Корпоративная сеть

Корпоративная сеть

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время ни у кого не вызывает удивления повсеместное использование компьютеров: в офисах крупных компаний, в высших и средних учебных заведениях, дома. Везде где есть электрическая розетка, можно увидеть компьютер. Но прогресс идет вперед, и несколько лет назад показалось недостаточным использовать ресурсы только того компьютера, который стоит перед Вами. Захотелось присоединить к этому компьютеру еще и ресурсы, скажем компьютера соседа. Вот так и появилась мысль об объединении нескольких компьютеров. То, что в итоге получилось, стало называться сетью в самом широком смысле этого слова, которое теперь ни у кого не вызывает удивления или непонимания.

На современном этапе развития и использования локальных вычислительных сетей (а именно о них пойдет речь в представленной работе) наиболее актуальное значение приобрели такие вопросы, как оценка производительности и качества локальных вычислительных сетей и их компонентов, оптимизация уже существующих или планируемых к созданию локальных вычислительных сетей. Сейчас, когда локальные вычислительные сети стали определяющим компонентом в информационной стратегии большинства организаций, недостаточное внимание к оценке мощности локальной вычислительной сети и ее планированию привело к тому, что сегодня для поддержки современных приложений в архитектуре клиент - сервер многие сети необходимо заново проектировать, а во многих случаях и заменять.

Производительность и пропускная способность локальной вычислительной сети определяется рядом факторов: выбором серверов и рабочих станций, каналов связи, сетевого оборудования, сетевого протокола передачи данных, сетевых операционных систем и операционных систем рабочих станций, серверов и их конфигураций, распределением файлов базы данных по серверам в сети, организацией распределенного вычислительного процесса, защиты, поддержания и восстановления работоспособности в ситуациях сбоев и отказов и т.п. Все больше появляется судов на флоте, оснащенных современной компьютерной техникой. Связь с каждым днем становится все более компьютеризированной. Не пройдет и десятка лет, как старые методы и средства связи уйдут в прошлое и уступят свое место связи на основе сетевых коммуникаций. Вот почему так важно для выпускников радио специальности иметь знания в области сетевых технологий.

За границей основной процент сетей, находящихся в эксплуатации, приходится на университеты и кампусы, прилегающие к ним. Более, чем 50% пользователей компьютерными сетями в США студенты и профессора университетов. Количество задач решаемых в сети огромно. Деятельность многих организаций и учебных заведений основана на использовании сети, как в локальном, так и в глобальном масштабе. И, конечно же, большой плюс в том, что в ДВГМА, тоже существует локальная компьютерная сеть. И хотя данная сеть, не до конца еще введена в эксплуатацию, но даже на данном этапе, она выполняет очень много задач. Основными задачами являются: обучение курсантов компьютерным технологиям; предоставление информационно-справочных материалов, как курсантам так и преподавателям по первому их требованию без утомительных поисков в библиотеке, централизованное управление учебным процессом, административное управление, бухгалтерский учет. Для расширения возможностей выполняемых компьютерной сетью Академии необходимо полное введение в эксплуатацию уже существующих компонентов сети, и объединение всех остальных подразделений и частей Академии. Особенно это можно отнести к учебным корпусам. Так, как 1^ый и 2^ой учебные корпуса уже объединены, то в первую очередь необходимо подключить к этой сети корпус радиоспециальности ДВГМА и корпуса ВМУ. Задачей данной работы является расчет подключения корпуса радиоспециальности ДВГМА и административного и учебного корпусов ВМУ к общей компьютерной сети Академии. На основании выбранного подключения рассчитать и спроектировать сеть для корпуса радио специальности с учетом существующих потребностей корпуса и с запасом на будущее развитие лабораторий и компьютерных классов. Данная компьютерная сеть является корпоративной сетью ДВГМА. В представленном дипломном проекте рассматриваются такие вопросы, как исследование существующей сети Академии, основных методов удаленного соединения подсетей, выбор сетевых архитектур построения сетей, проектирование сегмента корпоративной сети.

КОНЦЕПЦИЯ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ

Любая организация - это совокупность взаимодействующих элементов (подразделений), каждый из которых может иметь свою структуру. Элементы связаны между собой функционально, т.е. они выполняют отдельные виды работ в рамках единого бизнес процесса, а также информационно, обмениваясь документами, факсами, письменными и устными распоряжениями и т.д. Кроме того, эти элементы взаимодействуют с внешними системами, причем их взаимодействие также может быть как информационным, так и функциональным. И эта ситуация справедлива практически для всех организаций, каким бы видом деятельности они не занимались - для правительственного учреждения, банка, промышленного предприятия, коммерческой фирмы и т.д.

Такой общий взгляд на организацию позволяет сформулировать некоторые общие принципы построения корпоративных информационных систем, т.е. информационных систем в масштабе всей организации.

Назначение корпоративной сети

Корпоративная сеть - система, обеспечивающая передачу информации между различными приложениями, используемыми в системе корпорации. Корпоративная сеть представляет собой сеть отдельной организации. Корпоративной сетью считается любая сеть, работающая по протоколу TCP/IP и использующая коммуникационные стандарты Интернета, а также сервисные приложения, обеспечивающие доставку данных пользователям сети. Например, предприятие может создать сервер Web для публикации объявлений, производственных графиков и других служебных документов. Служащие осуществляют доступ к необходимым документам с помощью средств просмотра Web.

Серверы Web корпоративной сети могут обеспечить пользователям услуги, аналогичные услугам Интернета, например работу с гипертекстовыми страницами (содержащими текст, гиперссылки, графические изображения и звукозаписи), предоставление необходимых ресурсов по запросам клиентов Web, а также осуществление доступа к базам данных. В этом руководстве все службы публикации называются “службами Интернета” независимо от того, где они используются (в Интернете или корпоративной сети).

Корпоративная сеть, как правило, является территориально распределенной, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном удалении друг от друга. Принципы, по которым строится корпоративная сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что используются при создании локальной сети. Это ограничение является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации объемов передаваемых данных. В остальном же корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию

Процесс создания корпоративной информационной системы

Можно выделить основные этапы процесса создания корпоративной информационной системы:

• провести информационное обследование организации;
• по результатам обследования выбрать архитектуру системы и аппаратно-программные средства ее реализации. по результатам обследования выбрать и/или разработать ключевые компоненты информационной системы;
• система управления корпоративной базой данных;
• система автоматизации деловых операций и документооборота;
• система управления электронными документами;
• специальные программные средства;
• системы поддержки принятия решений.

Рассмотрим последовательно каждый из перечисленных этапов.

Информационное обследование

Информационная система нужна организации для того, чтобы обеспечивать информационно-коммуникационную поддержку ее основной и вспомогательной деятельности. Поэтому прежде, чем вести речь о структуре и функциональном наполнении информационной системы, необходимо разобраться в целях и задачах самой организации, чтобы понять, что же нужно автоматизировать.

Ответы на поставленные вопросы можно получить только после детального информационного обследования компании, целями которого являются:

• формулировка и описание функций каждого подразделения компании, а также решаемые ими задачи;
• описание технологии работы каждого из подразделений компании и понимание, что необходимо автоматизировать и в какой последовательности;
• описание технологии работы каждого из подразделений и связанных с ними информационных потоков;
• отображение технологии на структуру, определение ее функционального состава и количества рабочих мест в каждом структурном подразделении компании, а также описание функций, которые выполняются (автоматизируются) на каждом рабочем месте;
• описание основных путей и алгоритмы прохождения входящих, внутренних и исходящих документов, а также технологии их обработки.

Результатом обследования являются модели деятельности компании, и ее информационной инфраструктуры, на базе которых разрабатываются проект корпоративной информационной системы, требования к программно-аппаратным средствам и спецификации на разработку прикладного программного обеспечения, если в этом есть необходимость.

При выборе описываемых средств необходимо обратить внимание на то, чтобы работа с ними была бы доступна не только профессиональным работникам, но и более широкому классу.

Архитектура

По результатам обследования необходимо выбрать архитектуру системы. Для корпоративных систем рекомендуется архитектура клиент/сервер. Архитектура клиент/сервер предоставляет технологию доступа конечного пользователя к информации в масштабах предприятия. Таким образом, архитектура клиент/сервер позволяет создать единое информационное пространство, в котором конечный пользователь имеет своевременный и беспрепятственный (но санкционированный) доступ к корпоративной информации.

Информационное обследование позволяет выбрать аппаратно-программную реализацию системы.

Выбор СУБД

Выбор системы управления для корпоративной базы данных - один из ключевых моментов в разработке информационной системы. На Российском рынке присутствуют практически все СУБД, принадлежащие к элитному классу - Oracle, Informix, Sybase, Ingres. Вопрос, какую СУБД использовать, можно решить только по результатам предварительного обследования и получения информационных моделей деятельности.

Выбор системы автоматизации документооборота.

Неразбериха с документами (их задержки, потери, дублирование, долгое перемещение от одного исполнителя к другому и т.д.) - болезненная проблема для любой компании. Поэтому система автоматизации документооборота, которая позволяет автоматизировать ручные, рутинные операции, автоматически передавать и отслеживать перемещение документов внутри корпорации, контролировать выполнение поручений, связанных с документами и т.д. - одна из важнейших составляющих информационной системы.

Выбор программных средств для управления документами

Появление на рынке систем управления электронными документами - EDMS (Electronic Document Management Systems) вызвано стремлением сократить поток бумажных документов и хотя бы частично уменьшить сложности, возникающие в связи с их хранением, поиском и обработкой. В отличие от документов на бумажных носителях электронные документы обеспечивают преимущества при создании, совместном использовании, поиске, распространении и хранении информации. Системы EDMS реализуют ввод, хранение и поиск всех типов электронных документов, как текстовых, так и графических. С помощью систем этого класса можно организовать хранение в электронном виде административных и финансовых документов, факсов, технической библиотеки, изображений, т.е. всех документов, входящих в организацию и циркулирующих в ней.

Выбор специализированных прикладных программных средств

При всей описанной общности каждая компания имеет свою специфику, которая определяется родом ее деятельности. Выбор специализированных программных средств в значительной степени зависит от этой специфики.

Абсолютно для всех компаний необходимо иметь в составе информационной системы стандартный набор приложений, таких как текстовые редакторы, электронные таблицы, коммуникационные программы и т.д. Одним из критериев выбора подобных систем должна быть возможность их несложной интеграции в корпоративную информационную систему.

Системы поддержки принятия решений

Необходимо отметить специальный класс приложений - систем поддержки принятия решений, позволяющие моделировать правила и стратегии бизнеса и иметь интеллектуальный доступ к неструктурированной информации. Системы подобного класса основаны на технологиях искусственного интеллекта.

Структура корпоративной сети

Для подключения удаленных пользователей к корпоративной сети самым простым и доступным вариантом является использование телефонной связи. Там, где это возможно, могут использоваться сети ISDN. Для объединения узлов сети в большинстве случаев используются глобальные сети передачи данных. Даже там, где возможна прокладка выделенных линий (например, в пределах одного города) использование технологий пакетной коммутации позволяет уменьшить количество необходимых каналов связи и - что немаловажно - обеспечить совместимость системы с существующими глобальными сетями.

Подключение корпоративной сети к Internet оправдано, если вам нужен доступ к соответствующим услугам. Использовать Internet как среду передачи данных стоит только тогда, когда другие способы недоступны и финансовые соображения перевешивают требования надежности и безопасности. Если вы будете использовать Internet только в качестве источника информации, лучше пользоваться технологией "соединение по запросу" (dial-on-demand), т.е. таким способом подключения, когда соединение с узлом Internet устанавливается только по вашей инициативе и на нужное вам время. Это резко снижает риск несанкционированного проникновения в вашу сеть извне.

