того, протоколу IP пришлось бы каждый раз адаптироваться к новой сетевой технологии или среде. Такой процесс затруднил бы обновление и развитие протоколов и средств сетевого подключения. В этом и заключается основная причина использования многоуровневого подхода к построению сетей.

Анимация на рисунке изображает пример подключения ПК, находящегося в Париже, к ноутбуку в Японии. Несмотря на то, что два узла взаимодействуют друг с другом исключительно через IP, для передачи IP-пакетов по различным типам локальных и глобальных сетей могут использоваться различные протоколы канального уровня. Каждый переход на маршрутизаторе может потребовать иного протокола канального уровня для передачи в новой среде.

Предоставление доступа к среде

В рамках одного сеанса связи могут потребоваться различные методы управления доступом к среде. Все сетевые среды, по которым проходят пакеты в ходе передачи от локального узла до удаленного, могут иметь разные характеристики. Например, локальная сеть Ethernet состоит из множества узлов, конкурирующих за доступ к средству подключения. Последовательные каналы предназначены исключительно для прямого соединения двух устройств.

Интерфейсы маршрутизатора инкапсулируют пакет в соответствующий кадр. Для доступа к каждому каналу используется соответствующий метод управления доступом к среде. При любом обмене пакетами сетевого уровня возможны многократные переходы между канальным уровнем и средой.

На каждом транзитном участке пути маршрутизатор выполняет следующие операции.

Принимает кадр из среды

Деинкапсулирует кадр

Повторно инкапсулирует пакет в новый кадр

Передает новый кадр, который соответствует среде данного сегмента физической сети

Показанный на рисунке маршрутизатор имеет интерфейс Ethernet для подключения к локальной сети (LAN) и последовательный интерфейс для подключения к глобальной сети (WAN). В ходе обработки кадров маршрутизатор использует службы канального уровня, чтобы получить кадр из среды подключения, деинкапсулировать его в единицу данных протокола (PDU) уровня 3, повторно инкапсулировать PDU в новый кадр и поместить кадр в среду подключения следующего сегмента сети.