Мобильная телефонная система. Локальная сеть Ethernet

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Институт дистанционного образования

ГОУ ВПО « Тюменский государственный университет »

Контрольная работа

по дисциплине: «Сети ЭВМ и средства коммуникаций»

Тема: Мобильная телефонная система. Локальная сеть Ethernet

Выполнил студент Петренко Н. В.

Нижневартовск 2011

План контрольной работы

Введение

1. Первые мобильные системы

2. Первые коммерческие системы

3. Всемирное распространение мобильных систем

4. Локальная сеть Ethernet

5. Работа в локальной сети

6. Передача сигналов

7. Топология сети

1. Первые мобильные системы

Цифровые беспроводные и сотовые технологии берут свое начало в 1940-х, когда началось коммерческое использование мобильной телефонной связи. По сравнению с бешеным темпом развития технологий сегодня, может показаться странным, что мобильная беспроводная связь не развилась дальше за последние 60 лет. Где наши видеотелефоны в часах? Было множество причин этой задержке, но наиболее важными были технология, настороженность и федеральное регулирование.

Как катушка и вакуумная трубка сделали возможным раннюю телефонную сеть, революция беспроводных технологий началась только после того, как стали доступны дешевые микропроцессоры и цифровые переключатели. The Bell System, производители лучшей проводной телефонной системы в мире, перешли к беспроводным технологиям нерешительно и иногда с равнодушием. Чтобы ни произвели AT&T, это должно было работать надежно с остальной частью их сети, и это должно было иметь экономический смысл. Нечто немыслимое для них с их ограниченным (из-за малого количества частот доступных в то время) числом клиентов. Доступность частоты в свою очередь управлялась Федеральной Комиссией Связи, чьи нормы и косность составили наиболее значимые препятствия развитию радиотелефонии, особенно с сотовым радио, задерживая эту технологию в Америке возможно на 10 лет. Хотя в Европе и Японии, где правительства могли менее регулировать свои государственные телефонные компании, мобильная беспроводная связь пришла никак не скорее, и в большинстве случаев позже, чем в Соединенные Штаты. Японские изготовители, хотя не первые работали с сотовым радио, снабдили первый автомобиль связью, основав мобильные телефонные услуги. Их продукты сделали возможным первые четыре коммерческих сотовых телефонных систем, сначала в Бахрейне, затем в Токио, Осаке, и позже в Мексико-Сити.

Выходя за пределы, радиотелеграфия предшествовал беспроводному радиотелефону. Еще до 1900 года Маркони и другие экспериментировали с первыми принципами радио. Суда были первыми мобильными беспроводными платформами. В 1901 Маркони установил радио на борт парового грузовика Торнисрофт, таким образом произведя первую наземную мобильную связь. (Передающую данные, конечно, а не голос.) Артур К. Кларк говорит, что цилиндрическая антенна машины опускалась в горизонтальное положение перед тем, как фургон начинал двигаться.

Бессвязные эксперименты с радио продолжались в течение следующих двух десятилетий. Надежных, голосовых коммерческих радио было немного. Военные, конечно, принимали участие, хотя не обязательно с мобильными системами, как этот короткий параграф из книги 1922 года демонстрирует: "Это было большой удачей для автора, участвовать в создании беспроводной связи в 1908 и 1909, с передатчиком типа Телефункен, сделанным в Германии. Серия экспериментов проводилась для Американских Корпусов Связи, с тем, чтобы доказать целесообразность радиотелефонии для военных коммуникаций. Расстояние, которое нужно было связать, было около 18 миль, или авиалиния между Фортом Ханкок в Сенди Хук и Форт Вуд, Остров Бедлойс, около самой Статуи Свободы, осматривающей Нью-йоркский залив. Высокие холмы острова Стейтен оказались на пути, затрудняя связь между двумя точками..."

Около 1920 началось регулярное коммерческое радиовещание; эксперименты с мобильной телефонной связью и машинами начались вскоре после этого, когда предназначенный для этого диапазон был распределен для использования.