Для передачи данных внутри корпоративной сети также стоит использовать виртуальные каналы сетей пакетной коммутации. Основные достоинства такого подхода - универсальность, гибкость, безопасность

Оборудование корпоративных сетей

Корпоративная сеть - это достаточно сложная структура, использующая различные типы связи, коммуникационные протоколы и способы подключения ресурсов.

Все оборудование сетей передачи данных можно условно разделить на два больших класса - периферийное, которое используется для подключения к сети оконечных узлов, и магистральное или опорное, реализующее основные функции сети (коммутацию каналов, маршрутизацию и т.д.). Четкой границы между этими типами нет - одни и те же устройства могут использоваться в разном качестве или совмещать те и другие функции. Следует отметить, что к магистральному оборудованию обычно предъявляются повышенные требования в части надежности, производительности, количества портов и дальнейшей расширяемости. Периферийное оборудование является необходимым компонентом всякой корпоративной сети. Функции же магистральных узлов может брать на себя глобальная сеть передачи данных, к которой подключаются ресурсы. Как правило, магистральные узлы в составе корпоративной сети появляются только в тех случаях, когда используются арендованные каналы связи или создаются собственные узлы доступа.

Периферийное оборудование корпоративных сетей с точки зрения выполняемых функций также можно разделить на два класса. Во-первых, это маршрутизаторы (routers), служащие для объединения однородных LAN (как правило, IP или IPX) через глобальные сети передачи данных. В сетях, использующих IP или IPX в качестве основного протокола - в частности, в той же Internet - маршрутизаторы используются и как магистральное оборудование, обеспечивающее стыковку различных каналов и протоколов связи. Маршрутизаторы могут быть выполнены как в виде автономных устройств, так и программными средствами на базе компьютеров и специальных коммуникационных адаптеров.

Второй широко используемый тип периферийного оборудования - шлюзы (gateways), реализующие взаимодействие приложений, работающих в разных типах сетей. В корпоративных сетях используются в основном шлюзы OSI, обеспечивающие взаимодействие локальных сетей с ресурсами X.25 и шлюзы SNA, обеспечивающие подключение к сетям IBM. Полнофункциональный шлюз всегда представляет собой программно-аппаратный комплекс, поскольку должен обеспечивать необходимые для приложений программные интерфейсы.

Все крупнейшие поставщики сетевого оборудования предлагают наборы продуктов, предоставляющие руководителям информационных служб широкие возможности для построения корпоративных сетей. Они включают разнообразные аппаратные средства (концентраторы, маршрутизаторы, коммутаторы), ориентированные на создание систем на базе передовых коммуникационных технологий, включая Fast Ethernet, режим асинхронной передачи (ATM) и виртуальные сети. Интеграция этих технологий в широкомасштабные информационные системы направлена на повышение пропускной способности.

Многослойное представление корпоративной сети

Корпоративную сеть полезно рассматривать как сложную систему, состоящую из нескольких взаимодействующих слоев. В основании лежит слой компьютеров- центров хранения и обработки информации, и транспортная подсистема, обеспечивающая надежную передачу информационных пакетов между компьютерами.

Над транспортной системой работает слой сетевых операционных систем, который организует работу приложений в компьютерах и предоставляет через транспортную систему ресурсы своего компьютера в общее пользование.

Над операционной системой работают различные приложения, но из-за особой роли систем управления базами данных, хранящих в упорядоченном виде основную корпоративную информацию и производящих над ней базовые операции поиска, этот класс системных приложений обычно выделяют в отдельный слой корпоративной сети.

На следующем уровне работают системные сервисы, которые, пользуясь СУБД, как инструментом для поиска нужной информации среди миллионов и миллиардов байт, хранимых на дисках, предоставляют конечным пользователям эту информацию в удобной для принятия решения форме, а также выполняют некоторые общие для предприятий всех типов процедуры обработки информации. К этим сервисам относится служба World Wide Web, система электронной почты, системы коллективной работы и многие другие.

И, наконец, верхний уровень корпоративной сети представляют специальные программные системы, которые выполняют задачи, специфические для данного предприятия или предприятий данного типа. Примерами таких систем могут служить системы автоматизации банка, организации бухгалтерского учета, автоматизированного проектирования, управления технологическими процессами и т.п.

Конечная цель корпоративной сети воплощена в прикладных программах верхнего уровня, но для их успешной работы абсолютно необходимо, чтобы подсистемы других слоев четко выполняли свои функции.

Стратегические решения, как правило, влияют на облик сети в целом, затрагивая несколько слоев, хотя первоначально касаются только одного конкретного слоя или даже отдельной подсистемы этого слоя. Такое взаимное влияние продуктов и решений нужно обязательно учитывать при планировании технической политики развития сети, иначе можно столкнуться с необходимостью срочной и непредвиденной замены, например, сетевой технологии, из-за того, что новая прикладная программа испытывает острый дефицит пропускной способности для своего трафика.

Каналы связи корпоративной сети

Первая проблема, которую приходится решать при создании корпоративной сети - организация каналов связи. Каналы связи — создаются по линиям связи при помощи сложной электронной аппаратуры и кабелей связи.

Кабель связи — это длинномерное изделие электротехнической промышленности. Существуют множество различных модификаций кабелей для ЛВС:

• тонкие коаксиальные кабели;
• толстые коаксиальные кабели;
• экранированные витые пары, которые выглядят как электрическая проводка;
• неэкранированные витые пары;
• оптоволоконные кабели, которые могут работать на больших расстояниях и с большей скоростью, чем другие типы кабелей. Однако их прокладка и сетевые адаптеры для них довольно дороги.

Из кабелей связи (и массы других вещей) строят линии связи. . Длина линий связи колеблется от десятков метров до десятков тысяч километров. В любую более-менее серьезную линию связи, кроме кабелей, входят: траншеи, колодцы, муфты, переходы через реки, море и океаны, а также грозозащита (равно как и другие виды защиты) линий.

По уже построенным линиям связи организуют каналы связи. При этом каналы по характеру передаваемых сигналов могут быть аналоговыми или цифровыми. Итак, на одной линии связи одновременно можно создать как аналоговые, так и цифровые каналы, функционирующие раздельно. Причем если линию, как правило, строят и сдают сразу всю, то каналы вводят постепенно. Уже по линии можно дать связь, но такое использование крайне дорогостоящих сооружений очень неэффективно. Поэтому применяют аппаратуру каналообразования. Число каналов увеличивают постепенно, устанавливая все более мощную аппаратуру каналообразования (иногда говорят — мультиплексирования, особенно применительно к цифровым каналам).

Виртуальные сети передачи данных

Идеальным вариантом для частной сети было бы создание каналов связи только на тех участках, где это необходимо, и передача по ним любых сетевых протоколов, которых требуют работающие приложения. существуют технологии построения сетей передачи данных, позволяющие организовать внутри них каналы, возникающие только в нужное время и в нужном месте. Такие каналы называются виртуальными. Систему, объединяющую удаленные ресурсы с помощью виртуальных каналов, естественно назвать виртуальной сетью. На сегодня существуют две основных технологии виртуальных сетей - сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов. К первым относятся обычная телефонная сеть, ISDN и ряд других, более экзотических технологий. Сети с коммутацией пакетов представлены технологиями X.25, Frame Relay и в последнее время - ATM.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

На данный момент в корпусах радиоспециальности ДВГМА и ВМУ существует необходимость в подключении следующего парка машин (Табл. 1)

Таблица 1

Стандарт передачи данных внутри корпуса радиоспециальности для единообразия и совместимости с другими подразделениями ДВГМА принят Ethernet . На данном этапе развития сетевых технологий самой приемлемой физической средой для передачи данных можно считать 10Base-T на витой паре 5 категории. Данный вид соединения позволяет перейти на более высокоскоростную технологию 100 Мбит/с ¾ 100Base-TX.

Для выполнения задач корпоративной сети, локальная сеть радиоспециальности требует подключения к остальным корпусам ДВГМА. В процессе информационного обследования выявилась необходимость подключения к корпоративной сети Академии дополнительно 7экипажа и нового общежития (рис. 1).

Рис. 1.

Руководствуясь принципами построения сети в УК-1 и УК-2 необходимо осуществить на две виртуальных подсети (общеучилищная - FESMA, учебная - TECHNET ). Разделение осуществляется на физическом уровне, то следовательно и соединение с УК-1, УК-2 требует два независимых канала.

Еще недавно скорость 2,4 кБит/с считалась максимально возможной. На сегодняшний день появились технологии передачи данных до 155 Мбит/с. Чтобы данное решение просуществовало долгое время, предположим, что эта сеть в будущем будет использоваться для видеоконференций в режиме online . Для прямой видеосвязи компьютеру необходимо обмениваться данными со скоростью 300 кБайт/с . За счет сетевого протокола поток данных увеличивается примерно на 15%. Тогда скорость :

350+15%=350 кБайт/с(1)

В битах это скорость :

50´ 8=2,8 Мбит/с(2)

Т. к. каждая из подсетей на данный момент планирует включение не менее 14 компьютеров, то минимальная скорость для каждого канала является:

2,8´ 14=39,2 Мбит/с(3)

Данному требованию удовлетворяет несколько стандартов поддерживающих скорость 100 Мбит/с . На некоторые из них можно переходить постепенно со стандарта Ethernet и скорости 10 Мбит/с, пока такие скорости не станут необходимостью , и не появится возможность закупить требуемое оборудование.

СЕТЬ ДВГМА

Принцип функционирования

Сеть ДВГМА имеет клиент серверную архитектуру с доменной организацией. Выполнена по стандарту Ethernet IEEE 802.3 и 100VG ANY LAN IEEE 802.12. В качестве основной среды для передачи информации используется 10Base-T - неэкранированная витая пара (Unshielded twisted pair, UTP ) и оптоволоконный кабель. Каналы связи организованы с использованием коммутаторов сетевого оборудования Advancestack Switch 2000, Advancestack Switch 200 фирмы Hewlett Packard и HUB-ов различных фирм. Такая организация сети обусловлена тем, что позволяет легко менять конфигурацию системы, перемещать компьютеры, обнаруживать и устранять неполадки. При выходе из строя одного кабельного участка прекращается работа только одной сетевой машины, остальные компьютеры продолжают функционировать нормально.

В УК1 и УК2 расположено по одному коммутатору Advancestack Switch 2000. Коммутатор Advancestack Switch 2000 расположенный в УК1 включает следующие модули: 100VGModuleF/0 - 2х портовый модуль для оптоволокна, со скоростью передачи данных до 100МБит/с; 100VGModule UTP - 2х портовый модуль для витой пары со скоростью передачи данных до 100МБит/с; 3 штуки Ethernet Module (10Mbit Module UTP) - 4х портовый модуль для витой пары со скоростью передачи данных до 10МБит/с. Коммутатор Advancestack Switch 2000 расположенный в УК-2 включает следующие модули: 100VG Module F/0; 100VG Module UTP; 2 штуки Ethernet Module. К каждому из этих коммутаторов через порт модуля 100VG Module UTP подключено по 16-ти портовому концентратору Advancestack Switch 200. Коммутаторы Advancestack Switch 2000 объединены между собой двумя линиями оптоволоконного кабеля подключенного к портам модуля 100VG Module F/0.Таким образом в УК1 образуется узел коммутации на 29 портов, а в УК2 на 25 портов, к которым можно подключать сетевое оборудование.

