Способы подключения к сети ИнтернетПередача информации в компьютерных сетях осуществляется путём, по существу, её двойного кодирования. Первичное кодирование осуществляется в компьютере с помощью перевода исходной информации (текста, изображения, звука и т.д.) в ряды цифр двоичной системы исчисления, представленных сигналами внутри компьютера. Вторичное кодирование происходит в коммутационном оборудовании (сетевых картах, коммутаторах, модемах и т.д.) путём генерации сигналов для передачи по линии связи, соответствующих значениям цифр 0 и 1. Любой сигнал можно разложить в ряд Фурье, представленный гармониками различной частоты. В 1924 г. Найквистом показано, что существует максимальная скорость прохождения сигнала по каналу связи с ограниченной полосой пропускания частот. В 1948 г. Шенноном предложено с учётом наличия помех (шумов) в канале связи максимальную скорость передачи двоичных сигналов оценивать по формуле [2, c.119]:
V = Н log2 (1+S/N), бит/с, (1.1)
где H – полоса пропускания канала (диапазон частот, которые передаются с минимальным затуханием), Гц; S/N – отношение мощности полезного сигнала и шума.
Таким образом, полоса пропускания и уровень помех канала связи определяют характеристики различных способов подключения к сети Интернет. Подключение пользователя к сети Интернет (рисунок 1.1) осуществляется через коммутационное оборудование пользователя и специальных организаций, предоставляющих доступ к сети Интернет– провайдеров.
Канал связи Локальная сеть Маршрутизаторы Коммуникационная с провайдером провайдера сеть Интернет
Компьютер Клиенты Коммуникационное пользователя локальных сетей оборудование провайдера провайдеров
Маршрутизатор с дополнительными H hvKKzwXFKzdnnjSPyTrB+PpiByYV2CRE0oKTQKMSFKv1glOiBEwUWmd4SmNFaB8AX6yzwr4vJ8v1 Yr3IRtk0X4+ySV2P7jZVNso3wFA9q6uqTn8g+DQrOsm50Ij/We1p9ndquszdWadXvV+JSl5nj4wC 2Od3BB01gTI4C2pn+GnrsDuUBwg8Ol+GESfo1330evllrH4CAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQBJ INqa3wAAAAoBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sTI/BTsMwEETvSPyDtUjcqNMqiUiIUyEkToAQ bS/c3HibRI3Xbuym4e9ZTvS4M6PZN9V6toOYcAy9IwXLRQICqXGmp1bBbvv68AgiRE1GD45QwQ8G WNe3N5UujbvQF06b2AouoVBqBV2MvpQyNB1aHRbOI7F3cKPVkc+xlWbUFy63g1wlSS6t7ok/dNrj S4fNcXO2Cg6Jbz6L7Zs5nXw6te/fO7/8OCp1fzc/P4GIOMf/MPzhMzrUzLR3ZzJBDArSvOAtkY1k BYIDWV5kIPYspFkBsq7k9YT6FwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAA AAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAA lAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADEMRBxEAgAA egQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEkg2prf AAAACgEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAngQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAACq BQAAAAA= "> функциями
Канал связи Локальная сеть с провайдером провайдера
Локальная сеть Клиенты локальной пользователя сети пользователя
Рисунок 1.1 – Схемы подключения компьютеров и других устройств пользователя к сети Интернет
Это подключение может быть выполнено различными способами, которые можно разделить по виду используемой передающей среды для организации канала связи [1, с. 256 – 285]: 1. Витая пара. 2. Волоконно-оптический кабель. 3. Кабели телефонной сети общего пользования. 4. Коаксиальный кабель. 5. Беспроводная связь. Каждый способ имеет свои особенности по скорости обмена информацией, допустимому расстоянию, устойчивости к воздействию внешних факторов, аппаратному оснащению провайдера и пользователя и т.д.Первые четыре способа организации канала связи относятся к кабельной связи. Кабельная связь. Витая пара – скрученная с заданным шагом пара проводов, диаметром 1 мм. Скручивание позволяет уменьшить электромагнитное взаимодействие проводов. Витая пара выпускается в двух исполнениях: – неэкранированном UTP (Unshielded Twisted Pair) на расстояние до100 м. – экранированном STP (Shielded Twisted Pair) для расстояний не более 185 м. В локальных сетях наиболее распространена неэкранированная витая пара. Согласно стандарту ISO витая пара по качеству делится на 7 категорий. Наиболее распространённый стандарт передачи данных для подключения пользователей сети Ethernet 100 Base (Band Signaling –сигнал смодулированный) TX: две неэкранированные витые пары категории 5, скорость передачи от 100 до 200 Мбит/с, расстояние между станциями до 100 м, кодирование сигнала двоичное [1, c. 436 – 438]. В высокоскоростных сетях Ethernet используется стандарт передачи данных Gigabit Ethernet 1000Base-T: 1, 25 Гбит/с, 4 витые медные пары 5, 6 категории, что даёт возможность параллельно передавать 4 символа. Применяется 5 уровневое кодирование сигнала, выраженное в 5 уровнях электрического напряжения. Волоконно-оптический кабель. Оптоволоконная система передачи данных включает источник (светоизлучаюшие диоды или полупроводниковые лазеры), световод, приёмник света. Световой импульс – единица. Отсутствие