l_472_12078122
.pdfсередовище призводить до їх зіткнення й спотворення. Ця ситуація називається колізією. Щоб уникнути колізій, метод CSMA/CD дає змогу вузлам прослуховувати основну гармоніку сигналу, так звану частоту-носія. Відсутність частоти-носія свідчить про те, що спільне середовище передавання вільне. У цьому випадку вузол має право ініціювати передавання своїх кадрів.
Кадр, який надійшов у спільне середовище передавання, є доступним кожному вузлу, але фіксує його в своєму внутрішньому буфері лише той вузол, який розпізнає в заголовку кадру свою адресу. У вузлі призначення дані, які надійшли в кадрі, обробляються й передаються вгору по стеку. Після цього в середовище прямує кадр-відповідь за адресою вузла-джерела, вказаною у відповідному полі прийнятого кадру.
Після закінчення передавання кадру кожен вузол зобов'язаний витримати паузу, так званий міжкадровий інтервал. Пауза необхідна для повернення мережевих адаптерів у вихідний стан і запобігання монопольного захоплення спільного середовища передавання одним вузлом.
Зауважимо, що механізм прослуховування середовища та міжкадровий інтервал не запобігають виникненню колізій, тому що рішення про те, що середовище вільне (на момент відсутності в ньому кадрів, що передаються) можуть прийняти одночасно декілька вузлів та розпочати передавання своїх кадрів. Колізії – це нормальне явище для технології Ethernet. Щоб коректно обробляти колізії, всі вузли постійно спостерігають за виниклими у середовищі передавання сигналами. Якщо передані та спостереженні сигнали відрізняються, фіксується виявлення колізії. Вузол, який
241
першим виявив колізію, перериває передавання свого кадру та підсилює ситуацію колізії, надсилаючи в мережу спеціальну послідовність з 32 біт, так звану JAM-послідовність. Після цього всі передавальні вузли зобов'язані припинити передавання своїх кадрів та зробити паузу на деякий час. Після закінчення паузи будь-який вузол знову може зробити спробу захопити спільне середовище та почати передавання кадру.
Оскільки тривалості пауз є випадковими величинами, метод доступу до середовища також є ймовірним. Вірогідність успішного захоплення спільного середовища для передавання кадрів залежить від інтенсивності роботи вузлів, тобто від завантаженості мережі. Якщо інтенсивність є значною, пропускна здатність мережі Ethernet різко падає, а тому збільшується кількість повторних спроб передавання кадрів.
Метод випадкового доступу до середовища є недоліком технології Ethernet, однак забезпечує надзвичайну простоту її реалізації, низьку вартість обладнання, а отже, широку популярність.
Зазначимо, що спробою усунення зазначеного недоліку стало впровадження технології з так званим маркерним доступом. Це технології ARCnet, Token Ring, FDDI.
Маркер доступу – це службовий пакет, який передається від одного вузла до іншого поланцюгово або кільцем. Передавати дані може тільки вузол, який захопив маркер. У заголовку маркера робиться відмітка про зайнятість, і маркер перетворюється на обрамлення початку кадру. Інші вузли побітово транслюють кадр передавального вузла. Вузол, якому адресовано поточний кадр, зберігає його копію в своєму буфері для наступної обробки та транслює його далі мережею,
242
зробивши позначку про отримання. Коли кадр доставлено в передавальний вузол, останній видаляє його й/або передає наступний кадр аналогічним способом або, у разі припинення передавання, позначає маркер як вільний. У зазначеному підході виникнення колізій є неможливим, однак, через складність реалізації мережевих адаптерів, він обумовлює високу вартість обладнання, а тому ці технології виявилися менш перспективними, на відміну від Ethernet, і сьогодні майже не застосовуються.
Для зменшення виникнення колізій у Ethernet можна зменшити кількість вузлів у сегменті, або пришвидшити роботу протоколу. Саме останнє, у свою чергу, підштовхнуло до формування ієрархії швидкостей Ethernet. Устатковання Ethernet усіх поколінь є сумісним між собою та використовує відкриті стандарти.
Стандарти IEEE 802.x розроблялися Комітетом 802 Інституту інженерів з електротехніки та електроніки (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE). У даних стандартах зосереджено рекомендації з проектування нижніх рівнів локальних сегментів.
Поява терміну «Ethernet» пов'язана з кабелем (еther – середовище передавання), оскільки перші мережеві технології Ethernet засновано на коаксіальному кабелі діаметром 0,5 дюйма.
