содержание   ..  1  2  3  4  5  6   ..

13.  

Cемиуровневая модель взаимодействия открытых систем. Функции протоколов уровня приложения

Прикладной уровень (уровень приложений; англ. application layer) — верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью:

§                    позволяет приложениям использовать сетевые службы:

§                                удалённый доступ к файлам и базам данных,

§                                пересылка электронной почты;

§                    отвечает за передачу служебной информации;

§                    предоставляет приложениям информацию об ошибках;

§                    формирует запросы к уровню представления.

Протоколы прикладного уровня: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET.

RDP (англ. Remote Desktop Protocol — протокол удалённого рабочего стола) — проприетарный протокол прикладного уровня, купленный Microsoft у Citrix, использующийся для обеспечения удалённой работы пользователя с сервером, на котором запущен сервис терминальных подключений. Клиенты существуют практически для всех версий Windows (включая Windows CE и Mobile), Linux, FreeBSD, Mac OS X, Android, Symbian. По умолчанию используется порт TCP 3389. Официальное название Майкрософт для клиентского ПО — Remote Desktop Connection или Terminal Services Client (TSC), в частности, клиент в Windows 2k/XP/2003/Vista/2008/7 называется mstsc.exe.

Особенности версии 5.2, используемой в Windows Server 2003 SP2 и в Windows XP SP3:

§                    Поддержка 32-битного цвета (в дополнение к 8-, 15-, 16-, и 24-битному в предыдущих версиях);

§                    Возможность использовать 128-битовое шифрование по алгоритмам RC4, AES или 3DES с проверкой целостности хешем MD5 или SHA1, по умолчанию не используется, значение безопасности RDP в Windows 2003 по умолчанию - RC2 (56 бит) c хешем MD5 с откатом на DES (40 бит). (Из-за слабого шифрования RC2 и DES при использовании настройки по умолчанию трафик может быть расшифрован по пути, см. тип уязвимости «man-in-the-middle vulnerability»);

§                    Поддержка Transport Layer Security (только при использовании шифрования RC4, AES или 3DES), по умолчанию не включена;

§                    Звук с удалённого ПК переадресовывается и воспроизводится на локальном компьютере;

§                    Позволяет подключать локальные ресурсы к удалённой машине (mapping);

§                    Позволяет использовать локальный или сетевой принтеры на удалённом ПК;

§                    Позволяет приложениям, выполняющимся в пределах текущего сеанса, обращаться к локальным последовательным и параллельным портам;

§                    Можно обмениваться информацией через буфер обмена.

В Windows Vista используется версия 6 протокола RDP, в Windows Server 2008 — версия 6.1, в Windows 7 — версия 7.

Так как RDP по умолчанию создаёт виртуальные консоли, то для подключения не к ним, а непосредственно к консоли 0 (основная консоль-мышь/клавиатура) нужно запустить RDP-клиент с параметром console.

HTTP (сокр. от англ. HyperText Transfer Prоtocоl — «протокол передачи гипертекста») — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов). Основой HTTP является технология «клиент-сервер», то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом. HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов. В 2006 году в Северной Америке доля HTTP-трафика превысила долю P2P-сетей и составила 46 %, из которых почти половина — это передача потокового видео и звука^[1].

HTTP используется также в качестве «транспорта» для других протоколов прикладного уровня, таких как SOAP, XML-RPC, WebDAV.

Основным объектом манипуляции в HTTP является ресурс, на который указывает URI (англ. Uniform Resource Identifier) в запросе клиента. Обычно такими ресурсами являются хранящиеся на сервере файлы, но ими могут быть логические объекты или что-то абстрактное. Особенностью протокола HTTP является возможность указать в запросе и ответе способ представления одного и того же ресурса по различным параметрам: формату, кодировке, языку и т. д. (В частности для этого используется HTTP-заголовок.) Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный протокол является текстовым.

