Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ» Лекция 16. Структура и организация сетей

Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Лекция 16. Структура и организация сетей
В лекции приведен обзор концепций сетевой работы, включая общие понятия
о том, как компьютер обрабатывает данные и как это используется при организации сетевого взаимодействия. Дополнительно рассказывается о семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect, OSI), о сетях
Ethernet и гигабитный Ethernet и беспроводном оборудовании. Завершит лекцию
обзор технологий глобальных сетей (Wide Area Network, WAN).
Двоичные сообщения состоят из битов
Для обмена данными компьютеры, образующие сеть, должны передавать друг
другу электрические сигналы при помощи различных аппаратных средств. Эти сигналы проходят по лабиринту транзисторов и микросхем внутри компьютера, а затем отправляются по соединительным кабелям к другим сетевым устройствам.
Во время передачи от одного устройства к другому сигнал сначала попадает
на сетевую интерфейсную плату (Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер. Сетевой адаптер преобразует электрические волновые импульсы в данные,
понятные компьютеру. Он интерпретирует каждый волновой импульс как одно из
состояний: включено (on) или выключено (off). Этот процесс называется преобразованием в двоичную форму. Состояние on означает двоичное число 1, а состояние
off - 0. Данные, поступившие в компьютер, превращаются в биты. Файл, состоящий
из битов, называется двоичным файлом.
Примечание. В оптоволоконных сетях в двоичную форму переводятся световые
импульсы, также представляющие собой сигналы on и off.
Колебания напряжения электрических импульсов (своего рода азбука Морзе)
преобразуются в двоичную форму. Естественно, эти колебания происходят за
очень короткие промежутки времени. Период времени между двумя колебаниями
называется циклом, обратная величина к периоду называется частотой, частота
измеряется в герцах (Гц). Так, процессор в сетевой плате, работающий со скоростью 100 Мб/с, генерирует сто миллионов импульсов в секунду.
Сетевые устройства
На первый взгляд может показаться, что стоит лишь соединить два компьютера кабелем, и они без проблем начнут обмениваться информацией. К сожалению, все
гораздо сложнее.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Существует несколько причин для использования сетевых устройств в различных точках сети. В малом офисе компьютеры объединяются с помощью концентратора, или хаба (hub) либо небольшого коммутатора (switch), соединенного с
сервером. В крупной организации работает большее количество коммутаторов, соединенных с несколькими серверами. При работе с интернетом к этому набору добавляются маршрутизаторы (router). Давайте более подробно рассмотрим работу
этих устройств, выясним их функции и место в сети.
Пару десятилетий назад аббревиатура LAN (Local Area Network - локальная
вычислительная сеть) применялась для описания сетей любого размера. Независимо от количества компьютеров - два или четыре тысячи - все они объединялись в
одну сеть. Позже, когда размер сетей значительно вырос, началось их разделение
на сети меньшего размера.
Примечание. Благодаря LAN-сегментации, у нас появился маршрутизатор - основа
интернета. Маршрутизатор был изобретен одним человеком из Стенфорда (его рабочая станция находилась в одной локальной сети), который хотел общаться со
своей женой (ее рабочая станция располагалась в другой локальной сети). Эти
двое и положили начало небольшой компании, о которой вы, наверное, слышали компании Cisco.
Маршрутизаторы
Без маршрутизаторов невозможно было бы существование интернета. Маршрутизатор делает именно то, на что указывает его название - направляет данные
из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот
процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения.
Маршрутизаторы играют роль дорожной полиции, разрешая пересылку данных
только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации. Осуществляя поддержку соединений удаленного доступа (dial-in)
и выделенных линий, маршрутизаторы обрабатывают ошибки, ведут статистику
использования сети и обеспечивают безопасность данных.
Интернет осуществляет информационную связь между несколькими компьютерами, поэтому разработчики осознали потребность в инструменте для поддержки
этой связи. В основном интернет использует для своих нужд существующие телекоммуникационные линии. Для того чтобы компьютер А в США установил связь с
компьютером Б в Голландии, необходимо:


проложить маршрут связи в телекоммуникационной системе;
передать по этому маршруту пакеты - блоки данных, пересылаемые с помощью интернета.