Для Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/с стандарту IEEE 802.3 визначено такі специфікації фізичного рівня:
•10Base-5 – "товстий коаксіал", коаксіальний кабель діаметром 0,5 дюйма з хвильовим опором 50 Ом;
243
максимальна довжина сегмента – 500 метрів (без повторювачів);
•10Base-2 – "тонкий коаксіал", коаксіальний кабель діаметром 0,25 дюйма з хвильовим опором 50 Ом; максимальна довжина сегмента – 185 метрів (без повторювачів);
•10Base-Т – кабель на основі неекранованої витої пари. утворює „зіркову” топологію на основі концентратора; відстань між концентратором і кінцевим вузлом – не більша ніж 100 м;
•10Base-F – волоконно-оптичний кабель; топологія є аналогічною до стандарту 10Base-Т; існує декілька варіантів цієї специфікації: 10Base-FL (відстань до
2000 м), 10Base-FВ (відстань до 1000 м).
Перша цифра вказує на бітову швидкість протоколу, слово Base – метод передавання на базовій частоті, а останній символ позначає тип кабелю.
Подальша розробка стандартів ґрунтувалася на використанні комутованої топології (комутована Ethernet) та надвисоких швидкостей із застосуванням напівдуплексного та повнодуплексного режимів передавання даних між портами вузлів, що практично робить неможливим виникнення колізій.
Fast Ethernet має такі специфікації фізичного рівня
(стандарт IEEE 802.3u):
•100Base-FХ – багатомодовий волоконно-оптичний кабель з двох волокон; специфікація орієнтована на магістральні з'єднання; у напівдуплексному зв'язку
244
максимальна відстань між двома вузлами – 412 м, у повному дуплексі – 2 000 м;
•100Base-ТХ – дві кручені пари: одна пара для передавання даних, інша – для прийому; максимальна відстань – 100 м;
•100Base-Т4 – чотири кручені пари; специфікація розроблена з метою використання чотирипарних кабелів для телефонії. Три пари задіяно для
передавання даних із сумарною швидкістю 100 Мбіт/с, одна пара застосовується для виявлення конфліктів. Максимальна відстань – 100 м.
Специфікації фізичного рівня Gigabit Ethernet (стандарт
IEEE 802.3z):
•1000Base-SX регламентує передавання даних багатомодовим волоконно-оптичним кабелем на довжині хвилі 850 нм. У процесі повнодуплексного передавання максимальна довжина фізичного сегмента може досягати 500 м;
•1000Base-Lх визначає передавання даних по волоконно-оптичному кабелю на довжині хвилі 1300 нм; для багатомодового кабелю максимальна довжина фізичного сегмента досягає 550 м, для одномодового – 5000 м;
•1000Base-СХ регламентує використання мідного подвійного коаксіального кабелю з хвильовим опором 150 Ом для напівдуплексного передавання; максимальна відстань – 25 м.
245
Специфікації фізичного рівня 10 Gigabit Ethernet (10GE) регламентуються стандартом IEEE 802.3ае та допускають використання багатомодового й одномодового волоконно-оптичних кабелів на довжині хвилі 850 нм, 1300 нм і 1550 нм. Максимальна відстань – 40 км. Більш пізні варіанти стандарту забезпечують роботу на відстані до 90 км.
Високошвидкісні варіанти Ethernet презентовано на ринку новітньою апаратурою – маршрутизаторами/комунікаторами GE та 10GE, які застосовують для побудови високошвидкісних міських та регіональних мереж передавання даних. Поверх Ethernet можливим стало також передавання голосу та відео. У зв'язку з цим виник та набув широкого вжитку термін «Carrier Ethernet» (переносник
Ethernet) (див. п. 12.6).
Актуальними є на сьогодні також стандарти
безпроводової Ethernet - IEEE 802.11х.
Безпроводові локальні мережі Ethernet
Безпроводові локальні мережі зв'язку (Wireless Local Area Networks, WLAN) – це радіомережі з малою зоною покриття, які забезпечують такі ж можливості зв'язку, що й кабельні мережі, а також вільне переміщення користувачів, які використовують ноутбуки.
