Устройства удаленного доступа к сетям

 

 

Можно разделить средства построения сети, на две категории:

1. Средства построения сети (рассмотрены выше);

2. Средства удаленного доступа.

Удаленный доступ - это частный случай соединения компьютера без сетевого адаптера с сетью и служба, обеспечивающая доступ к сети для удаленных пользователей. Такое подключение позволяет установить связь с сетью с помощью устройств удаленного доступа, к которым относятся различные виды модемов. В настоящее время существуют следующие способы подключения удаленного доступа:

1. Подключение по выделенному каналу связи;

2. Подключение по коммутируемому каналу связи через протоколы SLIP/PPP (Serial Line Internet Protocol/Point to Point Protocol);

3. Подключение через DSL модем;

4. Подключение через ISDN модем;

5. Подключение по системе кабельного телевидения;

6. Подключение по беспроводным каналам связи (инфракрасным, спутниковым, радиоканалам, системам мобильной связи).

В любой сети стандартизован интерфейс взаимодействия пользователей с сетью - User Network Interface (UNI). Это необходимо, чтобы пользователи могли без проблем подключаться к сети с помощью коммуникационного оборудования любого производителя, который соблюдает стандарт UNI. В этом случае, под устройством доступа понимается устройство, которое поддерживает на входе интерфейс оборудования пользователя, а на выходе - интерфейс UNI. В общем случае, к таким устройствам относятся:

1. Сетевые адаптеры;

2. Модемы для коммутированного или выделенного подключения;

3. Адаптеры ISDN;

4. Модемы DSL;

5. Кабельные модемы;

6. Радиоадаптеры;

7. Спутниковая антенна с DVB картой и конвертором;

8. Специальные устройства для доступа к глобальным сетям (мультиплексоры «голос-данные», мосты, маршрутизаторы, пакетные ассемблеры-дизассемблеры и т.д.);

9. Устройства мобильной связи (спутниковые и сотовые телефоны) и т.д.

Традиционно модемом называется устройство, преобразующее цифровые данные в аналоговые сигналы за счет модуляции на передающей стороне и выполняющее обратное преобразование за счет демодуляции на приемной стороне. Применение данного типа модемов обусловлено использованием аналоговых телефонных линий для передачи цифровых данных. Модем принимает последовательность битовых импульсов, модулирует один из параметров (амплитуду, частоту, фазу) аналогового сигнала. Принимающий модем восстанавливает цифровые данные из аналогового сигнала. Кроме основной функции модемы выполняют сжатие информации для повышения скорости, контроль и исправление ошибок для обеспечения надежной связи.

Модемы классифицируются по области применения:

1. Для коммутируемых телефонных каналов;

2. Для выделенных телефонных каналов;

3. Для физических линий связи:

– Низкоуровневые модемы (линейные драйверы);

– Модемы основной полосы;

4. Для цифровых систем передачи;

5. Для сотовых систем связи;

6. Для пакетных и канальных радиосетей.

Цифровые модемы не работают как традиционные модемы, не модулируют сигнал несущей. Они берут бинарные данные и передают их в линию в виде цифрового широкополостного сигнала.

Модемы также подразделяются по режиму работы (полудуплексные и полнодуплексные); по типу синхронизации (синхронные, асинхронно-синхронные, асинхронные); по типу модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и т.д.); по конструкции (внутренние, внешние); по типу удаленного доступа и т.д.

Соединение модема с каналом связи может осуществляться по четырехпроводной или двухпроводной линии связи. Передача данных по каналам с двухпроводной линией организуется способами:

1. Полудуплексной передачи;

2. Дуплексной передачи с частотным разделением канала передачи;

3. Дуплексной передачи с эхокомпенсацией (подавлением на приеме отраженного сигнала собственного передатчика.

Наиболее простым и наименее эффективным способом является метод полудуплексной передачи, так как имеют место потери времени при смене направлений передачи.

Для управления работой модема используется система AT-команд, с помощью которых модем можно проинициализировать, перевести в режим автоответа, набрать номер и т.д. Рассмотрим принцип функционирования модема.

Модем подключается к компьютеру через асинхронные порты последовательного интерфейса или по универсальной USB шине. В начале сеанса связи компьютер проверяет, что модем находится в рабочем состоянии. После набора номера или получения вызова с линии, он пытается установить связь с удаленным модемом. При удачной попытке модем сообщает компьютеру, что соединение с удаленной системой установлено. Если напряжение на линии падает, то модем прерывает связь. После установления связи модем передает компьютеру специальное сообщение и переключается из командного режима в режим передачи данных. Тогда данные, передаваемые модему, перестают восприниматься как команды и передаются по каналу на удаленное устройство. В процессе передачи модем управляет потоком данных (скоростью) по процедуре согласования handshaking. Она заключается в передаче сигналов, позволяющих установить оптимальные параметры обмена данными для модема. Здесь для нахождения оптимальной скорости обмена используется метод снижения скорости. Сначала модем-инициатор пытается соединиться на максимальной скорости с использованием наилучшей схемы сжатия данных и контроля ошибок. Если отвечающий модем не подтверждает возможность такой работы, инициатор снижает скорость или переходит к более простой схеме сжатия/контроля ошибок. Затем пытается повторно установить связь.

