Стек NetBIOS/SMB.

Используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. Разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Не поддерживает маршрутизацию пакетов. Используется в локальных сетях, не разделенных на подсети.

Фирмы Microsoft и IBM совместно работали над сетевыми средствами для персональных компьютеров, поэтому стек протоколов NetBIOS/SMB является их совместным детищем. Средства NetBIOS появились в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM, которая на прикладном уровне использовала для реализации сетевых сервисов протокол SMB (Server Message Block).

Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с установлением соединений.

Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB входят следующие операции:

· Управление сессиями. Создание и разрыв логического канала между рабочей станцией и сетевыми ресурсами файлового сервера.

· Файловый доступ. Рабочая станция может обратиться к файл-серверу с запросами на создание и удаление каталогов, создание, открытие и закрытие файлов, чтение и запись в файлы, переименование и удаление файлов, поиск файлов, получение и установку файловых атрибутов, блокирование записей.

· Сервис печати. Рабочая станция может ставить файлы в очередь для печати на сервере и получать информацию об очереди печати.

· Сервис сообщений. SMB поддерживает простую передачу сообщений со следующими функциями: послать простое сообщение; послать широковещательное сообщение; послать начало блока сообщений; послать текст блока сообщений; послать конец блока сообщений; переслать имя пользователя; отменить пересылку; получить имя машины.

NetBIOS в настоящее время не используется для организации сетевого транспорта. Однако многие приложения (особенно в ОС Windows) используют функции API, предоставляемые NetBIOS. Поэтому в сетевых ОС эти функции реализованы в виде интерфейса к своим транспортным протоколам. В NetWare имеется программа, которая эмулирует функции NetBIOS на основе протокола IPX. В Windows протоколы NetBIOS работают поверх стека TCP/IP.

Стеки SNA фирмы IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple применяются в основном в ОС и сетевом оборудовании этих фирм.

Часть II. Основы передачи дискретных данных.

Глава 1. Линии связи.

1.1. Типы линий связи.

Линия связи (канал связи) состоит в общем случае из физической среды передачи данных, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, земную атмосферу или космическое пространство.

В зависимости от среды передачи данных линии связи делятся на:

· проводные (воздушные);

· кабельные (медные и волоконно-оптические);

· инфракрасные каналы;

· лазерные каналы;

· радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи – провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Высокий уровень помех, низкая скорость передачи.

Кабельные линии связи. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, климатической. Кабель может быть оснащен разъемами для быстрого присоединения оборудования. В компьютерных сетях применяют три типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой и волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Существует в экранированном и неэкранированном варианте. Скручивание снижает влияние внешних помех на полезные сигналы.

Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем диэлектрика. Скорость передачи – 10 Мбит/с и выше.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Оптоволокно состоит из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Скорость передачи – 10 Гбит/с и выше. Высокая помехозащищенность.

Инфракрасные каналы. Используют для передачи данных инфракрасные лучи. Могут работать как в условиях прямой видимости между излучателем и приемником, так и в рассеянном и отраженном свете. Скорость передачи – 10 Мбит/с, дальность 30 м.

Лазерные каналы. В качестве источника излучения – лазер. Требуется прямая видимость между излучателем и приемником.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи – образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Большая дальность связи. Подвержены помехам.

1.2. Аппаратура линий связи.

Аппаратура линий связи делится на классы:

Аппаратура передачи данных (DCE) – непосредственно связывает компьютеры или локальные сети пользователя с линией связи.

Оконечное оборудование данных (DTE) – аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая к аппаратуре DCE.

Промежуточная аппаратура – используется для улучшения качества сигнала и создания канала связи между абонентами сети. Она прозрачна для пользователя.

Глава 2. Методы передачи дискретных данных на физическом уровне.

2.1. Аналоговая модуляция.

Применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, например каналам тональной частоты телефонной сети. Информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

2.2. Цифровое кодирование.

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах логические единицы и нули представляются разными значениями потенциала сигнала. Импульсные коды представляют двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо перепадом потенциала определенного направления.

Глава 3. Методы передачи данных канального уровня.

3.1. Асинхронная и синхронная передача.

