Основные направления деятельности IEEE по темам беспроводной передачи данных

802.11, беспроводные локальные сети с наиболее важными на данный момент группами:

· Группа High-Throughput Study Group (HTSG);

· 802.11ac, Very High Throughput, работает над гигабитной технологией;

· 802.15, беспроводные персональные сети (Wireless Personal Area Network, Wireless PAN), технологию Bluetooth планируется дополнить следующими функциями: TG3c, mmWave PHY - 1-2 Гбит/с для применения внутри помещений; ячеистые сети TG5 (Mesh Networking); «телесные сети» TG6 BAN (Body Area Networks), а также TG7 (Visual Light Communication) - связь при помощи видимого света;

· 802.16, широкополосный беспроводной доступ (Broadband Wireless Access). Этой темой занимаются три группы: 802.16h, 802.16j, мобильная многоузловая трансляция (Mobile Multihop Relay); 802.16m, усовершенствованный воздушный интерфейс (Advanced Air Interface), разрабатывающая гигабитную технологию.

Новый стандарт Wireless Home Digital Interface (WHDI)предусматривает передачу высококачественного несжатого видео 1080p/60 Гц на расстояние до тридцати метров, при этом стены – не помеха. WHDI позволяет пользователям строить беспроводные HD-сети у себя дома и наслаждаться новейшими интерактивными сервисами. Источниками видео высокого разрешения, которое передается на телевизоры (а их в квартире может быть несколько), могут выступать самые разнообразные устройства, включая настольные персональные компьютеры, ноутбуки и нетбуки, смартфоны, карманные плееры. Подключение устройств с логотипом WHDI удобное и простое, и не требует прокладки кабелей.

Спецификацией предусмотрена пропускная способность сети до трёх гигабит в секунду в 40-МГц полосе 5-ГГц диапазона. Задержка сигнала составляет менее одной миллисекунды. Также в WHDI предусмотрена поддержка защиты контента HDCP 2.0.

Технология WiMax

WiMax (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. Название «WiMax» было создано WiMax Forum – организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMax. Форум описывает WiMax как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL».

WiMax подходит для решения следующих задач:

· соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета;

· обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL;

· предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

· создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMax позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMax позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае, мобильный WiMax может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

WiMax это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства IEEE 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).

Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMax можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

WiMax и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMax использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

Технология 3G

3G (от англ. third generation – «третье поколение»), технологии мобильной связи 3 поколения – набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных.

Стандарт 3G был разработан Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) и носит название IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Основная цель — гармонизация систем третьего поколения для обеспечения глобального роуминга — в настоящее время труднодостижима, так как многие из них работают в разных стандартах: под аббревиатурой IMT-2000, объединены 5 стандартов, а именно:

· W-CDMA;

· CDMA2000;

· TD-CDMA/TD-SCDMA;

· DECT;

· UWC-136.

Из этих пяти только три первых – W-CDMA, CDMA2000 и TD-CDMA/TD-SCDMA обеспечивают полное покрытие в макро-, микро- и пикосотах, и поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных 3G-решений. В числе остальных стандартов, DECT используется, в частности, в беспроводных телефонах домашнего и офисного назначения. Кроме того, он может применяться для организации 3G хот-спотов с небольшой зоной обслуживания (с этой точки зрения его можно рассматривать в качестве подмножества "большой" 3G-сети). И, наконец, UWC-136 – это просто другое название технологии EDGE, которую обычно относят к 2,5G. В 2007 году к этому стандарту причислили и WiMax.

Наибольшее распространение в мире получили два стандарта: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000 (IMT-MC), в основе которых лежит одна и та же технология— CDMA (Code Division Multiple Access – множественный доступ с кодовым разделением каналов). Также возможно использование стандарта CDMA450.

Технология CDMA2000 обеспечивает эволюционный переход от узкополосных систем с кодовым разделением каналов IS-95 (американский стандарт цифровой сотовой связи второго поколения) к системам CDMA «третьего поколения» и получила наибольшее распространение на североамериканском континенте, а также в странах Азиатско-Тихоокеанского региона.

Технология UMTS (Universal Mobile Telecommunications Service – универсальная система мобильной электросвязи) разработана для модернизации сетей GSM (европейского стандарта сотовой связи второго поколения), и получила широкое распространение не только в Европе, но и во многих других регионах мира.

Работа по стандартизации UMTS координируется международной группой 3GPP (Third Generation Partnership Project), а по стандартизации CDMA2000 – международной группой 3GPP2 (Third Generation Partnership Project 2), созданными и сосуществующими в рамках ITU.

В сетях 3G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передача голоса. Согласно регламентам ITU (International Telecommunications Union) – Международный Союз Электросвязи) сети 3G должны поддерживать следующие скорости передачи данных:

· для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) – не менее 144 кбит/с;

· для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч)— 384 кбит/с;

· для неподвижных объектов— 2,048 кбит/с.