Известно, что А.М. широковещательные станции могли прервать программу, чтобы описать проблему или криминальное происшествие, скажем, чтобы сообщить о грядущем ограблении банка. Полиция следила за сообщениями по автомобильным радио и незамедлительно реагировала. В 1921 Американские мобильные радио начали действовать на частоте 2 MHz, чуть выше современных A.M. радио частот. Главным образом закон принуждал использовать эти частоты. Первые радио системы вызывали, используя иногда азбуку Морзе, выехавшие полицейские автомобили, чтобы те позвонили в их полицейский участок по проводному телефону. Полицейские и спасательные службы стояли во главе нововведений мобильного радио, следовательно, немного думали о частном, индивидуальном использовании радиотелефона.

Оборудование во всех случаях было экспериментальным, практические системы не создавались до 1940-х, и не было никакой взаимосвязи с наземными телефонными системами. Имея вышесказанное, Bell Laboratories претендуют на изобретение первой версии мобильного, голосового радиотелефона в 1924.

В 1934 Конгресс Соединенных Штатов создал Федеральную Комиссию Связи. Дополнительно к регулированию наземного межштатного телефонного бизнеса, они также начали управлять диапазоном радио. Они решали, кто какие должен получать частоты. Это дало приоритет спасательным службам, государственным агентствам, общественным компаниям, и службам, которые как они полагали, помогали наибольшему числу людей. Такие радио пользователи, как такси или компании транспортировки аварийных машин требовали небольшой диапазон для ведения своего бизнеса. Радиотелефон, по сравнению, использовал большие блоки частот, чтобы обслуживать всего несколько людей. ФКС не определяло никаких частных или индивидуальных радиотелефонных каналов до окончания Второй Мировой Войны.

2. Первые коммерческие системы

17го Июня, 1946 в Сент-Луисе, Миссури, AT&T и Southwestern Bell предоставили первые Американские коммерческие мобильные радиотелефонные услуги частным клиентам. Клиенты пользовались новым авто радиотелефоном с лицензией предоставленной FCC компании Southwestern Bell. Они обслуживались в шести каналах в 150 MHz диапазоне с 60 kHz канальным расстоянием. Сильные частотные интерференции, создававшие нечто похожее на перекрестный разговор по наземному телефону, скоро принудили Белла использовать только три канала. За редким исключением в практике Bell System, подписчик мог купить свои собственные радио установки, а не оборудование AT&T.

Одна антенна обслуживает широкую область, например службу радио такси. Поскольку установленный на автомобиле передатчик не был таким же мощным, как и центральная антенна, то его ответный сигнал не всегда мог быть получен. Это означало, другими словами, что Вам требовались принимающие антенны, распределенные на большой территории, чтобы перенаправлять радио поток обратно на узел, обрабатывающий вызов. Этот процесс сохранения линии связи, переходящей от одной зоны к другой был назван handoff.

В больших городах Служба Мобильной Телефонии Bell System использовала центральный передатчик, чтобы вызывать мобильные телефоны и передавать нисходящий поток речи. Мобильные телефоны, основываясь на коэффициенте сигнала к шуму, выбирали ближайший приемник и передавали на него сигнал. Другими словами, они получали сообщения на одной частоте от центрального передатчика, а послали ближайшему приемнику на другой.

Установленные на удаленных центральных офисах, эти приемники и антенны могли также "устанавливаться в здания или монтироваться в погодоустойчивые будки или купола". Они собирали поток и передавали его на самый большой телефонный узел, где находились основное оборудование и операторы. Установленная высоко над штаб-квартирой Southwestern Bell на 1010 по Пайн-стрит, расположенная в центре антенна мощностью в 250 ватт вызывала мобильные телефоны и передавала радиотелефонный нисходящий поток, т.е. частоту от передатчика на мобильный телефон. Функционирование было не слишком простым, как описывает следующее:

20-иваттные мобильные установки не передавали прямо на центральную башню, а на один из пяти приемников, установленных по всему городу. Как только мобильное устройство подавало сигнал, открывались все пять приемников. Мобильная Телефонная Служба или MTS собирала сигналы от одного или более приемников в унифицированный сигнал, усиливая его и посылая распределительный пункт. Это сделало возможным роуминг (с английского: бродяжничество) от одного городского района к другому.