При асинхронной передаче данные передаются отдельными символами (байтами), ограниченными старт-стоповыми символами. Передача символа начинается по сигналу готовности принимающей стороны, после приема символа принимающая сторона посылает подтверждение приема.

При синхронной передаче между пересылаемыми байтами нет стартовых и стоповых сигналов. Данные группируются в кадр, все биты которого передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу.

3.2. Передача с установлением соединения и без установления соединения.

При передаче без установления соединения (дейтаграммная передача) кадр посылается в сеть без предупреждения, и никакой ответственности за его утерю протокол не несет. Метод быстрый, но менее надежный.

При передаче с установлением соединения получателю отправляется специальный кадр с предложением установить соединение. Получатель посылает в ответ другой кадр, подтверждающий установление соединения и предлагающий параметры этого логического соединения. Узел-инициатор завершает установление соединения, посылая кадр с подтверждением параметров соединения. После этого возможен обмен данными между узлами. После окончания передачи узел инициирует разрыв данного логического соединения, посылая соответствующий служебный кадр.

3.3. Обнаружение и коррекция ошибок.

Методы обнаружения ошибок основаны на передаче в составе кадра данных служебной избыточной информации, по которой можно судить с некоторой степенью вероятности о достоверности принятых данных. Эту служебную информацию называют контрольной суммой или последовательностью контроля кадра (FCS). Существует несколько алгоритмов вычисления контрольной суммы, отличающихся вычислительной сложностью и способностью обнаруживать ошибки в данных.

Методы коррекции ошибок в вычислительных сетях основаны на повторной передаче кадра данных в том случае, если кадр не доходит до адресата или приемник обнаружил в нем искажение информации. Для контроля передачи отправитель нумерует отправляемые кадры и для каждого кадра ожидает от приемника положительной квитанции – служебного кадра, извещающего о корректном получении кадра.

Существуют два подхода к организации процесса обмена квитанциями: с простоями и с организацией скользящего окна.

3.4. Компрессия данных.

Компрессия (сжатие) данных применяется для сокращения времени их передачи. Компрессия требует дополнительных вычислительных затрат, поэтому выгода от нее заметна только на низкоскоростных каналов (до 64 Кбит/с). Различают статическую компрессию, когда данные сжимаются предварительно с помощью архиваторов, и динамическую компрессию, когда данные сжимаются «на лету».

Глава 4. Методы коммутации.

Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов собственную некоммутируемую физическую линию связи. Поэтому в любой сети применяют какой-либо способ коммутации абонентов.

4.1. Коммутация каналов.

Подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой – коммутаторами. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда надо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой создается составной канал.

Коммутаторы обеспечивают одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов по одной высокоскоростной линии связи. Для этого используется техника мультиплексирования абонентских каналов: частотное мультиплексирование (FDM) и мультиплексирование с разделением времени (TDM).

4.2. Коммутация пакетов.

Разработана для компьютерного трафика. Вся передаваемая информация разбивается на небольшие части – пакеты. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, а также номер пакета. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основе адресной информации передают их друг другу до узла назначения.

4.3. Коммутация сообщений.

Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение может быть произвольной длины. Транзитные компьютеры могут быть соединены сетью с коммутацией каналов или пакетов. Характерна для электронной почты.

Часть III. Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровня.

Глава 1. Протоколы и стандарты канального уровня локальных сетей.

Локальная сеть (LAN) – сеть компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км), использующих специально проложенные высококачественные линии связи и какую-либо одну базовую технологию (архитектуру) сети.

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Для работы канального уровня структура сети должна удовлетворять какой-либо типовой топологии.

Для упрощения сети разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании кабелей всеми компьютерами сети в режиме разделения времени. При этом доступ к среде передачи одновременно может получить только один компьютер.

В последнее время наметилось движение к отказу от разделяемых сред и переход к применению активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. При этом возможен полнодуплексный режим работы, когда данные по линии передаются одновременно в обоих направлениях.

