Сетевые программные и аппаратные средства информационных сетей
Системные программные средства, управляющие процессами в компьютерных сетях, объединенные общей архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов, называются сетевыми операционными системами. Они предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных, т.е. обработки данных не на отдельном локальном компьютере, а на нескольких объединенных сетью, причем часто бывает неважно — локальной или глобальной.
Сетевые операционные системы ограничены областью своего действия. Сетевые супервизоры (управляющие программы) поддерживают работу одной или нескольких взаимодействующих локальных сетей. Если взаимодействуют несколько сетей (организована интерсеть), то сетевое программное обеспечение реализуется также в шлюзах и мостах, связывающих эти сети, а все сетевые объекты (рабочие станции, серверы), принадлежащие разным сетям, подчиняются общему адресному пространству.
Сетевые операционные системы, поддерживая распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между процессорами, доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции, выполняют важные системные требования к распределенной системе как к целостной и многопользовательской.
Различают следующие системные требования:
- единая системная архитектура.
- обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности.
- высокоуровневая и высоконадежная файловая система.
Единая системная архитектура. Понятие «системная архитектура» охватывает следующие вопросы:
- распределение функций между узлами сети;
- принципы построения коммуникационных протоколов;
- методы выполнения отдаленных операций типа “клиент-сервер”;
- структуру сетевой файловой системы;
- уровни прозрачности доступа к сети;
- принципы защиты данных;
- свойства общесетевого адресного пространства. Примером может служить адресация в Internet.
Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности. Сетевая операционная система должна обеспечивать для пользователей доступ к многообразным сетевым ресурсам независимо от степени распределенности, неоднородности и мобильности данных, программ и устройств. Высокий уровень прозрачности означает, что обеспечиваются прозрачность доступа, прозрачность имен, прозрачность физических устройств и сетевой среды и т.д. Сетевая операционная система изолирует от пользователя все различия, особенности и физические параметры привязки процессов к обрабатываемым сетевым ресурсам. Например, пользователь может обратиться к процессу печати определенных данных, называя их уникальными составными именами, но совершенно не заботится о том, где практически находятся эти данные, и на каком физическом принтере они будут распечатаны.
Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Файловая система, поддерживаемая сетевой операционной системой и входящая в ее состав, должна эффективно организовать хранение информации общего пользования и обеспечивать одновременный доступ к ней многих пользователей. Высокоуровневость означает, что доступ обеспечивается как к локальным файлам (расположенным на рабочих станциях), так и к удаленным (на серверах) на различных уровнях (справочник файлов; файл; именованный блок; сегмент файла).
В сетевом режиме должны поддерживаться разнообразные операции с файлами (читать, писать, удалять, модифицировать). Протокол удаленного доступа и управления файлами должен обеспечивать все необходимые сетевые функции создания, обработки, пересылки и защиты файла.
Файловая система — центральный элемент сетевой операционной системы, определяющий производительность и надежность всей распределенной системы в целом.
Возможны следующие варианты структур сетевых операционных систем (СОС) ЛВС:
- каждая ЭВМ сети реализует все функции СОС, т.е. хранит в своей ОП резидентную часть СОС и имеет доступ к любой нерезидентной части, хранящейся на внешних носителях;
- каждая ЭВМ сети имеет копии программ только часто реализуемых функций СОС, копии программ редко реализуемых функций имеются в памяти только одной (или нескольких) ЭВМ;
- каждая ЭВМ сети выполняет только определенный набор функций СОС, причем этот набор является либо индивидуальным, либо некоторые функции будут общими для нескольких ЭВМ. Различия в структурах СОС обусловлены принятыми способами управления ЛВС (децентрализованное или централизованное управление). Отличительной особенностью СОС ЛВС является наличие слоя операционных систем, обеспечивающего обмен информацией между ЭВМ сети.
В таких сетях сетевая операционная система, называемая также ОС сервера, обеспечивает выполнение базовых функций, таких, как поддержка файловой системы, планирование задач, управление памятью. Сетевая операционная система и ОС рабочей станции реабонентской системы не совместимы, поэтому для обеспечения взаимодействия сервера и PC в рабочую станцию вводится специальная программа, называемая сетевой оболочкой. Оболочка загружается в оперативную память PC как резидентная программа. Она воспринимает прикладные запросы пользователей сети и определяет место их обработки — в локальной ОС станции или в СОС на сервере. Если запрос должен обрабатываться в сети, оболочка преобразует его в соответствии с принятым протоколом, обеспечивая тем самым передачу запроса по нужному адресу.
В персональных компьютерах, используемых в качестве PC, применяются ОС с разной архитектурой и возможностями. Ядро ОС обычно дополняется набором сервисных программ, с помощью которых осуществляется начальная разметка дисков, установка параметров внешних устройств, тестирование оперативной памяти, выдача информации на печать, стыковка с большими ЭВМ и ЛВС и т.д. Получило широкое распространение и фактически стандартизировано несколько “семейств” операционных систем — MS DOS, Windows, Unix, OS/2, ориентированных на определенные классы машин.
В качестве сетевой оболочки ОС рабочей станции ЛВС используются более широко следующие:
- сетевая оболочка NetWare для взаимодействия с СОС NetWare фирмы Novell. Она тесно связана с другими сервисными программами ОС PC, в совокупности с которыми образуется более крупная оболочка, обеспечивающая взаимодействие с сетью;
- MS Windows фирмы Microsoft. За годы разработки и совершенствования среда Windows превратилась в удобный интерфейс для пользователей. Выпущено много версий Windows с различным назначением: для работы в качестве сетевой оболочки, в качестве программного обеспечения сетевого сервера, для конечных пользователей;
- X Window обеспечивает среду, которая представляет собой набор инструментальных средств, управляющих обменом информацией с графическим дисплеем. Она ориентирована на работу в сетях и имеет своей основе модель “клиент/сервер”, характерную для ЛВС с централизованным управлением;
- X TreeNet предназначена для совместной работы с многопользовательской СОС с разделением времени NetWare LAN фирмы Novell. В’ этой оболочке имеется встроенный текстовый редактор, полностью совместимый с редактором Word Star;
Наиболее распространенными для ЛВС типа “клиент/сервер” являются четыре СОС: Novell NetWare, IBM LAN Server, Microsoft LAN Manager, Banyan Vines, выполненная на базе Unix. Также широко используются СОС Windows NT, 2000 Server, 2003 Server. Эти СОС отличаются между собой по таким параметрам, как надежность, удобство и разнообразие административных средств для управления сетью и работой пользователей, использование разделяемых ресурсов, наличие защиты информации от НСД, объем резидентной части, занимаемой сетевой оболочкой на PC, зависимость производительности от количества PC в сети, возможность использования нескольких серверов в сети.
В сети с децентрализованным управлением объединяются компьютеры, каждый из которых может быть и сервером, и клиентом. В такой сети любой компьютер работает под управлением обычной дисковой ОС, а для выполнения сетевых функций в его оперативную память загружаются программы одноранговой СОС.
