Тема 12. Интегрированные информационные сети

В таких сетях обмен происходит любыми данными. Именно данными, а не голосом, видео, шифром или чем-то другим. Ведь “цифра” все унифицировала, и сетям (их узлам и соединениям) абсолютно безразлично, в какой форме предстают последовательности двоичных сигналов в различных оконечных узлах и каким смыслом наполняют эти формы люди в своих головах. Поэтому не удивительно, что инженеры попытались применить технологии, известные для одних сетей, в технологиях сетей другого вида. Как известно, даже патенты выдаются “на применение” – первое использование в новой отрасли человеческой деятельности приемов и устройств, известных и применяемых в других, возможно, даже не смежных отраслях.

Первый шаг сделали связисты. В 80-х гг. XX века для обеспечения высокоскоростной передачи данных по телефонным линиям, проложенным уже давно и используемым лишь для голосовой связи в диапазоне частот 300 Гц ÷ 3, 4 кГц, появились технологии DSL (Digital Subscriber Line- цифровая абонентская линия). Они опирались на достижения цифровой обработки сигналов в сочетании с новыми алгоритмами и технологиями кодирования. Это позволило увеличить ширину используемой полосы частот от порядка 100 кГц для узкополосной ISDN до более 10 МГц для скоростной DSL.

Безусловно, решения носили аппаратно-алгоритмический характер, и узлами в новых сетях становились DSL-модемы (с входящими в их состав трансиверами), которые в большинстве стандартов трактуются как “насосы для перекачки битов”. В модемах многих производителей используется способ компенсации эхо-сигналов, что делает возможным осуществление полнодуплексной передачи по одной ненагруженной паре телефонных проводов со скоростью 160 Кбит/с. А с ростом потребности в высокоскоростном доступе в Интернет значимость линий DSL на базе сети ISDN существенно возросла. Схема организации таких линий показана на рис. 12.1.

В варианте высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL) вместо канала с U–протоколом обмена применяются несколько пар проводов сети доступа. Стандарт 2В1Q для скорости передачи 2, 048 Мбит/с обеспечивает как двустороннюю передачу по одной паре проводов, так и параллельную передачу по двум или трем парам проводов (аналогично Fast Ethernet по четырем витым парам). Это позволяет распределить сигналы циклически по нескольким парам и тем самым снизить скорости передачи по каждой паре для увеличения предельной дальности передачи.

В процессе эксплуатации цифровых линий выявилась потребность в предоставлении услуг, требующих явно выраженной асимметрии передачи данных. Эта асимметрия выражается в большой разнице объемов трафика от сети к пользователю (нисходящий поток) и от пользователя к сети (восходящий поток). Такая ситуация возникает, например, при передаче видео по запросу. Так возникла версия ADSL (асимметричная DSL). Правда, разработчики ценой добавления на линии специальных устройств – частотных разделителей (сплиттеров) сумели сохранить и линии голосовой связи. Именно этот вариант применения сплиттера на стороне пользователя иллюстрируется на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Схема реализации ADSL: ФВЧ – фильтр высоких частот; ФНЧ – фильтр низких частот; СТ – сетевой терминал; ПК – персональный компьютер; ЛВС – локальная вычислительная сеть; ТА – телефонный аппарат

Специалисты по вычислительным системам «не остались в долгу» и для организации и/или расширения своих сетей использовали идеологию сотовой связи. Так появился беспроводной аналог стандарта Ethernet – технология Wi–Fi (Wirelles Fidelite – беспроводная точность) на базе стандарта IEEE 802.11. Стандарт предписывает использование полосы частот 2, 40 ÷ 2, 4835 ГГц (очень важно: эта полоса не нуждается в лицензировании) и обеспечивает скорость передачи данных 11 Мбит/с на дальность до 100 м, а на открытой местности – до 400 м. В 2010 г. предполагается сертификация версии стандарта 802.11n, который сможет обеспечить скорости 320 Мбит/с и выше.