В 80 году принято семейство стандартов IEEE 802.х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей (физического и канального). Канальный уровень был разделен на два подуровня:

· уровень управления доступа к среде (MAC) – обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того, как доступ к среде получен, ею может пользоваться следующий подуровень, организующий надежную передачу логических единиц данных - кадров информации. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов MAC-уровня, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий как Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN;

· уровень логической передачи данных (LLC) – отвечает за достоверную передачу кадров данных между узлами, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Для уровня LLC также существует несколько вариантов протоколов, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол MAC-уровня может применяться с любым типом протокола LLC-уровня и наоборот.

Стандарт IEEE 802 содержит несколько разделов:

· В разделе 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям.

· Раздел 802.2 определяет подуровень управления логическим каналом LLC.

· Разделы 802.3 - 802.5 регламентируют спецификации различных протоколов подуровня доступа к среде MAC и их связь с уровнем LLC:

o стандарт 802.3 описывает коллективный доступ с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD), прототипом которого является метод доступа стандарта Ethernet;

o стандарт 802.4 определяет метод доступа к шине с передачей маркера (Token bus network), прототип - Arc Net;

o стандарт 802.5 описывает метод доступа к кольцу с передачей маркера (Token ring network), прототип - Token Ring.

Для каждого из этих стандартов определены спецификации физического уровня, определяющие среду передачи данных (коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель), ее параметры, а также методы кодирования информации для передачи по данной среде.

Все методы доступа используют протоколы уровня управления логическим каналом LLC, описанным в стандарте 802.2.

Глава 2. Технология Ethernet (IEEE 802.3).

2.1. Общая характеристика технология Ethernet.

Ethernet – наиболее распространенный стандарт локальных сетей. Он был разработан фирмой Xerox в1975. В 1980 фирмы DEC, Intel и Xerox разработали стандарт Ethernet II. На его основе разработан стандарт IEEE 802.3.

Ethernet работает с кабелями различных типов – коаксиальный, витая пара, волоконно-оптический.

Скорость передачи данных для любой физической среды для классического Ethernet – 10 Мбит/с.

Для передачи двоичной информации по кабелю используется цифровой импульсный манчестерский код.

Все виды стандарта Ethernet используют одинаковый метод разделения среды передачи данных – метод CSMA/CD.

2.2. Метод доступа CSMA/CD.

CSMA/CD – метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция прослушивает среду. Признаком незанятости среды передачи является отсутствие на ней несущей частоты. Если среда свободна, узел начинает передачу кадра. В заголовке кадра содержатся адреса узла- получателя и отправителя. Все станции, подключенные к кабелю, распознают факт передачи кадра, и станция, которая узнает собственный адрес в заголовке кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает его и посылает по кабелю кадр-ответ.

Механизм прослушивания среды не гарантирует от возникновения ситуации, когда две или более станций одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. При этом происходит коллизия (столкновение) – содержимое разных кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Чтобы корректно отработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии. После обнаружения коллизии станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени, после чего она может снова попытаться получить доступ к среде.

Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде.

2.3. Спецификации физической среды Ethernet.

· 10Base-5 – коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма («толстый» коаксиал). Волновое сопротивление 50 Ом.

· 10Base-2 – коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма («тонкий» коаксиал). Волновое сопротивление 50 Ом.

· 10Base-T – кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентраторов.

· 10Base-F – волоконно-оптический кабель. Топология аналогична 10Base-T. Широкое распространение получила модификация 10Base-FL.

Параметры спецификаций физического уровня Ethernet.

2.4. Технология Fast Ethernet (IEEE 802.3u).

С ростом производительности компьютеров пропускная способность классического 10-мегабитного Ethernet перестала удовлетворять запросы пользователей. Поэтому был разработан стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet, обеспечивающий скорость передачи данных 100 Мбит/с. Он полностью унаследовал все стандарты канального уровня и метод доступа к среде классического Ethernet и отличается только реализацией физического уровня. В технологии Fast Ethernet используются три варианта кабельных систем:

· 100Base-T4 – витая пара UTP Cat 3, используются четыре пары;

· 100Base-TX – витая пара UTP Cat 5 или STP Type 1, используются две пары;

· 100Base-FX – волоконно-оптический кабель, используются два волокна.

Параметры спецификаций физического уровня Fast Ethernet.

