839

61

большее число пакетов ожидает передачи в очереди, следовательно, пропускная способность системы ограничена, помимо скорости передачи, размерами буферов хранения передающих устройств. Эта система, очевидно, более выгодна при пульсирующем трафике.

Мультиплексор

Рис. 2.12 — Асинхронное мультиплексирование

сразделением времени

2.7Качество работы сетевых служб

Цель коммуникационной системы состоит в переносе информации между двумя или несколькими конечными точками сети. Что касается приложений, программ и служб, работающих на прикладном уровне, то их задачей может быть передача речи, видеопотока, звука или файлов других типов, к сети же предъявляется требование просто передавать данные адресату в соответствии с некоторыми критериями качества. В стандарте ITU-T определено несколько критериев качества обслуживания (Quality of service, QoS), которые разбиваются на две группы — критерии связанные и несвязанные с производительностью (эффективностью сетевых служб).

Параметры качества, не связанные с эффективностью служб

Уровень обслуживания. Определяется степенью уверенности в том, что будут достигнуты уровни обслуживания, соответствующие QoS-критериям. Уровень обслуживания называется детерминированным, если гарантируется заданный QoS-уровень; прогнозируемым, если качество время от времени ухудшается из-

62

за статистического характера сетевых коммуникаций или наилучшим из возможных, если служба получает сетевые ресурсы в последнюю очередь и ничего не гарантирует в отношении уровня

QoS.

Стоимость. Это плата за использование сетевойслужбы согласованного качества.

Приоритет. Определяет порядок работы служб — высокоприоритетные службы обслуживаются раньше низкоприоритетных.

Параметры качества, связанные с производительностью сети

Задержка установки соединения (ISO), средняя задержка доступа или задержка установки вызова (ITU). За-

держка между поступлением запроса на вызов соединения и подтверждением, что соединение было установлено.

Вероятность отказа при установке соединения (ISO),

вероятность блокировки (ITU). Вероятность того, что требуе-

мое соединение не установлено (в пределах допустимой задержки установки).

Пропускная способность (throughput) (ISO, ITU). Мак-

симальное количество данных, которые могут быть успешно переданы за единицу времени по соединению в непрерывном режиме.

Транзитная задержка (ISO), задержка кадра (ITU). Ко-

личество времени между отправлением PDU-блока и его получением.

Вариации задержки (ISO), дрожание кадра (ITU). Рас-

хождение между минимальной и максимальной кадровой (транзитной) задержкой.

Скорость остаточных (не обнаруженных) ошибок

(ISO), скорость кадровых ошибок (Frame Error Rate, FER). Ве-

роятность того, что кадр или PDU-блок будет испорчен, потерян или дублирован в приемнике.

Устойчивость (ISO), вероятность сброса соединения

(ITU). Вероятность того, что соединение будет сброшено или

восстановлено в пределах указанного интервала времени.

63

Задержка в освобождении соединения (ISO, ITU). За-

держка между выдачей конца запроса вызова и подтверждением освобождения соединения.

2.8 Беспроводные сети

Термин беспроводные применяется по отношению к телекоммуникационным сетям, в которых для передачи данных не используются кабельные линии. Средой передачи данных в беспроводных сетях служат электромагнитные волны, главным образом — радиоволны. Так как для перехвата радиосигналов потенциальному злоумышленнику достаточно настроить свой радиоприемник на соответствующую частоту, защита передаваемой информации в беспроводных сетях осуществляется с помощью различных методов шифрования передаваемого сигнала.

Беспроводные сети, также как сети на основе кабельных линий, можно разделить по размеру:

на глобальные, Wireless WAN;

муниципальные, Wireless MAN;

локальные, Wireless LAN;

персональные, Wireless PAN.