Для одноранговых ЛВС наиболее популярными СОС являются Net Ware Lite фирмы Novell и LANtastic фирмы Artisoft. Большинство этих систем, как и СОС для ЛВС с централизованным управлением, базируются на ОС ПЭВМ типа MS DOS, OS/2, Unix и Windows.
Система NetWare Lite довольно удобна для управления работой небольших одноранговых сетей любой топологии: Ethernet, Arcnet, Token Ring. Кроме того, ее работа согласуется с Novell NetWare 3.11, что позволяет комбинировать возможности сетей с централизованным управлением на базе NetWare 3.11 с удобным разделением ресурсов отдельных PC.
В сети с системой NetWare Lite управление сетью сравнительно простое, оно включает распределение ресурсов между пользователями, управление доступом к сети и другие задачи. Здесь также может быть введен администратор, однако, как правило, каждый пользователь сам решает, какие ресурсы своей АС он выделяет в общее распоряжение. Система NetWare Lite работает в среде MS DOS, поэтому ее возможности, предоставляемые прикладным программам, не отличаются от возможностей DOS (например, режим “клиент/сервер” здесь невозможен).
Система LANtastic (выпущена фирмой Artisoft в 1987 г.) является одной из первых одноранговых СОС. Она очень удобна для пользователей одноранговых сетей, работающих в упрощенном режиме, когда основные операции в сети сводятся к передаче небольших сообщений между компьютерами и использованию в режиме разделения времени общих файлов или устройств. Фирма Artisoft готовит усовершенствованные версии этой СОС, обеспечивающие, в частности, повышенную производительность операций ввода-вывода для эффективной многопользовательской работы с базами данных.
В одноранговых ЛВС применяются также СОС Windows for Workgroups, Personal NetWare, POWERLan, Windows 2003 Server и другие.
Сетевые операционные системы обеспечивают выполнение лишь общих функций ЛВС (поддержка файл-сервера, обеспечение многопользовательской работы, безопасности и секретности данных и т.д.), но они не могут самостоятельно реализовать многочисленные прикладные процессы.
Например, не все СОС имеют собственные средства программирования электронной почты (ЭП) — одного из основных приложений ЛВС.
Важным требованием к большинству современных пакетов прикладных программ (ППП) является их способность работать в условиях локальных сетей, то есть выполнять функции прикладных программ сети (ППС).
Эти ППС должны обеспечивать возможность функционирования в сети определенного типа. В конце прошлого века 90% рынка было объединено вокруг сетей Ethernet, ARC-Net и Token Ring. Именно к этим типам сетей приспосабливалось большинство разработчиков сетевых программных средств. Перспективными технологиями являются технологии беспроводной передачи данных (Wi-Fi, bluetooth).
В состав наиболее известных ППС входят:
- текстовые процессоры (MS Office Word 2003 SP2)
- пакеты электронных таблиц или табличных процессоров (Quattro Pro, MS Office Excel 2003)
- СУБД (Access, dBase IV, V, Clipper, Paradox и др.)
- пакеты группового обеспечения (Lotus Notes, Office Vision)
- пакеты электронной почты (Microsoft Mail, MS Office Outlook, The Bat!)
- интегрированные пакеты (Symphony, FrameWork)
- пакеты телесвязи для обеспечения передачи файлов между ПК (Crosstalk, Smartterm, Smartcom II, Kermit)
В эпоху internet требуется огромное количество специализированных программных средств, выполняющих конкретные задачи. В качестве примеров можно привести:
- браузеры (Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Netscape Navigator),
- даунлоадеры (ReGet, FlashGet, WinMX, GetRight, eDonkey),
- сканнеры сетевых ресурсов и уязвимостей (nmap, Guardian, netcat, port mapper, secure CRT),
- брэндмауэры (Kerio Firewall Personal, Agnitum Outpost, Windows Firewall, Tiny Firewall),
- терминалы (telneat ),
- мессенджеры (Mirabilis ICQ, SIM, RQ, Jabber, MSN, Yahoo, xchat, licq),
- чат-клиенты (Miranda IM, Y-Chat, BORGChat),
- информационно-поисковые машины (yandex, rambler, google, altavista, aport),
- программы-прокси (Kerio Winroute, WinGate),
- мэйл-клиенты и серверы (Outlook Express, The Bat!, smtpd, Kerio Mail-Server),
- ftp-клиенты и серверы (Total Commander, putty, CuteFTP, Gene FTP Server U-FTP),
- HTTP-серверы (apache)
- снифферы (ZXSniffer, Kain),
- утилиты удаленного администрирования (R Admin, Tiramisu, Citrix Metaframe)
- другие разнообразные утилиты и программы (VideoLAN Center, LANScope, coockie editors, streambox VCR, WEBCopier, DynDNS Updater, KDE Bluetooth Framework, Wi-Fi Manager, 3d traceroute, AdvancedRe-motelnfo, MyVoice Email и др.).
Все эти и многие другие программные средства позволяют наиболее удобно организовать любую деятельность, связанную с передачей данных удаленным клиентам, либо обеспечением сетевых сервисов.
Техническое обеспечение — комплекс электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы или сети.
Прежде всего, техническое или аппаратное обеспечение включает компьютеры и логические устройства. К ним добавляются внешние устройства и диагностическая аппаратура. Вспомогательную, но важную роль играют энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы. Нередко, для обеспечения безопасности данных, используются аппараты шифрования информации.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:
- Стоимость монтажа и обслуживания;
- Скорость передачи информации;
- Ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров));
- Безопасность передачи данных.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое “витой парой”. Она позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 90 м при скорости передачи 10 Мбит/с.
Преимуществами являются низкая стоимость кабеля и активного оборудования, а также простота инсталляции. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater — повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией типа “шина” или “дерево” коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet или желтый кабель. Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м., а общее расстояние сети Ethernet — около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Cheapernet-кабель (тонкий Ethernet).
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (R.G-58) или, как его часто называют, тонкий Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с (с расширением до 100 Мбит/с). При соединении сегментов Cheapemet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют не большую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум — 0,5 м, общее расстояние для сети на Cheapemet-кабеля — около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекло-волоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает от 100 Мбит/с до нескольких Гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей, а так же для достижения высоких пропускных способностей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна.
По выполняемым функциям сетевые адаптеры (СА) делятся на две группы:
- Реализующие функции физического и канального уровней. Применяются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих пакетов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др.
- Реализующие функции первых четырех уровней модели ВОС — физического, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функций СА первой группы, могут выполнять функции маршрутизации, ретрансляции данных, формирования пакетов из передаваемого сообщения (при передаче), сборки пакетов в сообщение (при приеме), согласования ППД различных сетей, сокращая таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмен.
Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).
Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик.
Hub или концентратор — многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается ( сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии.
С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.