Эти задания выполняют маршрутизаторы, передавая по одному пакету в единицу времени.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Рис.12.1. Связь между двумя ПК на разных континентах
Примечание. Пакеты аналогичны словам, т. е. представляют собой группы байтов
одинакового размера. Отличие в том, что пакеты не обрабатываются компьютером,
а передаются по телекоммуникационной системе, а затем конвертируются в данные, используемые принимающим устройством.
Функции маршрутизаторов уникальны и заключаются в следующем:






Поддержка различных протоколов (Ethernet, Token Ring, ISDN и др.) для
успешной реализации совместимости компьютеров.
Установка связи между локальными и глобальными сетями с возможностью
создания широкомасштабных сетей при минимуме централизованного планирования.
Фильтрация нежелательного трафика посредством изоляции областей, в которых сообщения могут транслироваться всем пользователям сети.
Обеспечение безопасности за счет контроля трафика с помощью списков
разрешений доступа.
Обеспечение стабильности работы за счет предоставления множества внутрисетевых маршрутов.
Автоматическая прокладка новых маршрутов и выбор наиболее оптимальных,
устранение искусственных ограничений, возникающие на пути расширения и
улучшения работы сети.
Маршрутизаторы похожи на универсальных переводчиков - их важнейшим качеством является способность одновременной поддержки нескольких сетевых протоколов. Именно благодаря этому несовместимые компьютеры могут поддерживать
связь друг с другом, несмотря на различие в архитектуре сети, операционных системах, формате данных и т. д.
Способность маршрутизаторов отфильтровывать нежелательный трафик также
очень важна для работы в сети. Некоторые представляют себе интернет территорией, где отсутствуют законы, и каждый может делать все, что ему вздумается. На
самом деле сетевые администраторы могут оградить вас от нежелательной информации, соответствующим образом настроив свои маршрутизаторы. Это дает возможность эффективной работы в режиме онлайн, снижая ощущение, что кто-то посторонний просматривает секретные документы и файлы.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Серверы
Серверы - это компьютеры сети, управляющие важнейшими операциями ее
функционирования. В локальных сетях серверы предоставляют информацию компьютерам-клиентам, а в более крупных сетях управляют работой файловой системы и печатью.
Функции сервера могут быть и узкоспециализированными в зависимости от потребностей компании, назначения и размеров сети. Одни серверы будут выполнять уникальные функции, а другие - дублирующие, в зависимости
от важности возложенной на них работы.
На количество и размещение серверов влияют несколько факторов. Небольшой
организации нужен всего один сервер для связи с компьютерами-клиентами. В
крупных организациях серверы выполняют более специализированные задания.
Как показано на рис. 12.2 в компании Acme Consolidated Consumer Products используется несколько серверов, выполняющих различные функции:





Веб-сервер содержит информацию веб-сайта (веб-страницы и онлайновый
каталог).
Файловый сервер централизованно хранит файлы компании.
Сервер печати хранит задания для печати на принтере.
Сервер приложений содержит приложения, с которыми работают посетители
веб-сайта и служащие компании.
Почтовый сервер контролирует электронную почту.
Каждый из этих серверов может быть отдельным устройством, но это не обязательно. На одном компьютере можно разместить несколько отдельных серверов,
если правильно их настроить.
Рис. 12.2. Размещение серверов в сети
Концентраторы и коммутаторы
Концентраторы и коммутаторы - это устройства со множеством портов, к которым присоединены кабелями пятой категории компьютеры пользователей. Основной функцией концентраторов и коммутаторов является соединение многочисленных устройств (персональных компьютеров, принтеров, других концентраторов
и коммутаторов) с серверами.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Концентратор (hub) предназначен для соединения нескольких персональных
компьютеров с одним сервером. Его принцип работы напоминает работу распределителя электропитания, который используется для подключения к одной розетке
нескольких устройств (телевизора, DVD-плеера, спутниковой тарелки и т.д.). При
обмене данными между сервером и его клиентами hub разделяет одно соединение
на несколько.
Hub передает один и тот же сигнал на все выходные порты, поэтому данные
распространяются на все устройства локальной сети, подключенные к нему. Остается загадкой, почему в ваш компьютер не попадают данные, предназначенные
для коллеги за соседним столом. Это происходит благодаря тому, что каждый компьютер отфильтровывает те пакеты, которые ему не предназначены.
Коммутатор во многом похож на концентратор. Оба устройства имеют панель
с портами (разъемами), к которым подключается кабель типа "витая пара". Концентраторы и коммутаторы образуют в локальной сети домен и используются для
прямой доставки сообщений через главную магистраль сети.
Коммутатор отличается от hub тем, что может создавать в сети выделенные
(частные) соединения. В нашем примере с распределителем электропитания электрический ток разделяется на несколько потоков, подводимых ко всем устройствам
в помещении. Эта аналогия соответствует работе коммутатора не полностью, поскольку он работает избирательно. Тут в большей степени подходит сравнение с
системой коммутации, используемой в локальной АТС. Когда вы звоните другу (подруге) по городскому телефону, то коммутатор работает таким образом, что образуется изолированная цепь, чтобы вы могли вести приватную беседу по поводу
Джулии. Если бы соединение осуществлялось с помощью концентратора, то ваша
беседа транслировалась бы на каждый телефонный аппарат, подключенный к
нему. На рис. 12.3 показано отличие в работе концентратора и коммутатора.
Рис. 12.3. Концентратор повторяет сигнал, а коммутатор направляет его к определенному порту
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Коммутаторы удобны тем, что они разделяют полосу пропускания. В коммутируемых сетях все устройства получают полный доступ к полосе пропускания физической среды передачи данных, и для выполнения передачи требуются доли секунды.
Концентратор принимает кадры (фреймы) от одного хоста (устройства, подключенного к сети и работающего через протокол TCP/IP) и пересылает их на все
хосты, которые с ним связаны. Коммутатор просматривает кадры, поступающие через его порты, и сразу передает их порту (или портам) другого коммутатора. Весь
процесс происходит очень быстро, поэтому коммутаторы передают одновременно
несколько потоков данных. Таким образом, коммутатор может поддерживать десятки хостов посредством одного коммутируемого порта.
Модель взаимодействия открытых систем
Для того чтобы сетевые устройства могли общаться друг с другом, они должны "говорить" на одном языке. Однако множество компаний разрабатывают свои
собственные фирменные устройства и операционные системы, поэтому возникает
вопрос - как определить лучшую из них? Кто принимает решение о том, на каком
языке эти устройства обмениваются информацией?
На этот вопрос дала ответ Международная организация по стандартизации
(International Standards Organization, ISO), расположенная в Париже. В 1978 г. ISO
обнародовала эталонную модель взаимодействия открытых систем (Open System
Interconnection, OSI). Эта модель состоит из семи уровней и является стандартом
для разработки интерфейсов взаимодействующих устройств, она стала основой для
создания популярного межсетевого протокола IP (Internet Protocol).
Семиуровневая модель OSI является базой для осуществления взаимодействия в сетях, т. е. компьютерная система одного разработчика получает возможность обмениваться данными с системой другого разработчика.
Семиуровневый стек
Модель OSI делит сеть на семь функциональных уровней, поэтому ее иногда
называют семиуровневым стеком. Каждый уровень соответствует функции или
набору функций, которые выполняются во время прохождения данных по сети.
Модель OSI является стандартом, поэтому не имеет значения, какие протоколы
взаимодействуют друг с другом. Если протоколы работают в рамках семиуровневого стека, то на каждом уровне действуют одни и те же правила, создавая межпротокольную связь.
Каждый уровень имеет свой собственный протокол взаимодействия между
устройствами (см. рис. 12.4). Для установки соединения в рамках стандартизированного взаимодействия каждый уровень обращается к другому уровню для управления определенным фрагментом сетевого соединения. Между уровнями всегда
имеется фиксированный интерфейс, позволяя установку соединения с помощью
различных протоколов.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Рис. 12.4. Уровень модели OSI
Таким образом, наличие абстрактных уровней облегчает кажущуюся невыполнимой задачу по установке соединения. Чем выше мы поднимемся по стеку, начиная с самых основ - электрических сигналов в среде передачи данных, тем ближе
подойдем к пользователю - к реальному содержанию пересылаемых данных.