Технология HSDPA

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access – высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) – стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек, практически же достижимая скорость в существующих сетях обычно не превышает 4 Мбит/сек.

Технология 4G

4G – перспективное (четвёртое) поколение мобильной связи, характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с.

В отличие от 3G, стандартизованного Международным союзом электросвязи как IMT-2000, общепринятого определения для 4G по состоянию на 2009 г. не существует. Сторонники технологии WiMax иногда утверждают, что WiMax относится к четвёртому поколению мобильной связи, однако такой взгляд не является общепринятым, так как стандарт не обладает функционалом телефонной связи, а является одной из многочисленных технологий беспроводного широкополосной передачи данных.

Long Term Evolution (LTE) – стандарт сотовой связи, позволяющий передавать и принимать информацию на скорости 100-326 Мбит/с. Для сетей LTE используются диапазоны 760-870 МГц и 2000 МГц. Технология LTE должна прийти на смену сетям сотовой связи третьего поколения (3G). Технология Long Term Evolution, как ожидается, приведет к появлению качественно новых мобильных сервисов: пользователи смогут здесь и сейчас получать высококачественное видео, работать с интерактивными службами.

Коммутаторы локальных сетей

Как отмечалось ранее, изначально коммутатор представлял собой многопортовый мост и также функционировал на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключалось в том, что он мог устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов. При передаче пакета через коммутатор в нем создавался отдельный виртуальный (либо реальный, в зависимости от архитектуры) канал, по которому данные пересылались «напрямую» от порта-источника к порту-получателю с максимально возможной для используемой технологии скоростью. Такой принцип работы получил название микросегментация (рис 36). Благодаря микросегментации, коммутаторы получили возможность функционировать в режиме полного дуплекса (full duplex), что позволяло каждой рабочей станции одновременно передавать и принимать данные, используя всю полосу пропускания в обоих направлениях. Станции не приходилось конкурировать за полосу пропускания с другими устройствами, в результате чего не происходили коллизии, и повышалась производительность сети.

Рис. 36. Микросегментация

В настоящее время коммутаторы являются основным строительным блоком для создания локальных сетей. Современные коммутаторы Ethernet превратились в интеллектуальные устройства со специализированными процессорами для обработки и перенаправления пакетов на высоких скоростях и реализации таких функций, как организация резервирования и повышения отказоустойчивости сети, агрегирование каналов, создание виртуальных локальных сетей (VLAN), маршрутизация, управление качеством обслуживания (Quality of Service, QoS), обеспечение безопасности и многих других. Также усовершенствовались функции управления коммутаторов, благодаря чему системные администраторы получили удобные средства настройки сетевых параметров, мониторинга и анализа трафика.

С появлением стандарта IEEE 802.3af-2003 PoE, описывающего технологию передачи питания по Ethernet (Power over Ethernet, PoE), разработчики начали встраивать его поддержку в коммутаторы, что позволило использовать их в качестве питающих устройств для IP-телефонов, Интернет-камер, беспроводных точек доступа и другого оборудования.

Повышение потребностей заказчиков и тенденции рынка стимулируют разработчиков коммутаторов более или менее регулярно расширять аппаратные и функциональные возможности производимых устройств, позволяющие развертывать в локальных сетях новые услуги, повышать их надежность, управляемость и защищенность.

Коммутаторы локальной сети можно классифицировать по возможности управления. Существует три следующих категории, на которые можно разбить коммутаторы:

· неуправляемые коммутаторы;

· управляемые коммутаторы;

· настраиваемые коммутаторы.

Неуправляемые коммутаторы не поддерживают возможности управления и обновления программного обеспечения.

Управляемые коммутаторы являются сложными устройствами, позволяющими выполнять расширенный набор функций 2 и 3 уровня модели OSI. Управление коммутаторами может осуществляться посредством Web-интерфейса, командной строки (CLI), протокола SNMP, Telnet и т.д.

Настраиваемые коммутаторы занимают промежуточную позицию между ними. Они предоставляют пользователям возможность настраивать определенные параметры сети с помощью интуитивно понятных средств управления, например Web-интерфейса.

Коммутаторы локальных сетей можно классифицировать в соответствии с уровнями модели OSI, на которых они передают, фильтруют и коммутируют кадры.

Адресация. Типы адресов стека TCP/IP

Распознаются объекты компьютерной сети с помощью адресации. Канальный уровень имеет дело только с физическими адресами устройств (иногда называются также МАС-адресами). Физические адреса устройств – это уникальные адреса оборудования. Чаще всего они назначаются производителями оборудования, которые используют адреса, закрепленные за ними стандартизирующей организацией. Формат адреса зависит oт используемого метода доступа к среде передачи.