Спецификация 100Base-FX регламентирует параметры только для многомодового оптоволокна. Для одномодового оптоволокна параметры стандартом не регламентируются, дальность связи по одномодовому волокну зависит от реализации конкретного производителя и может достигать 32 км.

2.5. Технология Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ab, IEEE 802.3z).

В настоящее время активно разрабатывается и внедряется технология Gigabit Ethernet, которая, сохраняя особенности технологии Ethernet (топологию, метод доступа, формат кадров), позволяет достичь битовой скорости 1000 Мбит/с на всех основных типах кабелей (коаксиал, витая пара, оптоволокно). Хотя технология допускает работу в сегменте с единой разделяемой средой передачи, основным режимом является полнодуплексный.

В технологии Gigabit Ethernet в настоящее время используются следующие спецификации:

· 1000Base-T – используется витая пара категории 5e. В передаче данных участвуют все 4 пары, длина сегмента до 100 м;

· 1000Base-SX – использует многомодовое оптоволокно, дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров;

· 1000Base-LX – может работать с многомодовым и одномодовым оптоволокном. На одномодовом оптоволокне дальность передачи от 5 до 10 км;

· 1000Base-LH (Long Haul) – использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя в зависимости от качества кабеля от 70 до 100 км.

2.6. Технология 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae).

Технология Ethernet доминирует в построении локальных сетей (LAN). Однако она не была приспособлена для построения каналов связи городских и глобальных сетей. Таким образом, практически весь трафик Internet начинается и заканчивается в Ethernet-сетях, а между ними работают глобальные сети других технологий. Стандарт IEEE 803.3ae 10 Gigabit Ethernet (10GbE), одобренный в июне 2002 г., явился поворотным пунктом в истории развития этой технологии. С его появлением область использования Ethernet расширяется до масштабов городских (MAN) и глобальных (WAN) сетей.

Технология 10GbE не предусматривает полудуплексный режим работы и, следовательно, не использует метод CSMA/CD для доступа к среде передачи. Он ориентирован на соединение типа «точка-точка» в полнодуплексном режиме. Спецификация IEEE 802.3ae определяет две категории физических интерфейсов для 10GbE – интерфейсы для локальной (LAN PHY) и для глобальной (WAN PHY) сети.

Стандарт 10GbE включает в себя семь стандартов физической среды:

· 10GBASE-CX4 – для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель;

· 10GBASE-SR – для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км);

· 10GBASE-LX4 – использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна;

· 10GBASE-LR и 10GBASE-ER – поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно;

· 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW – предназначены для глобальных сетей, используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH, подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи;

· 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки, использует экранированную витую пару категории 7, расстояния – до 100 метров.

Глава 3. Технология Token Ring (IEEE 802.5).

3.1. Общая характеристика технологии.

Технология Token Ring разработана компанией IBM в 1984 году, а в 1985 принят стандарт IEEE 802.5. Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 и 16 Мбит/с.

Сети Token Ring характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Для доступа к кольцу используется алгоритм, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке.

В сети Token Ring определены процедуры контроля сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры.

3.2. Маркерный метод доступа к разделяемой среде.

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу.

В сети Token Ring каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции – той, которая является предыдущей в кольце (ближайший сосед, расположенный выше по потоку данных). Передачу станция всегда осуществляет своему ближайшему соседу вниз по потоку данных.

Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата – маркер. Получив маркер, станция при отсутствии у нее данных для передачи передает его следующей станции. Станция, имеющая данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к среде. Затем станция выдает в кольцо кадр данных. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует его в свой буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

3.3. Физический уровень технологии Token Ring.

Стандарт Token Ring предусматривает построение связей сети с помощью концентраторов (MSAU). Концентратор может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор усиления сигналов не выполняет.

В общем случае сеть имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к концентраторам по топологии звезда, а сами концентраторы объединяются в магистральное кольцо.

Для передачи данных в кабеле используется манчестерский код.

В технологии Token Ring используются различные типы кабеля:

· STP Type 1 – экранированная витая пара. До 260 станций в кольце при длине ответвительных кабелей до 100 м.

· UTP Type 3, Type 6 – неэкранированная витая пара. До 72 станций в кольце при длине ответвлений до 45 м.

· Волоконно-оптический кабель.