Вся сеть ДВГМА путем программирования коммутаторов разбита на 3 виртуальные сети (Vertual Local Area Network VLAN). Самая емкая из этих сетей называется общеучилищная сеть - FESMA. Она объединяет все подразделения, факультеты и кафедры Академии. В данной сети используются все порты коммутаторов Advancestack Switch 2000 и Advancestack Switch 200 расположенных в УК-2. Все порты коммутатора Advancestack Switch 200 расположенного в УК-1. В коммутаторе Advancestack Switch 2000 расположенном в УК-1 в этой сети не используется только 2 модуля Ethernet Module. От портов относящихся к данной сети проложены линии к оконечным пользователям. Так, как оконечное количество пользователей сети неизвестно, то линии прокладывались по принципу: в каждом крыле, с обоих сторон коридора расположено по HUB-у. Это обусловлено тем, что при увеличении количества пользователей сети, понадобится только протянуть провод к ближайшему HUB-у. К тому же при этом не понадобится делать переходы через коридор. Для тех пользователей сети, у которых предполагается большой трафик, проложена отдельная линия прямо от концентратора.

Следующая виртуальная сеть называется учебная сеть Академии - TECHNET. Она объединяет между собой 2 компьютерных класса, расположенных на ВЦ и компьютерный класс в 412 ауд. В УК-2 учебные классы не подключены к сети, поэтому на сегодняшний день там только линии сети FESMA. Эта сеть занимает 2 порта модуля Ethernet Module коммутатора Advancestack Switch 2000 , расположенного в УК-1. К одному из портов подключена линия идущая к серверу Shark класса 412 ауд.. А линия второго порта идет на ВЦ к одному из двух HUB-ов объединенных между собой.

Третья виртуальная сеть, корпоративной сети Академии называется: сеть бухгалтерии - ACCOUNTING. Также как и учебная сеть Technet , она занимает 2 порта, но уже другого модуля Ethernet Module, коммутатора Advancestack Switch 2000 расположенного в УК-1. Линия с одного из этих портов идет к одному из двух HUB-ов, которые соединены между собой коаксиалом. Коаксиал обусловлен тем, что расстояние между HUB-ми примерно составляет около 100м., а на таком расстоянии от HUB-а витая пара сильно подвержена помехам. Линия от другого порта модуля 10Mbit Module идет на почтовый сервер Stalker. Общение между виртуальными сетями в училищной и учебной сети осуществляется по протоколу TCP/IP. Этот протокол медленнее чем протокол IPX, но т.к. обе эти сети работают с Internet, то обойтись без TCP/IP невозможно, а от использования IPX совместно с TCP/IP отказались, т.к. поддержание двух протоколов загружает компьютеры. Мостом между этими двумя сетями, является сервер Sealine. Но переход из одной сети в другую на этом сервере запрещен на физическом уровне - это сделано из соображений безопасности сети. На данный момент сервер Sealine используется как сервер Internet для обоих подсетей. К нему подключен модем, который получает информацию от провайдера Internet. В сети бухгалтерии общение происходит по протоколу IPX, т.к. он работает быстрее чем TCP/IP, занимает меньше памяти в DOS, и Internet в сети бухгалтерии не используется из соображений безопасности. Мостом между сетью FESMA и сетью бухгалтерии является почтовый сервер Stalker. Этот сервер поддерживает оба протокола, и используется для электронной почты в пределах Академии. Основные моменты этого пункта представлены на рис. 2.

Схема сети ДВГМА

Рис. 2

Используемые сетевые продукты

В последние годы все большее число фирм - производителей сетевого оборудования ориентируется в своих научных и конструкторских разработках на создание полной гаммы программных и аппаратных средств, позволяющей заказчикам создавать информационно-вычислительные системы практически любого масштаба и сложности на базе решений только одного производителя.

Такой подход вызван несколькими основными причинами, во-первых, оборудование от одного поставщика гарантирует полную совместимость всех сетевых устройств на аппаратном уровне, а также возможность управления ими с помощью единого набора управляющего ПО; - во-вторых, и это часто касается новых технологий, до принятия международных стандартов, на разработку которых зачастую уходят многие годы, в области технологий передачи данных (и в сетевых технологиях, в частности) действуют стандарты "де-факто", устанавливаемые крупнейшими фирмами-производителями. Нередки случаи, когда на основе таких "корпоративных" разработок возникают затем и полноценные стандарты. Так, совместная разработка компаний Hewlett-Packard, IBM, AT&T и некоторых других - сеть 100VG стала общепризнанной, и в впоследствии, в августе1995г., был принят международный промышленный стандарт - IEEE 802.12.Поэтому распространенность тех или иных технологий является одним из главных "козырей" в борьбе производителей за стандартизацию своих разработок; - в-третьих, что также очень важно, большинство пользователей, один раз выбрав поставщика оборудования и ПО, "привыкают" именно к его решениям и в дальнейшем для расширения спектра получаемых сетевых услуг предпочитают приобретать дополнительное оборудование именно от "своего" поставщика; - наконец, в-четвертых, комбинирование в сети оборудования и ПО от единого производителя значительно облегчает техническую поддержку и сопровождение информационно-вычислительных систем со стороны компании производителя и фирм системных интеграторов. Опираясь на данную концепцию, компания выпустила на рынок сетевые аппаратные средства, благодаря которым она становится уникальным поставщиком полных решений для построения локальных и региональных сетей, основанных на различных топологиях и стандартах.

Модульный коммутатор AdvanceStack Switch 2000

Рассматривая стратегию Hewlett-Packard на рынке сетевого оборудования, важно отметить, что, продолжая придерживаться "генеральной линии" продвижения собственного высокопроизводительного (и, в отличие от Fast Ethernet и FDDI, недорого, не требующего замены кабельной системы) стандарта 10VG, компания предусматривает расширение возможности "безболезненного" перехода к технологии 100VG не только с сетей производительностью 10 Мбит/сек, но и со 100-Мбит/сек сетей Fast Ethernet и FDDI. Именно поэтому специалисты компании в последнее время сосредоточили свои усилия на разработке модульных устройств, способных обеспечить прозрачный доступ к сетям 100VG из практически любой альтернативной сетевой среды. Результатом этой работы стало появление модульного коммутатора AdvanceStack Switch 2000 (рис.3).

Модульный коммутатор AdvanceStack Switch 2000

Рис. 3

Модульная архитектура коммутатора AdvanceStack Switch 2000 позволяет устанавливать в шесть универсальных гнезд расширения модули для подключения ЛВС различных сетевых стандартов. В настоящее время это модули для сетей 10BASE-T, FDDI и 100VG, однако в ближайшем будущем компания приступит к поставке модулей для 100BASE-T и ATM. Причем нет никаких ограничений на общую конфигурацию модулей в коммутаторе: так, например, при работе только в сети 100VG к коммутатору может быть подключено до 12 сетевых сегментов производительностью 100 Мбит/сек. Это беспечивается наличием внутренней высокоскоростной шины коммутатора с пропускной способностью 1 Гбит/сек. С другой стороны, при использовании AdvanceStack Switch 2000 в сети Ethernet все шесть гнезд могут быть укомплектованы модулями стандарта 10BASE-T, способными осуществлять передачу данных в полнодуплексном режиме. Следует также отметить, что выпускаемые компанией модули предназначены для подключения сегментов не только с различными сетевыми технологиями, но и с различными физическими средами передачи данных, в том числе экранированной и неэкранированной витой парой, а также многомодовым (multimode) воло-конно-оптическим кабелем. Несколько физических портов коммутатора могут объединяться для передачи данных по единому логическому каналу, с образованием высокоскоростной магистрали - режим port trunking. Важно отметить, что объединение портов 100VG позволяет организовать главную информационную магистраль (backbone) со скоростью передачи данных до нескольких сотен Мбит/сек. (общая производительность такой линии рассчитывается как 100 Мбит/сек. х n, где n - число каналов). Отличительной особенностью коммутаторов сетей 100VG является необходимость работы в соответствии с протоколом приоритетных запросов DPP (Demand Priority Protocol). Он устраняет задержки в сетевом трафике, вызванные возникновением коллизий в сетях Ethernet или ожиданием захвата маркера в сетях Token-Ring. Кроме того, для приложений, чувствительных к задержкам в передаче информации, DPP предоставляет возможность назначения более высокого приоритета для передачи. Это позволяет получить гарантированную полосу пропускания ЛВС для части рабочих станций и делает сети 100VG идеальными для систем реального времени, например передачи изображений или автоматизированных систем управления технологическими процессами. Поэтому в коммутаторе AdvanceStack Switch 2000 предусмотрены две особенности при организации коммутации пакетов 100VG. Во-первых, вся информация о приоритетах сохраняется при движении пакетов внутри коммутатора, и пакеты с более высоким приоритетом пересылаются на порт назначения в первую очередь.

Во-вторых, в случае если очередь из пакетов с низким приоритетом становится слишком длинной из-за большого объема пересылки высокоприоритетных пакетов, то коммутатор может самостоятельно повысить приоритет части пакетов для "разгрузки" очереди. Одним из главных достоинств коммутатора AdvanceStack Switch 2000 является широкий набор возможностей по установке различных видов фильтров на портах. Как и в большинстве других моделей коммутаторов, здесь используется фильтрация по адресу источника и адресу пункта назначения пакета, что позволяет организовывать "виртуальные" рабочие группы, суть которых заключается в выделении для ряда пользователей ЛВС прав доступа к определенным сетевым ресурсам: серверам, периферии и т.д. При этом все ресурсы и сетевые пакеты, используемые внутри группы, доступны только членам рабочей группы и "невидимы" для остальных пользователей сети. Фильтрация пакетов определенных протоколов применяется в гетерогенных сетях, объединяющих в себе сегменты, работающие под управлением различных сетевых ОС, стандартов и топологий. AdvanceStack Switch 2000позволяет администратору ЛВС устанавливать ограничения для пересылки на порты коммутатора сетевых пакетов или кадров (frames) определенных типов. Фильтрация широковещательных (multicast) пакетов (т.е. пакетов, передаваемых на все сетевые устройства, принадлежащие одному сегменту сети) позволяет администратору ЛВС ограничивать или полностью отменить передачу таких пакетов на участки сети, "критичные" к скорости передачи данных. Так, например, передача широковещательных пакетов может быть запрещена на сетевые узлы, где расположены компьютеры, обслуживающие видеоконференции, или графические станции, работающие с приложениями мультимедиа. ПО сетевого управления коммутатором полностью совместимо с HPOpenView и позволяет отслеживать важнейшие параметры функционирования сети: трафик, логическую "карту" ЛВС и т.д.

Коммутатор AdvanceStack Switch 200

Коммутатор AdvanceStack Switch 200 (рис.4) предназначен для небольших и средних рабочих групп, использующих сетевые стандарты 10BASE-T и 100VG.

Коммутатор AdvanceStack Switch 200

Рис. 4.

Коммутатор имеет 16 портов (16 сегментов) Ethernet и 2 порта (1сегмент) 100VG. Последний предназначен для соединения нескольких коммутаторов AdvanceStack Switch 200 между собой или организации высокоскоростного канала между коммутатором и сервером ЛВС. К каждому порту Ethernet может быть подключено как одно, так и несколько сетевых устройств. Порты Ethernet коммутатора обеспечивают передачу данных в полнодуплексном и полудуплексном режимах. Управление AdvanceStack Switch200 осуществляется по протоколам SNMP и Telnet.

Концентраторы рабочих групп

Концентраторы AdvanceStack Hub-12E (рис.5.) и AdvanceStack Hub-8Uпредназначены для использования при организации сетей Ethernet небольших рабочих групп и отделов.