Глобальные беспроводные сети

Охватывают страны, континенты и весь земной шар. Основу глобальных беспроводных сетей составляют телефонные сети сотовой связи. В истории развития таких сетей выделяют несколько «поколений» (generation или просто G):

Первое поколение, 1G — 80-е годы 20 века, первые сети сотовой связи, большое число отличающихся стандартов в раз-

ных странах: NMT, AMPS, TACS, C-450, Radiocom 2000, JTACS

ит.д. Для передачи использовался аналоговый сигнал, защита от перехвата и прослушивания сообщений отсутствовала. Компьютерный трафик в таких сетях не передавался. В настоящее время сети первого поколения практически полностью вытеснены более современными типами мобильной связи;

Второе поколение, 2G — 90-е годы 20 века, полностью цифровые сети сотовой связи. Наиболее распространенные стандарты: GSM, iDEN, D-AMPS. Используются две технологии мо-

64

дуляции TDMA — мультиплексирование с временным разделением каналов (используется в стандарте GSM) и CDMA — мультиплексирование с кодовым разделением каналов. Сообщения от одного абонента оказываются разделены на большое число «кусочков», собрать которые воедино может только специальная приемная станция, перехваченный сигнал потребует сложной расшифровки, поэтому передаваемый сигнал оказывается защищен от прослушивания, благодаря используемой при передаче модуляции. В сетях второго поколения появляются сервисы для передачи текстовых сообщений — SMS (Short Massage Service — служба коротких сообщений), компьютерного трафика — GPRS (General Packet Radio Services — пакетная радиосвязь общего на-

значения), мультимедийной информации (текста с аудио и видеофрагментами, картинками) — MMS, EMS. Скорость передачи данных по протоколу GPRS сравнима с проводным модемным соединением (Dial-Up) — до 115 Мбит/с.

Третье поколение, 3G — развивается с началом 21 века (первая 3G мобильная сеть в Японии — 2001 г., в Европе — 2003 г.). Сети третьего поколения создаются в настоящее время. Главная задача, которую должны решить эти сети — обеспечение высокоскоростного доступа в Интернет и обмена видео в реальном времени — видеотелефония. Передача компьютерного трафика осуществляется с помощью более скоростных, по сравнению с

GPRS, технологий: EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution — улучшенная для перехода к сетям 3G), скорость пе-

редачи данных до 384 кбит/с, и UMTS (Universal Mobile Telecommunications System — универсальная система мобильной связи), технология сетей 3G, скорость до 2 Мбит/с. В глобальных беспроводных сетях третьего поколения предполагается интеграция с локальными беспроводными сетями — WLAN.

Четвертое поколение, 4G — будущее беспроводных глобальных сетей. В сетях четвертого поколения предполагается полная интеграция всех сервисов и типов сообщений как компьютерных сетей, так и сотовой связи, высокая степень защищенности передаваемого трафика на основе шифрования, передача видеосигналов высокой четкости, скорость передачи данных до 100 Мбит/с для мобильного абонента и до 1 Гбит/с для стационарной станции. Уже сейчас появляются технологии, претен-

65

дующие на роль переходных от сетей третьего поколения к четвер-

тому, одна из них HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access —

высокоскоростная пакетная передача данных) — часть UMTS, появившаяся в ее последних реализациях. Технология HSDPA уже сейчас теоретически способна передавать данные со скоростью 14,4 Мбит/с, ведутся работы по дальнейшему увеличению скорости передачи. В качестве способа модуляции сигнала технология HSDPA использует модуляцию QPSK (Quadrature Phase Shift Keying — квадратурная с фазовым сдвигом) и 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation — квадратурная амплитудная).

Муниципальные беспроводные сети

Беспроводные сети с радиусом действия порядка 10 км, WMAN. Введены стандартом IEEE 802.16 в 2002 г. Стандарт отводит для использования в таких сетях диапазон радиоволн от 10 до 66 ГГц, при этом передающая и приемная станции должны находиться в условиях прямой видимости. Оборудование, реализующее стандарт 2002 года, не производилось. Распространение получила технология широкополосного радиодоступа WiMAX, рис. 1, основанная на более поздних модификациях этого стандарта:

IEEE 802.16d-2004, стандарт для неподвижных приемников и передатчиков, Fixed WiMAX;

IEEE 802.16e-2005, стандарт для подвижных приемников

ипередатчиков, Mobile WiMAX.