Хотя сетевые компьютеры могут быть идентифицированы по их физическим адресам, фактическая доставка данных в локальной сети обычно осуществляется передачей фрейма всем сетевым устройствам. Каждое устройство читает физический адрес фрейма, и если его физический адрес соответствует адресу во фрейме, забирает данные. Все другие устройства игнорируют остальную часть фрейма. Физические адреса устройств используются мостами (маршрутизаторами) для выборочного повтора сигналов данных на раздельных сегментах среды передачи. Кроме того в любых сетях, в том числе и в TCP/IP, необходимо идентифицировать отдельные, взаимодействующие между собой устройства и программы.

В стеке TCP/IP используется три типа адресов:

1. Локальный (физический, аппаратный адрес, МАС-адрес) – тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, которая является элементом составной интерсети. Адрес имеет формат 6 байт и назначается производителем оборудования и является уникальным.

2. IP-адрес (читается как айпи-адрес) – представляет собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передаёт пакеты между сетями. IP - это основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. IP версии 4 (IPv4) занимает 4 байта, например, 192.168.17.25. Если IPX/IPX использует MAC-адреса канального уровня, то IP-адресация - это самостоятельная, независимая от технологий канального уровня, система адресации. Это было сделано преднамеренно, так как TCP/IP предназначался изначально для объединения локальных сетей, использующих разнообразные технологии передачи данных, и, следовательно, нужна была самостоятельная система адресации, позволяющая уникально идентифицировать любой компьютер в глобальном масштабе. IP-адреса назначаются администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизатора в ручную или с помощью протокола DHCP.

3. Символьно-доменное имя (expertise.dlink.com.tw). Символьные имена разделяются точками.

В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети. В разных подсетях допустимы разные сетевые технологии, разные стеки протоколов, поэтому при создании стека TCP/IP предполагалось наличие разных типов локальных адресов. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес – это МАС-адрес.

МАС-адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. МАС - адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС - адрес имеет формат 6 байт, например 00-1F-16-06-57-06. Однако протокол IP может работать и над протоколами более высокого уровня, например над протоколом IPX или Х.25. В этом случае локальными адресами для протокола IP соответственно будут адреса IPX и Х.25. Следует учесть, что компьютер в локальной сети может иметь несколько локальных адресов даже при одном сетевом адаптере. Некоторые сетевые устройства не имеют локальных адресов. Например, к таким устройствам относятся глобальные порты маршрутизаторов, предназначенные для соединений типа «точка-точка».

IP –адресация

IP-адреса (Ipv4) представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно поставщики услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений InterNIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

IP-адрес состоит из двух частей:

· номер сети – выбирается администратором произвольно или назначается службой InterNic (Internet Network Information Center), если подсеть должна работать как составная часть Internet, Поставщики услуг Internet (или провайдеры) получают диапазоны IP-адресов, а затем распределяется между абонентами сети. IP — не зависит от локального адреса компьютера;

· номер узла в сети – назначается независимо от локального адреса узла.

IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей.

Если адрес начинается с 0 (а мы помним, что 0=БИТ), то сеть относят к классу А и номер сети занимает 1 байт, номер узла 3 байта. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Таких сетей немного, зато количество узлов в них может достигать 2^24.

Если первые два бита равны 10, то сеть относится к классу В. Является сетью средних размеров, максимальное количество узлов в которой равняется 2¹⁶.

Если адрес начинается последовательностью 110, то он относится к классу С, количество узлов в котором равняется 2⁸.

Если адрес начинается последовательностью 1110, то это сетькласса D. Она означает групповой адрес—Multicast. Технология IP Multicast использует адреса с 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поддерживается статическая и динамическая адресация. Примером статических адресов являются 224.0.0.1 — адрес группы, включающей в себя все узлы локальной сети, 224.0.0.2 — все маршрутизаторы локальной сети. Диапазон адресов с 224.0.0.0 по 224.0.0.255 зарезервирован для протоколов маршрутизации и других низкоуровневых протоколов поддержки групповой адресации. Остальные адреса динамически используются приложениями.

Рис.37. Классификация IP-адресов

Если адрес начинается с 11110, то эта сеть относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущего применения.

Протокол IP предполагает наличие адресов, которые трактуются особым образом. К ним относятся следующие:

1. адреса, значение первого октета которых равно 127. Пакеты, направленные по такому адресу, реально не передаются в сеть, а обрабатываются программным обеспечением узла-отправителя. Таким образом, узел может направить данные самому себе. Этот подход очень удобен для тестирования сетевого программного обеспечения в условиях, когда нет возможности подключиться к сети. 127.0.0.1 – этот адрес имеет название loopback;