Transceiver (сокращение от TRANSmitter/reCEIVER — приемопередатчик, трансивер — устройство для подключения компьютера к сети). Приемопередатчик — это устройство, предназначенное для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину. Он также разрешает
коллизии в шине. Конструктивно приемопередатчик и контроллер могут
объединяться на одной плате или находиться в различных узлах.
Repeater (повторитель, репитер) — устройство, передающее сигналы из одного кабеля в другой без маршрутизации или фильтрации пакетов. В терминах OSI представляет собой промежуточное устройство физического уровня.
Когда появились первые устройства, позволяющие разъединять сеть на несколько доменов коллизий (по сути фрагменты ЛВС, построенные на hub-ax), они были двух портовыми и получили название мостов (bridge-ей). По мере развития данного типа оборудования, они стали многопортовыми и получили название коммутаторов (switch-ей) . Некоторое время оба понятия существовали одновременно, а позднее вместо термина «мост» стали применять «коммутатор».
Коммутаторы используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые различия на физическом и канальном уровнях. Например, с помощью коммутатора могут соединяться на 3-м (сетевом) уровне две сети с различными более низкими уровнями, но одинаковыми более высокими уровнями.
Коммутатор является обучающимся устройством и действует по аналогичной технологии. В отличие от мостов, ряд коммутаторов не помещает все приходящие пакеты в буфер. Это происходит лишь тогда, когда надо согласовать скорости передачи, или адрес назначения не содержится в адресной таблице, или когда порт, куда должен быть направлен пакет, занят, а коммутирует пакеты «на лету». Коммутатор лишь анализирует адрес на
значения в заголовке пакета и, сверившись с адресной таблицей, тут же
(время задержки около 30-40 микросекунд) направляет этот пакет в соответствующий порт. Таким образом, когда пакет еще целиком не прошел
через входной порт, его заголовок уже передается через выходной.
Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую. Следует иметь в виду, что по мере того как взаимная связь устанавливается на все более высоких уровнях модели ВОС, задача поддержания этой связи усложняется, и для ее реализации требуется более мощный процессор.
Маршрутизаторы могут выполнять следующие простые функции:
- Подключение локальных сетей (LAN) к территориально-распределенным сетям (WAN).
- Соединение нескольких локальных сетей.
Маршрутизаторы зависят от используемого протокола (например, TCP/IP, IPX, AppleTalk) и, в отличие от мостов и коммутаторов, функционирующих на втором уровне, работают на третьем или седьмом уровне модели OSI.
Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату (он может принимать решение о наилучшем маршруте доставки данных, руководствуясь такими факторами, как стоимость, скорость доставки и т.д.). Кроме того, маршрутизаторы позволяют эффективно управлять трафиком широковещательной рассылки, обеспечивая передачу данных только в нужные порты.
В отличие от моста/коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.
Для того чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех связях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).
Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута — наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.
Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом, случае часто называется интерсеть (internet). В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.
Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов/коммутаторов. Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете.
В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным
устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных
процессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как правило, под управлением специализированной операционной системы.
Коммутаторы уровня 2 работают на втором (канальном) уровне модели OSI. Они решают следующие основные задачи: проверка входящего трафика, отслеживание физических адресов всех станций, подключенных к их портам, и пересылка трафика по конкретным адресам в соответствии со встроенной в них таблицей пересылки. Такие коммутаторы обладают высоким быстродействием, потому что не проверяют индивидуальные пакеты данных, а просто передают их дальше. Они способны доставлять данные со скоростью , являющейся предельной для кабеля (wire speed), или со скоростью, ограничиваемой физическими соединениями. Однако такие коммутаторы не способны «расширить» узкие места, обусловленные наличием в сети устаревших маршрутизаторов.
Коммутаторы уровня 3, называемые также маршрутизирующими коммутаторами (реже — коммутирующими маршрутизаторами и иногда даже IP-коммутаторами) выполняют одновременно функции и коммутации, и маршрутизации. Эти коммутаторы называются так потому, что они работают на третьем или сетевом уровне семиуровневой модели OSI, который содержит, в частности, IP-адреса. Как и маршрутизаторы, они зависят от применяемого протокола, однако функционируют значительно быстрее и стоят дешевле. Обычно коммутаторы уровня 3 проектируются для взаимодействия нескольких локальных сетей и не поддерживают соединений территориально-распределенных сетей. Такие коммутаторы основываются на использовании специализированных интегральных микросхем. Кроме того, в них применяются быстродействующие центральные процессоры (ЦП) и другие компоненты, что и позволяет достичь высокой скорости маршрутизации. Коммутаторы уровня 3 могут служить для замены унаследованных сетевых маршрутизаторов. Применение таких коммутаторов позволяет резко повысить межсетевой и межсегментный трафик.
Наиболее продвинутые коммутаторы уровня 3 позволяют производить одновременную фильтрацию для уровней 2, 3 и 4 и даже выше, что помогает гарантировать доставку критически важных данных до нужного пункта без замедления работы сети. Добавление функциональности уровня 4 при этом позволяет управлять трафиком. Целесообразность совмещения функций, реализуемых на четвертом уровня, с функциями коммутации и маршрутизации (уровни 2 и 3) связана с тем, что для предотвращения перегрузок в сети может оказаться полезной способность системы анализировать информацию транспортного и более высоких уровней.
Большинство современных коммутаторов работает на уровне 4, что позволяет им классифицировать прикладной трафик по некоторым типам, например HTTP или почта. Классификация трафика по приложениям или пользователям, которые его создали, требует перехода на еще более высокие уровни. Работа коммутаторов на уровне 4 затрагивает такие вопросы, как структура сети, природа используемых приложений и качество обслуживания.
Уровень 4 — не самый верхний, на котором работают современные коммутаторы. Например, компания VIPswitch предлагает продукты VIPswitch 4030, VIPswitch 3530 и VIPswitch 2840, позиционируемые ею как QoS Ethernet коммутаторы уровня 5. Эти многопортовые полнодуплексные коммутаторы с функцией обеспечения качества обслуживания (QoS) без блокирования служат для передачи видео, голоса и данных. Они позволяют пользователям высокоэффективно передавать мультимедийные потоки в режиме реального времени.
Особое место среди коммутаторов верхних уровней занимают Gigabit Ethernet коммутаторы, которые на самом деле представляют собой технологический прорыв. Именно такие коммутаторы наиболее интересны для развивающихся компаний.
В настоящее время технология Gigabit Ethernet уже реально применяется на практике в соответствии с целым набором добротных стандартов. Это позволило начать передачу данных с гигабитными скоростями по медной среде (1000Base-T, витая пара категории 5) и оптическому волокну (1000Base-SX для многомодового волокна и 1000B a se-LX для одномодового волокна). Коммутаторы Gigabit Ethernet уровня 3 предназначены в основном для использования в качестве коммутаторов опорной сети предприятия и средства организации высокоскоростных каналов для серверных ферм (групп серверов, расположенных в одном помещении и соединенных между собой для выполнения общих приложений).