Концентраторы рабочих групп

Рис .5

Несмотря на небольшие размеры и отсутствие сложной процедуры установки и конфигурации (эти устройства полностью соответствуют спецификациям plug-and-play), их функциональные возможности достаточно широки. Модель Hub-8E имеет на передней панели набор световых индикаторов, показывающих не только текущий статус каждого из портов концентратора (активен - не активен), нагрузки концентратора и процент столкновений (коллизий). В концентраторе Hub-8U предусмотрено специальное гнездо для установки SNMP-модуля, что позволяет управлять каждым концентратором, используя любую SNMP-платформу управления сетью. Семейство концентраторов AdvanceStack также пополнилось сразу семью новыми продуктами, соответствующими стандарту 100VG, среди которых 14- и 7-портовые концентраторы 100VG-Hub, трансиверы для подключения сегментов на экранированной и неэкранированной витой паре, а также волоконно-оптическом кабеле и новый SNMP/Bridge модуль, осуществляющий обмен данными между сегментами производительностью 10 и 100 Мбит/сек. и обеспечивающий управление концентратором по протоколу SNMP. Кроме того, в специальное гнездо расширения 14-портового концентратора могут устанавливаться дополнительные модули: маршрутизатор (Router 210) и сервер дистанционного доступа (Dial-A-LAN).

ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ КОРПУСА РАДИОСПЕЦИАЛЬНОСТИ .

Локальная сеть корпуса радиоспециальности ДВГМА представлена в двух вариантах.

Первый вариант - сеть с архитектурой клиент-сервер, по стандарту Ethernet 10Base-T с доменной организацией. Узел коммутации реализован посредством двух HUB-ов, линии связи выполнены витой парой. Данная сеть объединяет минимальное количество компьютеров указанное в задании. Второй вариант - сеть с архитектурой клиент-сервер, по стандарту Ethernet 10Base-T с доменной организацией. Узел коммутации реализован посредством коммутатора Advancestack Switch 16, поддерживающего разделение сети на 4 сегмента и маршрутизацию пакетов по IP адресам. Для расширения сети от узла коммутации проложены каналы связи по всему зданию равномерно с концентраторами в конечных точках. Линии связи выполнены витой парой. В связи с этим данная сеть имеет возможность подключения компьютера в любом месте здания.

Рассмотрим первый вариант. В качестве центральной точки доступа, где размещается узел коммутации 8 корпуса, предполагается 407/8 аудитория (чертеж 3). Она расположена в основном скоплении компьютеров, и при соединении с сетью Академии имеет оптимальное расположение. В этой аудитории устанавливается 2 HUB. Один устанавливается для сети FESMA - на 16 портов, назовем его HUB1, другой для сети TECHNET на 8 портов - назовем его HUB2. От HUB1 сети FESMA линии связи прокладываются к компьютерам, которые уже установлены, или которые предполагается установить в ближайшем будущем. Пользователи этих компьютеров должны иметь доступ в сеть FESMA. На четвертом этаже необходимо проложить три линии связи: в кабинет кафедры РЭРС , в кабинет начальника МОЦ и лаборантскую 409/8 аудитории. Эти линии займут три порта HUB1. На пятый этаж прокладываются две линии сети FESMA: в кабинет начальника кафедры АИС и преподавательскую кафедры АИС. Эти линии занимают еще два порта HUB1. На третьем этаже располагается только один компьютер, в кабинете начальника кафедры СЭМ 303/8 аудитории. Т.к. в коридоре третьего этажа силовая проводка проложена вдоль стен коридора, то сетевые кабели желательно прокладывать по северной стороне для уменьшения помех в проводах и использовать STP кабель. Кабель, выходя с четвертого этажа сразу переносится на северную сторону, проходит вдоль коридора до 308/8 аудитории и переходит на противоположную сторону в 303 аудиторию. На втором этаже находится один компьютер, в 215 аудитории - кабинет начальника СВС ВМУ. Кабель в эту точку, пройдя сквозь верхние этажи и выйдя в 213/8 аудиторию выходит в коридор и идет до компьютера. В таблице 1 приведены расстояния проложенных линий до каждого компьютера.

Таблица 2

Сеть TECHNET от HUB2 идет по всем направлениям к компьютерам имеющим доступ только в учебную сеть Академии. На четвертом этаже, пока не планируется компьютеров сети TECHNET. Т.к. в компьютерном классе основной поток информации приходится на файл-сервер класса, то в этом направлении достаточно проложить одну линию. От HUB2 линия прокладывается в 503/8 аудиторию к HUB 503/8 аудитории .Пусть это будет HUB3.Т.к. в 503 ауд. предполагается расположение 12 компьютеров, то необходим HUB на 16 портов. Рабочие станции и сервер 503 аудитории подключаются к HUB3. HUB3 каскадируется с HUB, который расположен во втором компьютерном классе -504/8 аудитория. Он тоже на 16 портов. Назовем его HUB4. На третий этаж от HUB2 спускается две линии. Одна из них направляется к файл-серверу компьютерного класса 312/8 аудитория, а другая на кафедру СЭМ к HUB. В файл-сервер 312/8 аудитории вставляется две сетевые платы. К одной подключается кабель от HUB2, а к другой HUB компьютерного класса. К этому HUB подключаются рабочие станции компьютерного класса 312/8 аудитории. HUB на кафедре СЭМ 8-портовый, к этому HUB подключаются компьютеры кафедры СЭМ, имеющие доступ к сети TECHNET. На втором этаже предполагается расположить один компьютер в лаборатории антенн 204/8 аудитория. Кабель от HUB2, идет вдоль кабеля, проложенного в 215/8 аудиторию, а потом в 204/8 аудиторию. В табл. 3 приведены расстояние и подключение сети TECHNET 8корпуса.

Таблица.3

Рассмотрим второй вариант. В качестве центрального узла доступа к внешней сети используется коммутатор AdvanceStack Switch16. С помощью администрирования коммутатор делится на 2 сегмента. Один сегмент относится к сети FESMA, другой к сети TECHNET. Расширение сети TECHNET не предусмотрено в данном варианте, т.к. введение новых компьютерных классов процесс длительный, и более дорогостоящий, чем небольшое расширение сети. Поэтому для сети TECHNET выделяется 5 портов концентратора AdvanceStack Switch 16 и прокладываются те же линии, как и в первом варианте сети.

На виртуальную сеть FESMA корпуса радиоспециальности ДВГМА, в коммутаторе остается 11 портов 10Base-Т. Расположение узла доступа, как и в первом случае удобно в 407/8 аудитории. Подключение компьютеров на 4 этаже возможно напрямую к коммутатору. От коммутатора 3 линии прокладываются в кабинет начальника МОЦ, к компьютеру кафедры РЭРС и в лаборантскую 409 аудитории. 1 линия прокладывается на противоположную сторону коридора, в 408 аудиторию, что дает возможность, при необходимости подключить к сети компьютер, расположенный с северной стороны коридора. На пятый этаж прокладывается 2 линии. Одна для северной стороны коридора, другая для южной. Линия предназначенная для северной стороны коридора идет к тренажеру Data Shif, т.к. там наиболее вероятно подключение компьютера к сети FESMA, и удобное расположение для интегрирования этой части сети . Кроме того это хорошо охраняемое помещение. Другая линия идет в помещение кафедры АИС. Там устанавливается HUB, от которого линии идут к компьютеру кафедры, и к компьютеру начальника кафедры. Можно использовать HUB на минимальное число портов. На третий этаж тоже опускается две линии. Одна из линий идет на северную сторону, в 308 аудиторию, т.к. там административное помещение и доступ курсантов ограничен. Там устанавливается HUB для начала на 8портов. Другая линия идет в лаборантскую - 309 аудитория . В ней располагается HUB на 8 портов. От него одна линия прокладывается в 303 аудиторию, к компьютеру расположенному в кабинете начальника кафедры СЭМ - 303 аудитория. Остальные линии будут прокладываться по мере необходимости. На втором этаже достаточно одной линии от концентратора AdvanceStack Switch 16 к HUB расположенному на втором этаже. Этот HUB безопасней всего расположить в кабинете начальник кафедры СВС ВМУ. От него провести линию к его компьютеру и по необходимости к другим компьютерам. Информация о портах концентратора Advancestack Switch 16 к оконечным устройствам описана в табл. 4.

Таблица 4

КАНАЛЫ СВЯЗИ МЕЖДУ УК И КОРПУСОМ РАДИОСПЕЦИАЛЬНОСТИ

На данный момент существует 3 основных способа соединения отдельно стоящих зданий. Самый старый способ соединения по телефонной линии. Стоимость такого подключения минимальна. Для этого необходимо в лучшем случае выделить канал телефонной сети, по которому организуется связь. С обоих концов устанавливается по модему. Оба модема настраиваются на максимальную скорость. Преимущества такого подключения заключаются в том, что стоимость такого соединения включает только стоимость двух модемов и сервера подсети, т.к. линии уже проложены. Основные недостатки такого соединения заключаются в том, что телефонные линии прокладывались для передачи речи, и абсолютно не предназначены для передачи данных. На некоторых участках телефонной линии изоляция нарушена, за счет чего даже передача речи затруднена, поэтому скорость передачи данных в таком соединении не превышает 33,6 кБит/с при условии выделения отдельной линии. Кроме того возможны частые сбои. Расчет соединения таким способом представлен в пункте 5.1.2. Еще большее улучшение качества связи и увеличение скорости передачи данных без прокладки новых линий таким способом невозможно.

Улучшение качества связи и увеличение скорости передачи без прокладки новых линий, при отсутствии прямой видимости между объектами возможно осуществить с помощью радиомостов. Радиомодемы работают по протоколу Ethernet с единственным отличием, что скорость передачи меньше - 2МБит/сек. Радиомосты работают на СВЧ частотах, что дает возможность передавать данные через железобетонные конструкции, внутри строений. Т.к. мощность помех на таких частотах мала, то и для передачи не требуется большой мощности. Использование направленной антенны увеличивает дальность передачи до 40 км., повышает защищенность передаваемой информации. Расчет соединения с помощью радиомостов представлен в пункте 5.2.2.

Прокладка же новой линии стоит дороже чем стоимость кабеля, поэтому если прокладывать кабель, то прокладывать не телефонную пару, а сразу высокоскоростной кабель, с запасом по пропускной способности. При расстоянии менее 100 метров между зданиями есть смысл прокладывать витую пару, но при увеличении расстояния к стоимости кабеля добавляется стоимость UTP трансиверов, которые требуют источников питания, и в таком случае есть смысл соединять отдельно стоящие здания с помощью оптоволокна, т.к. скорость передачи по оптоволокну ограничивается только аппаратными возможностями , количество каналов, которое можно организовать по одной паре волокна очень велико, срок службы такого кабеля составляет 25 лет, он не подвержен электромагнитным помехам, коррозии. Соотношении скорость/стоимость при таком соединении намного выше, чем при соединении по витой паре. Расчет соединения по оптоволокну представлен в пункте 5.3.2.

Соединение корпуса радиоспециальности ДВГМА по телефонной линии

Стандарты на модемы

Стандарты протоколов обмена для модемов установили фирма Веll и Комитет СС1ТТ. Под протоколом подразумевается способ организации связи между двумя устройствами. Фирма Bell.Она больше не разрабатывает стандартов для модемов, но некоторые из ее старых стандартов используются до сих пор. Большинство новых модемов удовлетворяет стандартам CC1TT. Этот Комитет представляет из себя международный совет экспертов, существующий под эгидой ООН, и в него входят представители как крупнейших компаний в области связи (например, АТ&Т), так и государственных организаций.

CC1TT разрабатывает самые разнообразные стандарты и протоколы, поэтому один и тот же модем, в зависимости от его возможностей и предназначения, часто должен удовлетворять сразу нескольким стандартам CC1TT. Стандарты на модемы можно разделить на три группы.

• Стандарты модуляции:

Ве11 103, Ве11 212А, СС1ТТ V.21, СС1ТТ V.22bis, CC1TTV.29, CC1TTV.32,CC1TT V.32bis.

