Сети Ethernet не доставляют большой головной боли системным администраторам — они обслуживаются без особых проблем. Не нужно устанавливать никакое программное обеспечение (кроме драйверов), и очень мало конфигурационных таблиц (в которых так просто ошибиться). Новые узлы добавляются очень просто.
Еще одно достоинство Ethernet заключается в хорошем взаимодействии с TCP/ IP — доминирующим протоколом сети Интернет. IP — это протокол без установления соединения, поэтому он без проблем внедряется в локальных сетях Ethernet, которые также используют протоколы без установления соединения. IP имеет довольно плохую совместимость с сетями ATM, ориентированными на установку соединения. Этот факт крайне негативно сказывается на популярности ATM.
И что важнее всего, разработчикам Ethernet удалось добиться хороших показателей по самым главным направлениям. Скорости выросли на несколько порядков, в систему были внедрены коммутаторы и концентраторы, но эти изменения никак не коснулись программного обеспечения. Помимо этого, они допускают использование существующей кабельной разводки в течение довольно длительного времени. Если продавец скажет: «Вот отличная новая сетевая система! Она работает просто фантастически быстро и надежно! Вам необходимо только выкинуть весь ваш старый железный хлам и стереть все старые программы», — у него возникнут проблемы с объемами продаж.
Многие альтернативные технологии, о которых вы, вероятно, даже не слышали, в моменты своего появления были даже быстрее тогдашнего Ethernet. Помимо ATM, этот список включает FDDI и волоконно-оптический канал (FC — Fibre Channel) — две оптические локальные сети на базе кольца. Обе были несовместимы с Ethernet. Ни одна не выжила. Они были слишком сложны, что приводило к усложнению микросхем и повышению цен. Урок очень прост: БПД — будь проще, дурачок (KISS — Keep It Simple, Stupid). Потом оказалось, что Ethernet догнал и перегнал их по скорости работы, по пути заимствуя составляющие технологий конкурентов (например, кодирование 4B/5B у FDDI и 8B/10B у FC). У соперников не осталось никаких преимуществ, и они либо тихо скончались, либо сбежали в узкоспециализированные сферы применения.
Создается впечатление, что области применения Ethernet продолжат расширяться. 10-Gigabit Ethernet освободился от ограничений максимального расстояния, накладываемых CSMA/CD. Много внимания уделяется Ethernet операторского класса (carrier-grade Ethernet), который позволит сетевым провайдерам предлагать основанные на Ethernet услуги своим клиентам в городских и глобальных сетях (Fouli, Maler, 2009). Это приложение способно передавать кадры Ethernet на большие расстояния по оптоволоконному кабелю и требует усовершенствования возможностей управления, для того чтобы операторы смогли предлагать пользователям надежные высококачественные услуги. Скоростные сети также находят применение в системных платах, соединяющих компоненты в больших маршрутизаторах или серверах. Оба этих варианта использования представляют собой лишь дополнения к задаче пересылки кадров между компьютерами в офисах.
4.4. Беспроводные локальные сети
Беспроводные локальные вычислительные сети становятся все более популярными, все больше и больше домов, офисных зданий, кафе, библиотек, аэровокзалов, зоопарков и других общественных мест оборудуются соответствующей аппаратурой для подключения компьютеров, КПК и смартфонов к Интернету. В беспроводной сети два или несколько соседних компьютеров могут обмениваться данными и без подключения к Интернету.
Основной стандарт беспроводных локальных сетей — это 802.11. Некоторую общую информацию мы уже приводили в разделе 1.5.3. Теперь более пристальный взгляд обратим на технологическую сторону стандарта 802.11. В последующих разделах речь пойдет о стеке протоколов, методах радиопередачи (на физическом уровне), протоколе подуровня MAC, структуре кадра и сервисах. Дополнительную информацию о стандарте 802.11 можно найти в издании (Gast, 2005). Чтобы получить информацию из первых рук, обратитесь к официальному техническому описанию стандарта IEEE 802.11-2007.
4.4.1. Стандарт 802.11: архитектура и стек протоколов
Сети 802.11 можно использовать в двух режимах. Самый популярный режим — это подключение клиентов, таких как ноутбуки и смартфоны, к другой сети, например внутренний сети компании или Интернету. Такая схема показана на рис. 4.20, а. В инфраструктурном режиме (infrastructure mode) каждый режим связывается с точкой доступа (Access Point, AP), которая, в свою очередь, подключена к сети. Клиент отправляет и получает пакеты через точку доступа. Несколько точек доступа можно соединить вместе, обычно в кабельную сеть под названием распределительная система (distribution system). Так формируется расширенная сеть 802.11. В данном случае клиенты могут отправлять кадры другим клиентам через их точки доступа.
Второй режим, показанный на рис. 4.20, б, называется произвольной сетью (ad hoc network). Это набор компьютеров, которые связаны таким образом, чтобы они могли напрямую отправлять кадры друг другу. Точка доступа не используется. Поскольку доступ в Интернет — революционная технология в беспроводных соединениях, произвольные сети не очень популярны.
Рис. 4.20. Архитектура сети стандарта 802.11: а — инфраструктурный режим; б — произвольный режим
Теперь взглянем на протоколы. Все протоколы, используемые семейством стандартов 802.х, включая 802.11 и Ethernet, схожи по структуре. Часть стека протоколов изображена на рис. 4.21. Стек одинаков для клиентов и для точек доступа. Физический уровень практически соответствует физическому уровню в модели OSI, а вот канальный уровень во всех протоколах 802.х разбит на два или более подуровня. Что касается
802.11, то подуровень MAC (подуровень управления доступом к среде) отвечает за распределение канала, то есть за то, какая станция будет передавать следующей. Над MAC в иерархии находится подуровень LLC (управления логическим соединением), задача которого состоит в том, чтобы сделать различия стандартов 802.х невидимыми для сетевого уровня. Это могло бы стать очень ответственной задачей, но в настоящее время ключевым слоем считается LLC; именно он отвечает за идентификацию протокола (например, IP), информация о котором передается в кадре 802.11.
После первого появления в 1997 году физический уровень обзавелся несколькими новыми методами передачи. Два первоначальных метода, инфракрасная передача (как
в пульте дистанционного управления телевизором) и режим скачкообразного изменения частоты в диапазоне 2,4 ГГц, сегодня не используются. Третий из первоначальных методов, широкополосный сигнал с прямой последовательностью на скорости 1 или 2 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц, был расширен и завоевал популярность со скоростями до 11 Мбит/с. Этот стандарт известен под названием 802.11b.
Рис. 4.21. Часть стека протоколов 802.11
Для того чтобы дать фанатам беспроводных сетей такое желанное увеличение скорости, в 1999 и 2003 годах были представлены новые методы передачи на основе схемы OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), описанной ранее в разделе 2.5.3. Первый метод называется 802.11a и работает в другом диапазоне частот, 5 ГГц. Второй остался в диапазоне 2,4 ГГц для обеспечения совместимости. Он называется 802.11g. Оба работают на скоростях до 54 Мбит/с.
Совсем недавно, в октябре 2009 года, в рамках стандарта 802.11n была завершена работа над методами передачи данных, которые одновременно используют несколько антенн на приемнике и передатчике, что дает очередной выигрыш в скорости. Благодаря четырем антеннам и более широким каналам стандарт 802.11 теперь определяет скорости до поразительных 600 Мбит/с.