HTTP — протокол прикладного уровня, аналогичными ему являются FTP и SMTP. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме «запрос-ответ». Для идентификации ресурсов HTTP использует глобальные URI. В отличие от многих других протоколов, HTTP не сохраняет своего состояния. Это означает отсутствие сохранения промежуточного состояния между парами «запрос-ответ». Компоненты, использующие HTTP, могут самостоятельно осуществлять сохранение информации о состоянии, связанной с последними запросами и ответами (например, «куки» на стороне клиента, «сессии» на стороне сервера). Браузер, посылающий запросы, может отслеживать задержки ответов. Сервер может хранить IP-адреса и заголовки запросов последних клиентов. Однако сам протокол не осведомлён о предыдущих запросах и ответах, в нём не предусмотрена внутренняя поддержка состояния, к нему не предъявляются такие требования.

SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) — это широко используемый сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.

SMTP впервые был описан в RFC 821 (1982 год); последнее обновление в RFC 5321 (2008) включает масштабируемое расширение -ESMTP (англ.  ExtendedSMTP). В настоящее время под «протоколом SMTP», как правило, подразумевают и его расширения. Протокол SMTP предназначен для передачи исходящей почты, используя для этого порт TCP 25.

В то время, как электронные почтовые сервера и другие агенты пересылки сообщений используют SMTP для отправки и получения почтовых сообщений, работающие на пользовательском уровне клиентские почтовые приложения обычно используют SMTP только для отправки сообщений на почтовый сервер для ретрансляции. Для получения сообщений, клиентские приложения обычно используют либо POP (англ. Post Office Protocol – протокол почтового отделения), либо IMAP (англ. Internet Message Access Protocol), либо патентованные системы (такие как Microsoft Exchange и Lotus Notes/Domino) для доступа к учетной записи своего почтового ящика на сервере.

SNMP (англ. Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетями) — это протокол управления сетями связи на основе архитектуры UDP. Устройства, которые обычно поддерживают SNMP это маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, рабочие станции,принтеры, модемы и т.д. SNMP является компонентом стека протоколов TCP/IP, как это определено Инженерным советом Интернет (Internet Engineering Task Force, IETF). Он состоит из набора стандартов сетевого управления, включая протокол передачи данных прикладного уровня, схему базы данных и набора объектов^[1].

На основе концепции TMN в 1980—1990 годах различными органами стандартизации был выработан ряд протоколов управления сетями передачи данных с различным спектром реализации функций TMN. К одному из типов таких протоколов управления относится SNMP.

Также призван обеспечить управление и контроль за устройствами и приложениями в сети связи путём обмена управляющей информацией между агентами, располагающимися на сетевых устройствах, и менеджерами, расположенными на станциях управления. SNMP определяет сеть как совокупность сетевых управляющих станций и элементов сети (главные машины, шлюзы и маршрутизаторы, терминальные серверы), которые совместно обеспечивают административные связи между сетевыми управляющими станциями и сетевыми агентами.

POP3 (англ. Post Office Protocol Version 3 — протокол почтового отделения, версия 3) - стандартный Интернет-протокол прикладного уровня, используемый клиентами электронной почты для извлечения электронного сообщения с удаленного сервера по TCP/IP-соединению.

POP и IMAP (Internet Message Access Protocol) - наиболее распространенные Интернет-протоколы для извлечения почты. Практически все современные клиенты и сервера электронной почты поддерживают оба стандарта. Протокол POP был разработан в нескольких версиях, нынешним стандартом является третья версия (POP3). Большинство предоставителей услуг электронной почты (такие как Hotmail, Gmail и Yahoo! Mail) также поддерживают IMAP и POP3. Предыдущие версии протокола (POP, POP2) устарели.

FTP (англ. File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) — стандартный протокол, предназначенный для передачи файлов по TCP-сетям (например, Интернет). FTP часто используется для загрузки сетевых страниц и других документов с частного устройства разработки на открытые сервера хостинга.

Протокол построен на архитектуре "клиент-сервер" и использует разные сетевые соединения для передачи команд и данных между клиентом и сервером. Пользователи FTP могут пройти аутентификацию, передавая логин и пароль открытым текстом, или же, если это разрешено на сервере, они могут подключиться анонимно. Можно использовать протокол SSH для безопасной передачи, скрывающей (шифрующей) логин и пароль, а также шифрующей содержимое.

Первые клиентские FTP-приложения были интерактивными инструментами командной строки, реализующими стандартные команды и синтаксис. Графические пользовательские интерфейсы с тех пор были разработаны для многих используемых по сей день операционных систем. Среди этих интерфейсов как программы общего веб-дизайна вроде Microsoft Expression Web, так и специализированные FTP-клиенты (например, CuteFTP).