• Стандарты на коррекцию ошибок: CC1TTV.42.

• Стандарты на компрессию (сжатие) данных: CC1TTV.42bis.

Существуют и стандарты, разработанные другими фирмами; их обычно называют фирменными стандартами, хотя в большинстве случаев полные описания таких протоколов опубликованы, и другие фирмы-изготовители могут выпускать модемы в соответствии с ними. Наиболее популярны следующие фирменные стандарты.

• Модуляция: НSТ, РЕР, ВIS.

• Коррекция ошибок: Hayes

• Компрессия данных: ММР 5, СSР.

Почти все современные модемы называются Hayes-совместимыми, но это относится не к протоколам обмена, а к командам управления. Так как почти каждый модем использует систему команд фирмы Hayes, совместимость в этом отношении обеспечивается автоматически, и при выборе модема об этом можно не задумываться.

Стандарты модуляции

Для передачи данных с помощью модемов используется модуляция (само слово модем — это сокращение от модулятор-демодулятор). Чтобы передающее и приемное устройство "понимали" друг друга, в них должен использоваться один и тот же способ модуляции. При разных скоростях передачи данных используются свои методы модуляции, но иногда и передача с одной и той же скоростью может осуществляться различными способами.

Наиболее распространены следующие способы модуляции: частотная манипуляция (ЧМ), фазовая манипуляция (ФМ) и амплитудно-фазовая модуляция (АЧМ). ЧМ является разновидностью частотной модуляции. При этом способе частота несущей сигнала, передаваемого по телефонной линии, изменяется определенным образом, и эти изменения декодируются принимающим устройством. ФАМ — это разновидность фазовой модуляции, при которой изменяется фаза сигнала, а его частота остается постоянной. Наконец, при АЧМ одновременно изменяются и фаза, и амплитуда сигнала, что позволяет передавать больше информации, чем первыми двумя способами.

V103. Стандарт со скоростью передачи данных 300 бит/с, принят в США и Канаде, Тип модуляции — ФМ, каждому состоянию сигнала соответствует один бит. В большинстве быстродействующих модемов этот протокол предусмотрен, хотя он и устарел.

V 12. Стандарт со скоростью передачи данных 1200 бит/с, принят в США и Канаде. В нем используется дифференциальная фазовая манипуляция (ДФМ), скорость передачи — 600 бод, в каждом состоянии сигнала кодируются два бита данных.

V.21. Международный стандарт передачи данных со скоростью 300 бит/с, подобный Ве11 103. Из-за различий в используемых частотах модемы V103 несовместимы с модемами V.21. Этот стандарт используется, в основном, за пределами США.

V.22. Международный стандарт передачи данных со скоростью 1200 бит/с. Он подобен V21, но не совместим с ним, в частности, по способу ответа на вызов. Этот стандарт используется, в основном, за пределами США.

V.22bis. Международный стандарт передачи данных со скоростью 2400 бит/с. (Слово bis означает "второй", т.е. улучшенный вариант стандарта V.22.) Он используется как в США, так и в других странах. В .нем применяется амплитудно-фазовая модуляция (ФАМ), скорость передачи 600 бод, в каждом состоянии сигнала кодируются четыре бита.

V.23. В этом стандарте предусмотрена передача данных со скоростью 1200 бит/с в одном направлении и 75 бит/с — в обратном. В результате модем оказывается псевдодуплексным, т.е. он может обмениваться данными в обоих направлениях, но с разными скоростями. Стандарт V23 был разработан для того, чтобы снизить стоимость модемов со скоростью передачи данных 1200 бит/с, которые в начале 80-х годов были довольно дорогими. Он используется, в основном, в Европе.

V.29. В этом стандарте определяется полудуплексный (однонаправленный) способ передачи данных со скоростью 9600 бит/с. Обычно он используется в факсимильных аппаратах (факсах) так называемой группы III и очень редко — в модемах. Поскольку указанный стандарт полудуплексный, соответствующие устройства оказываются существенно проще, чем те, что работают в дуплексных высокоскоростных режимах. В стандарте V.29 определены не все требования к модемам, поэтому устройства разных серий редко оказываются совместимыми друг с другом. Однако параметры факсимильных аппаратов в нем определены полностью.

V.32. Это стандарт дуплексной (двунаправленной) передачи данных со скоростью 9600 бит/с. В нем определены методы коррекции ошибок и способы установления связи. Модуляция — амплитудно-фазовая с так называемым ячеистым кодированием, скорость передачи 2400 бод, каждому состоянию сигнала соответствуют четыре бита. При ячеистом кодировании вместе с каждой группой из четырех бит передается дополнительный контрольный бит. Это позволяет оперативно производить. коррекцию ошибок в приемном устройстве что, в свою очередь, повышает устойчивость модемов, работающих в стандарте V.32, к шумам в линиях передач. Так как даже при однонаправленной передаче данных со скоростью 4600 бит с используется практически вся полоса пропускания телефонной линии, в модемах V.32 реализуется сложная процедура прослушивания ответного сигнала, т.е. собственные передаваемые сигналы периодически отключаются, и принимаются ответные сигналы модема -"корреспондента". До последнего времени распространение модемов, работающих в стандарте V.32, сдерживалось их сложностью и высокой стоимостью. Однако недавно появились дешевые комплекты микросхем, разработанные специально для этих целей, и V.32 постепенно превращается в общепринятый стандарт передачи данных со скоростью 9600 бит/с.

V32.bis. Стандарт V32bis — это относительно недавно появившееся расширение V.32 со скоростью передачи данных 14 400 бит/с. В нем применяется модуляция АФМ (2400 бод, шесть бит в каждом состоянии). Благодаря ячеистому кодированию связь получается весьма надежной. Протокол V32bis обеспечивает дуплексную связь. Если качество телефонной линии невысокое, модемы переключаются в обычный режим V.32. Несмотря на свою новизну, этот стандарт, благодаря своей высокой производительности и помехоустойчивости, уже становится общепринятым при работе в современных высококачественных телефонных сетях.

Протоколы коррекции ошибок

Под коррекцией ошибок подразумевается способность некоторых модемов обнаруживать ошибки, возникшие при передаче, и самостоятельно повторять передачу тех данных, которые были повреждены. Для того, чтобы это было возможно, оба модема должны работать в одном стандарте, К счастью, большинство изготовителеи модемов придерживаются одних и тех же протоколов.

V.42. Протокол коррекции ошибок V.42 построен на основе 4-й версии ММР, который рассматривается далее. Так как в стандарте V.42 предусмотрена совместимость с МMР, все работающие в стандарте ММР 4 устройства могут устанавливать связь с модемами V.42. В рассматриваемом стандарте используется процедура LАРМ. Этой процедурой, как и протоколом ММР, предусмотрена автоматическая повторная передача испорченных данных, что гарантирует прохождение через модемы только достоверной информации. Стандарт V.42 превосходит ММР 4, так как обеспечивает за счет интеллектуальных алгоритмов более высокую (на 20%) скорость передачи данных.

Стандарты компрессии данных

В некоторых модемах данные перед передачей "упаковываются", что позволяет сэкономить время и деньги на оплате услуг междугородней связи. В зависимости от типов передаваемых файлов, их размер может уменьшиться в два раза по сравнению с первоначальным, что фактически удваивает быстродействие модема.

V.42bis. Стандарт компрессии данных V42bis, разработанный СС1ТТ, аналогичен ММР 5, но степень сжатия при его использовании примерно на 35% выше. Стандарт V42bis несовместим с ММР, но почти во всех модемах V42bis предусмотрен режим работы в стандарте MMP.

В зависимости от способа компрессии, реальная скорость передачи данных может увеличиться в четыре раза. Этот факт часто становится основой для недобросовестной рекламы: например, утверждают, что пропускная способность модема — 9600 бит/с, хотя на самом деле это устройство со скоростью передачи данных 2400 бит/с, работающее в стандарте V42bis, и такая пропускная способность реально достижима только при передаче текстовых файлов, сжать которые можно очень существенно. Сейчас изготовители модемов V.42bis-9600 бит/с аналогичным образом заявляют о том, что их пропускная способность — 38,4 кбит/с, ни слова не говоря о компрессии данных.

Стандарт V42bis лучше, чем ММР 5, в том смысле, что в нем сначала производится анализ данных и определяется, нужно ли их компрессировать. После этого производится сжатие только тех данных, для которых это необходимо. Некоторые файлы уже бывают "упакованы" (программами ARJ, PKZIP и др.), и попытка компрессировать их еще раз приводит к увелиению их размеров. По протоколу MMP 5 попытки сжать данные предпринимаются всегда, что уменьшает реальную пропускную способность при передаче ранее упакованных файлов. В стандарте V.42bis компрессия производится только в том случае, когда она дает выигрыш.

Для связи в стандарте V.42bis должен быть использован протокол V.42. Поэтому в модемах с компрессией данных в стандарте V.42bis, естественно, предполагается коррекция ошибок в соответствии со стандартом V.42. В результате совместного использования обоих протоколов обеспечивается безошибочная передача данных с максимальной компрессией.

Фирменные стандарты

Наряду с протоколами модуляции, исправления ошибок и компрессии данных, являющимися промышленными стандартами и признанными или введенными CC1TT, некоторые фирмы разработали свои протоколы и используют их без официального одобрения. Некоторые из этих протоколов получили широкое распространение и стали в каком-то смысле "псевдостандартами".

Наибольшим успехом пользуются протоколы МХР фирмы М1сгосот. Эти протоколы исправления ошибок и компрессии данных используют и другие изготовители модемов. Пользуются известностью также протоколы модуляции НSТ фирмы US Roboticks, Благодаря активной пропаганде своих изделий, упомянутые фирмы сумели завоевать значительную часть рынка сбыта. Мы рассмотрим сейчас эти и некоторые другие фирменные стандарты.

НSТ. Этот модифицированный полудуплексный протокол модуляции со скоростями передачи данных 14 400 и 9600 бит/с разработан фирмой. US Roboticks Хотя сейчас он довольно широко распространен, по-видимому, вскоре он "сойдет со сцены" по мере все более широкого внедрения стандарта V.32. В модемах НSТ передача данных в одном направлении производится со скоростью 9600 или 14 400 бит/с, а в обратном — 300 или 450 бит/с. Такой протокол очень удобен для интерактивных обменов. Так как схемы подавления эха при этом не используются, стоимость модемов не слишком высока.

Фирма US Roboticks выпускает также модемы со стандартными протоколами и модемы, работающие в двух стандартах — V32bis и

НSТ. Такие модемы позволяют соединяться практически с любым "партнером" и передавать данные с максимально возможной в данной ситуации скоростью.

DIS. В устройствах, использующих этот протокол модуляции (9600 бит/с) фирмы Сотри-Сот, применяется так называемая динамическая стабилизация импеданса. благодаря которой удается повысить помехозащищенность системы, по сравнению со стандартом V.32 (речь идет, по-видимому, об оперативной подстройке согласования передатчика и приемника с линией связи). Сами модемы довольно дешевые, но их, так же, как HST, производит только одна фирма. По-видимому, по мере снижения стоимости модемов V.32 и V32bis этот фирменный стандарт исчезнет.

MMP. Протокол ММР позволяет обнаруживать и исправлять ошибки по всему тракту прохождения сигналов, т.е. модемы замечают возникающие при передаче сбои и запрашивают повторную передачу испорченных данных. В стандартах ММР некоторых уровней предусматривается компрессия данных.

При разработке МMР были определены различные классы устройств, различающихся тем, какие из возможностей полного протокола ММР в них реализованы. Большинство современных модемов относятся к классам 1 - 5. Обычно к более высоким классам относятся устройства, производимые самой фирмой Megosot, поскольку характерные для них возможности реализуются только в рамках фирменного протокола.