Как это работало? Представьте себе кого-то проходящего через дом с вдоль ряда телефонов со снятыми трубками. Вечеринка на другом конце линии будет слышать человека, перемещающегося из одной комнаты в другую, так как каждый телефон будет собирать часть звука. Это было самое простое использование handoff, сохраняющее переходящий вызов, когда вызывающий переходил от одной зоны в городе к другой.

Только одна сторона говорила за один раз со Службой Мобильной Телефонии или MTS. Вы нажимали кнопку телефона-трубки, чтобы поговорить, затем отпускали кнопку, чтобы слушать. (Это устраняло проблему эха, разрешение которой заняло годы, пока не была изобретена полнодуплексная связь.)

Мобильное телефонное обслуживание не было симплексным, как описывают многие авторы, а полудуплексным. Симплекс использует только одну частоту, как на передаче, так и на приемнике. В MTS базовая частота станции и мобильная частота отличались на 5 kHz. Одной из причин, чтобы действовать так, была секретность. Подслушивающие могли бы услышать только одну часть разговора. Подобно радио гражданского диапазона, вызывающий искал вручную не использующуюся частоту прежде, чем производить вызов. Но так как было всего несколько каналов, это не было большой проблемой. Это указывает величайшую проблему для стандартной радиотелефонной связи: слишком мало каналов.

Эта система предшествовала и была причиной многим разработкам сотовой связи, на самом деле, Bell Laboratories' Д.Х. Ринг сформулировал концепцию сотовой связи годом позже в декабре,1947 во внутреннем меморандуме, созданном Рингом с незаменимой помощью от В.Р. Янга. Янг позже вспомнил, что все элементы был известны уже тогда: сеть небольших географических областей названные сотами, передатчик низкой мощности в каждой, поток ячейки, управляемый центральной АТС, частоты, многократно использующиеся другими ячейками и так далее. Янг утверждает, что с 1947 команды Белла "верили, что средства для управления и подключения к множеству небольших ячеек будут развиваться, когда в них возникнет потребность. "Авторы в SRI International, в их многотомной истории сотовых телефонов, описывают те далекие дни так: " самое раннее письменное описание концепции сотовой связи появилось в 1947 на Техническом меморандуме Bell Labs, созданном Д. H. Рингом. Технический меморандум подробно описал многократное использование частоты в небольших ячейках, которые оставались одним из ключевых элементов разработки сотовой связи с тех пор. Меморандум также описывал handoff, заявляя "Если используется более чем одна первичная частота, должны предусматриваться средства для переключения автомобильного приемника и передатчика на другие частоты.

Росли списки очередей в каждом городе, где мобильная телефонная услуга была введена. В 1976 только 545 клиентов в Нью-Йорк-Сити имело мобильную связь Bell Systems, 3,700 же клиентов оставались на листе ожидания. По всей стране 44,000 подписчиков Белла имело мобильные устройства AT&T, но 20,000 людей просидели от пяти до десяти лет в очередях. Несмотря на эту невероятную потребность, прошло 37 лет от введения мобильного телефона до коммерческого использования. Но всесильные руки FCC все также затормаживали развитие сотовой связи. До 1980-х они так не сделали каналы достаточно доступными; даже до 1978 беспроводные ретрансляторы Bell System делили всего 54 канала по всей стране. Сравните с 666 каналами, требовавшимися первым системам AMPS для работы.

Подведем итог. В мобильной телефонной связи канал - пара частот. Одна частота, чтобы передать и одна, чтобы получить. Это создает цепь или полный маршрут связи. Звучит достаточно просто. Радиодиапазон, тем не менее, был все еще чрезвычайно сжат. В конце 1940-х было немного пространства на нижних частотах, которые использовались большей частью оборудования.