Протоколы модемов для физического уровня модели OSI определяют методы модуляции, способы коррекции ошибок, сжатия данных и ряд других параметров. Они описываются в серии стандартов, помеченных префиксом V. Протоколы канального уровня определяют правила передачи файлов по каналам связи, управляют потоком данных, координируют работу передатчика и приемника. Различают протоколы по способам обнаружения и исправления ошибок, по реакции на возникновение ошибок, по способам защиты от несанкционированного доступа.

В настоящее время технология модемов продолжают развиваться и основное внимание уделяется организации широкополосного цифрового канала между провайдером сетевых услуг и конечным пользователем. Перспективной технологией является метод высокоскоростного доступа по медным парам с организацией цифровых абонентских линий Digital Subscriber Line (DSL). Существует несколько вариантов DSL:

1. Асимметричная цифровая абонентская линия (Asymmetric Digital Subscriber Line, aDSL);

2. Симметричная цифровая абонентская линия (SDSL);

3. Цифровая абонентская линия с переменной скоростью (Rate Adaptive DSL);

4. Быстрая цифровая абонентская линия (High-speed DSL);

5. Сверхбыстрая цифровая абонентская линия (Veryhigh-speed DSL).

Все эти технологии рассчитаны на высокоскоростную передачу данных на коротком отрезке витой пары, соединяющей абонента с автоматической телефонной станцией (АТС). В отличие от обычных модемов, которые рассчитаны на работу с узкой полосой пропускания канала тональной частоты, модемы DSL работают с полосой пропускания порядка 1 МГц, что зависит от расстояния до АТС и сечения используемых проводов (рис. 6.4)

Рис. 6.4 Подключение через обычные и DSL-модемы

Технологияпозволяет использовать телефонные линии для передачи мультимедийных данных со скоростью до 8 Мбит/с. Два DSL-модема, соединенные витой парой образуют три информационных канала: скоростной однонаправленный канал (1,5-8 Мбит/с), среднескоростной дуплексный канал (16-1000 Кбит/с) и POTS-канал телефонной связи. POTS канал сохраняет работоспособность даже при отказе DSL модема. Каждый из этих каналов может мультиплексироваться, образуя каналы меньшего быстродействия. При реализации дуплексного режима частотный диапазон делится пополам и одна из частей используется для передачи данных в одном направлении, другая - в противоположном. Каждый из частотных диапазонов, в свою очередь, может делиться на части в режиме с эхокомпенсацией.

Одним из главных преимуществ DSL модемов является то, что поддержка голоса не отражается на параллельной передаче данных по двум каналам. Это достигается за счет применения в DSL технологии принципов разделения частот, благодаря чему голосовой канал отделяется от каналов передачи данных. Такой метод передачи гарантирует надежную работу канала даже при выключении питания DSL-модема.

Сущность аналогичных технологий заключается в том, что оборудование сервис-провайдера сетевых услуг находится в том же здании, что и АТС. Высокоскоростные каналы абонента отделяются в DSL-модеме, установленном в АТС, от телефонной сети и направляются через маршрутизатор в сеть. Если локальная сеть предприятия подключена к магистральной сети через выделенный высокоскоростной канал, то все удаленные пользователи, у которых установлены DSL-модемы, получают высокоскоростной доступ к сети своего предприятия на тех же телефонных каналах, которые всегда соединяли их с городской АТС.

 

Вопросы для самоконтроля по главе 6.

1. Какие типовые операции по работе с кадрами данных поддерживают сетевые адаптеры?

2. Перечислите основные характеристики сетевых адаптеров.

3. Сформулируйте принцип работы повторителя.

4. Для выполнения каких основных функций предназначен концентратор?

5. Какие конструктивные виды концентраторов вы знаете?

6. Что такое сегментирование сети и какие устройства для этого применяются?

7. В чем заключается принцип работы «моста»?

8. Для решения каких задач предназначен алгоритм покрывающего дерева?

9. Чем характеризуются коммутаторы с разделяемой памятью?

10. Какие способы переключения используются коммутаторами для ретрансляции кадров?

11. Что понимается под термином «карликовый кадр»?

12. В чем основное отличие маршрутизатора от коммутатора?

13. В чем отличие маршрутизатора от моста?