Преимущество протокола МMР заключается в его способности исправлять ошибки, но устройства, относящиеся к классам 4 и 5, отличаются еще и повышенной производительностью, а в классе 5, кроме того, предусмотрена компрессия данных в реальном времени. Низшие классы стандарта не представляют особого интереса для владельцев модемов.

• МMР класс 4. К нему относятся устройства с повышенной производительностью, которая достигается за счет использования специальных приемов кодирования. Благодаря этому пропускная способность повышается примерно на 5%, хотя реальное ее увеличение зависит от типа связи и может достигать 25 - 50%.

• МMР класс 5. В устройствах этого класса используется адаптивный алгоритм компрессии данных в реальном времени. Производительность может быть увеличена в два раза, но фактическое ее повышение зависит от типа передаваемых данных. Наилучшие результаты достигаются при передаче текстовых файлов, программные файлы сжимаются хуже. Однако при работе с уже упакованными файлами (например, программами ARJ, РКZIР и др.) производительность снижается, поэтому в системах типа ВВЗ этот стандарт обычно не используется.

V29bis. Протокол Hayes используется фирмой Hayes в некоторых своих устройствах. По мере распространения дешевых модемов, работающих в стандартах V.32 и V.32bis (той же фирмы Hayes), протокол V29bis используется все реже. Он представляет из себя модифицированный протокол V. 29, который иногда называют "протоколом игры в пинг-понг", так как при трансляции сигналов в двух направлениях поочередно организуются два канала передачи данных: один высокоскоростной, а другой — "медленный".

СSР. Протокол СSР фирмы СоmриСоm обеспечивает коррекцию ошибок и компрессию данных в модемах 018 фирмы СоmриСоm.

Рекомендации по выбору модема

Сейчас стоимость модемов со скоростью передачи данных 9600 бит/с снизилась примерно до 100 долларов. Вполне приличный модем со скоростью передачи данных 14 400 бит/с может стоить меньше 200 долларов.

В большинстве устройств сейчас предусматривается несколько способов коррекции ошибок и компрессии данных. Основываясь на полученных ранее сведениях, можно подобрать модем с оптимальным сочетанием быстродействия, надежности исправления ошибок и компрессии данных. По-видимому, наиболее универсальным является модем Соиrier фирмы US Roboticks, который может работать как в соответствии с протоколом V32bis, так и в собственном стандарте фирмы. Более того, предусмотрена возможность переключения в стандартV42bis со скоростью передачи данных 38,4 кбит/с. Это означает, что данный модем может работать практически с любым "партнером", причем последний сможет полностью реализовать все свои возможности, и эффективность связи будет зависеть только от последнего. Единственный недостаток указанного модема — его высокая стоимость (которая, правда, постепенно снижается), но большие возможности устройства оправдывают дополнительные расходы.

Связь с помощью модемов

Состояние телефонных линий на сегодняшний день в Академии оставляет желать лучшего. Чтоб по возможности улучшить качество связи (повысить скорость передачи) необходимы каналы по которым будут связываться корпуса выделить на АТС, освободив их таким образом от дребезжания реле и шумов усилителей. После этих преобразований на канал связи будет влиять только наводимые помехи на линию.

По исследованиям журнала PC Magazine из всех модемов ,которые присутствуют на рынке на данный момент, соотношение цена/производительность самая высокая у модема US Robotics Courier 33.600. Этот модем поддерживает все существующие на сегодняшний день протоколы. Дополнительно в этом модеме присутствует фирменный US Robotics протокол,V2. Если на линии связывается два таких модема, то используя этот протокол возможна скорость до 56,6 кБит/сек. Желательно использование модемов во внешнем исполнении, т.к. при зависании встроенного модема, необходимо перегружать весь компьютер, что останавливает работу сети. При зависании внешнего модема, необходимо перегружать только сам модем. В связи с тем, что модем может работать только с компьютером, необходимо в каждой точке доступа установить компьютер-сервер связи. Для этих целей подойдет компьютер с минимальной конфигурацией, которая предлагается фирмами по продаже компьютеров на данный момент. Т.к. всего 4 точки доступа, то необходимо 4 компьютера. (рис.5)

Рис. 5.

Сервер связи, который располагается в УК-1 должен поддерживать 4 модема, т.к. компьютер обычной конфигурации поддерживает только 2 COM порта, то необходимо еще плату расширения COM портов. Каждый компьютер снабжается сетевой платой. Компьютеры находящиеся в 8 экипаже и УК-1 работают с обоими вертуальными сетями, следовательно им необходимо по 2 сетевые платы.

Для того, чтобы серверы связи могли разделять данные между модемами и сетевыми платами по сетевым адресам, необходимой операционной системой является OC Windows NT Server. Данная ОС хорошо зарекомендовала себя как сетевая операционная система. Кроме этого данная ОС осуществляет поддержку большого количества встроенного и внешнего оборудования на сервере, является мультизадачной операционной системой, использующей защищенный режим работы процессора.

В последующем при объединении корпусов каким-нибудь другим способом эти точки доступа можно использовать для решений задачи удаленной связи в сеть Академии.

Соединение корпуса радиоспециальности ДВГМА по радиоканалу

Радиомодемы и виды передачи радио-Ethernrt

Передача цифровых потоков по радиоканалу не является новейшим достижением науки и техники, однако раньше применение соответствующих систем ограничивалось их высокой стоимостью и ориентацией на стационарных пользователей и большие объемы трафика. В начале 90 гг. произошел технологический прорыв в области производства компонентов СВЧ- оборудования и обработки цифровых сигналов, что привело к перевороту на рынке средств радиосвязи. Принятие международных стандартов, выделение новых частотных диапазонов, а также обвальное падение цен на аппаратуру способствовали интенсивному развитию этой отрасли за рубежом.

В последнее время объединение территориально-распределенных компьютеров в единую радиосеть с целью решения коммерческих задач стало не только технически целесообразным, но и экономически выгодным. Всплеск спроса на сетевое радиооборудование - это не временное явление, поскольку современные хозяйственные механизмы нуждаются в эффективной и мобильной связи для большого числа пользователей, а эту возможность предоставляет только радио.

Обширная номенклатура радиооборудования, предлагаемого различными компаниями, может быть разделена на следующие категории.

Компактные радиорелейные системы с пропускной способностью 2-20 Мбит/с. Дальность связи более 100 км обеспечивается за счет сегментирования линии по 15-30 км. Полный комплект оборудования для одного сегмента стоит не менее 30 тыс. дол.

Радиомодемы производительностью 0,1-2 Мбит/с используются для быстрого построения персональных линий связи длиной до 100 км. Могут применяться в режиме радиорелейных линий. Пара модемов и сопутствующее оборудование стоят около 10-20 тыс. дол.

Сетевое радиооборудование предназначено для беспроводного объединения множества пользователей, которые распределены на площади до 1 км², в общую сеть, подобную кабельной. Это оборудование также позволяет объединять ЛС, разнесенные на расстояния до 15 км. Пропускная способность - до 10 Мбит/с. Стоимость пары мостов, необходимых для связи двух сетей, составляет приблизительно 5 тыс. дол.

Технология ШПС

Возможность одновременной работы, осуществляемой в асинхронном режиме, независимых многопользовательских радиосистем в общей частотной полосе наиболее эффективно обеспечивается кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA). Этот метод множественного доступа к каналу связи основан на применении широкополосных (или шумоподобных) сигналов (ШПС), которые часто обозначают и термином Spread Spectrum ("распределенный спектр"). В системах связи используются, в основном, два метода получения широкополосной несущей: кодовая фазовая модуляция, или метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), и кодовая перестройка частоты, или метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS).

Следует отметить, что термин ШПС не вполне приемлем при описании коммерческих систем связи, поскольку в них относительная ширина спектра сигналов не превышает 3% . Это приводит к неполному использованию преимуществ ШПС (база - более 10 тыс., относительная полоса - свыше 20%). К сожалению, ШПС с большой базой недоступны для коммерческих систем связи, поскольку национальные стандарты для гражданских систем связи ограничивают ширину спектра сигналов. Всеми "достоинствами" такого вида сигналов пользуются только военные. Однако системы FSSS для диапазона 900 МГц, использующие 3% полосы частот, имеют некоторое преимущество перед другими системами с точки зрения интерференционных замираний.

ШПС получил свое название в связи с тем, что его энергия равномерно распределена в широкой полосе, а это характерно для шумовых процессов. Спектр ШПС должен быть много шире передаваемого информационного сигнала. Следует подчеркнуть, что, в отличие от шума, ШПС является периодическим сигналом. Его период определяется длиной образующего кода, которая в большинстве случаев весьма невелика. В качестве образующего кода DSSS обычно используются бинарные псевдослучайные последовательности. Чем длиннее код, тем вероятнее появление блоков различной длительности и "шумоподобнее ШПС". Большинство систем DSSS применяют для кодирования 11-символьную последовательность Баркера. Ширина спектра DSSS определяется длительностью одного элемента кода. В случае формирования ШПС по методу частотных скачков каждому элементу кода соответствует конкретная частота. При этом спектр ШПС характеризуется большей равномерностью в полосе частот и, следовательно, большей шумоподобностью.

При передаче информации с помощью ШПС длительность каждого информационного символа соответствует периоду кодовой последовательности. Для наложения информационного сигнала на широкополосную несущую используются стандартные приемы амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Отношение ширины спектров шумоподобной несущей и информационного сигнала, называемое базой ШПС (processing gain), определяет коэффициент подавления помех по мощности (примерно квадратный корень из величины базы ШПС ). Для систем DSSS база ШПС соответствует числу элементов образующего кода. Если частоты несущих не повторяются и их спектры не перекрываются, то база сигнала FHSS равна количеству парциальных переключаемых несущих.

При передаче информации с помощью ШПС требуется синхронизация приемной и передающей сторон по несущей частоте, по тактовым частотам кода и информационного сигнала. Абоненты беспроводной сети должны быть синхронизированы по этим параметрам при вхождении в связь. Протоколы работы радиосети обязательно включают в себя передачу специальных синхронизирующих последовательностей при пересылке каждого пакета, что ограничивает пропускную способность сети. Инициирующие последовательности содержат также идентификационные коды, которые призваны сделать "взаимоневидимыми" сети, работающие в одном диапазоне.

Идентификаторы не изолируют две (или более) независимые системы связи на физическом уровне. До тех пор, пока базы используемых ШПС малы, корреляционная обработка не способна "подавить" мешающие ШПС. Во избежание коллизий пакетов требуется, чтобы протокол обеспечивал "молчание" всех устройств, находящихся в пределах радиовидимости, пока хоть одно из них работает в режиме передачи. Практически, при одновременной работе нескольких территориально перекрывающихся независимых сетей пересылка пакета в любой из них приводит к переводу в режим ожидания всех устройств в остальных сетях. Это неизбежно n-кратно снижает пропускную способность каждой из них (n - число таких систем). Ухудшение пропускной способности связано и с задержками распространения сигнала. Так, при дальности связи 3 км протокол доступа в сети Radio-Ethernet должен обеспечивать защитные интервалы не менее 10 мкс, а при 30 км - 100 мкс; отсюда - необходимость накопления пакетов и более продолжительное использование радиоканала.

Пропускная способность радиоканала ограничивается его шумовыми характеристиками и полосой пропускания. В диапазонах 900 МГц и 2,4 ГГц ширина канала не превышает 22 МГц. С учетом распределения энергии информационного сигнала по широкополосной несущей (база ШПС не менее 11) его реальная ширина составляет не более 2 МГц, что соответствует пропускной способности порядка 1-2 Мбит/с . Когда применяются более сложные виды модуляции и достигнуто хорошее отношение сигнал/шум в радиоканале, можно увеличить пропускную способность до 8-16 Мбит/с. Для построения систем с пропускной способностью до 10 Мбит/с требуется использование более высоких диапазонов (например, 5,8 ГГц), которые позволяют обеспечить информационную полосу более 20 МГц.

