После краткого рассмотрения функций отдельных уровней модели OSI перейдем к изложению принципа перемещения информации между двумя прикладными процессами.

Допустим, приложению (на рисунке вверху) надо обратиться к файловой службе на другом компьютере. Оно отправляет запрос прикладному уровню, на основании которого программное обеспечение формирует сообщение стандартного формата, состоящее из поля данных и служебного заголовка. Последний содержит описание того, какие действия должен произвести прикладной уровень машины-адресата, а также инструкции для смежного нижнего уровня. Презентационный уровень, в свою очередь, форматирует данные согласно полученным инструкциям и добавляет собственный заголовок (некоторые реализации протоколов включают служебные данные еще и в конец сообщения), после чего информация поступает на сеансовый уровень. Эта процедура, называемая инкапсуляцией, повторяется далее при движении данных и служебной информации вниз, вплоть до физического уровня.

Попав на физический уровень, т. е. в сеть, данные проходят через множество других устройств (сетевые адаптеры, концентраторы, маршрутизаторы, мосты и т. д.) и, достигнув адресата, подвергаются обратному процессу инкапсуляции (правая часть рисунка).

Сети передачи данных могут быть двух типов — локальные (Local Area Network, LAN) и глобальные (Wide Area Network, WAN), последние соединяют любые две сети в пределах земного шара выделенными или коммутируемыми каналами связи.

Локальные сети различаются средой передачи, топологией и управлением доступом к среде передачи. В зависимости от среды передачи они делятся на проводные (с использованием коаксиального, витопарного и волоконно-оптического кабеля) и беспроводные (WLAN), а по типу топологии — на сети c топологией «шина», «кольцо» и «звезда».

Каждый компьютер локальной сети подключается к среде передачи через специальный адаптер, который «видит», что передает любой другой адаптер той же сети. Подобные системы называют широковещательными. Последовательность доступа узлов к среде передачи регламентирует протокол МАС, а реализуется он с помощью схем двух типов — опрашивающей и состязательной.

Опрашивающие схемы МАС могут быть централизованными и распределенными. Централизованные имеют топологию «звезда» с концентратором в качест-ве управляющего узла, а распределенные — кольцевую или шинную топологию с передачей маркера.

MAC с состязательным доступом чаще всего реализуются в виде схемы множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (Сarrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD) или схемы множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий (Сarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA). Первая используется во всех видах локальных сетей Ethernet, а вторая — в большинстве беспроводных WLAN.

Безусловный лидер среди локальных сетей — сеть Ethernet IEEE 802.3, где в качестве среды передачи применяется коаксиальный кабель, витая пара (этот тип Ethernet имеет в обозначении букву Т (Twisted)) и волоконно-оптический кабель. Переход на витую пару позволил реализовать полнодуплексную передачу по двум витым парам, благодаря чему понятие коллизии потеряло смысл, поскольку передача и прием стали независимыми операциями. Ethernet имеет скорости передачи 10, 100 (Fast Ethernet) и 1000 Мбит/c (1 Гбит/c, Gigabit Ethernet).

IEEE стандартизировал также МАС Token Ring в спецификации IEEE 802.5, где определяется схема распределенного опроса с использованием протокола передачи маркера в топологии «кольцо». Этот стандарт поддерживает скорости передачи 1, 4 и 16 Мбит/c.

В качестве среды передачи в спецификации IEEE 802.5 определены экранированная (STP) и неэкранированная (UTP) витые пары, а также многомодовое волокно.

Все более популярными становятся беспроводные локальные сети (Wireless LAN, WLAN). Их параметры утверждены в спецификациях IEEE 802.11, известных также по аббревиатуре Wi-Fi (от словосочетания Wireless Fidelity — «высокое беспроводное качество») — так, по образцу Hi-Fi, называют формат передачи цифровых данных по радиоканалам.

Наиболее распространен сегодня стандарт IEEE 802.11b, он определяет функционирование беспроводных локальных вычислительных сетей в диапазоне 2,4 ГГц со скоростью передачи данных 11 Мбит/с по протоколу Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). Более поздняя спецификация 802.11g позволяет отправлять и получать информацию на скоростях до 54 Мбит/с. Перспективный стандарт 802.11n будет обеспечивать скорости до 320 Мбит/с.

При организации WLAN с помощью технологии Wi-Fi в одной или нескольких точках офиса устанавливаются базовые станции (центральный приемник-передатчик с антенной, подключенный к внешней сети или серверу), а в каждый компьютер — сетевая плата с антенной. Тем самым устраняется жесткая «привязка» компьютера к определенному месту. Точки доступа соединяют проводную и беспроводную сеть и обеспечивают для последней доступ к ресурсам проводной сети. Иными словами, это программно-аппаратные устройства, выполняющие функции концентратора для клиента беспроводной сети. Следующим логическим шагом стала идея использовать стандарт Wi-Fi для связи мобильных компьютеров.

Радиус действия большинства систем WLAN составляет 160 м в зависимости от количества и вида встреченных препятствий. Дополнительные точки доступа помогут расширить зону действия. Количество пользователей или емкость сети можно увеличить за счет применения двух или трех несущих частот излучения вместо одной.

Очевидно, что в случае Wi-Fi важной проблемой становится безопасность сети. Априори, беспроводные сети должны быть снабжены дополнительными средствами обеспечения надежности по сравнению с кабельными. WLAN использует технологию Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), которая отличается высокой устойчивостью к искажению данных и помехам, в том числе преднамеренным. Проблема аутентификации пользователей решается введением системных идентификаторов. Для передачи важной информации предусмотрен режим Wired Equivalent Privacy (WEP) — в таком случае сигнал шифруется дополнительным алгоритмом, а данные контролируются с помощью электронного ключа. В стандарте 802.11b вместе с аутентификацией пользователя могут применяться 40- и 128-разрядные алгоритмы шифрования, что делает перехват трафика практически невозможным. Довольно значимым шагом вперед стала технология Centrino от компании Intel, предусматривающая интеграцию интерфейса WLAN в системную плату ноутбука.

Как и все стандарты IEEE 802, 802.11 относится к двум нижним уровням модели OSI — физическому и канальному. Любое сетевое приложение, сетевая операционная система или протокол (например, TCP/IP) будут одинаково хорошо функционировать и в сети 802.11, и в сети Ethernet.

Основная архитектура — особенности услуги 802.11a/b/g — определяется в первоначальном стандарте 802.11. Спецификация 802.11a/b/g затрагивает только физический уровень, вводя лишь более высокие скорости доступа.

В заключение отметим, что благодаря органичной связи Ethernet c протоколом IP область применения технологии Ethernet расширяется. В частности, она успешно внедряется в сетях широкополосного абонентского доступа под названием Ethernet in the First Mile (EFM).

Игорь Иванцов — менеджер отдела «Инструменты и приборы для монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем» компании «СвязьКомплект». С ним можно связаться по тел. (495) 362-7787, по адресам: info@skomplekt.com, www.skomplekt.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями