Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 63 )

Прежде чем перейти к обсуждению конкретных технологий Ethernet, мы должны поговорить о повторителях, широко применяемых в локальных сетях, а также в дальних линиях связи глобальных сетей. Повторитель представляет собой устройство физического уровня, работающее не с кадрами, а с отдельными битами. У повторителя два или более интерфейсов. Когда представляющий ноль или единицу бит прибывает на один из интерфейсов, повторитель просто воссоздает этот бит (восстанавливая форму и уровень сигнала) и передает его на все остальные свои интерфейсы. Повторители широко применяются в локальных сетях, позволяя расширить их географические размеры. Важно помнить, что в сетях Ethernet повторители не контролируют несущую и не выполняют других функций протокола CSMA/CD. Повторитель просто воспроизводит принятый бит на всех своих выходных интерфейсах, даже если на каких-то из них уже есть сигнальное напряжение.

10Base2 Ethernet

В 90-х годах стандарт 10Base2 представлял собой популярную технологию Ethernet. Сегодня эта технология уже считается устаревшей, хотя все еще используется. Если вы взглянете, как соединены в сеть ваши компьютеры (на работе или в школе), возможно, вы обнаружите соединения стандарта 10Base2. Число 10 в слове «10Base2» означает 10 Мбит/с, а цифра «2» — 200 м, то есть максимальное расстояние между двумя узлами без повторителя между ними. (В действительности это расстояние составляет 185м.) Схематично Ethernet-сеть стандарта 10Base2 изображена на рис. 13.3.

Рис. 13.310Base2 Ethernet

Как видно из рисунка, в стандарте 10Base2 используется топология общей шины, то есть узлы соединены (через адаптеры) линейным образом. В качестве физического носителя для соединения узлов используется тонкий коаксиальный кабель, напоминающий кабель для кабельного телевидения, но несколько тоньше и легче. Когда адаптер передает кадр, этот кадр проходит через Т-образный коннектор, который покидают уже две копии кадра, при этом каждая копия направляется в своем направлении. Двигаясь по кабелю вплоть до терминатора, кадры оставляют копии на каждом узле, мимо которого они проходят. (Точнее, часть энергии бита, проходящего мимо узла, остается в адаптере.) Наконец, кадр достигает терминатора, который полностью поглощает кадр. Обратите внимание, когда один адаптер передает кадр, этот кадр принимается всеми остальными адаптерами локальной сети. Таким образом, 10Base2 действительно представляет собой широковещательную технологию.

Предположим, что вам нужно соединить дюжину персональных компьютеров в вашем офисе при помощи сети Ethernet стандарта 10Base2. Для этого вам нужно купить 12 Ethernet-карт с тонкими Ethernet-портами; 12 Т-образных коннекторов, представляющих собой маленькие металлические устройства, присоединяемые к адаптерам (меньше доллара за штуку); около дюжины кусков тонкого коаксиального кабеля, от 5 до 20 м каждый; и пару терминаторов, помещаемых на двух концах шины. В результате стоимость всей сети, включая адаптеры, скорее всего, будет меньше стоимости одного персонального компьютера! Поскольку стоимость Ethernet-сети стандарта 10Base2 столь невероятно низка, такую сеть часто называют словом «cheapnet» (буквально «дешевая сеть»).

Ethernet со скоростями передачи 1 и 10 Гбит/с

Локальная Ethernet-сеть со скоростью передачи данных 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet) представляет собой расширение популярных стандартов l0BaseT и 100BaseT. Обеспечивая такую высокую скорость передачи необработанных данных, стандарт Gigabit Ethernet полностью совместим со всем оборудованием Ethernet, установленным за последние годы. Ниже перечислены некоторые характеристики стандарта Gigabit Ethernet (он имеет маркировку IEEE 802.3z).

Используется стандартный для Ethernet формат кадра (см. рис. 5.22) и обеспечивается обратная совместимость с технологиями l0BaseT и 100BaseT. Это позволяет легко интегрировать сеть Gigabit Ethernet в существующую сеть с уже установленным оборудованием Ethernet. Допускается использовать как двухточечные линии, так и разделяемые широковещательные каналы. В двухточечных линиях применяются коммутаторы (см. раздел «Хабы, мосты, коммутаторы»), в широковещательных каналах — упоминавшиеся ранее хабы. В стандарте Gigabit Ethernet хабы называют «бу-феризированными распределителями». В разделяемых широковещательных каналах используется протокол CSMA/ CD. Чтобы эффективность была приемлемой, максимальное расстояние между узлами должно быть строго ограничено. В двухточечных каналах допускаются дуплексные операции на скорости 1000 Мбит/с в обоих направлениях.

