Современные сетевые технологии

Технология Ethernet имеет ряд модификаций.

В сетевой технологии Ethernet используется протокол CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Этот протокол состоит из двух частей – множественный доступ и обнаружение коллизий. Ethernet – самая распространенная технологий. 80% всех локальных сетей построены на базе Ethernet. Все операционные системы поддерживают Ethernet. Для моделирования несущей в Ethernet используется дифференциальное манчестерское кодирование.

 

Протокол CSMA

Протокол CSMA являет широковещательным. Каждая рабочая станция с сетевым адаптером отслеживает момент, когда ей можно послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA рабочая станция вначале «прослушивает» сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другой сообщение. Если она обнаруживает несущий сигнал (carriertone), то сеть – занята и рабочая станция переходит в режим ожидания до тех пор, пока сеть не освободится. После определения отсутствия carriertone рабочая станция (РС) начинает передачу. Вторая часть протокола – CD – служит для разрешения ситуации, когда две или более рабочие станции начинают передавать сообщения одновременно. Термин «множественный доступ» определяет тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ. При обнаружении CD выделяется случайное время на доступ. Переданные данные при этом уничтожаются. Случайное время выбирается из расчёта единичного времени 51,2 секунды. Может быть 1, 2 или 3 случайных времени. Если две станции выбрали одно случайное время, то этот интервал устанавливается от 0 до 7. Если опять обнаруживается коллизия, то интервал устанавливается от 0 до 1023. После 16 конфликтов коллизию разрешают протоколы верхнего уровня, сравнивая переданный и полученный сигнал. На приёме станция определяет, не ей ли послано сообщение. Скорость манипуляции в два раза ниже скорости несущей. Скорость несущей равна 20 Мбит/с. Домен коллизий – это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с каждым узлом этой части сети. Основными средствами физической структуризации локальных сетей являются повторители и концентраторы. Простейшее из коммуникационных устройств структуризации локальных сетей – повторитель- используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель улучшает физические характеристики – мощность и форму сигналов. Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько сегментов часто называют концентратором или хабом. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

В связи с тем, что Ethernet имеет несколько разновидностей, происходит эволюция технологии Ethernet. Необходимо внимательно рассматривать вопрос соответствия кадров Ethernet. Существует 4 разновидности кадров. Это Ethernet II, Ethernet 802.3, Ethernet 802.2, Ethernet SNAP.

В Ethernet, согласно IEEE 802.3 и 802.2, существует 4 типа кадров: минимальная длина – 64 байта, а максимальная – 1518 байт.

Преимущества сети Ethernet:

1. Простота установки;

2. Хорошо известная и наиболее распространённая сетевая технология;

3. Невысокая стоимость сетевых карт;

4. Возможность реализации с использованием различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы.

 

Недостатки сети Ethernet:

1. Снижение реальной скорости передачи данных в сильно загруженной сети, вплоть до ее полной остановки, из-за конфликтов в среде передачи данных.

2. Трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС, и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно.

 

Технология Wi-Fi

Wi-Fi остается одной из наиболее перспективных технологий беспроводной связи. Она стремительно развивается и принимает в себя новые беспроводные решения, позволяющие увеличить скорость передачи данных. Даже с развитием LTE-сетей, Wi-Fi не остается в стороне, а скорее получает дополнительную ветку развития, разгружая трафик в наиболее востребованных участках сети.

Wi-Fi для применения внутри помещений в рамках установленной законодательством мощности излучения не требует получения разрешения на использование частот. Кроме того, организация Wi-Fi-сети в условиях дома или небольшого офиса довольно проста, благодаря чему, зачастую, можно обойтись своими силами. Тем не менее, при проектировании сети с высокими требованиями к качеству связи, плотности покрытия и пропускной способности, как правило, прибегают к помощи специалистов. Развертывание Wi-Fi-сети занимает на порядок меньше времени по сравнению с прокладкой СКС до рабочих мест. Именно за простоту настройки, развертывания, относительную дешевизну и удобство, Wi-Fi по праву считают одной из перспективных и активно развивающихся технологий.

Требования к Wi-Fi-оборудованию описаны в наборе стандартов IEEE 802.11. С выпуском каждого нового стандарта, к 802.11 добавлялась буква, например, 802.11a/b/n и т.д. На сегодняшний день насчитывается несколько десятков разновидностей стандартов Wi-Fi. Не все стандарты были направлены на увеличение скорости передачи данных, некоторые из них затрагивают вопросы безопасности (например, 802.11i), другие включали описание работы роуминга (802.11r) и т.д.

При этом следует отметить, что не все перечисленные стандарты Wi-Fi служат для организации беспроводных локальных сетей как привычные нам роутеры, работающие в диапазонах 2.4 и 5 ГГц (стандарты 802.11 a/b/g/n/ac). Такие стандарты как 802.11ad и 802.11ay изначально планировалось выпустить для передачи данных на небольшие расстояния – от 1 до 10 метров – и, в перспективе, использовать их для организации высокоскоростных интерфейсов передачи данных, например, для подключения мониторов к ПК и передачи изображения в формате 8K. Однако, в результате развития 5G-сетей и переходом в диапазон до 100 ГГц, устройства с поддержкой 802.11ad стали применяться для организации радиодоступа вне помещений (но для таких частот должны быть обеспечены условия прямой видимости).

 

Частотные диапазоны Wi-Fi-сетей

Диапазон 2.4 ГГц

В диапазоне 2,4 ГГц стандартами определено 14 каналов.

Каждый канал занимает ширину в 20 МГц. В некоторых случаях, стандартами разрешено использовать ширину канала равную 40 МГц (см. раздел Агрегация каналов). Номера каналов и их центральные частоты приведены на рисунке.

Одним из недостатков диапазона 2,4 ГГц является его высокая загруженность и малое количество каналов. Помехи для Wi-Fi-сети могут создавать не только другие Wi-Fi-устройства и точки доступа, но и Bluetooth-устройства, работающие в этом же частотном диапазоне. Даже обычная бытовая СВЧ-печь способна очень сильно влиять на качество соединения в диапазоне 2,4 ГГц. Для минимизации взаимных влияний мощность Wi-Fi-передатчиков строго ограничена и регламентирована. Использование мощного передатчика требует получения разрешения в радиочастотном центре.

 

Диапазон 5 ГГц

В частотном диапазоне 5 ГГц доступно 23 неперекрывающихся канала по 20 МГц. Можно даже отметить, что 5-гигагерцовый диапазон состоит только из неперекрывающихся каналов, так как на такой частоте перекрытие создает существенные коллизии. Здесь уже можно использовать не только ширину 20/40 МГц, но и каналы шириной в 80 МГц (основной + вспомогательный).

 

Достоинства Wi-Fi

1. Отсутствие проводов – это один из самых главных плюсов Wi-Fi;

2. Мобильность и высокая скорость передачи данных;

3. Сети Wi-Fi не создают помех;

4. Простая настройка Wi-Fi сетей;

5. Wi-Fi модуль может объединить всю электронику в доме;

6. Wi-Fi безопасен для человека.

 

Недостатки Wi-Fi

1. Велико влияние окружающей среды на передачу данных;

2. Ограниченный радиус действия. У каждого Wi-Fi модуля он свой (может достигать до 500 метров);

3. На качество связи влияет толщина стен и другие препятствия;

4. Слабая защита от взлома;

5. Высокое энергопотребление;

6. Из-за большого количество точек доступа Wi-Fi в доме, передача данных ухудшается.