Неэффективные радио вносили еще большее уплотнение, используя диапазон частот в 60 kHz, чтобы послать сигнал, который теперь может быть послан с диапазоном в 10kHz или меньше. Но что бы Вы могли сделать со всего шестью каналами, даже не смотря на технологии? Со стандартной мобильной телефонной услугой у вас были бы пользователи, воющие от ожидания открытой частоты. Вы имели бы, вероятно, беспроводную линию, и возможно сорок подписчиков, дерущихся за каждый канал связи. Большинство мобильных телефонных систем не могли обслужить более чем 250 человек. Были и другие проблемы.

Радиоволны в нижних частотах проходят большие расстояния, иногда сотни миль, когда они пропускаются через атмосферу. Передатчики высокой мощности дали мобильным устройствам широкий рабочий диапазон, но добавили дилемму. Телефонные компании не могли многократно использовать их драгоценные несколько каналов в соседних городах, т.к. они создавали помехи своим собственным системам. Им нужно было, по крайней мере, семьдесят пять миль между системами прежде, чем они могли бы использовать частоту снова. Пока FCC держала открытие большего числа каналов для беспроводных технологий под замком, лучшая техника многократного использования частот, вероятно, помогла бы (хотя сомнительно с технологией того времени). В 1947 AT&T запустили "службу хайвэй", предложение радиотелефонов, которое предусматривало обслуживание между Нью-Йорком и Бостоном. Она работала в диапазоне от 35 до 44 MHz, и иногда вызывала интерференции с другими службами. Даже AT&T признали систему неудачной. Том Кнейтел пишет в своей “Мелодии Телефонных Звонков” (3 издание, 1996):

"Сервис в те далекие дни был очень примитивным, клиенту присваивался к использованию один специфический канал, и вызовы от мобильных устройств делались поднятием оператора голосом и названием вызываемого номера вслух. Мобильным устройствам были назначены отличные телефонные номера, основанные на кодированном обозначении канала на котором им разрешалось действовать. Устройство, предназначенное действовать в канале 'ZL (33.66 Mhz базовая станция) могло иметь номер ZL-2-2849. Мобильный номер YJ-3-5771 было устройством предназначенным работать с каналом YJ (152.63 Mhz). Вся беседа означала нажимание кнопки, чтобы говорить, и отпускание ее, чтобы слушать".

Телефонные компании были первоначально заинтересованными в обеспечении обычных, базовых телефонных услуг в массы и, следовательно, обращали немного внимания на услуги мобильной связи в течение 1950-х и 1960-х. RCC были обычно мелкими предпринимателями, которые работали в нескольких связанных предприятиях - службе ответов по телефону, частными радиосистемами для такси и компаний доставки, морских служб и служб типа воздух-земля, а также служб вызова 'пищалками' (пейджинг). Как класс, RCC были более торгово-ориентированными, чем телефонные компании и выиграли много больше клиентов; некоторые разбогатели на пейджинг-бизнесе. RCC были также очень независимыми друг от друга; помимо продаж, их специальностью было судебное дело, часто 'завешивая' телефонные компании (и друг друга) в судебных и правовых делах на года".

Как доказательство их конкурентоспособности, RCC обслуживали 80,000 мобильных устройств в 1978 (вдвое больше чем Белл). Этот рост строился в прочном начале, введении автоматического кодового набора в 1948.

1 Марта, 1948 первая полностью автоматическая служба радиотелефонии начала действовать в Ричмонде, Индиана, устраняя операторов для установки большинства вызовов. Радиотелефонная Компания Ричмонда обошла Bell System на 16 лет. AT&T не обеспечили автоматизированный кодовый вызов для большинства мобильных устройств до 1964, отставая в автоматическом переключении для беспроводной связи так же, как с наземной телефонной связью. (Между прочим, Bell System не отправили в отставку их последний шнуровой распределительный щит до 1978.) Большинство систем, включая RCC, все еще обслуживали вручную до 1960-х.

В 1956 Bell System начала обеспечивать ручную радиотелефонную услугу на 450 MHz, новый диапазон частот был предназначен снять тесноту в частотах. AT&T не автоматизировал эту услугу до 1969. В 1958 прогрессивная Радиотелефонная Компания Ричмонда улучшила свою автоматическую систему кодового набора. Они добавили новые характеристики к ней, включая прямую связь с мобильного на мобильный. Другие независимые телефонные компании и Общие Носители Радио сделали аналогичные продвижения в мобильной телефонной связи в течение 1950-х и 1960-х.