Уровни модели OSI:
 1 уровень - физический. Здесь устанавливается стандарт физической среды
передачи для транспортировки данных между двумя устройствами, уточняются электрические и механические характеристики сигнала (витая пара, оптоволоконный кабель, коаксиальный кабель и сетевой адаптер).
 2 уровень - канальный. Контролирует доступ в сеть и гарантирует прохождение кадров по каналам сети. Наиболее популярным здесь является протокол
CSMA/CD (Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий).
 3 уровень - сетевой. Здесь осуществляется управление перемещением данных между различными сетями. Протоколы этого уровня отвечают за поиск
устройства, которому предназначены данные. Примерами протоколов третьего уровня являются IP, IPX и Apple Talk.
 4 уровень - транспортный. Контролирует доставку одного фрагмента данных
к пункту назначения и в правильном порядке; здесь работают протоколы TCP
и UDP.
Примечание. TCP (Transmission Control Protocol) – протокол, поддерживающий
передачу данных, основанную на логическом соединении между посылающими и
принимающими ПК. UDP (User Datagram Protocol) – протокол, поддерживающий
передачу данных без установления логического соединения.
 5 уровень - сеансовый. Отвечает за установку и завершение соединений, организует сеансы связи между двумя устройствами.
 6 уровень - уровень представлений. Здесь данные форматируются для вывода на дисплей и принтер; используются протоколы LPP и NetBIOS.
 7 уровень - уровень приложений. В верхней части стека находятся протоколы, используемые для выполнения задач: SMTP для работы с электронной
почтой, HTTP для веб-браузеров и серверов, Telnet для сеансов связи с удаленными терминалами и множество других.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Примечание. SMPT (Simple Mail Transfer Protocol) – это протокол, который передаёт сообщения электронной почты между машинами. TELNET – обеспечивает удалённый терминальный доступ к системе, то есть пользователь одного ПК может соединиться с другим ПК и чувствовать себя так, как будто он работает за клавиатурой удалённой машины. Обратите внимание на правильное значение названия
"уровень приложений"! Здесь имеются в виду сетевые, а не программные прикладные приложения типа текстовых редакторов или электронных таблиц. Сетевые
приложения включают в себя электронную почту, веб-браузеры и протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) – передаёт файлы между ПК.
Сетевые технологии
Сетевые технологии работают в сегментах локальных сетей и называются
также LAN-технологиями или сетевыми спецификациями. Самой популярной сетевой технологией является Ethernet. Разновидности Ethernet: работающий на скорости 1 Гбит/с (гигабитный Ethernet), Ethernet, работающий на скорости 10 Гбит/с
(десятигигабитный Ethernet). Существуют технологии: Token Ring, ATM
(Asynchronous Transfer Mode) и беспроводной сети.
Сетевые технологии реализуются на канальном уровне стандартной модели
OSI. Это значит, что их можно охарактеризовать физическими носителями и способом управления доступом к этим носителям. Работа в сети требует наличия связности отдельных сетевых устройств и определенного порядка их взаимодействия. По
этой причине канальный уровень передачи данных еще называют уровнем
управления доступом к среде или MAC-уровнем. Сообщения, расположенные
на этом уровне, называются фреймами.
Порядок взаимодействия в сетевом соединении обеспечивается только за
счет МАС-адресов (серийных номеров или идентификаторов). Для передачи сообщения из локальной сети во внешнюю необходим протокол сетевого уровня,
например IP. Сетевые технологии могут функционировать только в коммутируемых
объединенных сетях, т.е. их целесообразно использовать в локальных сетях или
при передаче по простым, неразветвленным, протяженным маршрутам.
Сетевые технологии работают на двух уровнях.

Сети общего доступа. Сетевые технологии обеспечивают связь между устройствами, рабочими группами и общими ресурсами типа принтеров и серверов.