импульса –ноль. Используют одномодовые и многомодовые кабели, которые отличаются количеством длин волн, с использованием которых осуществляется передача сигналов. Наиболее распространённые стандарты передачи данных для подключения пользователей сети: – Ethernet 100 Base FX – использует два многомодовых оптических кабеля с диаметром сердечника 62, 5 мкм. Расстояние между станциями до 2 км [1, c. 436 – 438]. – Gigabit Ethernet 1000Base-SX: многомодовый оптоволоконный кабель. Скорость до 1 Гбит/с в оптической среде. Расстояние между станциями до 550 м [2, c. 337]. – Gigabit Ethernet 1000Base-LX: одномодовый оптоволоконный кабель. Скорость до 1 Гбит/с в оптической среде. Расстояние между станциями до 5 км [2, c. 337]. – 10Gigabit Ethernet (10GigE) – 10 Гбит/с в оптической среде, поддержка локальных компьютерных сетей протяжённостью до 40 км. К оптоволоконному кабелю сложно подключиться в режиме несанкционированного доступа. Линия передачи нечувствительна к электромагнитным помехам. Оптоволоконный кабель легче медного кабеля. Недостаток – кабель хрупкий. Возможности увеличения дальности передачи за счёт увеличения мощности источника передачи ограничены из искажений, обусловленных нелинейными характеристиками среды передачи. Теоретический предел для оптоволоконных сетей при существующей оптоволоконной технологии составляет 50 000 Гбит/с (50Тбит/с). Сейчас работают на скорости 10 Гбит/с только потому, что не научились преобразовывать быстрее электрический сигнал в оптический и наоборот. Кабели телефонной сети общего пользования. При передаче сигнала по кабелям телефонной сети высокочастотные составляющие сигнала отфильтровываются для того, чтобы убрать помехи при передаче голоса в звуковом диапазоне. В результате полоса пропускания кабеля падает и скорость передачи двоичных сигналов составляет 30 – 35 Кбит/с. В этой связи для передачи двоичных сигналов по телефонным линиям используют два подхода: 1. Использование телефонных модемов без исключения фильтров из линии передачи данных. 2. Применение цифровой абонентской линии с исключением фильтров из линии передачи данных. При первом подходе используют коммутационное оборудование в виде модемов с различными способами модуляции сигнала: амплитудной, частотной, фазовой и их комбинациями. Провайдеры прокладывают собственные цифровые линии связи до телефонных станций и улучшают характеристики в целом линии, что позволяет поднять теоретический предел скорости передачи данных до 56 Кбит/с. Модемы стандарта V92 отправляют данные со скоростью 48Кбит/с, а принимают – 56 Кбит/с [2, c. 160 –163]. Во втором случае формируется ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – ассиметричная цифровая абонентская линия) – цифровая линия. Абоненты при этом подключаются не к телефонному коммутатору, который фильтрует частоты, а к специальному коммутатору. На стороне пользователя помимо модема дополнительно размещают устройство сопряжения с сетью и фильтр для выделения полосы частот голосовой связи. Такая схема подключения позволяет одновременно получать доступ к сети Интернет и пользоваться телефонной связью. Для модемов разработаны стандарты ADSL ANSI T1.413, а также ITU G.992.1, предусматривающие приём данных со скоростью 8 Мбит/с, отправку данных – 1 Мбит/с. Стандартная услуга на приёме 512 Кбит/с, передачу 64 (256) Кбит/с [2, c.166]. Коаксиальный кабель (центральная жила с экраном) применяется для подключения на расстояние до 500 м. Используется в системах кабельного телевидения. Кабельные модемы обеспечивают скорость передачи данных до 10 Мбит/с [1, c. 279]. Недостаток большая часть пропускной способности коаксиального кабеля занята телевизионным сигналом. Кроме того, пропускная способность канала зависит от количества абонентов, подключенных к данному сегменту сети. Беспроводная связь. Беспроводная связь основана на использовании эффекта распространения электромагнитных волн для передачи информации. Этот вид связи реализуется с использованием различных технических комплексов, включающих антенные устройства для приёма и передачи информации. Мобильная телефонная система. Область приёма и передачи сигналов разбивается на ячейки. В центре каждой ячейки располагается базовая станция, с которой связываются все телефоны, находящиеся в зоне её действия. При движении телефона он связывается со следующей базовой станцией. Для обмена данными с сетью Интернет используются два основных стандарта цифровой голосовой связи: – GSM (Global System For Mobile Communications) – глобальная система для мобильной связи. В нём используется временное и частотное уплотнение. Временное уплотнение сводится к включению в кадр передачи данных сразу нескольких абонентов, каждый из которых имеет временные ограничения доступа. Частотное уплотнение осуществляется за счёт использования сотен каналов на разных