Страница 12 из 64
Рис. 1.5. Конфигурация персональной сети Bluetooth
В самой простой форме сети Bluetooth используют парадигму ведущий—ведомые (Master—Slave), см. рис. 1.5. Системный модуль (PC) обычно является ведущим устройством и общается с мышью, клавиатурой и т. д., как с ведомыми устройствами. Ведущее устройство говорит ведомым устройствам, какие адреса использовать, когда они могут осуществлять широковещательную передачу, сколько времени они могут передавать, какие частоты могут использовать и т. д.
Bluetooth может использоваться также и в других устройствах. Он часто используется, чтобы соединить наушники с мобильным телефоном без шнуров, и может позволить вашему цифровому музыкальному проигрывателю соединяться с вашим автомобилем, как только он находится в пределах диапазона. Абсолютно другой вид PAN возникает, когда встроенное медицинское устройство, такое как кардиостимулятор, насос инсулина или слуховой аппарат, говорит с управляемым пользователем дистанционным управлением. Мы обсудим Bluetooth более подробно в главе 4.
PAN могут также быть созданы с другими технологиями, которые общаются на малые расстояния, такие как RFID на смарт-картах и библиотечных книгах. Мы изучим RFID в главе 4.
1.2.2. Локальные сети
Локальными сетями называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия бытовой электроники для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Когда локальные сети используются предприятиями, их называют сеть предприятия (enterprise networks).
Беспроводные ЛВС сейчас очень популярны, особенно в домах, более старых офисных зданиях, кафетериях и других местах, где слишком сложно провести кабели. В этих системах у каждого компьютера есть радиомодем и антенна, которую он использует, чтобы общаться с другими компьютерами. В большинстве случаев каждый компьютер говорит с устройством в потолке, как показано на рис. 1.6, а. Это устройство, названное AP (Точка доступа), беспроводный маршрутизатор, или базовая станция, передает пакеты между беспроводными компьютерами, а также между ними и Интернетом. Точка доступа похожа на популярного ребенка в школе, потому что все хотят говорить с ним. Однако, если другие компьютеры достаточно близки, они могут общаться непосредственно друг с другом в конфигурации соединения равноправных узлов ЛВС.
Рис. 1.6. Беспроводные и проводные сети: а — 802.11; б — коммутируемый Ethernet
Стандарт для беспроводных ЛВС, названный IEEE 802.11, более известный как WiFi, стал очень широко распространенным. Он работает на скоростях от 11 до сотни мегабит в секунду. (В этой книге мы будем придерживаться традиции и измерять скорости линии в мегабитах в секунду, где 1 Мбит/с составляет 1 000 000 битов в секунду, и гигабитах в секунду, где 1 Гбит/с составляет 1 000 000 000 битов в секунду.) Мы обсудим 802.11 в главе 4.
В проводных ЛВС используются различные технологии передачи. Большинство из них использует медные провода, а некоторые — оптоволокно. ЛВС ограничены в размере, это означает, что максимальное время передачи ограничено и известно заранее. Знание этих границ помогает с задачей разработки сетевых протоколов. Как правило, проводные ЛВС работают на скоростях от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с, имеют низкую задержку (микросекунды или наносекунды) и делают очень немного ошибок. Более новые ЛВС могут работать со скоростью 10 Гбит/с. По сравнению с беспроводными сетями проводные ЛВС превышают их по всем параметрам работы. Послать сигналы по проводу или через волокно проще, чем по воздуху.
Топология многих проводных ЛВС создана из магистральных линий. Стандарт IEEE 802.3, обычно называемый Ethernet, является, безусловно, наиболее распространенным типом проводной ЛВС. Рисунок 1.6, б показывает типовую топологию коммутируемого Ethernet. Каждый компьютер говорит на протоколе Ethernet и соединяется с устройством, названным коммутатором с магистральной линией. Отсюда и название. У коммутатора есть несколько портов, каждый из которых может соединиться с одним компьютером. Работа коммутатора — передать пакеты между компьютерами, которые к нему присоединены; для определения нужного компьютера используется адрес в каждом пакете.
Чтобы создать большие ЛВС, коммутаторы могут быть подключены друг в друга с помощью портов. Что происходит, если вы включаете их вместе в цикл? Будет ли сеть работать? К счастью, проектировщики подумали об этом варианте. Протокол определяет пути для пакетов так, чтобы они достигли нужного компьютера. Мы увидим как это работает в главе 4.
Также возможно разделить одну большую физическую ЛВС на две меньших логических ЛВС. Вы могли бы задаться вопросом, чем это будет полезно. Иногда расположение сетевого оборудования не соответствует структуре организации. Например, у инженерного и финансового отделов компании могли бы быть компьютеры в одной физической ЛВС, потому что они находятся в одном крыле здания, но было бы легче управлять системой, если бы у каждого отдела была своя виртуальная ЛВС (VLAN). В этой конструкции каждый порт отмечен «цветом», скажем, зеленый для инженерного отдела и красный для финансового. Коммутатор направляет пакеты так, чтобы компьютеры, присоединенные к зеленым портам, были отделены от компьютеров, присоединенных к красным портам. Широковещательные пакеты, посланные красным портом, например, не будут получены зеленым портом, как если бы это были две различных ЛВС. Мы обсудим виртуальные ЛВС в конце главы 4.
Существуют и другие топологии проводной ЛВС. Фактически, коммутируемый Ethernet — современная версия оригинального проекта Ethernet, который передавал все пакеты по единственному линейному кабелю. В один момент времени передачу могла вести только одна машина, а конфликты решал распределенный арбитражный механизм. Использовался простой алгоритм: компьютеры могли передать всякий раз, когда кабель был неактивен. Если два или несколько пакетов столкнулись, каждый компьютер ждал в течение случайного промежутка времени и делал еще одну попытку. Мы будем называть этот вариант классический Ethernet, и вы узнаете о нем в главе 4.
И проводные, и беспроводные широковещательные сети в зависимости от способа назначения канала подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм, и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.
Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должно существовать одно устройство, такое как базовая станция в сотовой сети, определяющее машину, получающую право на передачу. Оно должно получать множество пакетов и принимать решение о приоритетах на основании некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так. Ниже мы рассмотрим различные алгоритмы, специально созданные для внесения порядка в возможный хаос.
Стоит дополнительно обсудить домашние ЛВС. В будущем, вероятно, каждое устройство в доме будет способно к общению с любым другим устройством, и все они будут доступны по Интернету. Это развитие, вероятно, будет одним из тех новшеств, которых никто не ожидает (как телевизионные дистанционные пульты управления или мобильные телефоны), но когда они появились никто уже не может представить жизнь без них.