Wi–Fi обеспечивает доступ к серверам баз данных, позволяет выйти в Интернет, распечатывать файлы и т.п. И все это без проводного соединения со всемирной паутиной ваших ноут– и нетбуков. Достаточно разместить их в радиусе 100 м от так называемой «точки доступа» (термин задействован у связистов) – Wi–Fi устройства, которое по своим функциям очень похоже на офисную АТС.

Таким образом, Wi–Fi – технология позволяет решить три важные задачи:

– упростить общение с мобильным компьютером;

– обеспечить комфортные условия для работы деловым партнерам или журналистам, пришедшим в офис со своим лап–топом;

– создать локальную сеть в помещениях, где прокладка кабеля слишком дорога, нежелательна или невозможна. Схема организации беспроводной сети Wi–Fi приведена на рис. 12.3.

Рис. 12.3 Схема организации сети Wi - Fi

Если точка доступа организуется на одном из узлов существующей

локальной сети, связанной с Интернетом, то достаточно снабдить его недорогим устройством для приема–передачи радиосигналов и прилагаемым к нему ПО. Что касается мобильных ПК, то Wi–Fi– адаптеры часто входят в их стандартную комплектацию.

Наиболее известными мировыми производителями оборудования, поддерживающего стандарта Wi–Fi, являются компании Intel, Lucent, CISCO, D–Link.

Многие университеты обеспечивают свободный доступ в Интернет через Wi–Fi для своих студентов, посетителей и всех находящихся на территории

университета. В 2010 г. к числу таких университетов присоединился и СПбГТУРП.

Технические характеристики применяемых стандартов Wi–Fi приведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Стандарты Wi - Fi

* Поддерживается не всяким оборудованием.

В России уже применяются стандарты 802.11b и 802.11g, но вот–вот должен появиться и 802.11n.

Из вышеизложенного можно сделать некоторые выводы о преимуществах и недостатках технологии Wi–Fi.

Хорошо:

- позволяет развернуть или расширить существующую вычислительную сеть без прокладки кабеля;

- Wi–Fi–устройства широко представлены на рынке и имеют невысокую цену;

- Wi–Fi сети поддерживают контакт с клиентской мобильной станцией при ее перемещении из зоны одной точки доступа в зону другой;

- в отличие от сотовых телефонов, Wi–Fi–оборудование может работать в любой стране мира.

Плохо:

- частотный диапазон и эксплуатационные ограничения не одинаковы в разных странах;

- Wi–Fi сети имеют ограниченный и небольшой радиус действия;

- большее, нежели в устройствах других стандартов, потребление энергии;

- слабая защищенность наиболее популярного стандарта шифрования Wired Equivalent Privacy (WEP). Так что все как всегда: есть хорошее, но есть и недостаточно хорошее.

Поэтому в начале XXI века сложилось два принципиально разных подхода к реализации беспроводных сетей. Конкурентом Wi–Fi в этом вопросе выступает Bluetooth 2.2. Он декларирует скорость 30 Мбит/с, это позволит просматривать потоковое видео без использования «шнурков» (проводов) и передавать фото с высоким разрешением. По мнению некоторых экспертов, шансов на внедрение именно этого протокола значительно больше, нежели Wi–Fi, так как устройства для его поддержки потребляют меньше энергии, а предыдущие версии протокола Bluetooth присутствуют в огромном числе уже выпускаемых во всем мире современных мобильных устройств самых разнообразных типов: от наушников и мобильных ПК до автомобилей (например, Sky-Link).

Однако было бы очень странным, если бы инженерная мысль не обратилась к поиску способа избавиться от самого существенного недостатка в организации беспроводных сетей – малого радиуса действия. Действительно обратилась, и результаты не заставили долго ждать. В середине первого десятилетия XXI века появилась новая технология, полностью изложенная в стандартах IEEE 802.16d (так называемый «фиксированный») и 802.16е (так называемый «мобильный») WiMAX.