Такие локальные сети формируются с помощью концентраторов или коммута-
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»

торов и обеспечивают соединение "местного" масштаба. Например, в крупном
учреждении сети общего доступа могут охватить один этаж.
Магистральные сети. Сетевые технологии устанавливают связи между сетями
общего доступа и такими устройствами, как серверы баз данных и почтовые
серверы. Магистральные сети включают в себя маршрутизаторы и LANкоммутаторы. Обычно они служат для соединения сетей внутри одного здания или студенческого городка. На рис. 12.5 показано различие между сетями общего доступа и магистральными сетями.
Рис. 12.5. Сеть общего доступа и магистральная сеть
Ethernet
В 1970 г. корпорация Xerox разработала первую версию Ethernet. Спустя десять лет, в результате совместных усилий с компаниями Intel и Digital Equipment
Corporation (позже превратившейся в Compaq), в 1983 г. была выпущена вторая
версия. В последующие 20 лет Ethernet стала лидирующей сетевой технологией.
Возможно, такой популярности Ethernet обязана своей дешевизне. Сетевая карта
Ethernet стоит меньше 10 долларов, а некоторые производители интегрируют
Ethernet-карты в материнские платы своих компьютеров.
Наряду с популярностью возрастала и мощность Ethernet. Термин Ethernet
стал применяться при описании технологии со скоростью передачи данных в 10
Мб/с. Fast Ethernet, внедренный в 1995 г., работал на скорости 100 Мб/с. В следующем году появился гигабитный Ethernet, а в 2002 г. в качестве стандарта был
предложен 10-гигабитный Ethernet, который выводит технологию Ethernet на просторы глобальных вычислительных сетей (WAN). Технология Ethernet удовлетворяет спецификации IEEE 802.3.
Примечание. Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute for
Electronics Engineers - IEEE), возникший еще в 20 веке, разработал стандарты для
первого и второго уровней модели OSI. Стандарты 3 уровня (и выше) выпустила
инженерная группа проектирования интернета (Internet Engineering Task Force IETF).
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Архитектура Ethernet
Популярность Ethernet нередко вызывает удивление. Эта технология изначально не является эффективной. На самом деле только 37 % полосы пропускания
подходит для ее функционирования, так как Ethernet работает в условиях одновременного использования канала связи. Устройства, подключенные к локальной
сети Ethernet, прослушивают линию и ожидают ее освобождения для отправки сообщения. Если два устройства одновременно начинают передачу данных, и их пакеты сталкиваются, то обе передачи прерываются, и рабочие станции через некоторое время, определяемое случайным образом, осуществляют новую попытку отправки данных.
Ethernet использует алгоритм CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов) для прослушивания линии, распознавания коллизии и прерывания передачи.
CSMA/CD является "светофором" технологии Ethernet и служит для предотвращения беспорядочных столкновений пакетов в сети. На рис. 12.6 показано, как работает алгоритм CSMA/CD.
Рис. 12.6. Работа алгоритма CSMA/CD
Технология Ethernet использует общую среду передачи, поэтому все устройства локальной сети Ethernet получают все сообщения, а затем проверяют, совпадает ли адрес назначения с собственным адресом устройства. Если адреса совпадают, то сообщение принимается и проходит через все семь уровней стека, в противном случае сообщение отбрасывается.
Реализация коммутируемой архитектуры сети Ethernet имеет преимущество в
том, что линии, связывающие коммутатор с устройствами, подключенными к сети,
получают полосу пропускания максимальной ширины. Это объясняется тем, что
передаваемые пакеты не отправляются широковещанием ко всем устройствам сети, а передаются от коммутатора к пункту назначения.
Гигабитный Ethernet
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Гигабитный Ethernet является расширением Ethernet-стандарта до скорости
1000 Мб/с. Такой скачок вызван тем, что он наследует возможности других
Ethernet-спецификаций (исходного 10-мегабитного Ethernet и 100-мегабитного Fast
Ethernet).