FTP является одним из старейших прикладных протоколов, появившимся задолго до HTTP, в 1971 году. Он и сегодня широко используется для распространения ПО и доступа к удалённым хостам.

XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol — расширяемый протокол обмена сообщениями и информацией о присутствии), ранее известный как Jabber^[1] ([ˈʤæbə(r)], джа́ббер — «болтовня», «трёп», «тарабарщина», сленг. — жабер, жаббер, жабёр^[2]) — основанный на XML, открытый, свободный для использования протокол для мгновенного обмена сообщениями и информацией о присутствии (см. список контактов) в режиме, близком к режиму реального времени. Изначально спроектированный легко расширяемым, протокол, помимо передачи текстовых сообщений, поддерживает передачу голоса, видео и файлов по сети.

В отличие от коммерческих систем мгновенного обмена сообщениями, таких, как AIM, ICQ, WLM и Yahoo, XMPP является децентрализованной, расширяемой и открытой системой. Любой желающий может открыть свой сервер мгновенного обмена сообщениями, регистрировать на нём пользователей и взаимодействовать с другими серверами XMPP. На основе протокола XMPP уже открыто множество частных и корпоративных серверов XMPP. Среди них есть достаточно крупные проекты, такие как Facebook, Google Talk, В Контакте,Одноклассники.ru, Я.Онлайн, QIP, LiveJournal, Juick и др.

OSCAR — открытый (с 5 марта 2008 года), но не свободный сетевой протокол, обеспечивающий обмен мгновенными и офлайновымитекстовыми сообщениями. В данный момент используется для двух систем: AIM (компания AOL, управляемая Time Warner) и ICQ(компания Mail.Ru Group).

§                    Каждому пользователю выдаётся UIN (англ. Unique Identification Number) — уникальный идентификационный номер, по которому пользователь однозначно определяется системой и другими пользователями. В настоящее время (январь 2010 г.) для совместимости с AIM вместо UIN используется понятие ScreenName.

§                    Пользователь имеет возможность выбрать себе ник, который играет роль личного имени в его сообщениях. В отличие от UIN, ники не уникальны для каждого пользователя.

§                    В AOL Instant Messenger функцию UIN играют SN (англ. Screen Name) — так называемые экранные имена, уникальные для каждого пользователя.

§                    Протокол поддерживает несколько состояний, в которых может находиться пользователь. Состояния устанавливаются пользователем.

§         Modbus — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиент-сервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).

§         Не следует путать MODBUS и MODBUS Plus. MODBUS Plus — проприетарный протокол принадлежащий Schneider Electric. Физический уровень уникальный, похож на Ethernet 10BASE-T, полудуплекс по одной витой паре, скорость 1Мбит/с. Транспортный протокол — HDLC, поверх которого специфицировано расширение для передачи MODBUS PDU.

§         SIP (англ. Session Initiation Protocol — протокол установления сеанса) — протокол передачи данных, который описывает способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференция, мгновенные сообщения, онлайн-игры).

§         В модели взаимодействия открытых систем SIP является сетевым протоколом прикладного уровня.

§         Протокол описывает, каким образом клиентское приложение (например, софтфон) может запросить начало соединения у другого, возможно, физически удалённого клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов, которые могут использоваться для непосредственной передачи информации (например, RTP). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух сторон — конференц-связь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса.

TELNET (англ.  TErminaL NETwork) — сетевой протокол для реализации текстового интерфейса по сети (в современной форме — при помощи транспорта TCP). Название «telnet» имеют также некоторые утилиты, реализующие клиентскую часть протокола. Современный стандарт протокола описан в RFC 854.

14.  Системы адресации, сигнализации, синхронизации в сетях связи (общие принципы).

Адресация.