В 1968 FCC рассмотрел теперь уже десятилетней давности запрос Bell System о большем количестве частот. Они приняли беспрецедентное решение удовлетворить его в 1970, запросили комментарий AT&Т, и получили технический рапорт от System в Декабре, 1971. Bell System подала список дел 19262, выделяя схему сотового радио, базировавшуюся на многократном использовании частот. Их список дел в свою очередь базировался на патенте Амоса E. Джоела Младшего и Bell Telephone Laboratories поданные 21

Декабря, 1970 для мобильной системы связи. Этот патент был одобрен 16 Мая,

1972 и получил патентный номер Соединенных Штатов 3,663,762. Еще шесть лет прошло, прежде чем FCC позволили AT&Т начать испытания. Хотя Bell System уже немного работали над сотовым радио.

В Январе, 1969 Bell System открывает коммерческое действующее сотовое радио, впервые применяя многократное использование частот, на борту поезда, используя таксофоны. Многократное использование частот, как уже упоминалось, - принцип, определяющий сотовую связь; и в данной системе это имело место. (Некоторые говорят handoffs или handovers также определяют сотовую связь, что они делают частично, но MTS и IMTS также могли бы использовать handovers; только многократное использование частот уникально для сотовой связи.). Пассажиры в поездах Metroliner, выполняющих рейсы между Нью-Йорком и Вашингтоном, Округ Колумбия "обнаруживали, что они могли удобно делать телефонные звонки, двигаясь со скоростью не менее чем 100 миль в час. "Шесть каналов в 450 MHz диапазоне были использованы снова и снова в девяти зонах вдоль 225-и мильного маршрута. Оснащенный вычислительной техникой управляющий центр в Филадельфии управлял системой". Таким образом, первый сотовый телефон был таксофоном!

17 Октября, 1973, доктор Мартин Купер подал патент для Motorola называвшийся 'Радио телефонная система'. Это выделило идею Motorola для сотового радио и, когда патент был представлен 16 Сентября ,1975, был дан Патентный Номер США 03906166. В интервью 1999-го с доктором Купером, Марк Ферранти, пишет для Службы Новостей IDG, описывает конкуренцию той эры: "Пока он был руководителем проекта в Motorola в 1973, Купер уже установил базовую станцию в Нью-Йорке с первым рабочим прототипом сотового телефона и позвонил своим конкурентам в Bell System. Белл разработал технологию сотовой связи годами раньше, но Motorola и Bell Labs в 60-х и начале 70-х соревновались, чтобы действительно перевести технологию на практические устройства; Купер не мог противостоять соблазну продемонстрировать соперникам своё изобретение". Таким образом, Купер претендует на изобретение сотового телефона. Но служба Metroliner работала четыре года до прибора Купера, и применялась практически повсеместно. Но поскольку Metroliner использовали общественные таксофоны, то Купер может более легко претендовать на изобретение первого персонального сотового телефона.

Телефонная Компания Бахрейна в Мае, 1978 начала работать со своей системой сотовых телефонов. Это отмечено, как в первый раз в мире отдельные личности начали использовать то, что мы считаем традиционным, мобильным сотовым радио. Двуячеистая система имела 250 подписчиков, 20 каналов на 400Mhz диапазоне и использовала все оборудование Matsushita. (Панасоник - имя Матсушита в Соединенных Штатах.) Компания Кабельная и Беспроводная Связь, теперь называющаяся Глобал Кроссинг, вероятно, установили оборудование. Таким образом, FCC, Бахрейн, Британские, и Японские изготовители оборудования выбили Bell System с почетного первого места.