Несмотря на высокую скорость передачи, Ethernet не совсем подходит для
глобальных сетей. Эта технология использует кадры переменного размера - от 64
до 1400 байт, что не соответствует характеристикам ATM по качеству обслуживания (Quality of Service, QoS).
Примечание. Качество обслуживания (QoS) гарантирует наиболее эффективную
отправку и получение пакетов.
10-гигабитный Ethernet
Следующей ступенькой в развитии Ethernet стал 10-гигабитный Ethernet.
Скорости передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с в технологии Ethernet делают ее хорошим способом доступа к данным, гигабитный Ethernet становится претендентом на
роль WAN. А 10-гигабитная реализация Ethernet становится настоящей глобальной
сетевой технологией.
10-гигабитный Ethernet использует Ethernet-протокол, формат кадра и размер
кадра, определенные в спецификации IEEE 802.3.
Token Ring
Технология Token Ring является главным конкурентом Ethernet в борьбе за
лидерство в LAN-технологиях. Token Ring отличается своей архитектурой и не
совместим с Ethernet во всем, что касается сетевых карт, соединительных кабелей
и программного обеспечения.
Примечание. Технология Ethernet определяется в спецификации IEEE 802.3, технология Token Ring - в спецификации IEEE 802.5.
Token Ring (кольцевая сеть с маркерным доступом) называется так, потому
что образует из хостов (узлов) логическое кольцо. Сегменты локальной сети, организованной по технологии Token Ring, передают сигналы по очереди от одного хоста к следующему, как если бы кабель на самом деле представлял собой одно гигантское кольцо. На практике хосты не обязательно соединяются по кругу, более
того, конфигурация их соединения может иметь обычную топологию "звезда" (см.
рис. 12.7).
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Рис. 12.7. Организация локальной сети Token Ring
Технология Ethernet в процессе принятия решения о том, какой хост будет
широковещательным, отслеживает освобождение линии связи. Технология Token
Ring действует более упорядоченно: протокол с эстафетной передачей маркера
контролирует трафик, посылая специальный кадр - маркер (token) - от хоста к хосту. Только хост, владеющий маркером, получает право на передачу информации,
что позволяет устранять коллизии пакетов.
По сути, Token Ring избегает коллизий за счет времени ожидания, так как
каждому хосту приходится ждать своей очереди на передачу. Исключение коллизий пакетов в значительной степени способствует более полному использованию
полосы пропускания. Token Ring использует до 75 % полосы пропускания, в то
время как теоретический максимум использования у Ethernet составляет около 37
%. В первых реализациях Token Ring скорость передачи данных составляла 4
Мбит/с. Сейчас большинство локальных сетей с технологией Token Ring повысили
свою скорость до 16 Мбит/с. Это не так много по сравнению со 100-мегабитным
Fast Ethernet, но, как уже говорилось, Token Ring работает гораздо эффективнее,
чем Ethernet.
Не стоит забывать, что деньги тоже имеют значение. Token Ring не стал лидирующим стандартом только потому, что имеет более высокие цены за трафик.
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
Организация локальных сетей Token Ring стоит дороже из-за технологической сложности механизма эстафетной передачи маркера и использования сетевых
карт, которые передают пакеты в упорядоченном режиме.
ATM
Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM)
отличается от других сетевых технологий тем, что каждая передача состоит из 53байтовых ячеек. Ячейки - это блоки фиксированной длины и, подобно пакетам,
представляют собой части сообщения. Формат фиксированной длины позволяет
получать уникальные характеристики:



Ориентация на виртуальные каналы связи. Сетевые соединения, использующие ячейки, наиболее эффективно работают в режиме двухточечного соединения (point-to-point), когда принимающая станция находится в состоянии
активности и готова к приему и обработке ячеек.
Скорость. Благодаря одинаковой величине ячеек устройства, обслуживающие
технологию АТМ, могут точно определить заголовок ячейки и начало блока
данных. Это ускоряет процесс обработки и позволяет АТМ-сетям работать со
скоростью до 622 Мбит/с.
Качество обслуживания (QoS). Прогнозируемые скорости передачи данных и
виртуальные каналы позволяют гарантировать высокий уровень обслуживания для большей части трафика.