При передаче данных в сети связи, как правило, требуется выделить среди всех пользователей сети тех, кто должен получить эти данные. В большинстве случаев получателем данных должен явиться один пользователь (такой режим передачи называется unicast). Возможны также случаи, когда получателем является группа из нескольких пользователей (multicast), или все пользователи сети (broadcast). Очевидно, что для того, чтобы различать пользователей сети, эти пользователи должны обладать некоторым признаком, не совпадающим у тех пользователей, которых требуется отличать друг от друга. Такой признак в сети называется адресом. В простейшем случае, адрес – это уникальное для каждого пользователя сети число. При передаче данных указывается адрес их получателя, однозначно идентифицирующий пользователя, которому требуется доставить эти данные. Подобный принцип получил широкое распространение ввиду своей естественности и простоты. Он используется, например, в телефонных сетях: каждому абоненту присвоен свой номер. В протоколе IP также используются уникальные адреса для пользователей (32-битные в версии 4 и 128-битные в версии 6) (хотя возможны более сложные случаи, например, не уникальные адреса). Из приведенных примеров можно сделать одно наблюдение: адрес может определенным образом отражать структуру сети (внутризоновый телефонный номер состоит из номера АТС и номера внутри АТС, IP адрес состоит из адреса сети и адреса внутри сети (более подробно об этом будет рассказано в дальнейших разделах)). В сети с возможностью multicast и broadcast доставки данных могут использоваться специальные адреса, определяющие группу пользователей. Например, в IP сетях предусмотрены специальные широковещательные и групповые адреса. Еще одно наблюдение в отношении адресов состоит в том, что на разных уровнях сетевой иерархии могут использоваться разные системы адресации. Например, каждый компьютер в IP сети обладает физическим адресом (MAC-адрес), сетевым адресом (IP-адрес), и символьным адресом (DNS-имя).

Несмотря на практически повсеместную распространенность числовой системы адресации, она не является единственно возможной. В специализированных сетях могут применяться и другие системы. Например, в сетях датчиков может использоваться атрибутивная адресация. При этом в качестве адреса узла могут выступать один или более его атрибутов – пространственные координаты, наличие или отсутствие некоторых данных, состояние самого узла. В таких сетях запрос может посылаться не к конкретному узлу или группе узлов, а, например, к узлам в заданном квадрате, или к узлам, наблюдающим некоторое явление.

Адрес может использоваться не только для выделения получателей сообщения среди всех пользователей сети, но и при маршрутизации сообщения. Транзитные узлы маршрута анализируют адрес получателя сообщения и на его основании определяют следующий узел в маршруте. При этом могут использоваться как таблицы маршрутизации, так и некоторый регулярный принцип. Подход, основанный на таблицах маршрутизации, является более общим, поскольку позволяет произвольным адресам узлов ставить в соответствие произвольный следующий узел в маршруте. Свойства отражения структуры сети от адресов при этом не требуется. В случае же, когда такое свойство у адресов имеется, маршрут сообщения может выбираться непосредственно на основании адреса получателя, без использования (или с использованием меньшего количества) дополнительной маршрутизационной информации. Например, в ad hoc сетях может использоваться географическая маршрутизация. При ее использовании каждый узел располагает своими пространственными координатами, которые и используются в качестве адреса. Получив транзитное сообщение, узел такой сети передает его своему соседнему узлу, наиболее близкому к получателю сообщения. Таким образом, сообщение постоянно продвигается по направлению к получателю, пока не достигает его. Узлам сети при этом необходимо знать лишь список своих соседей и их адресов (координат). В некоторых случаях возможно построение протокола маршрутизации, не требующего наличия у узлов даже такого списка – маршрутизация при этом осуществляется исключительно на основании информации, содержащейся в сообщении, и информации о текущем узле. Такие специализированные, «облегченные» протоколы маршрутизации могут применяться, например, в сетях датчиков.

Сигнализация.

Помимо полезной информации, в сетях связи передается служебная информация различного назначения. С ее помощью осуществляется управление сетью. Например, в сети с коммутацией каналов, прежде чем может начаться передача данных, требуется установить соединение, а после передачи данных – разорвать его. Передача служебной информации об установлении и разрыве соединений и об управлении ими называется сигнализацией, а протоколы, определяющие состав и назначение этой информации – протоколами сигнализации. Впервые необходимость в сигнализации возникла в телефонных сетях. Для этих сетей создано множество различных протоколов, сначала для аналоговых сетей, а затем и для цифровых. При этом можно выделить два подхода к передаче сигнальной информации:

-        Передача сигнальной информации по тем же каналам, что и полезной нагрузки, например, в отдельном timeslot в составе цифрового потока ИКМ-30, или в выделенной полосе частот в аналоговых системах передачи (в некоторых системах сигнализация даже передается непосредственно в голосовом канале, откуда затем вырезается полосовым фильтром). По такому принципу построены, например, протоколы R1 и R2.