Независимые системы, расположенные на одной территории и одновременно работающие в общей полосе частот, являются основным источником помех друг для друга. В беспроводных систем Radio-Ethernet, ограничения помехоустойчивости связаны с желанием разработчиков максимально увеличить пропускную способность: большинство таких систем используют ШПС с минимальной разрешенной стандартом базой (11 для систем DSSS и около 50 для систем FHSS). После корреляционной обработки выигрыш в соотношении сигнал/помеха составляет не более 10-16 дБ. Поэтому задача разделения независимых пользователей в беспроводных компьютерных сетях решается, в основном, за счет ограничения величины эффективно излучаемой мощности. Благодаря применению специальных сетевых протоколов взаимовлияние близко расположенных передатчиков приводит лишь к ухудшению эффективной пропускной способности канала, но не к срыву связи.

Для сравнения характеристик аппаратуры различных производителей удобно использовать классификацию компании Aironet, поскольку оборудование этой фирмы получило широкое распространение в России:

сетевые адаптеры или карты (Client Card) обеспечивают соединение компьютеров по радиоканалу как между собой, так и с устройствами доступа к сети или сетевыми мостами. Устанавливаются в слот расширения (MCA, ISA, PCMCIA) или на параллельный порт компьютера; устройства доступа (Access Point) служат для того, чтобы подключать по радиоканалу к кабельной сети (Ethernet или Token Ring) компьютеры, оснащенные сетевыми радиокартами (рис. 6) ; беспроводные мосты (Bridge) (рис 7)предназначены для объединения территориально разнесенных компьютерных сетей; подключаются к сетевому кабелю. Отдельные компьютеры, оборудованные сетевыми радиоадаптерами, могут подключаться к ним по радиоканалу; ретрансляторы (репетиры) применяются, если требуется повысить дальность связи или преодолеть влияние препятствий; специальное антенно-фидерное оборудование используется при необходимости увеличить энергетику радиолинии или обеспечить требуемую диаграмму направленности антенн.

Сетевые радиокарты

Рис. 5

Беспроводный мост

Рис. 6

Характеристики оборудования разных фирм удобно сравнивать по техническим параметрам беспроводных мостов - самых критичных устройств в составе беспроводных сетей наиболее распространенных конфигураций. Такие устройства являются сложными радиосистемами, включающими в себя приемопередатчик для СВЧ-диапазона с устройствами синхронизации и антенно-фидерным трактом; корреляционный приемник; сетевой и системный контроллеры; блок питания. Сравнительная характеристика используемых в России беспроводных мостов приведена в таблице 5.

Дальность связи в пределах прямой видимости ограничивается только энергетикой радиоканала. Для увеличения дальности и "обхода" препятствий на трассе применяются ретрансляторы. Метеоусловия (дождь, снег, туман и др.) в диапазонах частот менее 6 ГГц не оказывают заметного влияния на характеристики радиоканала, однако лед и снег ухудшают параметры антенны. Надежность и дальность связи сильнее всего страдают от амплитудных замираний, которые возникают в связи с интерференцией радиоволн, отраженных от препятствий и поверхности Земли. В России широко используется наращивание энергетики радиоканала за счет мощного передатчика (500 мВт = 27 дБ/м) и антенн с большим усилением (24 дБ), поскольку эффективно излучаемая мощность (до 50 дБ/м) не ограничена стандартом (36 дБ/м), принятым в США.

Значения дальности связи, приведенные в таблице, определялись при помощи штатных антенн. Дальность связи внутри помещения (офиса или склада) зависит от его размеров, загруженности мебелью, наличия перегородок, а также расположения антенн. Оптимальным считается размещение антенн на высоте 2 м от пола. При связи между зданиями применение вынесенных высоконаправленных антенн позволяет увеличивать дальность пропорционально корню квадратному из коэффициента усиления антенны. Так, две параболические антенны (коэффициент усиления 23 дБ = в 200 раз) обеспечивают максимальную дальность связи до 20 км. Однако неизбежные потери в антенных кабелях (10-15 м; 0,2 дБ/м) сокращают дистанцию надежной связи. При отсутствии прямой видимости между антеннами, связь практически невозможна.

В рассматриваемых системах в основном применяются следующие типы антенн:всенаправленные штыревые (диполи) с усилением около 2 дБ (могут быть установлены прямо на карты и мосты); всенаправленные с усилением около 11 дБ используются для организации зоны устойчивого доступа; директорные со средними коэффициентами усиления (8-16 дБ) могут применяться с любым типом оборудования; апертурные (усиление 20-30 дБ) используются для обеспечения максимальной дальности связи (обычно устанавливаются на мачтах).

Мы не рассматриваем сетевое радиооборудование диапазона 900 Мгц, поскольку в России этот диапазон лицензирован для радиотелефонии и оборудование диапазона 2,4 ГГц здесь более популярно. Следует отметить, что в Северной Америке оборудование беспроводных компьютерных сетей разрабатывалось с учетом возможности безлицензионного использования частот в диапазонах ISM. В Российской Федерации подобные системы в обязательном порядке должны быть зарегистрированы в органах государственного надзора, что приводит к значительным дополнительным расходам и непредсказуемым увеличениям сроков развертывания систем.

Радиочастотные параметры беспроводного сетевого оборудования, выпускаемого всеми производителями, определяются американским стандартом FCC'94. Требования этого стандарта призваны минимизировать взаимные помехи пользователей, что достигается в основном за счет ограничения излучаемой мощности и спектральной плотности сигналов. Эффективно излучаемая мощность сигнала (EIRP) аппаратуры, включающая в себя коэффициент усиления антенны, не должна превышать +36 дБ/м, а спектральная плотность излучаемого сигнала +8 дБ/м (6 мВт) в полосе 3 кГц. Действует также ряд других ограничений, например база сигнала систем DSSS не может быть менее 11. Для систем FHSS использование одной частоты ограничено временем 400 мс в интервале 20 с, что соответствует базе около 50. Фиксируя минимальную базу сигналов FHSS, стандарт предопределяет их лучшую помехозащищенность.

Деление диапазона на несколько частотных полос, обусловлено желанием производителей снизить уровень взаимных помех, создаваемых независимыми радиосетями, которые работают на одной территории. Однако в целях удешевления аппаратуры каналообразующие устройства (канальные фильтры) не применяются, а соответственно, близкое расположение работающего на другой частоте источника помех приводит к ухудшению функционирования системы связи. Несмотря на то, что широкополосные несущие сигналы (обозначенные в таблице как FHSS и DSSS) обеспечивают подавление узкополосных и импульсных помех, проблема помехоустойчивости каналов связи стоит весьма остро, поскольку диапазон 2,4 ГГц широко используется индустриальными и бытовыми СВЧ-устройствами.

Беспроводные мосты большинства производителей обеспечивают подключение только к кабельным сетям Ethernet. Часть производителей выпускает несколько модификаций мостов, допускающих подключение к сетям Token Ring, Arcnet и LocalTalk. При этом сетевой протокол радиосегмента является прозрачным для протоколов, применяемых в кабельных частях сети. Для управления сетевым оборудованием многие производители используют стандартный протокол SNMP.

Довольно большую область беспроводной передачи данных можно разделить на три подобласти: мобильная связь, передача данных внутри зданий и между зданиями. Конечно, эта классификация достаточно условна, однако нам кажется, что она верно отражает основные виды задач, решаемых средствами беспроводной связи. Технические решения, применяемые в этих областях, значительно отличаются друг от друга.

Внутри зданий к беспроводным технологиям прибегают прежде всего тогда, когда кабельные работы невозможны (по техническим, организационным или экономическим причинам) либо когда необходимо обеспечить обмен данными с пользователями, перемещающимися в пределах зданий. Последнее не следует путать с мобильной связью: речь идет не о реализации обмена информацией непосредственно в процессе движения, а о возможности работать в сети из любой точки помещения (здания). Для таких применений имеется специальный термин - "роуминг" (от английского "roam" - слоняться, блуждать). Беспроводные сети передачи данных внутри зданий весьма широко распространены на Западе - именно это и есть та самая область для применения новых технологий, о которой говорилось выше. Наиболее типичными примерами применения этой технологии являются:разнообразные складские системы и системы автоматизированного учета для крупных предприятий розничной торговли (сотрудники перемещаются по большому залу, не теряя связи с центральной базой данных и диспетчерской; в базу данных немедленно заносится вся информация о движении товаров, а сам сотрудник может получать из диспетчерской очередные задания); большие больницы (медицинский персонал перемещается из палаты в палату, и все изменения в историях болезни немедленно попадают в информационную систему больницы); биржи (маклеры передвигаются по залу с ноутбуками в руках, не теряя при этом связи с сетью); производственные предприятия (прокладка кабелей к рабочим местам понизу затруднена наличием бетонного пола, а поверху - разнообразным подвесным оборудованием); различные временные инсталляции - вроде сетей на промышленных выставках и семинарах.

Как видно из этого перечня, на Западе беспроводные технологии часто применяются в пределах здания - прежде всего для того, чтобы обеспечить некоторые дополнительные удобства. В конце концов, склады, больницы, биржи и супермаркеты отлично функционировали и до изобретения средств передачи данных по радио. В России же, наоборот, беспроводные технологии передачи данных используются преимущественно вне зданий. Первое и главное, для чего они нужны в нашей стране, - это организация информационного обмена на сравнительно большом расстоянии. Причин тут две.

Первая из них - отсутствие разветвленной кабельной инфраструктуры, точнее заметное отставание этой инфраструктуры от требований интенсивно развивающегося российского рынка. Эта ситуация характерна для всех стран, в экономике которых происходят быстрые изменения. Качественная связь нужна немедленно, а развертывание кабельных систем может занять значительное время. Поэтому часто бывает полезно в качестве временного решения установить оборудование для беспроводной передачи данных - пока будет создаваться достаточно развитая кабельная система, это относительно недорогое оборудование успеет окупиться.

Вторая причина -низкая плотность населения и частое отсутствие вообще какой-либо инфраструктуры. Для того чтобы обеспечить связь с небольшим поселком или, скажем, буровой вышкой, нецелесообразно прокладывать кабельную линию. Куда удобнее установить радиомост и "прокачивать" данные по нему. Подчеркнем, что справедливость этого соображения не напрямую зависит от уровня развития экономики страны - в любом случае, тянуть кабельную линию на десять километров для обслуживания дюжины человек экономически неоправданно.

В ряде крупных городов России уже развернуты опорные сети с беспроводным доступом. Они, во-первых, расширяют возможности использования крупных информационных ресурсов и Internet, а во-вторых, позволяют организовывать корпоративные сети примерно так же, как это делается с помощью кабельных сетей. В тех городах (а таких пока большинство), где нет городских опорных сетей, организация может создать свою собственную беспроводную сеть, объединив радиомостом две удаленные друг от друга ЛС.

Обратимся к технологиям передачи данных на радиочастотах. Для полноты картины скажем, что беспроводную связь можно организовать и в инфракрасном диапазоне (соответствующее оборудование выпускает, например, компания Transformation Techniques). При этом обеспечивается очень высокая скорость обмена данными (до 155 Мбит/с), однако дистанция связи ограничена пределами прямой видимости; к тому же на работу в данном диапазоне частот оказывают очень сильное влияние различные атмосферные явления (в дождь и снег канал связи может вообще перестать работать). Дальность такой связи не слишком высока, а цены на оборудование (особенно скоростное и "дальнобойное") могут составлять более сотни тысяч долларов. Поэтому в дальнейшем мы сосредоточимся на технологиях передачи данных в СВЧ-диапазоне.