Как и в стандартах 10ВазеТ и 100BaseT, в стандарте Gigabit Ethernet применяется топология звезды с хабом или коммутатором в центре (коммутаторы Ethernet будут обсуждаться в разделе «Хабы, мосты, коммутаторы»). Сеть Gigabit Ethernet часто используется в качестве магистрали для соединения нескольких локальных сетей Ethernet стандартов l0BaseT и 100BaseT. Изначально для стандарта Gigabit Ethernet в качестве носителя предполагался оптоволоконный кабель, но теперь допускается и неэкранированная витая пара категории 5.

Десятигигабитная разновидность стандарта Ethernet явилась следующим шагом в развитии технологии Ethernet. Кроме того, 10-гигабитная Ethernet-сеть стандарта 802.3ае расширяет технологию двухточечных соединений для глобальных сетей. Много полезной информации о сетях Ethernet, работающих на скоростях 1 Гбит/с и 10 Гбит/с, содержится на web-сайте http://www. /ethernet/ethernet. html

4. Беспроводные локальные сети стандарта IEEE 802.11b

Сегодня наблюдается быстрый рост беспроводных локальных сетей на университетских факультетах, в офисах компаний, в кафе, в больницах, в домах. Например, пользователи устанавливают недорогие беспроводные локальные сети у себя дома, что обеспечивает домашним возможность одновременного доступа в Интернет из разных комнат. На сегодняшний день разработано несколько стандартов и технологий беспроводных локальных сетей. Но самым популярным из них является стандарт IEEE 802.11b (также известный как беспроводной стандарт Ethernet, или стандарт Wi–Fi), использующий радиосвязь на частоте около 2,4 ГГц и предоставляющий Ethernet–доступ на скорости 11 Мбит/с.

Стандарт IEEE 802.11b определяет физический уровень и уровень управления доступом к носителю (MAC) для беспроводных локальных сетей. На физическом уровне используется технология DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), когда каждый бит перекодируется в определенную последовательность битов, называемую чип–кодом. Эта техника аналогична той, которая применяется в протоколе CDMA (Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением) с той разницей, что всеми мобильными хостами (и базовыми станциями) используется один и тот же чип–код. По этой причине технология DSSS не является протоколом коллективного доступа, а представляет собой физический механизм, распределяющий энергию сигнала по более широкому диапазону частот, тем самым улучшая способность приемника восстанавливать переданные исходные биты.

Стандарт IEEE 802.11b принадлежит к семейству протоколов беспроводных локальных сетей, совместно называемых IEEE 802.11. В это семейство также входит стандарт IEEE 802.11a, работающий в диапазоне частот от 5 ГГц до 6 ГГц, в котором вместо технологии DSSS используется технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — ортогональное мультиплексирование с частотным разделением) и обеспечивается скорость передачи данных до 54 Мбит/с. Также входящий в данную группу стандартов стандарт IEEE 802.1 lg, как и 802.1 lb, работает на частоте 2,4 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных 54 Мбит/с (как и 802.11а). Вся группа стандартов IEEE 802.11 обладает одинаковой архитектурой и использует один и тот же протокол MAC.

Архитектура локальных сетей стандарта 802.11

На рисунке 13.4 изображены основные компоненты архитектуры локальных сетей 802.11. Основным строительным блоком этой архитектуры является coma, на языке стандарта 802.11 также называемая базовым служебным набором (Basic Service Set, BSS). Как правило, сота содержит одну или несколько беспроводных станций, а также центральную базовую станцию, в стандарте 802.11 также называемую точкой доступа (Access Point, АР). Беспроводные станции, которые могут быть стационарными или мобильными, обмениваются данными с базовой станцией по протоколу MAC стандарта IEEE 802.11. Несколько базовых станций могут быть соединены вместе (например, с помощью обычного кабельного Ethernet–соединения или другого беспроводного канала), в результате чего образуется так называемая распределительная система (Distribution System, DS). Для протоколов более высокого уровня (например, IP) распределительная система выглядит как единая сеть стандарта 802, во многом подобно тому, как протоколы более высокого уровня воспринимают соединенную мостами кабельную локальную Ethernet–сеть 802.3 как единую сеть стандарта 802.

Рис. 13.4 Архитектура локальной сети IEEE 802.11

На рисунке 13.5 показано, как могут группироваться станции IEEE 802.11, образуя так называемую спецсеть (ad hoc network) — сеть без центрального управления и без связи с «внешним миром». В этом случае сеть образуется «на лету», просто потому, что несколько мобильных устройств случайно оказались в одном месте и у них появилась необходимость в обмене информацией, а установленной сетевой инфраструктуры (например, соты с базовой станцией 802.11) в данном месте нет. Спецсеть может быть сформирована несколькими собравшимися вместе людьми с лэптопами (например, в конференц–зале, поезде или автомобиле), когда им нужно обменяться данными в отсутствие централизованной точки доступа. Огромный интерес к подобным сетям объясняется все продолжающимся ростом популярности мобильных устройств. В группе IETF деятельностью, относящейся к спецсетям, занимается рабочая группа MANet (Mobile Ad hoc NETworks — мобильные спецсети).