-        Передача сигнальной информации по отдельным каналам. При таком подходе в сети выделяются специальные линии связи, предназначенные только для передачи сигнализации. Физический маршрут передаваемого трафика и сигнализации может быть разным. По такому принципу построена система сигнализации ОКС-7.

Синхронизация.

Для того чтобы ЭВМ и тер­миналы могли обмениваться между собой данными, во-пер­вых, они должны уметь опо­вещать друг друга о своей го­товности к передаче или при­ему данных. Во-вторых, если они производят обмен данны­ми, должен существовать спо­соб информирования уст­ройств о передаваемых сооб­щениях. Пусть сообщение ад­ресовано в некоторый узел. Пере­датчик, например ЭВМ или терминал, должен передать какой-то свой сигнал, с тем, чтобы принимающее устройство зна­ло, когда начать поиск и распознавание поступающих данных. По существу приемник должен знать точное время прохож­дения по каналу связи каждого двоичного 0 и 1. Это требование означает, что для принимающего и передающего устройства должна существовать какая-то общая точка отсчета времени или «общие часы». Поэтому передающее устройство должно, прежде всего, послать принимающему устройству извещение, что оно желает «поговорить» с ним. Если передатчик посылает биты в канал без предварительного уведомления, приемник, скорее всего, не будет иметь достаточно времени, чтобы настроиться на при­ходящий поток битов. В таком случае первые несколько битов сообщения будут потеряны.

Процесс взаимного информирования терминалов сети о своем текущем состоянии является частью протокола связи, и его обычно называют синхронизацией.При небольших расстояниях между устройствами для обеспечения синхронизации часто используют отдельный канал или линию. По этой линии передается сигнал, представляющий собой некоторую комбинацию единиц и нулей в соответствии с принятыми соглашениями. Приход этого син­хросигнала воспринимается принимающим устройством как уве­домление о том, что в определенный момент времени необходи­мо «прослушать» информационную линию. Он может также провести синхронизацию таймера приемника, с тем, чтобы при­емник был точно настроен на каждый приходящий бит. Таким образом, синхросигналы выполняют две важные функции: 1) они синхронизируют, настраивают приемник на передаваемое сооб­щение еще до того, как оно фактически приходит, и 2) поддержи­вают синхронизацию приемника с приходящими битами данных. Таким образом, на физическом уровне должна осуществляться синхронизация приемника и передатчика.

Внешняя синхронизация — передача тактового сигнала, отмечающе­го битовые (символьные) интервалы, практически не применяется из-за дорого­визны реализации дополнительного канала. Ряд схем физического кодирования являются самосинхронизирующимися — они позволяют выделять синхросигнал из принимаемой последовательности состояний линии. Ряд схем позволяет вы­делять синхросигнал не для всех кодируемых символов, для таких схем логиче­ское кодирование за счет избыточности должно исключать нежелательные ком­бинации.

Особенно важна синхронизация в синхронных системах передачи, таких, например, как SDH.

Как и ряду других аспектов построения сетей (например, протоколы, адресация) синхронизации свойственна иерархичность. Синхронизация должна выполняться на разных уровнях сетевой иерархии. На физическом уровне происходит битовая (символьная) синхронизация: принимающая сторона выделяет в принимаемом сигнале границы отдельных символов. На канальном уровне происходит кадровая синхронизация: принимающая сторона выделяет в принимаемом потоке символов границы кадров. На более высоких уровнях также может происходить разбор данных и выделение границ каких-либо процессов или блоков данных, например, отслеживание начала и конца передачи файла.

15.  Принципы построения СПД различного уровня и функций.

16.  Принципы построения сетей подвижной связи. Спутниковые сети связи (геостационарные и низкоорбитальные).

Принципы построения сетей подвижной связи.

Подвижная служба – это служба радиосвязи между подвижной и стационарной станциями, или между подвижными станциями. Выделяют сухопутную, морскую, спутниковую подвижную связь. Подвижные службы реализуются на основе систем радиосвязи. Выделяют системы радиосвязи общего пользования – сотовая связь, пейджинг и т.д., а также ведомственные системы связи – связь МВД, специальная передача данных. Различные системы радиосвязи могут быть соединены между собой, а также, например, с телефонной сетью, или могут быть автономными.