Модем, обеспечивая согласование цифровых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами телефонной линии, при передаче данных осуществляет модулирование аналоговых сигналов цифровой информацией, а при приеме — демодулирование. Главное отличие между ними — способ модуляции. Различают модемы с частотной, амплитудной и фазовой модуляцией.
При создании модемов придерживаются определенных стандартов передачи сигналов. Существуют стандарты по ряду признаков.
Это мощный диагностический инструмент, предназначенный для контроля качества функционирования сети. Контроль позволяет наблюдать за работой сети в режиме реального времени и регистрировать события, которые могут означать возникновение проблемы. Контроль сопровождается графическим или цифровым отображением информации. Анализаторы могут накапливать и хранить информацию о состоянии сети с целью последующего его воспроизведения и анализа.
Это приборы, входящие в состав контрольно-измерительной аппаратуры, которая облегчает установку и техническое обслуживание локальных сетей. Тестеры линий передачи являются хорошим средством проверки нового кабеля и отыскания неисправностей в системе установленных кабелей. Они способны не только обнаруживать неисправность, но и сообщать сведения о ее характере и месте расположения.
Терминальное оборудование ѕ основная часть абонентской системы, выполняющая прикладные процессы и, возможно, часть функций области взаимодействия.
Главной задачей терминального оборудования является выполнение прикладных процессов для нужд пользователей. Кроме этого — прикладные процессы управления. Оно может также выполнять и функции верхних уровней области взаимодействия. Чаще всего используются те типы терминального оборудования , которые кроме прикладных процессов реализуют три, четыре либо пять верхних уровней.
Подключается терминальное оборудование в информационную сеть при помощи дополнительного устройства, именуемого станцией. Станция выполняет недостающие в нем функции нижних уровней.
В качестве терминального оборудования могут выступать самые разнообразные устройства: телефонный аппарат, телекс, факс-аппарат, дисплей, X-terminal (предназначенны для работы с изображениями), полиэкранный терминал, многофункциональный терминал (работает с любыми типами данных, в том числе — с речью и изображениями), персональный компьютер, мини-компьютер, суперкомпьютер и т.д. Включается это оборудование в информационную сеть поодиночке либо группами. Последний случай, в основном, используется тогда, когда рассматриваемое оборудование очень просто и требует выполнения не только функций нижних уровней, но и преобразование интерфейсов . Так, в Цифровой Сети с Интегральным Обслуживанием (ЦСИО) терминальное оборудование может иметь различные интерфейсы R, которые при помощи терминальных адаптеров преобразуются в стандартный для этой сети интерфейс S, (рис.250).
Функции нижних уровней выполняет станция NT2, здесь называемая сетевой оконечной станцией. На интерфейс S можно включать до восьми комплектов терминального оборудования . В этом случае нужно обеспечить идентификацию каждого из комплектов. Поэтому все приходящие блоки данных должны иметь два адреса : абонентской системы и входящих в нее комплектов терминального оборудования. Из восьми комплектов одновременно может работать только один.
Модемы для передачи данных по сети электропитания компании Yitran Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»
Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Каршенбойм Иосиф
В статье подробно рассматривается телекоммуникационное оборудование компании Yitran: в частности модемы для передачи данных по сети электропитания.
Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Каршенбойм Иосиф
Текст научной работы на тему «Модемы для передачи данных по сети электропитания компании Yitran»
Модемы для передачи данных по сети электропитания
Менеджеры любой фирмы, производящей продукцию для рынка, всегда задают себе одни и те же важные вопросы: «Как завоевать рынок? Как повысить лояльность покупателя? Как сделать так, чтобы обычная бытовая или промышленная аппаратура еще лучше служила своим владельцам?»
Ответ прост и общеизвестен — аппаратура должна быть удобной в обращении и приносить как можно больше экономии.
А для этого есть два пути. Первый путь — экстенсивный, то есть улучшение существующей технологии производства данной аппаратуры. Например, применение более дешевых аппаратных средств, более производительных производственных сборочных линий и т. д.
Второй путь — интенсивный. Он предполагает, что разработчик должен предусмотреть новые принципы работы аппаратуры, что позволит получить дополнитель-
ные преимущества на рынке. Но ведь новые принципы работы устройства обычно влекут за собой и удорожание самого устройства. Так в чем же здесь будет выигрыш? Он будет не в затратах на покупку прибора, а это, как мы знаем, однократные затраты, а в том, что эксплуатация прибора обойдется нам дешевле. И экономия на эксплуатационных расходах будет тем больше, чем дольше срок жизни изделия. Вспомните, как вы выбираете компьютер. Безусловно, более производительная модель стоит несколько дороже, но ведь и работает она эффективнее. Или, как мы обычно говорим, «оно того стоит. »
Рассмотрим с этой точки зрения применение новой технологии передачи данных по сети электропитания. (Конечно, относительно новой, поскольку ряд фирм, в том числе и российских, уже используют аналогичную технологию, правда, на менее удачных аппаратных средствах.).
Передача информации и питания по одним и тем же проводам используется достаточно эффективно в различных применениях. Например, в телефонии. Обычный телефонный аппарат получает питание и все сигналы по проводам телефонной абонентской линии. Или вот другой общеизвестный пример: по проводам линии Ethernet можно передавать не только данные, но и питание.
В этой статье мы рассмотрим пример использования сети электропитания 220 В для передачи данных между микроконтроллерны-ми устройствами. Эта технология называется PLC — Power Line Communications (рис. 1).
Что дает использование такой технологии? Давайте посчитаем. Представим, что мы установили сотню обычных счетчиков электроэнергии. Или сотню насосов, котлов. Теперь представим, что нам необходимо произвести ревизию, то есть мы хотим проверить показания счетчиков. А для этого нам нужно отправить ревизора, который и должен обойти сотню квартир со счетчиками или спуститься в сотню подвалов, в которых стоят насосы и котлы отопления. Сколько это будет стоить? Сейчас в России производится порядка 6 млн счетчиков электроэнергии в год (электронных и индукционных). Большая часть выпускаемых электронных счетчиков не имеет интерфейсов для подключения к узлам сбора информации, поскольку на объектах, где устанавливаются эти устройства, отсутствуют информационные сети. Но все же часть счетчиков имеет простейшие встроенные интерфейсы, такие как RS-485. И, как известно, для подключения такого счетчика необходимо проложить интерфейсный кабель, а это значительно удорожает стоимость монтажных работ и работ по обслу-
живанию счетчиков и сетей, а также снижает надежность функционирования всей системы в целом.
Как говорится, комментарии излишни. Какой предлагается выход?
В настоящее время уже появились многочисленные устройства для широкополосного доступа к сети. Обычно такие модемы устанавливают для передачи информации, как устройства «последней мили». На входе — оптика или ADSL, а дальше — по сети 220 В.