Широкополосная модуляция сигнала

Все способы передачи данных по беспроводным (как, впрочем, и по кабельным) сетям можно разделить на две большие группы - с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. В первом случае между обменивающимися информацией устройствами устанавливается постоянное соединение, поддерживаемое в течение всего сеанса связи независимо от того, передаются данные или нет. В результате пропускная способность канала связи расходуется довольно неэкономно, но зато прием и передача информации происходят практически синхронно (с поправкой на время распространения сигнала по каналу).

Напротив, при передаче информации с коммутацией пакетов канал связи загружается только в тот момент, когда есть что передавать. Данные упаковываются в пакеты, в заголовках которых указывается адрес назначения, а коммутационная аппаратура сети обеспечивает доставку пакетов по адресу. Поскольку адрес присутствует в каждом пакете, то можно использовать один и тот же канал для передачи пакетов с разными пунктами назначения. Таким образом достигается значительная экономия пропускной способности канала, но зато передача и прием информации происходят неодновременно, причем разные фрагменты одного и того же массива данных могут достигать адресата с неодинаковыми по величине задержками.

Специфически "беспроводной" характеристикой технологии передачи данных является то, в какой полосе радиоспектра передается сигнал. Обычный "узкополосный" сигнал передается в узкой полосе радиоспектра, окружающего его несущую частоту. Недостаток этого метода заключается в том, что узкополосный сигнал должен обладать значительной энергией, поэтому он становится довольно сильным источником помех и, наоборот, сам оказывается уязвимым для внешних шумов.

Эти проблемы удается решать, используя широкополосный сигнал (ШПС, в английской литературе именуется "spread spectrum"). Под данным термином подразумеваются две достаточно далекие друг от друга технологии, общим свойстаом которых является то, что сигнал занимает значительно более широкий, по сравнению со своим узкополосным собратом, спектр частот. Обе технологии используя псевдослучайное (или, как его еще называют, шумоподобное) кодирование сигнала позволяют многим передатчикам, применяющим ортогональное кодирование, работать в одной полосе радиоспектра, не мешая друг другу. Кроме того, эти технологии позволяют значительно повысить помехоустойчивость. В настоящее время они используются в основном в трех диапазонах частот - 913 Мгц, 2,4 и 5,7 Ггц. Пропускная способность - от 1 до 4 Мбит./с.

Одним из способов формирования широкополосного сигнала является метод частотных скачков (frequency hopping spread spectrum - FHSS). В упрощенном виде (рис. 7) его можно представить следующим образом: каждый из последующих бит информации "перескакивает" на другую несущую частоту (одну из 79, определенных стандартом 802.11 для FHSS). Порядок чередования поднесущих определяется псевдослучайной последовательностью. Ясно, что не зная ее, принять передачу невозможно. Каждая пара приемник-передатчик работает с одной и той же последовательностью. Очевидно, что если в непосредственной близости друг от друга работают несколько таких пар, использующих разные последовательности скачков частоты, то они друг другу не мешают. Если же в некоторый момент чьи-то несущие случайно совпадут и соответствующие данные будут испорчены, то эту ошибку можно выявить (например, с помощью протоколов более высоких уровней), и необходимый фрагмент (очень небольшой) будет передан еще раз. Точно таким же образом обеспечивается и помехозащищенность передачи по отношению к узкополосным помехам - если помехи случайно совпадут по частоте с одной из несущих, придется повторно передать очень небольшую часть общего объема данных. Отметим (сейчас станет ясно, почему это так важно), что по интенсивности радиосигнал, передаваемый по методу FHSS, не уступает узкополосному сигналу, и поэтому активно работающие ШПС-средства вполне могут служить источником помех для других устройств.

Частотные скачки при формировании сигнала по методу FHSS.

Рис. 7

Еще дальше от традиционной узкополосной модуляции находится метод прямой последовательности (direct sequence spread spectrum - DSSS). Здесь передаваемый сигнал вначале преобразуется в псевдослучайную последовательность более коротких и менее энергоемких импульсов, называемых чипами, каждый из которых передается на своей несущей (по стандарту 802.11 их всего 11). Как видно на рис. 8, получается широкополосный сигнал с распределенной энергией, для приема которого нужно соответствующим образом декодировать самую псевдослучайную последовательность чипов. В результате даже если интенсивность полезного сигнала на каждой несущей составляет тот же порядок, что и интенсивность фона, приемник все равно сможет выделить полезный сигнал. Именно поэтому для обозначения ШПС, передаваемого по методу прямой последовательности, часто используют термин "шумоподобный сигнал" (иногда его используют для определения ШПС-технологии как таковой, имея при этом в виду, что если попытаться принять такой сигнал, не зная кодовой последовательности, то он ничем не будет отличаться от шума). Однако благодаря низкой интенсивности DSSS-сигнал, в отличие от FHSS-сигнала, не может быть источником помех для прочих радиопередающих устройств (рис.9).

Формирование широкополосного сигнала по методу DSSS.

Рис. 8.

Соотношение уровня шума и полезного сигнала

Рис. 9.

Еще одно большое достоинство широкополосных технологий - относительно низкая стоимость соответствующих устройств. Дело в том, что все преобразования сигнала осуществляются на уровне одной микросхемы (которая при массовом производстве оказывается очень дешевой), а радиочастотная часть также не особенно дорогая - в первую очередь, потому, что здесь не нужны большие мощности. Устройства с модуляцией по методу FHSS выпускаются большим числом компаний, и стоят дешевле, чем DSSS-устройства. Однако DSSS обеспечивает более высокую пропускную способность и обладает большим радиусом действия.

У каждой из беспроводных технологий - своя ниша. Системы на базе коммутации каналов (например, выпускаемые компанией Cylink относительно недорогие радиомодемы, работающие по технологии широкополосной модуляции сигнала) - отличное средство для создания беспроводных каналов связи между удаленными ЛС. Для организации же разветвленной информационной инфраструктуры в масштабах города наиболее разумно использовать ШПС-технологию передачи данных с коммутацией пакетов. Мы сосредоточимся именно на последней задаче.

Целый ряд компаний (в частности, Aironet, Lucent Technologies, RadioLAN, Solectek и др.) выпускает беспроводные устройства, позволяющие строить беспроводные сегменты Ethernet. Большинство российских беспроводных сетей, развернутых вне зданий, построено с использованием устройств, производимых Aironet и Lucent. Беспроводной Ethernet (или, как его иногда называют в России, Radio-Ethernet), по существу, ничем, кроме физической среды передачи информации, не отличается от кабельного. Имеется также небольшое отличие в том, как обрабатываются коллизии при доступе к среде: если протокол CSMA/CD, используемый при работе в кабельной сети, ориентирован на преодоление уже возникших коллизий (Collision Detection), то беспроводной протокол CSMA/CA (Collision Avoidance) позволяет избегать их возникновения вообще. Делается это следующим образом: перед началом передачи содержательных данных станция в течение определенного времени (достаточного для обнаружения коллизии) передает последовательность битов, не несущих никакой информации. Если в течение этого времени обнаруживается коллизия, то включается в действие механизм, известный нам по CSMA/CD. Если же коллизия не возникает, то станция переходит к передаче содержательных данных.

Ассортиментный перечень

Все активные устройства, используемые при построении беспроводных сетей, можно разделить на несколько основных типов: сетевые адаптеры для настольных и переносных компьютеров, беспроводные мосты, устройства доступа в кабельную сеть. Кроме того, некоторые компании (например, Aironet) выпускают так называемые радиомодули, т. е. электронные блоки, в которых реализуется ШПС-технология. Эти изделия поставляются производителям сетевого оборудования, которые могут "навесить" на вход модуля электронные схемы, на аппаратном уровне реализующие любой протокол второго уровня, Таким образом производитель может избавиться от "привязки" к протоколу, на который рассчитана готовая продукция компании - производителя беспроводного оборудования.

Беспроводные сетевые адаптеры нужны для того же, для чего используются их кабельные аналоги, - они обеспечивают доступ к среде передачи данных. Беспроводные мосты реализуют передачу информации между двумя кабельными сегментами. Устройства доступа в кабельную сеть используются для связи беспроводных сегментов (организуемых с помощью беспроводных сетевых адаптеров) с кабельными сетями. Применяя различные сочетания этих элементов, можно строить сети сложной топологии.

Используемое в России беспроводное оборудование чаще всего работает в диапазоне частот 2,4 ГГц. Пропускная способность устройств компаний Aironet и Lucent составляет 2 Мбит/с; впрочем, не так давно у Aironet появился беспроводной мост с пропускной способностью 4 Мбит/с. Дальность связи определяется не столько самим устройством, сколько характеристиками применяемой антенны и наличием или отсутствием дополнительного усилителя. В настоящее время максимальная дальность связи при работе со всенаправленной антенной составляет 8 км, с направленной - до 50 км (с использованием усилителей). Выходная мощность устройств - 30-50 мВт.

До недавнего времени беспроводные устройства разных производителей не могли обмениваться данными. В результате покупатель оказывался "привязанным" к тому производителю, чье устройство он приобрел первым. По инициативе ряда компаний был разработан стандарт 802.11 (в настоящий момент он находится на стадии утверждения), в котором описываются все протоколы обмена данными в сети Ethernet на радиочастотах. Принятие этого стандарта обеспечит полную совместимость между разными беспроводными устройствами, и тогда в общей картине останется только одна "дыра" - устройства доступа к кабельной сети, выпускаемые разными производителями, не могут обмениваться данными через кабельную сеть. Преодолеть данную проблему должен протокол IAPP (Inter-Access Point Protocol), разрабатываемый в настоящее время все теми же Lucent и Aironet.

Почти все предлагаемое на рынке оборудование поддерживает мобильных пользователей (принцип роуминга). Как правило, эта функция реализуется программными средствами и сводится к исключению возможных кольцевых пересылок пакетов. Некоторые производители предусматривают более сложный аппаратный алгоритм, включающий в себя измерение уровня принимаемого сигнала и поиск оптимальной соты.

Информация, передаваемая по радиоканалу, легко доступна, поэтому проблема защиты данных становится особенно важной для коммерческих приложений. Считается, что первичная защита осуществляется за счет образующего кода, используемого при формировании широкополосной несущей. Поскольку для систем DSSS этот код единственный, а в системах FHSS алгоритм перебора частот задается идентификационным номером, то первичное кодирование не представляет сложности, а соответственно, несложно и преодолеть такую защиту. Однако системы FHSS считаются несколько более устойчивыми к несанкционированному доступу. Аппаратное скремблирование, самый эффективный способ контроля за доступом к передаваемой информации, редко применяется в сетевом радиооборудовании, так как это значительно удорожает аппаратуру.

Конструктивное исполнение радиомоста может сильно меняться в зависимости от предполагаемой конфигурации сети. Так, мосты, предназначенные для внутриофисной связи, чаще всего размещаются в одном корпусе с плоской антенной и питаются от компьютера. Оборудование для линий связи, прокладываемых на большие расстояния, выполняется в отдельном корпусе с собственным источником питания и предполагает применение направленных антенн, размещаемых на наружных радиомачтах. Большая часть сетевого радиооборудования конструктивно рассчитана на использование в закрытом помещении с искусственным климатом.

В настоящее время на рынке предлагается весьма широкий спектр сетевого радиооборудования. Пользователь может подобрать эффективное решение практически для любой задачи, ориентируясь на цену аппаратуры, пропускную способность сети, диапазон частот, дальность связи, возможность связи с подвижными станциями, наличие скремблирования и другие параметры.

Таблица 6.

Основные характеристики беспроводных мостов, доступных на российском рынке