Системы радиосвязи можно классифицировать по назначению и зоне действия:

1.      Направленная связь (радиорелейные линии).

2.      Радиально-зоновые системы (телевидение).

3.      Линейные системы связи (линейные зоны) – вдоль железных или автомобильных дорог.

4.      Территориальные системы связи (обслуживающие заданную зону):

-        Радиально-зоновые системы.

-        Системы с сотовой структурой.

-        Спутниковые системы связи.

Рассмотрим более подробно основные примеры систем радиосвязи, в т.ч. подвижной.

1.      Две радиостанции с прямой связью (точка-точка).

2.      Радиотелефонные удлинители: телефон через интерфейсное устройство подключается к радиостанции с направленной антенной. На стороне АТС также имеется радиостанция с направленной антенной.

3.      Многоканальные радиотелефонные удлинители с радиальной зоной. Устроены аналогично обычным радиотелефонным удлинителям, за исключением того, что на стороне АТС используется радиостанция с всенаправленной антенной, обслуживающей несколько абонентов (до 40).

4.      Радиотелефонные системы общего пользования с радиальной зоной. Пример: Алтай. Работает в диапазоне 300 МГц. В одной такой системе (т.н. стволе) имеется 8 дуплексных каналов. Любой из абонентов может воспользоваться любым из этих каналов. Один ствол может обслуживать до 200-300 абонентов. Особенность системы Алтай заключается в том, что адресные сигналы и сигналы управления передаются по тем же каналам, по которым передается речь.

5.      Системы персонального радиовызова (пейджинг). Работают на частотах 133-174 МГц, а также 400 МГц. Представляют собой системы односторонней связи. Пейджинговая система может быть построена по радиально-зоновому принципу (с одним радиопередатчиком) и по многорадиально-зоновому принципу (с несколькими радиопередатчиками). Второй вариант используется для покрытия большой территории, при этом каждый радиопередатчик обслуживает определенную зону. Зоны имеют размер 40-60 км. Радиопередатчики подключены к пейджинговому терминалу, который посылает сигнал одновременно на все из них. Все передатчики должны работать синхронно. Для избежания интерференции на границах зон используется специальная система регулировки задержки и уровня сигнала. Для связи пейджингового терминала с передатчиками могут использоваться выделенные телефонные каналы или направленные системы радиосвязи на частоте от 400 МГц.

6.      Транковые системы. Отличительной особенностью современных систем, в частности транковых, является то, что канал управления делается выделенным (в отличие от системы Алтай).

7.      Системы радиосвязи с сотовой структурой. Проблема интерференции на границах зон решена путем чередования используемых радиочастот в зоне действия каждой базовой станции. Чтобы выделить общее число радиоканалов, необходимое для чередования частот, эти системы перешли в более высокочастотный радиодиапазон. Работают на частотах 400, 450, 800, 900 МГц, 2 ГГц. Характерный размер сот составляет 1-7 км, в центре города используют более мелкие соты.

Спутниковые сети связи (геостационарные и низкоорбитальные).

Благодаря спутниковой связи сети и приложения способны достичь самых удаленных уголков Земли - будь то горные вершины, пустыни и тому подобные места.

ОСНОВЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Принципы спутниковой технологии довольно просты. Спутниковые системы связи передают сигналы от наземных трансиверов (приемников/передатчиков) на спутниковые ретрансляторы (приемники/передатчики, находящиеся на спутниках). Ретранслятор принимает сигнал от наземной станции в микроволновом диапазоне, усиливает его и посылает назад на Землю. Канал от наземной станции к спутнику называется восходящим каналом (uplink), от спутника к наземной станции – нисходящим (downlink).

Параболические антенны наземных станций нацелены на спутник, а уплотненные сигналы, содержащие сотни каналов, поступают на спутник в виде сверхвысокочастотных волн. Эти сигналы перенаправляются ретранслятором на удаленные терминалы. Благодаря радиочастотному оборудованию модуляции и демодуляции радиочастотный сигнал может переносить информацию по всей сети.