частотах. Для обмена данными с сетью Интернет используют систему GPRS (General Packet Radio Service – общие услуги пакетной связи), которая является надстройкой над системой голосовой связи на базе GSM. Передача осуществляется по голосовым каналам связи за счёт резервирования временных интервалов под пакетный трафик. Теоретически скорость передачи данных с GPRS может составлять максимально 171, 2 Кбит/с, но на практике она имеет значение около 56 Кбит/с; – CDMA (Code Devision Multiple Access) – множественный доступ с кодовым разделением каналов. Вместо разделения частотного спектра на сотни узких каналов, каждая станция может пользоваться всем спектром частот, но использует собственную кодовую модуляцию. Увеличение скорости передачи данных с помощью мобильной связи третьего поколения 3G (third generation – третье поколение) достигается за счёт широкополостной передачи данных. Сегодня в мире существуют две основные конкурирующие концепции 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems – универсальная мобильная телекоммуникационная система), поддерживаемая европейскими странами, и CDMA 2000 (Code Division Multiple Access – мультидоступ с кодовым разделением каналов), сторонниками которой традиционно являются азиатские страны и США. Концепция UMTS ориентирована на использование двух широких полос радиочастот по 5 МГц. Теоретически скорость передачи данных может составлять 21 Мбит/с и выше, но на практике она достигает пока 2 Мбит/с на коротких расстояниях. Концепция CDMA 2000 предполагает эволюционный путь и связан с сохранением существующих частот и постепенным переходом к новым технологиям. Следующим этапом развития является использование технологии четвёртого поколения мобильной связи 4G, позволяющей осуществлять передачу данных подвижным абонентам со скоростью, превышающей 100 Мбит/с и 1 Гбит/с стационарным абонентам. Основное отличие сетей четвёртого поколения от третьего, заключается в том, что технология полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе как пакетную коммутацию, так и коммутацию каналов. Спутниковая связь. Для передачи трафика используются геостационарные спутники, размещаемые на высоте около 35 800 км. Они вращаются по экваториальной орбите и неподвижны относительно поверхности Земли. Запросы в Интернет направляются через наземное подключение: кабельное соединение, радио-линию, мобильную связь (модем или телефон). Ответ получают с помощью спутникового модема от спутника. Преимуществом данного способа связи является охват лучом с большой высоты большой территории. Недостаток – задержки в передаче сигнала до 250-300 мкс. Беспроводные локальные сети стандарта IEEE 802.11. Примеры стандартов на передачу данных данного стека протоколов [2, c. 341– 354]: 1. Стандарт 802.11 ИК (Метод инфракрасной передачи в пределах прямой видимости). Скорости передачи 1 и 2 Мбит/с. 2. Стандарт 802.11b DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum — широкополосная модуляция с прямым расширением спектра). Частота 2, 4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. 3. Стандарт 802.11g OFDM (Ortogonal Frequency Division Multiplexing-ортогональное частотное уплотнение) – торговая марка Wi-Fi Alliance (Wireless Fidelity – беспроводная точность). Частота 2, 4 ГГц и позволяет передавать данный со скоростью до 54 Мбит/с. 4. Стандарт 802.11n утверждён 11 сентября 2009 года. Частоты 2, 4 – 2, 5 или 5, 0 ГГц. Теоретически стандарт 802.11n способен обеспечить скорость передачи данных до 600 Мбит/с, применяя передачу
данных сразу по 4 антеннам. По одной антенне – до 150 Мбит/с. Лицензии на использование частотного диапазона не требуется. Беспроводные локальные сети стандарта IEEE 802.15.1. Разработан в 2002 году [2, 361– 369]. Торговая марка Bluetooth. Диапазон разбит на 79 каналов по 1МГц в каждом. Используется частотная модуляция, что даёт скорость до 1 Мбит/с. Обеспечивает обмен информации между устройствами в радиусе от 1 до 200 м. Лицензии на использование частотного диапазона не требуется. Широкополосные беспроводные сети стандарта IEEE 802.16-2004. Оборудование сетей WiMAX функционирует в нескольких частотных каналах шириной 10 МГц в пределах диапазона 2 – 11 ГГц. Обеспечивают широкополосную связь на площади радиусом до 50 км с пропускной способностью, сравнимой с кабельными соединениями – до 35 Мбит/c и более. Коммерческое название WiMAX – Worldwide Interoperability for Microwave Access – всемирная способность к взаимодействию для микроволнового доступа. Широкополосные беспроводные сети стандарта IEEE 802.22. Стандарт утверждён 29 июля 2011 года. Коммерческое название Super Wi-Fi. Диапазон частот занимает спектр от 54 МГц до 698 МГц. Системы и устройства, поддерживающие этот стандарт, позволят передавать данные на скорости до 22 Мбит/с в радиусе 100 км от ближайшего передатчика.
|