Цифры 2004, 2005 — годы введения стандартов. Собственно говоря, IEEE 802.16e-2005 просто расширил существующий к этому времени стандарт на работу с мобильными устройствами. Это стало возможно благодаря тому, что вместо OFDM — моду-

ляции (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — мультиплек-

сирование с ортогональным частотным разделением), использовавшейся в Fixed WiMAX, было предложено применить SOFDM (Scalable OFDM — масштабируемую OFDM). Кроме того, в новой версии стандарта вводилась поддержка нескольких приемных антенн — MIMO (Multiple-input multiple-output communications),

тогда как в стандарте Fixed WiMAX сигналы от нескольких абонентов принимались на одну антенну. Одно из главных преимуществ технологии WiMAX — нет необходимости соблюдения ус-

66

ловия прямой видимости. Частотный диапазон сетей WiMAX — от 2 до 11 ГГц, большинство существующих устройств WiMAX работают в диапазоне 5—6 ГГц. Теоретически предельная скорость передачи данных до абонента — 70 Мбит/с. Реально получаемые результаты в настоящее время значительно скромнее, порядка 10 Мбит/с. Для защиты передаваемых данных могут использоваться различные методы шифрования, например, 3DES. В мире развернуто около сотни сетей WiMAX, однако высокая стоимость оборудования, слабая поддержка производителями и быстрый рост скорости передачи данных в глобальных беспроводных сетях делают перспективы такого вида сетей трудно предсказуемыми.

В России сети WiMAX стали появляться в 2006 г. Научнопроизводственная фирма «Микран» при ТУСУРе, первая, и пока единственная из российских производителей, выпустила оборудование WiMAX стандарта IEEE 802.16d-2004 — несколько десятков базовых и абонентских станций, под торговой маркой WiMIC-6000. Стоимость абонентской станции 40—50 тыс. руб., базовой станции — порядка 200 тыс. руб.

Локальные беспроводные сети

Основой для построения локальный беспроводных сетей (WLAN) стал стандарт IEEE 802.11, принятый в 1997 г. Этот стандарт предполагал работу беспроводных устройств как в инфракрасном диапазоне волн, так и в микроволновом частотном диапазоне — 2,4—2,485 ГГц при скорости передачи данных 1 Мбит/с и 2 Мбит/с. В качестве метода доступа был выбран метод множественного доступа с распознаванием коллизий CSMA/CS, применяющийся в сетях Ethernet. ИК-диапазон остался частью стандарта, но практического воплощения не получил. Устройства, работающие в радиодиапазоне были выпущены несколькими кампаниями. В 1999 г. стандарт расширяется введением двух более скоростных версий:

IEEE 802.11a, фактически новый стандарт, использующий более высокочастотный диапазон — 5 ГГц, OFDM модуляцию и обеспечивающий скорость передачи до 54 Мбит/с;

IEEE 802.11b, являющийся развитием стандарта IEEE 802.11. При работе в том же частотном диапазоне скорость пере-

67

дачи данных увеличивается до 11 Мбит/с за счет использования модуляции CCK (Complementary code keying). В оригинальной версии стандарта применялась технология DSSS (DirectSequencing Spread Spectrum — расширение спектра сигнала прямой последовательностью) с двоичной относительной фазовой манипуляцией DBPSK и квадратурной относительной фазовой модуляцией DQPSK.

Организация Wireless Ethernet Compatibility Alliance, зани-

мающаяся вопросами сертификации оборудования, выпускаемого по стандарту IEEE 802.11, в том же 1999 г. по аналогии с термином Hi-Fi создает торговую марку Wi-Fi (иногда, расшифровываемую, как Wireless Fidelity — «Беспроводная надёжность»), изменяя собственное название на Wi-Fi Alliance. Оборудование стандарта IEEE 802.11b, благодаря незначительным отличиям от предыдущей версии стандарта, получило во всем мире широкое распространение. Первые устройства стандарта IEEE 802.11a появляются значительно позже, только в 2001 г, а в 2003 г. был принят еще один стандарт беспроводной связи IEEE 802.11g, который можно рассматривать, как дальнейшее развитие стандарта IEEE 802.11b. При работе в том же частотном диапазоне (2,4— 2,485 ГГц), этот стандарт, благодаря применению OFDM модуляции, позволяет достигать скорости передачи данных 54 Мбит/с. Стандарт IEEE 802.11g поддерживает и работу устройств стандарта IEEE 802.11b, допуская создание «смешанных» беспроводных сетей. Совместимость обеспечивается автоматическим переходом сетевого адаптера стандарта IEEE 802.11g на работу по стандарту IEEE 802.11b при включении в сеть соответствующего устройства. При этом скорость работы сети ограничивается максимальными для стандарта IEEE 802.11b — 11 Мбит/с.