Но наибольший интерес для разработчиков аппаратуры представляют именно узкополосные PLC-модемы. Во-первых, они дешевы, а во-вторых, обладают улучшенными характеристиками, что позволяет им работать не только в обычных сетях, но и в сетях с повышенным уровнем помех. Такие устройства выпускает израильская компания Yitran Communications Ltd. [1].
Сейчас компания Yitran — мировой лидер в производстве компонентов для передачи информации по силовой сети. И ее продукцию поставляет на российский рынок «ЭЛТЕХ», поскольку в мае 2008 г. эта компания подписала соглашение с Yitran и получила статус ее официального дистрибьютора.
Основные направления деятельности компании Yitran Узкополосные модемы:
• дистанционное чтение параметров в приборах контроля и счетчиках;
• управление и контроль;
• средства доступа к сети;
• управление оборудованием в доме;
Как использовать узкополосный PLC-модем?
Микросхемы и модули для узкополосных PLC-модемов применяются в составе различных изделий бытового и промышленного назначения. Например, при создании систем автоматизированного контроля и учета электрической энергии, счетчиков электрической энергии, в счетчиках расхода воды и теплосчетчиках. Снятие показаний с таких приборов можно выполнять дистанционно. Еще одно из направлений применения узкополосных модемов — управление освещением и создание приборов для «умного дома».
К этой группе продукции — узкополосным модемам (со скоростью до 7,5 кбит/с) — относятся две микросхемы компании Yitran: IT800D и IT800Y. Кроме того, на базе этих микросхем Yitran выпускает модули, которые представляют собой почти законченное изделие, к которому снаружи необходимо добавить только несколько пассивных компонентов, чтобы получить полностью работающий модем.
На рис. 2 показана блок-схема устройства, в состав которого входит PLC-модем. К микроконтроллеру, на котором выполняется программа пользователя, подключена микросхема IT800D, представляющая собой PLC-модем. Он в свою очередь сопрягается с линией через компоненты AFE (analog front end), образующие аналоговый тракт приема передачи данных. Дополнительно через компоненты Line Coupler, необходимые для развязки от сети, к микросхеме модема и к микроконтроллеру подключается микросхема памяти EEPROM, в которой хранятся параметры, необходимые для работы модема, и параметры настройки сети.
Примером такого решения может служить плата от стартового набора STK2. Сам стартовый набор представляет собой несколько блоков — модемов, которые соединены с сетью 220 В с одной стороны, а с другой — через интерфейс USB подключены к хост-компьютеру пользователя (рис. 3). С помощью такого стартового набора пользователь может организовать требуемую ему конфигурацию сети. Причем модемы можно использовать не только для передачи, но и для мониторинга проходящих по сети данных.
Пример использования стартового набора для проверки соединения в сети «точка-точка» показан на рис. 4, а пример более разветвленной сети — на рис. 5.
В каждом блоке модема находится плата, внешний вид которой показан на рис. 6. На этой плате находится микроконтроллер пользователя. В данном случае этот микро-
Рис. 3. Стартовый набор STK2
контроллер решает задачу передачи данных от хост-РС в модем. Микроконтроллер расположен с нижней стороны платы, поэтому на рисунке он не виден. Но поскольку наибольший интерес представляет именно модем и компоненты AFE, то давайте рассмотрим более подробно правую часть рисунка. Все компоненты, относящиеся к модему и AFE, собраны на небольшом модуле, установленном в разъем, находящийся в правой части платы. Такой модуль компания Yitran называет IT800D-PIM (plug inline module). Компания Yitran рекомендует применять модуль IT800D-PIM на первой фазе разработок: для отладки технологии и программного обеспечения.
Кроме модуля IT800D-PIM, компания Yitran производит модули, которые представляют собой объединение двух технологий: PLC
Рис. 4. Использование стартового набора для проверки соединения в сети «точка-точка»
Рис. 5. Использование стартового набора для проверки более разветвленной сети. Здесь красным цветом выделена базовая станция, а синим — удаленные станции, информация с которых передается на базовую станцию
Только Р1_С Только РР Р1_С-13Р
О РЬС-узел сети О [^-узел сети
О) [?Р- и Р1_С-узел ^— р|Х-линия — RF-линия '—-' Ч_У
Рис. 8. Топология сетей
Рис. 7. Модуль RF-PLC
и радиотрактов. Эти модули называются ИЬ-РЬС (рис. 7). В радиотракте применяется трансивер, работающий на частотах 2,4 ГГц в соответствии со стандартом 802.15.4. Такие модули рекомендуется использовать там, где есть удаленные устройства, имеющие батарейное питание. И, таким образом, появляется возможность выполнять комбинированные сети, в которых прием и передача данных производится как к абонентам сети, работающим по технологии РЬС, так и к абонентам сети, работающим по беспроводному подключению (рис. 8). На рис. 8 сеть, имеющая узлы «только РЬС», выделена оранжевым цветом, «только ИЬ» — синим цветом, а в комбинированной сети РЬС-ИБ узлы РЬС также оранжевого, а узлы ИБ — синего цвета.
О топологии сети
Топология сети, в которой работают модемы, ориентирована в основном на передачу данных от удаленных абонентов к базовой станции. Такая топология характерна для объектов, которые должны передавать небольшой объем данных в базовую станцию, и управляются эти удаленные объекты так же, только от базовой станции. А в том случае, когда необходимо передать небольшой объем данных от одного удаленного абонента сети к другому, такую передачу всегда можно выполнить через базовую станцию. Несколько забегая вперед, можно сказать, что встроенное в модем программное обеспечение позволяет создавать крупномасштабные сети, в которых на один концентратор (базовую станцию) приходится до 2047 опрашиваемых устройств. При этом расстояние между узлами может доходить до 3000 метров. Кроме того, встроенное программное обеспечение автоматически обрабатывает изменения в канале и производит подстройку модемов под параметры физической линии. Программное обеспечение, разработанное компанией Уйтап, позволяет организовывать до 1023 виртуальных локальных сетей. А это позволяет «накладывать» на одну и ту же физическую среду передачи данных несколько логических развязанных виртуальных сетей.
Что «внутри» кристаллов?
Любой модем, работающий с аналоговой физической линией, должен иметь функциональные узлы, необходимые для обработки
Рис. 9. Блок-схема IT800D
аналоговых данных, преобразования их в цифровую форму и, конечно, для обработки цифровых данных. На стороне передачи модем также должен производить кодирование цифровых данных в соответствии с заданным алгоритмом кодирования, преобразовывать их в аналоговые и посылать в линию. Все эти действия и выполняет микросхема IT800D, блок-схема которой представлена на рис. 9. На данном рисунке также схематично показаны внешние компоненты, которые необходимо подключать к микросхеме модема.