Базовий стандарт IEEE 802.11, названий у комерційних пропозиціях Wi-Fi, пропонує швидкість передавання 1 Мбіт/с з використанням діапазону частот 2,4 ГГц. Зазначений діапазон не потребує ліцензування й призначено для промислового, наукового та медичного обладнання,
246
під’єднаного до локальної мережі. Основним обладнанням є
спеціальні безпроводові мережеві інтерфейсні плати
(безпроводові мережеві адаптери) й точки доступу (базові станції), з'єднані з проводовою локальною мережею або шлюзом доступу в Інтернет.
Стандарт IEEE 802.11 та всі наступні його версії використовують на МАС-рівні множинний доступ з контролюванням частоти-носія та запобіганням колізій
(Carrier Sense Maltiple Access with Collision Avoilance,
CSMA/CA), який за багатьма показниками є схожим на специфікацію проводового Ethernet, тільки замість з’ясування колізій забезпечує їх запобігання. У даному випадку прослуховують як фізичний, так і віртуальний канал. Це відбувається тоді, коли одна станція перебуває в зоні дії двох інших станцій.
Проаналізуймо особливості найбільш частозгадуваних версій стандарту IEEE 802.11.
Стандарт IEEE 802.11а описує мережу з розширеною смугою частот та швидкістю передавання 54 Мбіт/с.
Більшість сучасного обладнання, призначеного для WLAN, створюється на базі стандарту IEEE 802.11b. Цей стандарт забезпечує безпроводовий зв'язок у діапазоні базового стандарту частот (2.4 ГГц), однак інша технологія модуляції дає змогу досягти в мережі швидкості передавання
11Мбіт/с.
Уфізичному середовищі IEEE 802.11b інформація поширюється за допомогою малопотужного шумоподібного сигналу. У діапазоні 2.4 ГГц формується близько десяти частотних каналів шириною 22 МГц. Дальність зв'язку при
247
цьому досягає 110 км, якщо є пряма видимість між кінцевими точками. В умовах різновисотної забудови, сніжно-дощового клімату дальність зв'язку варіюється в межах 5 км.
Безпроводова мережа стандарту IEEE 802.11b гарантує необхідну безпеку, передбачену стандартом WPA (Wi-Fi Protected Access). Спосіб шифрування даних ґрунтується на алгоритмі спільного ключа.
Завдяки підтримці роумінгу між точками доступу з ресурсами мережі можуть працювати мобільні користувачі. Для цього необхідно налаштувати точки доступу, під’єднані до стаціонарної мережі, в кількості, яка забезпечує радіопокриття необхідної площі.
Стандарт IEEE 802.11g використовує метод модуляції 802.11a і смугу частот 802.11b. Пристрої, які базуються на цьому стандарті, забезпечують швидкості передавання даних до 54 Мбіт/с.
Існує ще один стандарт цієї серії – це стандарт IEEE 802.16. На відміну від стандарту IEEE 802.11, він вирішує зовсім інші проблеми. Це стандарт широкосмугової безпроводової мережі стаціонарного типу. Мережі 802.16, розраховані на роботу в високочастотному діапазоні (10 – 66 ГГц і нижче), можуть охоплювати цілі райони міст з відстані на кілька кілометрів та застосовуються як безпроводовий аналог кабельного телебачення.
248
Контрольні питання
1.Подайте визначення терміна «телекомунікаційна технологія»?
2.Чим відрізняється процес передавання даних від перенесення даних у мережі?
3.У який спосіб можна організувати режими перенесення даних у мережі, та в чому полягає їхня відмінність?
4.У чому полягає принцип синхронного часового мультиплексування?
5.Охарактеризуйте сучасні мультиплексори, назвіть їх основні відмінності від традиційних систем ущільнення з імпульсно-кодовою модуляцією.
6.У чому полягає особливість мультиплексування мовленнєвих сигналів, потоків даних?
7.Проаналізуйте недоліки мереж із комутацією каналів?
8.На чому ґрунтується принцип технології ISDN? У чому її переваги й недоліки?
9.Перерахуйте та проаналізуйте основні технології асинхронного режиму перенесення.
10.Проаналізуйте основні способи передавання пакетів
утелекомунікаційній мережі.
11.Поясніть специфіку асинхронного часового мультиплексування?
12.Що називається «режимом якісного обслуговування», і яка з технологій максимально забезпечує його?
249
13.Чим вирізняється технологія Ethernet? Що сприяє поширенню сфери застосування цієї технології?
14.Чи вважаєте Ви, що технології комутації каналів треба замінити технологіями комутації пакетів? Чи можуть ці технології співіснувати? Аргументуйте свою думку.
250