14. На какие классы делятся маршрутизаторы исходя из областей своего применения?

15. Перечислите основные характеристики маршрутизаторов.

16. Что такое «шлюз» и какие существуют способы его реализации?

17. В чем назначение протоколов маршрутизации?

18. Перечислите наиболее распространенные алгоритмы маршрутизации.

19. В чем суть алгоритма адаптивной маршрутизации?

20. Назовите состав оборудования, необходимый для организации беспроводной связи.

21. Что входить в состав комплекса спутникового оборудования для приема и работы со спутником?

22. Назовите основные способы подключения удаленного доступа.

23. Приведите классификацию модемов по способу применения.

24. Перечислите основные преимущества использования DSL-модемов.

 

ГЛАВА 7. ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

В отличие от локальных сетей, глобальные сети используют смешанные топологии с петлями, причем географическое размещение сетевых узлов является основным фактором. Как правило, в локальных сетях каналы используются совместно с узлами сети. В глобальных сетях пары коммутаторов часто соединены в по схеме «точка-точка». Поэтому встает необходимость разработки процедур управления потоком данных для устранения перегрузок сети и потерь пакетов. Если в локальных сетях достаточно использование протоколов первых двух уровней модели OSI и нет необходимости в маршрутизации, то в глобальных сетях обязательно работают протоколы сетевого и транспортного уровней модели OSI. Локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за топологии, которая определяет способ подключения станций и допустимую длину линии связи. Глобальные сети хорошо масштабируемы из-за допуска произвольной топологии и управления потоками данных.

Глобальные сети можно классифицировать по типу средств коммуникаций на наземные, спутниковые и комбинированные сети.

По методам коммутации глобальные сети делятся на сети с выделенными каналами, с коммутацией каналов, с коммутацией пакетов (кадров, ячеек), с адаптивной коммутацией. Выделенные каналы представляют арендованные постоянные каналы связи. В сетях с коммутацией каналов, между двумя конечными пользователями устанавливается временный выделенный канал, который существует в течение периода передачи данных. Канал образуется путем мультиплексирования по времени или по частоте. В сетях с коммутацией пакетов (кадров, ячеек) данные разделяются на пакеты (кадры, ячейки) и пересылаются по мультиплексируемым виртуальным каналам. Сети с коммутацией пакетов наилучшим образом соответствуют трафику локальных сетей, который является асинхронным и неравномерным во времени. Выделенные линии и сети с коммутацией каналов наиболее подходят для сетей с централизованной топологией, а сети с коммутацией пакетов - для сетей с полнографовой и смешанной топологией. Адаптивная коммутация учитывает достоинства и недостатки перечисленных способов. Например, при передаче длинных мультимедийных сообщений, более экономичным является коммутация каналов, а при передаче коротких - коммутация па­кетов. Поэтому в реальных сетях целесообразно адаптивное совмещение обоих способов с автоматическим переклю­чением способов коммутации каналов и пакетов в зависи­мости от загрузки сети и типов сообщений.

Глобальные сети также можно разделить по принципу выбора маршрута передачи: по фиксированным путям, по заданному направлению, по случайным путям, с лавинным способом передачи. Фиксированные пути устанавливают постоянные маршруты передачи сообщений между каждой парой або­нентов в сети. С этой целью составляется таблица мар­шрутов. Метод самый простой, но низкая на­дежность и отсутствие резервных путей приводит к перегрузкам на отдельных участках. Направленный выбор пути является развитием ме­тода фиксированных путей, когда в таблице маршрутов кроме основных путей указываются резервные пути в порядке их приоритетности. Выбор пути осуществляется с учетом приоритета и состояния участков сети. При случайном выборе пути, сообщение посыла­ется по случайно выбранному маршруту. Этот метод дает самое большое среднее время задержки передачи сообщения. В случае лавинного метода сообщение из каждого узла посы­лается по всем направлениям сразу. Достоинством метода яв­ляется высокая надежность и наименьшая задержка передачи сообщения. Недостатком - рост нагрузки на сеть и снижение пропускной способности.

Глобальные сети можно разделить на магистральные и сети доступа. Схемы магистральных сетей используют две базовые структуры: стянутую в точку магистраль и распределенную магистраль. Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone) - это структура, при которой объединение узлов, сегментов или сетей происходит на внутренней магистрали коммутатора. Эту модель иногда называют также моделью с вырожденной магистралью. Преимуществом такой структуры является высокая производительность и протокольная независимость. Однако, на больших пространствах, такую структуру не всегда возможно реализовать. Поэтому в протяженных сетях используется структура сети с распределенной магистралью. Распределенная магистраль - это разделяемый сегмент сети, поддерживающий определенный протокол, к которому присоединяются коммутаторы локальных сетей.