Как видно на рис. 9, микросхема состоит из следующих функциональных блоков:
• POR-блок, обеспечивающий управление встроенным микропроцессором при включении питания микросхемы;
• микропроцессор, производящий обработку данных;
• периферийные блоки, сопрягающие встроенный микропроцессор с внешними микросхемами — памятью EEPROM и хост-процессором;
• блок управления тактированием;
• PHY — это блок, предназначенный для сопряжения цифровой части микросхемы с аналоговой линией;
• блок AFE, он представляет собой набор аналоговых компонентов, предназначенных для фильтрации и усиления входного сигнала и для формирования заданных уровней выходного аналогового сигнала.
Как это работает?
В модеме применено кодирование DCSK (Differential Code Shift Keying) со скоростью передачи данных до 7,5 кбит/с. Модемы предназначены для работы в разных диапазонах частот, поскольку требования к этим устройствам в разных странах отличаются друг от друга. Кроме того, применены дополнительные меры для увеличения надежности работы сети. Есть возможность понижать частоту передачи данных следующими ступенями: 7,5; 5;
1.25 и 0,625 кбит/с. При понижении частоты передачи увеличивается достоверность передачи данных. В режиме передачи на скорости
1.25 кбит/с возможно выполнять повторную передачу кодов для повышения достоверности передачи данных. Поскольку данная статья является обзорной, то здесь не имеет смысла более подробно описывать технические характеристики блока PHY, способов кодирования в линии и т. д. Главное, что необходимо отме-
тить, это то, что микросхемы ІТ800Б (так же, как и остальные микросхемы и широкополосные модемы) сертифицированы по российским ГОСТам. Работа модема зависит не только от аппаратных средств, но и от встроенного программного обеспечения.
Несколько слов о том, как микросхема модема сопрягается с хост-микроконтроллером. Здесь все довольно просто: используется стандартный интерфейс иЛИТ, на скорости 38 400 бит/с, данные — 8 бит, без паритета,
1 стоповый бит. Нарис. 10 показано подключение микросхемы модема к хосту.
Микросхема внешней памяти подключается к двухпроводному интерфейсу, так, как это показано на рис. 11.
Примеры аппаратной реализации
В качестве первого примера аппаратной реализации устройства пользователя можно показать следующий вариант. Но сначала необходимо добавить только одно замечание. Естественно, мы будем рекомендовать применять только те компоненты и решения, которые входят в программу поставок компании «ЭЛТЕХ», потому что так проще организовать техническую поддержку.
Host (Прикладная программа микроконтроллера) 33 (Р9) RXD IT800D (Р10) nRESET
Рис. 10. Подключение микросхемы модема кхост-компьютеру
Поэтому берем стартовый набор 78K0/ Lx3See It [З], содержащий микроконтроллер UPD78F0495 компании NEC, и ЖКИ-инди-катор и подключаем к этому стартовому набору модуль PIM. Кратко о стартовом наборе 78K0/Lx3See It. Он построен на базе микроконтроллера UPD78F0495 (семейство 78K0/Lx5). Особенности этого семейства — малое энергопотребление, встроенный ЖКИ-драйвер, наличие таймера реального времени (с календарем) и некоторые другие периферийные устройства. Входящее в состав оценочного комплекта программное обеспечение содержит большое количество демонстрационных программ, которые можно использовать в качестве основы для собственных разработок. Функциональные характеристики оценочного комплекта позволяют программировать и производить отладку программы микроконтроллера.
Основные преимущества микроконтроллеров семейства 78K0/Lx5:
• FLASH: 8-60 кбайт;
• ОЗУ: 512-2048 байт;
• ЖКИ-контроллер: 88-288 сегментов;
• До З каналов 16-битного ДУ АЦП;
• До 8 каналов 10-битного АЦП последовательного приближения;
• RTC с календарем;
• генератор кода Манчестер;
• функция приемника дистанционного управления;
• рабочий температурный диапазон: -40. +85 °С;
• напряжение питания: 1,8-5,5 В. Особенности стартового набора 78K0/Lx3See It
• CD-дисплей на 224 сегмента;
• температурный сенсор S-8120C;
• демонстрационные программы и ПО IAR Embedded Workbench.
Этого набора вполне хватает для реализации многих задач пользователя. Подключаем
^ART микроконтроллера модуль IT800D-PIM. Получаем сетевое устройство, которое можно «научить» выполнять программу пользователя и передавать данные на центральный узел сбора информации по сети электропитания 220 В. На рис. 12 показано, как может выглядеть такое устройство в виде блок-схемы. А на рис. 1З эти компоненты можно видеть «вживую», в виде плат и модулей. Устройство представлено в следующем виде: развязка от сети 220 В — слева, микроконтроллер — справа и PLC-модем — в центре. На рис. 1З не показаны компоненты, выполняющие развязку от сети 220 В, и вместо них слева нарисован пустой прямоугольник.
Приведем второй пример аппаратной реализации устройства пользователя. Взгляните еще раз на рис. 1. Там показано, что концентраторы передают данные на базовую станцию по отдельному каналу связи. В качестве примера реализации такого канала связи могут выступать законченные терминальные решения Fastrack Supreme от компании Wavecom [4], построенные на базе модулей Wavecom серии Q26xx с архитектурой ARM9. Эти устройства представляют собой готовые GSM-модемы в металлическом корпусе с выведенными на боковые поверхности интерфейсными разъемами: UART, USB и с порта-
Рис. 12. Блок-схема устройства пользователя, состоящего из микроконтроллера и PLC-модема
Рис. 13. Компоненты, представленные на рис. 12 в виде плат и модулей
Рис. 14. Блок-схема устройства пользователя, состоящего из GSM-модуля компании Wavecom и PLC-модема
Развязка от сети
Рис. 15. Устройство пользователя,
состоящего из GSM-модема и PLC-модема
ми I/O. Модули Fastrack Supreme 10 с поддержкой GPRS и Fastrack Supreme 20 с поддержкой EDGE имеют встроенный процессор ARM926, З2 бит, работающий на частоте 221 МГц. Встроенный процессор модуля Fastrack Supreme кроме задач, связанных с обслуживанием тракта GSM, способен также выполнять и дополнительную задачу. В данном случае это будет обслуживание PLC-модема.
На рис. 14 показана блок-схема такого устройства пользователя, а на рис. 15 представлено то, как это выглядит «вживую», в виде плат и модулей.
Более подробно об этих GSM-модулях можно прочитать на сайте компании Wavecom [4].
Кроме рассмотренных здесь примеров реализации различных устройств, можно представить достаточно много других вариантов. Читатели, которые захотят поделиться своими примерами реализации устройств с PLC-модемами, всегда могут это сделать. Для этого напишите нам и пришлите описание и фотографию вашего устройства.