В Июле, 1978 Advanced Mobile Phone Service(Продвинутая Служба Мобильных Телефонов) или AMPS начали работу в Северной Америке. В лабораториях AT&T в Ньюарке, Нью Джерси, и что наиболее важно в испытаниях вокруг Чикаго, Иллинойс, Bell и AT&T совместно раскрутили аналоговую службу сотовых телефонов. Десять ячеек покрывающие 21,000 квадратных миль создали систему Чикаго. Для первого теста оборудование начали использовать 90 служащих Bell System. После шести месяцев, в Декабре 20, 1978, началось рыночное испытание с платящими клиентами. Это было названо эксплуатационным испытанием. Система использовала вновь размещенный 800 MHz диапазон. Эта ранняя сеть, использующая большое количество интегрированных цепей, специальный компьютер и систему переключений, изготовленные на заказ мобильные телефоны и антенны, доказала что большая сотовая система могла бы работать.

3. Всемирное распространение мобильных систем

Быстро последовало всемирное распространение коммерческих AMPS. 88 ячеистая система в Токио стартовала в Декабре 1979, используя оборудование Matsushita и NEC. Первая Северная Американская система в Мексико-Сити, одноячеистая система, стартовала в Августе, 1981. В Соединенных Штатах разработка сотовых систем не поддерживалась, так как полностью коммерческие системы все еще не разрешались, несмотря на то, что во время эксплуатационных испытаний плата с клиентов разрешалась. Приближающийся раскол Bell System и новое требование конкуренции FCC снова задержали сотовые технологии. Нормы 1981 Федеральной Комиссии Связи требовала, чтобы Bell System или компанию местного значения, как например, Bell Atlantic, имели конкуренцию на каждом рынке сотовых услуг. Это - в отличие от монополии на наземную кабельную связь, которую имели эти компании. В теории конкуренция должна была обеспечивать лучший сервис и держать низкий уровень цен.

Ameritech таким образом предложил первые коммерческие услуги в Соединенных Штатах в Чикаго 12 Октября 1983. Служба сотовой связи Соединенных Штатов развивалась с модели AT&T, вместе с аналоговой системой Motorola известной как Dyna-TAC, сначала введенной для коммерческого использования в Балтиморе и Вашингтоне, Округ Колумбия компанией Cellular One 16 Декабря, 1983.

Канадская служба AMPS начала свой ход, когда Правительственные Телефоны Альберта, теперь называющиеся Telus, запустили в Феврале 1983 систему AURORA-400 использующую оборудование GTE и NovAtel. Это так называемая децентрализованная система действовала в 420 MHZ, используя 86 ячеек, но не работала с handoff. Дэвид Кроуи объясняет, "Это обеспечивает значительно лучший охват в сельских районах, хотя вместимость на низком уровне".

Европа увидела услуги сотовой связи в 1981, когда начала действовать Nordic Mobile Telephone System (Северная Мобильная Телефонная Система) или NMT450 в Дании, Швеции, Финляндии, и Норвегии в 450 MHz диапазоне. В 1985 Великобритания начала использовать Систему Коммуникации Полного Доступа или TACS на 900 MHz. Позже, C-Netz Западной Германии, Французское Radiocom 2000, и Итальянское RTMI/RTMS помогли создать девять Европейских аналоговых телефонных радиосистем, несовместимых между собой. Тем не менее в начале 1980-х строились планы, создать единую Европейскую службу цифровой мобильной связи с улучшенными характеристиками и легким роумингом. Пока Северо Американские группы сконцентрировались на построении их живучей, но чрезвычайно легко доступной для мошенничества и без развитых характеристик аналоговой сети, Европа планировала цифровое будущее.

Соединенные Штаты не страдали от путаницы из-за несовместимых систем. Роуминг от одного города или штата к другому, не было так затруднен, как в Европе. Ваш мобильный телефон обычно работал, пока был охвачен сетью. Немного было желания разрабатывать новую цифровую систему, когда существующая работала хорошо и была популярной. Чтобы проиллюстрировать это скажем, что Американская промышленность сотовых телефонов выросла от менее чем 204,000 подписчиков в 1985 до 1,600,000 в 1988. И с каждым проданным аналоговым телефоном, шансы для цифрового будущего меркли. Чтобы эти телефоны продолжали работать (и приносить деньги владельцам) любое технологическое продвижение должно было поддерживать их.