Глава 4. Технология FDDI.

4.1. Общая характеристика технологии.

FDDI – оптоволоконный интерфейс распределенных данных. Разработана в институте ANSI в 1986-88 гг. Основана на технологии Token Ring.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных. Наличие резервных связей это основной способ повышения отказоустойчивости сети. В нормальном режиме данные идут через первичное кольцо, вторичное не используется. В случае какого-либо отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (обрыв, отказ узла), первичное кольцо объединяется с вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим называется свертыванием колец.

4.2. Особенности метода доступа.

В технологии FDDI используется маркерный метод доступа к среде. Для передачи синхронного трафика станция всегда имеет право захватить маркер, при этом время его удержания имеет заранее заданную фиксированную величину. Для передачи асинхронного трафика станция может захватить маркер только если время его оборота по кольцу меньше некоторой максимально-допустимой величины, то есть если сеть не перегружена. Такой метод является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.

4.3. Физический уровень технологии FDDI.

Стандарт предусматривает работу по волоконно-оптическому кабелю или неэкранированной витой паре.

· Скорость передачи 100 Мбит/с.

· Максимальная общая длина кольца – 100 км.

· Максимальное число станций с двойным подключением – 500.

· Предельное расстояние между узлами – 2 км (до 10-40 км на одномодовом волокне).

· Для передачи информации по оптоволокну используется цифровой потенциальный код NRZI.

Глава 5. Технология беспроводных локальных сетей (IEEE 802.11).

Кабельные сети являются наиболее надежным способом объединения компьютеров. Однако в ряде случаев кабельная система оказывается неприемлема. Основные ограничения проводных сетей:

· проводная сеть не обеспечивает мобильность пользователей;

· прокладка кабеля внутри помещений нарушает внутреннюю отделку, требует монтажа кабельных коробов, сверления отверстий в стенах и т.п.;

· прокладка кабеля между зданиями может потребовать значительных затрат (использование кабеля в защищенном климатическом исполнении, необходимость применения оптоволокна при расстояниях более 100 метров).

Поэтому в 90-х годах 20-го века начали интенсивно развиваться технологий беспроводных коммуникаций. В 1997 году принят стандарт IEEE 802.11 для беспроводных локальных сетей WLAN (Wireless Local Area Network).

В 1999 году была создана независимая международная организация Wi-Fi Alliance (Wi-Fi - сокращение от Wireless Fidelity) (ранее она называлась WECA "Wireless Ethernet Compatibility Alliance"), занимающаяся сертификацией на совместимость WLAN-устройств от различных производителей. Эта организация объединяет практически всех ведущих производителей Intel, IBM, Cisco, HP, Dell и других. В настоящий момент в нее входят более 200 компаний. Торговая марка Wi-Fi гарантирует совместимость оборудования от разных производителей. Первоначально в ноутбуках использовались адаптеры стандарта 802.11b, поэтому логотип Wi-Fi часто ассоциировался именно с этим стандартом. В настоящее время под Wi-Fi понимается любой из стандартов 802.11.

5.1. Обзор стандартов WLAN.

В основе WLAN-технологий лежит принцип высокочастотной радиосвязи между узлами сети. В качестве узла сети может выступать как отдельный компьютер, ноутбук или PDA (карманный компьютер), так и специальное устройство "точка доступа" или "Access Point". Точка доступа является, по сути, беспроводным коммутатором, с которым связываются конечные узлы сети.

Стандарты IEEE 802.11, также как и стандарты проводной LAN, специфицируют физический и MAC-подуровень канального уровня модели OSI. Технология WLAN использует режим совместного использования среды передачи (логическая топология «общая шина»).

На MAC-подуровне определены два режима доступа к среде:

· распределенный режим DCF (Distributed Coordination Function);

· централизованный режим PCF (Point Coordination Function).