WiMAX (Worldwide Interoperabiliti for Microware Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств – от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов. Эта технология хорошо подходит для:

–соединения точек Wi–Fi между собой и с другими сегментами Интернета;

– предоставления беспроводного широкополосного доступа, составляя конкуренцию выделенным линиям и DSL;

– обеспечения высокоскоростных сервисов обмена данными и обслуживания телекоммуникационных соединений;

– организации точек доступа, не привязанных к географическому местоположению.

Достоинства WiMAX позволяют компоновать беспроводные участки высокой пропускной способности с уже существующими локальными сетями и разветвленной сетью традиционных DSL– и выделенных линий, создавая масштабируемые высокоскоростные сети в рамках целых городов WMAN (Wirless Metropolitan Access Networt).

Правда, совсем без проводов все–таки не обходится. Хотя узлы сети – базовые станции – связываются между собой с помощью радиоволн на расстояниях до 50 км и общаются со «своими» абонентскими станциями на удалениях до 10 км, должна быть хотя бы одна (а лучше– несколько) базовая станция, которая связана с провайдером Интернета по проводной связи. Очевидно, что это требование, особенно в городских условиях, не является таким уж жестким. Идеология структуры WiMAX показана на рис. 12.4.

На уровне базовых станций используются частоты 10 ÷ 66 ГГц (это лицензируемые диапазоны), а скорость обмена при прямой видимости достигает 150 Мбит/с. Для обмена базовых станций с абонентами используются частоты 2 ÷ 11 ГГц (не лицензируемые во многих странах), а скорость обмена может доходить до 75 Мбит/с.

И все же универсализм WiMAX тоже ограничен. Как уже отмечалось, имеются две версии: фиксированный WiMAX (беспроводное оборудование пользователя привязано жестко к своему месту нахождения) и мобильный WiMAX. Описываются они стандартами 802.16d и 802.16e соответственно. Различия между ними весьма существенны, но возможен вариант получения первого как предельного случая второго. Мобильный WiMAX допускает перемещение пользователя со скоростью до 120 км/ч (ограничение связано с сохранением непрерывности связи), а при удалении пользователя от «своей» базовой станции более, чем на 10 км, незаметно для него сеть переключается на связь с другой базовой станцией.

Из-за созвучности названий двух беспроводных технологий, близости номеров стандартов их описывающих (IEEE 802), своего назначения –подключения к интернету технологию WiMAX часто сравнивают с Wi–Fi.

И все-таки каждая из них решает свой круг задач. Wi–Fi – система ближнего действия (десятки метров) для доступа пользователей к собственной локальной сети, которая может быть как подключена к Интернету, так и не подключена. WiMAX – система дальнего следования (на десятки и сотни километров) для предоставления конечному пользователю соединения с Интернетом через провайдера. Имеются и другие отличия, связанные со способами кодирования, уплотнения, обеспечения безопасности и гарантированным уровнем качества услуг.

Сравнительные характеристики стандартов беспроводной связи приведены в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Сравнение стандартов беспроводной связи

Окончание табл. 12.2

* Стандарт находится в разработке.

Рис. 12.4. Структура WiMAX: BS–базовая станция; – оборудование пользователя: роутер, коммуникатор, ноутбук, ПК с встроенным или внешним WiMAX–модемом

Сети мобильного и фиксированного WiMAX в России строят такие фирмы, как «Скартел» (торговая марка Yota), «Комстар», «Синтерра», «Новые телекоммуникации» и др.

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите примеры «переноса» технологий из одной сферы деятельности в другую по своему личному опыту.

2. Каким техническим решением была устранена асимметрия трафика восходящих и нисходящих потоков в сети?

3. Чем замечательно появление Wi-Fi?

4. Какие функции выполняет Wi-Fi?

5. Перечислите преимущества и недостатки Wi-Fi.

6. Каково принципиальное отличие WiMAX от Wi-Fi?