АТМ-технология отличается от технологии Ethernet и Token Ring тем, что является коммутируемой технологией, в которой виртуальные каналы устанавливаются
до начала передачи. Ethernet и Token Ring не создают виртуальных каналов, более
того, они отсылают сообщение хосту без предварительного уведомления, оставляя
задачу определения оптимального маршрута маршрутизаторам.
Ячейки АТМ достаточно малы (53 байта) по сравнению с Ethernet-пакетами,
имеющими размер от 64 до 1500 байт, поэтому их быстрее обрабатывать и легче
осуществлять контроль.
Еще одной отличительной чертой АТМ является то, что эта технология разработана для оптоволоконных кабелей, работающих в технических условиях синхронных оптических сетей (Synchronous Optical Network, SONET). SONET является
ANSI-стандартом, который определяет характеристики физических интерфейсов,
подключаемых к оптоволоконным кабелям.
Архитектура ATM-сетей эффективно использует полосу передачи для максимальных скоростей, на 75% превышая эффективность технологии Token Ring. Скорость передачи для большинства магистральных АТМ-сетей составляет 155 Мбит/с
Курсы повышения квалификации «АДМИНИСТРИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ»
(ОС-3) или 622 Мбит/с (ОС-12). Скорость передачи для сильно нагруженных междугородных линий связи составляет 622 Мбит/с (ОС-12) и 2,488 Гбит/с (ОС-48).
Беспроводная связь
Технологической базой для работы беспроводных локальных сетей является
стандарт IEEE 802.11. Он введен в эксплуатацию в начале 90-х годов прошлого века и применяется в нелицензированном диапазоне частот 2,4 ГГц. Первые версии
стандарта 802.11 поддерживали скорость передачи данных от одного до двух мегабит в секунду. Усовершенствованный стандарт 802.11b повысил эту скорость до
5,5 Мбит/с и 11 Мбит/с.
Появилась новая версия протокола 802.11а, работающая на скорости 54
Мбит/с, но она еще не завоевала такой популярности, как версия 802.11b. Протоколы 802.11 и 802.11b работают на частоте 2,4 ГГц, а версия 802.11а - на частоте
5,8 ГГц.
Целью разработки стандарта 802.11а было следующее:



создать спецификацию МАС-уровня и физического уровня для беспроводных
соединений;
предоставить беспроводную связь автоматическому оборудованию, устройствам или станциям, требующим быстрого соединения;
представить стандарт для глобального и повсеместного использования.
Примечание. Именно из-за третьего пункта IEEE выбрал в качестве рабочей частоты 2,4 ГГц. Это нелицензированная полоса частот, предназначенная для использования в промышленности, науке и медицине.
Архитектура беспроводных локальных сетей, работающих по стандарту 802.11,
напоминает архитектуру сетей сотовой телефонной связи. Используя сетевую архитектуру, описанную ниже, беспроводные компьютерные сети пользуются преимуществами роуминга телефонных сетей, обеспечивая высокие скорости передачи данных.


Ячейки и наборы. Беспроводная локальная сеть (WLAN) 802.11 поделена на
ячейки. Каждая ячейка управляется точкой доступа (access point, АР). Точка
доступа - это устройство, осуществляющее обмен данными с беспроводными
сетевыми картами. Одна точка доступа не может удовлетворять все запросы
локальной беспроводной сети, поэтому имеется возможность присоединения
множества точек доступа к общей магистрали. При совместной работе нескольких АР образуется так называемая распределенная система (distribution
system). Независимо от размера сети и наличия подключенных к ней узлов,
группа беспроводных устройств рассматривается верхними уровнями модели
OSI в качестве одной локальной сети IEEE 802.11.
Физический уровень. Протокол 802.11 охватывает физический уровень и
МАС-уровень. Он распространяется на следующие виды беспроводных носителей: с расширением спектра сигналов со скачкообразной перестройкой частоты, с расширением спектра сигнала по принципу прямой последовательности и инфракрасные. Один МАС-уровень поддерживает все три физических
уровня.