2.4.3 Сети

Современные компьютерные системы редко бывают изолированными. Для соединения компьютеров между собой в пределах небольшой организации или в пределах одного участка большой организации используются локальные сети, основанные, как правило, на одной из разновидностей технологии Ethernet. Локальные сети соединяются между собой с помощью маршрутизаторов, мостов и коммутаторов (рис. 2.14), образуя интерсети. Сеть Internet – это глобальная сеть сетей, сообщающихся через стандартные наборы протоколов, известных под общим неточным названием TCP/IP. Большей частью этих сетей управляют коммерческие поставщики услуг Internet (ISI – Internet Service Providers), предоставляющие за определенную плату доступ к сети другим организациям через выделенные линии и маршрутизаторы, а также отдельным индивидуумам посредством телефонной связи или сети кабельного телевидения.

Маршрутизатор-Ethernet ZYXEL P-334 EE	WET54G - беспроводный мост	Коммутатор Smart 8х10/100, 1xGigaUTP, 1xSFP
Рис. 2.14

Сети и вообще Internet в частности предоставляют огромные возможности для распространения мультимедийных средств; но, кроме того, они создают значительные технические трудности. В случае использования Internet следует учитывать дополнительный фактор – существования сообщества пользователей, которые ожидают очень высокой техники исполнения, основываясь на своем опыте общения с телевидением, видео, фотографией печатными средствами передачи информации. Если мультимедийная продукция, доставляемая по Internet, пытается соперничать с традиционными информационными средствами, что уже начинает происходить в сфере новостей или спорта, то она может иметь некоторые дополнительные преимущества (как интерактивность), что компенсируется недостаточное качество изображения и звука. Однако ситуация изменится, как только новые технологии высокоскоростного доступа к сети станут широко распространенными среди обычных пользователей.

Несмотря на то что ситуация быстро меняется, почти весь «домашний доступ» к Internet осуществляется посредством «автоматического соединения» (dial-up connection), когда модем и телефонная система обеспечивают временную связь между компьютером пользователя и сетью поставщика услуг Internet. Максимальная ширина полосы пропускания, возможная при использовании модема, составляет 56 Кбит/с.

Многие новые компьютеры оснащены модемами, соответствующими стандартам V90 и V92, которые должны обеспечивать указанную скорость потока данных от телефонной сети к модему при максимум 33,6 Кбит/с в обратном направлении, хотя такие факторы, как шум и расстояние между модемом и телефонной сетью, приводят к тому, что данные показатели редко достигаются на практике. Более реальными являются скорости передачи данных 34-48 Кбит/с.

Существует веская причина предполагать, что 56 Кбит/с – это абсолютный максимум ширины полосы пропускания, которого можно достичь при использовании аналоговой связи между модемом и телефонной сетью. В новых различных технологиях, которые обобщенно называют широкополосными сетями, этой аналоговой связи избегают, чтобы непосредственно воспользоваться возможностью цифровых телефонных систем предоставлять большую ширину полосы. В настоящее время новой главной методикой доступа с помощью существующих медных телефонных проводов стала ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – ассиметричная цифровая абонентская линия). Она способна обеспечить скорость до 6.1 Мбит/с в направлении от сети к модему и до 640 Кбит/с в обратном направлении (поэтому ее называют «ассиметричной»). Во многих странах поставщики телекоммуникационных услуг предлагают абонентам такую услугу, как ADSL определенного уровня, хотя существуют определенные технические ограничения, из-за которых ADSL не достигает отдаленных домов (которые находятся на расстоянии более 5 км от узла), а высокая себестоимость запуска узлов для ADSL привела к тому, что во многих странах компании, занимающихся связью, посчитали эффективным с экономической точки зрения предоставлять услуги ADSL только в городах и больших населенных пунктах.

Еще один способ обойти ограничения, возникающие при аналоговой связи между телефонной сетью и домом, – использовать вместо телефонной сети сеть кабельного телевидения. Кабельные модемы способны передавать информацию со скоростью от 500 Кбит/с до 30 Мбит/с. Для удаленных пользователей существуют услуги широкополосной передачи через спутники, но стоимость таких услуг значительно превышает стоимость ADSL и кабеля. Многие широкополосные технологии все еще находятся на разных этапах своего развития, в том числе доставка информации с помощью сети энергоснабжения, локальных беспроводных сетей, а также использование высотных привязных аэростатов в качестве альтернативы спутникам. Все эти «широкополосные услуги» обладают дополнительным преимуществом – связь с Internet остается постоянной, а телефонная линия при этом не занята. Многие пользователи широкополосных сетей обнаружили, что удобства связи, которая есть всегда, намного ценнее, чем более высокая скорость передачи информации.

а) Modem OMNI 56K DUO EE	б) ADSL модем ZyXel-Omni ADSL USB EE	в) Кабельный модем ARRIS TCM 550A/B
Рис. 2.15

Процентная доля семей, которые пользуются широкополосными сетями, в разных странах очень разная, даже там, где существует соответствующая инфраструктура. В июне 2001 года в Южной Корее доступ к широкополосной сети имели 14 жителей из 100; в США и Японии эти цифры составляли приблизительно 3 и 1 семья на 100 соответственно, в Великобритании – менее одной семьи из 100. В то же время 92% населения Южной Кореи было охвачено сетью ADSL, когда как в Великобритании и США эта цифра составляла всего 50%. С тех пор эти цифры увеличились, но не настолько, насколько предсказывали некоторые эксперты. Во многих странах ситуация продолжает оставаться таковой, что широкополосными сетями пользуются лишь некоторые семьи.