В 2004 г. началась работа над новым стандартом локальных беспроводных сетей с еще более высокой пропускной способностью — IEEE 802.11n. Утверждение этого стандарта ожидается в 2008—2009 гг., но уже сейчас некоторые производители начинают выпуск своих версий оборудования нового стандарта. Адаптеры этого стандарта будут работать в двух диапазонах: 2,4 и 5 ГГц. При использовании технологии MIMO — нескольких приемо-передающих антенн в одном сетевом адаптере, пространственной селекции сигналов и новой схемы кодирования, плани-

68

руется достигнуть максимальной пропускной способности 74 Мбит/с.

Необходимо отметить, что стандарты IEEE 802.11a и IEEE 802.11b не совместимы, т.к. работают в разных диапазонах волн. Однако многие производители предлагают устройства с поддержкой всех трех версий стандарта IEEE 802.11a, b и g. Такие устройства фактически совмещают в одном корпусе два сетевых адаптера, один — стандартов IEEE 802.11b/g, другой стандарта IEEE 802.11a. На основе таких универсальных, двухдиапазонных точек доступа возможно создание беспроводной сети, сетевые адаптеры в которой работают и по тому и по другому стандарту. Некоторые производители, кроме того, предлагают оборудование стандарта 802.11g+ (SuperG), указывая что сетевой адаптер может передавать данные на скорости в 100, 108 или даже 125 Мбит/с. Это расширение стандарта 802.11g, реализованное самими производителями соответствующего оборудования. Многие из них в том или ином виде реализовали такой расширенный режим работы сетевого адаптера, но, поскольку стандарта на такой режим еще не существует, нет никакой гарантии, что решения различных производителей смогут взаимодействовать друг с другом.

Сети Wi-Fi — название, объединяющее беспроводные сети, работающие по любому из типов стандарта IEEE 802.11, благодаря наличию встроенных адаптеров практически во всех выпускаемых мобильных устройствах: ноутбуках, карманных компьютерах — КПК и др., а также простоте развертывания такой сети, стали сегодня одним из символов современности. Они работают в аэропортах, торговых центрах, университетах, кафе, гостиницах, при проведении конференций, симпозиумов и т.п.

Стандартами предусмотрено два режима работы сетевого адаптера в сети Wi-Fi:

Режим одноранговой сети, когда компьютеры соединяются между собой с помощью беспроводных сетевых адаптеров, рис. 2.13. Этот режим называют режимом независимых базовых зон обслуживания IBSS (Independent Basic Service Set) или ad hoc (это словосочетание имеет латинское происхождение и означает специальный). Такой режим — аналог прямого соединения компьютер — компьютер с помощью обычных сетевых адаптеров и кроссоверного кабеля.

69

Рис. 2.13 — Беспроводное соединение типа Ad-hoc

Режим с выделенной точкой доступа (Access Point, AP) или режим инфраструктуры (infrastructure). В этом режиме в сети работает по крайней мере один беспроводной концентратор — точка доступа, обеспечивающая связь всех остальных беспроводных устройств между собой.

Рис. 2.14 — Беспроводная сеть с точкой доступа

Основной вид режима инфраструктуры — BSS (Basic Service Set) предусматривает работу через одну точку доступа. Расширенный вид — ESS (Extended Service Set) допускает работу в общей сети нескольких точек доступа, каждая из которых обеспечивает связь для своей группы клиентов (BSS), рис. 2.14. Меж-