В распределенном режиме доступа к среде передачи реализован единый для всех спецификаций метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance - CSMA/CA). Для определения незанятости среды станции прослушивают эфир, и если в нем нет сигнала несущей, станция считает, что среда свободна и может начать передачу. В отличие от метода CSMA/CD, применяемого в проводном Ethernet, в беспроводной среде по одному каналу связи одновременная передача и прием не возможны, то есть во время передачи кадра станция не может одновременно прослушивать среду и обнаруживать коллизии. Здесь используется косвенное выявление коллизий. Для этого каждый переданный кадр должен подтверждаться кадром положительной квитанции, посылаемым станцией назначения. Если же по истечении оговоренного тайм-аута квитанция не поступает, станция-отправитель считает, что произошла коллизия. При обнаружении коллизии станция делает паузу на некоторый случайный интервал времени и снова пытается получить доступ к среде.

В беспроводных сетях возможна ситуация, когда два устройства (A и B) удалены и не слышат друг друга, однако оба попадают в зону охвата третьего устройства C – так называемая проблема скрытого терминала. Если оба устройства A и B начнут передачу, то они принципиально не смогут обнаружить конфликтную ситуацию и определить, почему пакеты не проходят.

Проблема скрытого терминала

В режиме доступа DCF применяются меры для устранения эффекта скрытого терминала. Для этого станция, которая хочет захватить среду и в соответствии с описанным алгоритмом начинает передачу кадра, вместо кадра данных сначала посылает станции назначения короткий служебный кадр RTS (Request To Send - запрос на передачу). На этот запрос станция назначения должна ответить служебным кадром CTS (Clear To Send - свободна для передачи), после чего станция-отправитель посылает кадр данных. Кадр CTS должен оповестить о захвате среды те станции, которые находятся вне зоны сигнала станции-отправителя, но в зоне досягаемости станции-получателя, то есть являются скрытыми терминалами для станции-отправителя.

Максимальная длина кадра данных 802.11 равна 2346 байт, длина RTS-кадра - 20 байт, CTS-кадра - 14 байт. Так как RTS- и CTS-кадры гораздо короче, чем кадр данных, потери данных в результате коллизии RTS- или CTS-кадров гораздо меньше, чем при коллизии кадров данных. Процедура обмена RTS- и CTS-кадрами не обязательна. От нее можно отказаться при небольшой нагрузке сети, поскольку в такой ситуации коллизии случаются редко, а значит, не стоит тратить дополнительное время на выполнение процедуры обмена RTS- и CTS-кадрами.

В том случае, когда в сети имеется станция, выполняющая функции точки доступа, может также применяться централизованный режим доступа PCF, обеспечивающий приоритетное обслуживание трафика. В этом случае говорят, что точка доступа играет роль арбитра среды. Режим PCF имеет больший приоритет при захвате среды передачи, так как для него меньше межкадровый интервал (пауза, которую станция выдерживает от момента освобождения среды до начала передачи своего кадра).

В настоящее время распространены три спецификации WLAN, отличающиеся реализацией физического уровня.

Стандарты физического уровня спецификации IEEE 802.11.

Для спецификаций 802.11a/g выпускается оборудование, позволяющее осуществлять беспроводное соединение на скорости до 108 Мбит/с (при этом используется одновременно два неперекрывающихся канала).

Проходит апробацию и готовится к принятию новый стандарт IEEE 802.11n, который предусматривает скорости передачи от 100 до 600 Мбит/с. Ориентировочно этот стандарт будет принят в 2008 году.

5.2. Режимы функционирования беспроводных сетей.

Беспроводные сети поддерживают несколько режимов работы, различающихся назначением и характеристиками сети, составом необходимого оборудования. Согласно стандартам беспроводных сетей IEEE 802.11, «кирпичиком», основным строительным блоком для создания беспроводных сетей является базовый сервисный набор (Basis Service Set, BSS). Он представляет собой группу беспроводных станций – любых коммуникационных устройств (ими могут быть, например, точка беспроводного доступа, поддерживающий беспроводные сети ПК, беспроводной принт-сервер). Каждый BSS имеет уникальное имя – идентификатор базового сервисного набора (Basic Service Set Identifier, BSSID). Площадь, покрываемая BSS, называется площадью базового сервиса (Basic Service Area, BSA).

Беспроводные сети объединяются в группы с помощью сервисных наборов. Беспроводные сети могут быть как одноранговыми, так и с поддержкой инфраструктуры. Сети с поддержкой инфраструктуры могут содержать один или более сервисных наборов, соединенных между собой.