Коммерческие пользователи сети Internet, особенно те, которые работают со своими веб-серверами, как правило, предпочитают покупать выделенные линии, обеспечивающие постоянное соединение с поставщиком услуг Internet. Линии Т1 и Т3 обеспечивают скорость 1.544 и 44.736 Мбит/с соответственно. Кроме того, линии Т1 и Т3 используются небольшими местными поставщиками услуг Internet для связи с большими поставщиками, которые связаны непосредственно с основной магистралью Internet.

Само слов «широкополосный» в его современном значении – это всего лишь торговый жаргон. Означает оно «работающий значительно быстрее, чем модема 56 Кбит/с». В «официальном» определении, которое приводится в Рекомендациях Международного союза телекоммуникаций (ITU – International Telecommunications Union), говорится, что «широкополосный» означает «работающий быстрее, чем с основной скоростью ISDN» – почти совершенно вытесненной технологии, позволяющей достигать скорости 1.5 или 2 Кбит/с. Согласно этому определению широкополосная сеть должна быть достаточно быстрой для поддержки полноэкранного видео четвертого размера, однако большая часть доступных сегодня пользователям домашних ПК широкополосных служб нисколько к этому не приблизилась. Федеральная комиссия связи (FCC – Federal Communication Commission) предложила более консервативное определение: согласно их формулировке любая служба, предоставляющая ширину полосы пропускания 200 Кбит/с, является «широкополосной». Такая скорость позволяет переходить с одной веб-страницы на другую с такой же скоростью, с какой можно переворачивать страницы книги. Это определение ближе к действительности: ADSL и кабельные сети дают минимум 256 Кбит/с. Однако следует помнить, что это существенно меньше, чем скорость дисководов для компакт-дисков или локальных сетей.

В таблице приведено характерное время, необходимое для передачи различных элементов информационных средств с помощью различных видов связи, в предположении, что это делается с максимальной скоростью.

Скорость передачи данных по Internet

Средство доступа к Internet	Кбит/с	Страница текста (6 Кбайт)	Изображение (100 Кбайт)	Фильм (4 Мбайт)
Медленный модем	28.8	1.5 с	28 с	19 мин
Быстрый модем	56	1 с	14 с	9 мин
Линия Т1	1544	< 1 с	1 с	21 с
Кабельный модем/ ADSL (обычная)	6000	< 1 с	< 1 с	5 с
Линия Т3	44736	< 1 с	< 1 с	< 1 с

Связь между пользователем и его поставщиком услуг Internet не всегда является тем фактором, который ограничивает скорость передачи данных по Internet. Такими же важными могут быть возможности связей между сетями отдельных поставщиков и вычислительная мощность компьютеров, с которых загружается информация. Достаточно распространенной является ситуация, когда обнаруживается, что при загрузке файла в полной мере не используется даже возможная скорость модема V90. Однако, как свидетельствуют отдельные примеры, кабельные модемы и ADSL могут качественно повысить скорость в направлении от мощных серверов к телефонной сети. Несмотря на это несложно показать, что преимущество более быстрой связи между пользователем и поставщиком услуг Internet может сохраняться только в том случае, когда уровень связи между поставщиками повышается пропорционально тому, как большее количество пользователей получают более быстрый доступ, и когда информация может доставляться компьютером на приемный конец линии связи с такой же скоростью, с какой она может передаваться по сети. Поскольку скорости информационных шин все еще значительно выше скоростей в сети, для одиночной связи последнее условие легко выполняется, но с увеличением количества пользователей Internet многим популярным сайтам приходится обрабатывать множество запросов одновременно.

Локальные сети обеспечивают намного более быструю передачу данных, чем Internet. Самая распространенная технология среди локальных сетей в небольших организациях – 10 BaseT Ethernet. Она обеспечивает скорость 10 Мбит/с; в последнее время ее все больше и больше вытесняет 100 BaseT Ethernet со скоростью 100 Мбит/с. Есть еще и Gigabit (гигабитовая) Ethernet. Такая ширина полосы должна распределяться между всеми процессами передачи данных, происходящими на данный момент, поэтому эффективная ширина полосы между двумя компьютерами в локальной сети будет меньше; но все-таки она по-прежнему она будет оставаться достаточно высокой для мультимедийных приложений, которые в настоящее время невозможно передавать по Internet. В частности видеоконференции и другие видеоприложения, которые в Internet могут быть реализованы только с очень низким качеством, можно организовать с помощью высокоскоростных локальных сетей.

1 Меа́ндр (http://ru.wikipedia.org/wiki/Меандр_(радиотехника)) (рис. 2.4.3а) — бесконечный, периодический сигнал прямоугольной формы, широко используемый в радиотехнике. Длительность импульса и длительность паузы в периоде такого сигнала равны. Другими словами, меандр — бесконечный, периодический прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2.

2 IEEE 1394 (FireWire, i-Link) — последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами.

3 Коды Хемминга — простейшие линейные коды с минимальным расстоянием 3, то есть способные исправить одну ошибку. В коде Хемминга вводится понятие кодового расстояния (расстояния между двумя кодами), равного числу разрядов с неодинаковыми значениями. Возможности исправления ошибок связаны с минимальным кодовым расстоянием d_min. Исправляются ошибки кратности и обнаруживаются ошибки кратности d_min − 1 (здесь ent означает «целая часть»). Так, при контроле на нечетность d_min = 2 и обнаруживаются одиночные ошибки. В коде Хемминга d_min = 3. Дополнительно к информационным разрядам вводится L = log₂K избыточных контролирующих разрядов, где K — число информационных разрядов, L округляется до ближайшего большего целого значения. L-разрядный контролирующий код есть инвертированный результат поразрядного сложения (то есть сложения по модулю 2) номеров тех информационных разрядов, значения которых равны 1.

16