Встроенный софт и программные инструменты поддержки разработки
Теперь, после рассмотрения всех аппаратных вопросов, давайте вновь вернемся к программной «начинке» микросхемы. Как уже говорилось, микросхема содержит встроенный микроконтроллер, на котором реализуются нижние уровни протокола передачи. Такая микросхема, с минимально-необходимым встроенным софтом, называется IT800D. На рис. 16 показано, что в микросхеме IT800D реализованы два уровня по модели OSI: это
Рис. 17. Y-NET соответствует 3-му уровню
в модели OSI и находится над уровнем DLL
7-уровневая модель сети по OSI
Рис. 16. В микросхеме IT800D реализованы два уровня: уровень физической передачи — PHY и более высокий уровень, уровень передачи данных — DLL
Application Presentation Session Transport Network DLL Physical (PHY)
нижний уровень — уровень физической передачи, PHY, и более высокий уровень — уровень передачи данных, DLL (Data Link Layer). Реализация этих уровней позволяет надежно передавать данные по физической сети. В DLL определены различные характеристики сети и характеристики протокола передачи, включая физическую адресацию устройств, топологию сети, обработку ошибок, последовательность передачи кадров и управление приемом/передачей данных.
На DLL есть возможность производить передачу данных с подтверждением доставки и без него. Также на этом уровне производится обработка ошибок при столкновении данных в сети. Алгоритм возврата к передаче базируется на стандарте 802.11 и адаптирован к линии передачи. Если длина пакета данных превышает допустимую длину для передачи одного пакета, то такой пакет данных разбивается на несколько частей и каждая часть передается в линию отдельным пакетом. На приемном конце производится сборка данных в исходный пакет большой длины.
Но на этом компания Yitran не остановилась и применила довольно оригинальный прием. На следующем этапе развития значительная часть программ по передаче данных и работе в сети была перенесена с хост-микроконтроллера в память микросхемы модема, так что эти функции по обработке протокола стал выполнять не хост-микроконтроллер, а встроенный в модем микроконтроллер. Такую микросхему компания Yitran маркирует как IT800Y. Модули, в которые установлена такая микросхема, называются IT800Y-PIM. Они по всем аппаратным характеристикам идентичны модулям IT800D-PIM, но при этом, как уже говорилось, выполняют дополнительные функции.
Программное обеспечение, работающее в модемах, компания Yitran называет Y-NET. Нарис. 17 показано, что Y-NET соответствует З-му уровню в модели OSI и находится над уровнем DLL. Сетевой уровень выполняет две основных задачи — адресацию и маршрутизацию. Адресация производится таким образом, что концентратору сети приписывается определенный адрес, и абонентам сети также присваиваются логические адреса
в сети. Типовая сеть обычно представляет собой древовидную структуру, и при этом данные от абонента поступают в концентратор, проходя через множество промежуточных узлов сети. Программный модуль, отвечающий за маршрутизацию, должен определить наличие абонентов в сети, установить порядок прохождения данных по сети (от кого к кому), при этом он должен учитывать, что данные могут проходить последовательно через несколько узлов. Поскольку маршрут прохождения данных определяется автоматически, то программное обеспечение способно проводить данную процедуру периодически. Это позволяет динамически в процессе работы оптимизировать прохождение данных по сети и проверять работоспособность всех устройств, подключенных к ней. В том случае, если нарушилась какая-либо связь, которая ранее представлялась оптимальной, программное обеспечение проводит поиск альтернативной ветви для передачи информации. Таким образом работоспособность сети восстанавливается. Для верхнего уровня в модели 081 предоставляются все возможности по управлению ресурсами сети и ее мониторингу.
А это значит, что У-ОТТ можно использовать не только для построения сети, но и как инструмент, с помощью которого можно контролировать сеть и управлять ею. У пользователя, применяющего У-ОТТ как инструмент для работы в сети, появляются следующие возможности:
• управление адресацией сети;
• управление потоком данных;
• маршрутизация данных непосредственно
по конечным устройствам;
• шифрование данных при передаче;
• автоматическая коррекция ошибок.
Для пользователей У-ОТТ поставляется как библиотечная функция. Дается полное описание ее функций и примеры работы с ней.
Уйгап прикладывает значительные усилия для того, чтобы помочь работе своих клиентов. Компания осуществляет полноценную техническую поддержку, предоставляет клиентам тестовые проекты по всем выпускаемым изделиям. Для того чтобы помочь заказчикам быстрее освоить продукцию, фирма предлагает стартовые наборы, куда входят описания, программы и схемы.
Рис. 18. Основное окно программы PLCHost, в котором отображены параметры работы модема
Стартовый набор 8ТК2 подключается к хост-компьютерам через интерфейс ШВ. Для поддержки интерфейса используются драйверы виртуального С0М-порта. Поэтому пользователь может применить не только софт, поставляемый компанией Укгап, но и свой собственный. Теперь вернемся к программным инструментам для стартового набора. На рис. 18 показано основное окно программы РЬСНо8^ в котором отображены параметры работы модема.
Программа РЬСНо81 позволяет производить как настройку модемов и мониторинг сети, так и передачу данных блоками по заранее заданному числу циклов передач.
Применение технологии РЬС позволяет разработчикам получить дополнительные
преимущества для разрабатываемой ими аппаратуры. А это значит, что их позиции на рынке еще более укрепятся. Переход на технологию РЬС может произойти довольно быстро и не потребует больших затрат сил. Для этого можно применить технические решения, предоставляемые компанией Уйтап. Эти решения уже проверены временем, поскольку компания Уйгап — лидер рынка по РЬС. ■
Способы подключения интернета от провайдера к клиенту
Рынок информационных технологий буквально оброс фирмами, которые предоставляют услуги доступа к сети интернет. Какие только технологии сегодня не предлагают в беспроводных и проводных соединениях, чтобы максимально покрыть труднодоступную зону, повысить скорость передачи данных, улучшить качество связи.
Как многие знают, перво-наперво разные интернет-провайдеры отличаются между собой видом предоставляемых услуг, а именно типом доступа к сети интернет.
Интернет-провайдер – компания, которая дает доступ к сети Интернет клиентам и оказывает смежные услуги.
Существуют много разные типов подключения к интернету. Среди них широкополосные, коммутируемые и беспроводные линии связи. Все они способны открыть доступ к Сети хоть и работают по разному принципу. Рассмотрим все по порядку.
Ethernet – подключение по локальной сети
Это широкополосный доступ к сети интернет по отдельной линии. Проложенная провайдером линия основывается на оптоволоконном или медном кабеле и позволяет передавать данные с весьма впечатляющей скоростью. Оптоволоконный кабель отличается от медного тем, что основным материалом в нем выступает стекло или пластик, а информация по нему передается не электрическим, а световым сигналом. Это позволяет транслировать сигнал с минимальным затуханием и максимальной скоростью передачи.
Под медным кабелем чаще всего имеется виду витая пара. По ней информация передается электрическим сигналом. ИзВитая пара в отличии от оптоволокна имеет значительный показатель затухания сигнала и подвержена электромагнитным помехам. Чтобы увеличить длину канала связи, следует применять кабели с защитой от помех, а для уменьшения коэффициента затухания сигнала – нужно использовать специальные корректоры или сигнальные буферы.
Делают ли это на практике интернет-провайдеры? Обычно оптоволоконный кабель применяется для соединения субпровайдера с магистральным провайдером и подключения различных зданий (дома, гостиницы) к глобальной сети, а дальше идет витая пара.