Помимо своего привычного амплуа (телефония, телевидение, передача данных и т.д.) спутники используются в качестве резервных каналов связи на случай выхода из строя наземной линии.

Оптимальный диапазон частот для спутниковой передачи – от 1 до 10 ГГц. Ниже 1 ГГц слишком высок уровень шума от естественных источников, включая галактику, Солнце, атмосферу, и различные устройства, созданные людьми. Выше 10 ГГц сигнал сильно затухает в атмосфере. Большинство спутников сегодня используют диапазон частот от 5,925 ГГц до 6,425 ГГц для uplink и от 3,7 ГГц до 4,2 ГГц для downlink. Эта комбинация называется диапазоном 4/6 ГГц. Частоты для uplink и downlink должны различаться, поскольку спутник не может принимать сигнал на той же частоте, на которой он его передает. Диапазон 4/6 ГГц лежит в оптимальной полосе, но он стал насыщаться. Другие частоты в полосе 1-10 ГГц нельзя использовать из-за высокого уровня помех от наземных систем связи. Поэтому стал использоваться еще один диапазон – 12/14 ГГц: 14-14,5 ГГц для uplink, 11,7-12,2 ГГц для downlink. В этом диапазоне велико затухание сигнала, но зато в наземных станциях можно использовать более компактные и дешевые приемники. Когда и этот диапазон заполнится, планируется использовать диапазон 19/29 ГГц (27,5-31,0 ГГц для uplink, 17,7-21,2 ГГц для downlink). В этом диапазоне затухание еще сильнее, но зато больше ширина канала (2500 МГц против 500 МГц), а приемники еще компактнее и дешевле.

Катализатором развития спутниковых сетевых технологий стали Internet и корпоративные сети. Доступ к Internet с помощью спутниковой технологии зачастую значительно экономичнее дорогостоящих высокоскоростных наземных каналов. В спутниковой сети пользователи имеют высокоскоростной доступ к Internet и к интерактивным службам. Сервер беспроводного доступа функционирует как интерфейс между сетью Ethernet 10/100 и спутниковыми компонентами сети. Другими катализаторами служат средства мультимедиа и развлекательные приложения для дома. Если этот рынок окажется достаточно емким, то спутниковую связь ожидает настоящий бум.

Стимулирует развитие спутниковых сетевых технологий и мобильная связь. Сегодня спрос на мобильную связь высок, как никогда, и по мере того, как все большее число пользователей будет делать выбор в пользу персональной связи и родственных технологий, спрос этот будет только расти, оказывая дополнительное давление на спутниковую связь как на средство предоставления таких услуг.

Спутниковая связь имеет определенные преимущества над наземными системами связи. Вследствие использования беспроводных технологий спутниковые сети могут достичь удаленных географических областей, в том числе в странах с недостаточно развитой коммуникационной инфраструктурой. Благодаря своей независимости от услуг телекоммуникационных компаний, спутниковая связь не подвержена перерывам в работе (повреждение кабеля при строительных работах и аналогичные недоразумения ей неведомы).

Однако достоинства спутниковой технологии не позволяют закрывать глаза на ее недостатки. В частности, спутниковая связь очень дорога и относительна молода. Кроме того, крупные проекты в данной области не так-то просто воплотить в жизнь, для этого компания должна располагать значительными финансовыми средствами и получить одобрение в нескольких национальных и международных организациях.

С технической точки зрения потенциальной проблемой является блокирование принимаемого со спутника сигнала зданиями и даже листвой деревьев в зависимости от типа применяемой технологии.

Своего решения требует и вопрос защиты информации: при спутниковой связи сигнал может быть принят любым неуполномоченным лицом. Шифрование спутниковых каналов не осуществляется, но некоторые производители предлагают программное обеспечение шифрования, с помощью которого можно оградить трафик от подслушивания.

ТИПЫ СПУТНИКОВ

Используемые спутники можно разделить на две основные категории: геостационарные и низкоорбитальные. Среди других технологий - спутники на средней орбите и гибридные формы спутниковых сетей.

В течение более чем 30 лет геостационарные спутники обеспечивали практически единственный вид коммерческой связи через космос. Для односторонней связи эти системы достаточно эффективны, но для двусторонней они имеют ограниченную применимость. По существу потребность в мощных терминалах и значительные задержки при передаче сигнала из-за удаленности спутников от Земли делают их малопригодными для двусторонней связи, а значит, многим высокоскоростным службам данная технология не подходит.