Сейчас уже активно развивается технология GPON (гигабитная пассивная оптическая сеть). Ее суть заключается в том, что провайдер заводит оптоволоконный кабель прямо к вам в квартиру и ставит специальную распределительную коробку. В итоге у вас технически есть возможность подключиться к глобальной сети на скорости 1 Гбит/с, в остальных же случаях скорость не будет превышать сотни Мбит/с.
Модемное соединение (ADSL / Dial-Up)
Коммутируемый доступ к интернету через обычную телефонную линию с использованием модема. Существует как старая технология Dial-Up или более продвинутая ADSL. Соединение с провайдером по ADSL в отличии от Dial-Up дает возможность серфить по интернету и параллельно осуществлять звонки по телефону. Достигается это за счет ADSL-сплиттера, который разграничивает телефонный сигнал на обычный телефонный и высокочастотный модемный сигнал.
В сравнении с подключением по выделенной линии преимущество модемного подключения заключается в использовани уже существующей инфраструктуры – телефонных кабелей. На этом плюс данного типа соединения заканчиваются. Максимальная скорость передачи данных у Dial-Up составляет 56 Кбит/с, а у технологии ADSL 24 Мбит/с. Если учесть состояние большинства телефонных линий, о стабильности соединения и таких показателей может не быть. Как вы понимаете, телефонная линия по всем показателям проигрывает выделенной линии если учитывать стабильный рост мультимедиа и объемы передаваемых данных. Всего несколько лет назад этот тип подключения считался одним из лучших, но в наши дни он практически изжил себя несмотря на еще активное его применение.
Подключение к интернету по технологии DOCSIS
Дословно DOCSIS переводится, как стандарт передачи данных по коаксиальному (тв) кабелю. Передача информации по данному стандарту осуществляется к клиенту на скорости 42/38 Мбит/с, а от пользователя 10/9 Мбит/с. Стоит отметить, что полоса в данной технологии делится между всеми подключенными участниками, которые в данный момент принимают или отправляют поток. Следовательно доступная полоса в момент передачи или приема данных для каждого участника может изменяться в широких пределах.
Этот способ реализуется через специальный модем. Речь идет о кабельныом модеме для технологии DOCSIS со встроенным сетевым мостом, который дает возможность обмениваться данными по коаксиальному или оптическому кабелю в двустороннем режиме. В сети такого провайдера присутствует устройство CMTS — Cable Modem Termination System. По-простому, данное устройство представляет из себя большой модем в магистральной сети к которому привязываются модемы абонентов.
С экономической точки зрения прокладывать коаксиальный кабель ради получения выхода в интернет не очень то разумно, уж лучше провести выделенную линию, потому что по характеристикам такая линия лучше, но если тв-кабель уже есть и оператор предоставляет такую услугу, то почему бы ей и не воспользоваться. Однако если провайдер может предложить интернет по технологиям FTTB, PON или HCNA, то по ряду технических преимуществ лучше выбрать одну из них, вместо DOCSIS.
Мобильный доступ в интернет (GPRS, EDGE, 3G)
Этот тип подключения популярен тем, что позволяет выйти в интернет даже там, где нет телефонной или выделенной линии. Соединиться с интернет-провайдером можно при помощи USB 3G модема или с помощью обычного мобильного телефона, поддерживающего функцию модема. USB-модем визуально похож на USB-флеш-накопитель и имеет внутри себя гнездо для установки SIM-карты.
Подключение к интернету через USB-модем или мобильный телефон выполняется через обращение к базовой станции сотового оператора, у которого зарегистрирована сим-карта, и в зависимости от того какое оборудование установлено у мобильного провайдера устанавливается связь по технологии GPRS, EDGE, 3G или 4G. Таким образом после соединения USB-модема или телефона с компьютером вы получите доступ к интернету по одной из упомянутых технологий.
Мобильный интернет имеет достаточно не стабильную связь и порою не высокую скорость, но как говорится лучше так чем никак. Максимальная скорость передачи данных в представленных технологиях в среднем составляет 30-60 Кбит/с в GPRS; 100-256 Кбит/с в EDGE; 144 Кбит/с – 3,6 Мбит/с в 3G и 4G может превышать 100 Мбит/с, а у стационарных абонентов она может составлять 1 Гбит/с.
Скорость может в некоторых случаях быть и выше, но практически чаще всего она ниже. У мобильного интернета, конечно есть недостатки, но иметь возможность выходить в интернет из любой точки страны, где есть сотовая связь, подкупает многих.
Интернет через спутник
Чтобы подключить даже к одностороннему спутниковому интернету, понадобится комплект специального оборудования. В минимальную комплектацию входа спутниковая антенна, усилитель-конвертер, спутниковый приемник, кабель нужной длины типа RG-6 и пара F-разъемов.
Для двустороннего спутникового интернета нужна уже приемопередающая антенна (диаметром около 1,2 – 1,8 метра), передающий BUC-конвертер и приемный LNB-блок и спутниковый модем, к которому можно подключить не один, а несколько компьютеров и обеспечить им доступ в Интернет.
При двустороннем доступе в интернет не нужны дополнительные каналы, так как отправка и прием данных осуществляется через спутник. Многие операторы спутникового интернета могут предложить как безлимитные пакеты, так и тариф с оплатой за трафик. Двусторонний спутниковый интернет у некоторых операторов работает быстрее чем в технологии 3G, а скорость в Ka-диапазоне может составлять 20 Мбит/с.
К недостаткам спутникового интернета можно отнести высокую стоимость оборудования, сложность настройки и приличное время отклика. Обычно такой вид связи применяется в самых отдаленных уголках, где нет других вариантов связи.
Подключение к интернету по технологии WiMax
Помимо остальных видов подключения к интернету, следует обратить внимание на весьма интересную технологию WiMax. Обычно данную технологию применяют там, где кабельный интернет стандарта DOCSIS не доступен, в доме или в офисе нет выделенной сети или отсутствует телефонная линия для ADSL подключения. Доступ к глобальной сети по технологии WiMax, как и по спутниковому подключению, в таких случаях часто оказывается отличным выбором.
Технология WiMax теоретически расчитана на скорость порядка 70 Мбит/с, но по факту это обычно в разы меньше. Чтобы подключиться к интернету через WiMax, стоит обратиться к соответствующему провайдеру, который по карте покрытия сети определит поддерживается ли желаемое меторасположение зоной покрытия. Если выясниться, что место не попадает в зону покрытия, то специалистам нужно будет определить расстояние до ближайшей базовой станции к вам.
Желательно, чтобы базовая станция находилась в прямой видимости от абонента, а расстояние составляло не более 10 километров. В зависимости от полученных результатов потребуется подобрать нужный WiMax-модем и антенну с необходимым усилением. Кроме этого нужен кабель для соединения антенны с модемом и USB удлинитель для подключения модема к компьютеру или свитчу.