Эта проблема главным образом физическая. Геостационарные спутники вращаются вокруг Земли с тем же периодом, что и сама Земля по орбите с радиусом 42164 км (что примерно в 6 раз больше радиуса Земли). На данном расстоянии связь имеет полную задержку при передаче из конца в конец около одной четверти секунды.

С ростом величины задержки возрастают требования к размеру буферов для хранения данных: чем выше скорость передачи, тем больше требуемый размер буфера. Ограничение на размер буфера приводит к возникновению ситуации, когда система не в состоянии обеспечить достаточную для некоторых приложений пропускную способность.

Размер буфера определяется обычно протоколом передачи. Поначалу специалисты полагали, что буферы накладывают непреодолимые ограничения на пропускную способность, которую спутниковые сети ATM и TCP/IP могут поддерживать. В 1997 году NASA провело серию экспериментов с целью определения влияния размера буфера на скорость передачи. В результате было установлено, что TCP/IP через спутники способен поддерживать скорость до 622 Мбит/с.

Если задержки при связи через геостационарные спутники вызывают раздражение при межконтинентальных телефонных звонках, то их влияние на приложения типа видеоконференций делает эти системы непригодными для работы в сети и использование некоторых протоколов передачи данных чревато полнейшим хаосом.

Несмотря на свои слабые места, геостационарные спутники способны обеспечить эффективную инфраструктуру спутниковых сетей. Многие из недостатков технологии исследуются, и шаг за шагом устраняются.

Следует также отметить, что геостационарная орбита является ценным ограниченным ресурсом. Если два спутника на геостационарной орбите, работающие на одной частоте, будут расположены слишком близко, они будут мешать друг другу. Поэтому, в соответствии с текущими стандартами, угловое расстояние между спутниками должно составлять как минимум 4 градуса в диапазоне 4/6 ГГц и 3 градуса в диапазоне 12/14 ГГц. Это ограничивает число спутников на геостационарной орбите.

Низкоорбитальные спутники представляют собой созвездия относительно небольших спутников, вращающихся на более низких высотах, чем геостационарные системы. Эти спутники можно разделить на два основных класса: большие и малые. Первые работают на частотах свыше 1 ГГц, а вторые - менее 1 ГГц.

Связь через низкоорбитальные спутники имеет малую задержку и потенциал для увеличения пропускной способности. Однако в случае низкоорбитальных спутников для обеспечения связи требуется большее число спутников, чем в случае их геостационарных аналогов. Применяемая здесь технология напоминает технологию, используемую при сотовой связи, за тем исключением, что базовые станции находятся на расстоянии сотен километров от Земли и движутся относительно ее поверхности.

Например, сеть Teledesic Network будет поддерживать с помощью 840 низкоорбитальных спутников широкий спектр приложений, в том числе передачу речи, данных и видео с типичными для оптических линий скоростями. Благодаря заключенным глобальным соглашениям сеть будет обеспечивать коммутируемые цифровые соединения между пользователями в сети, а также с клиентами других сетей через шлюзы, причем, как сообщается, задержка не превысит значение аналогичного параметра при передаче по оптическому кабелю. Разнообразные виды терминалов смогут получить по требованию канал со скоростью передачи от 16 Кбит/с до 2,048 Мбит/с (Е-1) и, для специальных приложений, до 1,244 Гбит/с (OC-24).

Как предполагается, Teledesic Network будет поддерживать максимальную емкость в 1 млн. полнодуплексных соединений Е-1. Кроме того, уровень доступности каналов составит 99,9% на большей территории США. Свои услуги Teledesic намеревается предоставлять операторам связи, а не конечным пользователям.

Другим проектом с применением больших низкоорбитальных спутников является Iridium. Он осуществляется консорциумом таких организаций, как LockheedMartin, Motorola, Raytheon и Sprint. Сеть Iridium состоит из 66 спутников. Вызовы будут обрабатываться непосредственно на спутнике. Эта технология предусматривает активное использование программного обеспечения, а также коммутирующих компьютеров на спутниках.

Информация о других проектах на базе низкоорбитальных спутников представлена в таблице.

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

содержание   ..  1  2  3  4  5  6   ..