Европейцы видели вещи в другом свете. Никакая новая телефонная система не могла бы объединить их существующие службы, работавшие на столь многих частотах. Они решили вместо этого начать с новой технологии на новом радиодиапазоне. Структурированная по сотовому типу, но полностью цифровая, новая служба должна была включать все наилучшие мысли того времени. Они формировали новый беспроводной стандарт по требованиям для проводных ISDN, надеясь сделать беспроводной аналог. Новая услуга была названа GSM.

GSM сначала означало Groupe Speciale Mobile, по названию группы анализа, которая создавала стандарт. Теперь он известен как Global System for Mobile Communications (Глобальная Система для Мобильной Связи), хотя "C" не включается в сокращение. Разработка GSM началась в 1982 группой из 26 Европейских национальных телефонных компаний. Конференция Европейских Почтовых и Телекоммуникационных Администраций или CEPT, стремились построить единую для всех Европейских стран сотовую систему около 900 MHz диапазона. Редкое торжество Европейского объединения, достижения GSM стали "одними из наиболее убеждающих демонстраций какое сотрудничество в Европейской промышленности может быть достигнуто на глобальном рынке". Планирование началось всерьез и продолжалось в течение нескольких лет.

В середине 1980-х коммерческая мобильная телефонная связь земля-воздух вышла в свет. Северо Американская наземная система или NATS была предсатвлена Airfone в 1984, компанией скоро купленной GTE. Авиационная общественная корреспонденция или служба APC раскололась на два отделения. Первое - основанное на наземной системе (TAPC). Когда вызов с авиации идет непосредственно на наземную станцию. И спутниковое отделение, которое пришло значительно позже, работавшее с отправкой вызова на спутник, который затем передает его на наземную станцию. AT&T вскоре после GTE установили свою собственную TAPC сеть.

В 1989 Европейский Телекоммуникационный Институт Стандартов или ETSI взял ответственность за дальнейшее развитие GSM. В 1990 были опубликованы первые рекомендации. Объединенное Королевство потребовало и получило GSM план для высших частот. Цифровая Сотовая Система или DCS1800 работает в 1.8 GHz, использует базовые станции низкой мощности и имеют большую вместимость, поскольку доступно больше частот, чем на континенте. Помимо этих изысков "воздушного интерфейса", система была чистой GSM. Спецификация была опубликована в 1991.

В конце 1980-х Северо Американская сотовая связь становится стандартизованной по мере того как ускорялись рост и сложность сети. В 1988 был опубликован стандарт аналоговой сетевой связи названный TIA-IS-41 .

Этот временный стандарт все еще развивается. IS-41 был попыткой унифицировать действия сетевых элементов; способ, по которому различные базы данных и мобильные узлы общаются друг с другом и с обычной проводной телефонной сетью. Несмотря на собственность или расположение, все сотовые системы по всей Америке нужно было включить в одну большую систему. Таким образом, бродяги могли бы путешествовать от системы в системе без сброса вызова, вызовы можно было бы проверить на подлинность, характеристики подписчика могли бы поддерживаться в любой точке страны, и так далее. Все эти вещи полагались бы на сетевые элементы, сотрудничающие единым способом.

В 1990 авиационный радиотелефон стал цифровым. FCC приняли заявки и впоследствии выдали новые лицензии на работу службы цифровой Авиационной общественной корреспонденции наземного базирования или TAPC в США. GTE Airfone, Были выданы лицензии службе беспроводной связи AT&T (раньше называвшейся Claircom Communications), и InFlight Phone Inc.. "Эти Американские провайдеры услуг связи теперь имеют TAPC сети, покрывающие основную часть Северной Америки. FCC не определил общий стандарт для TAPC услуг в США, кроме основного протокола для распределения радиоканальных ресурсов, и все три системы несовместимы. К настоящему времени свыше 3000 авиасудов приспосабливаются к одной из этих трех Северо Американских Телефонных Систем (NATS). Оценивается, что потенциальный рынок для TAPC услуг в Северной Америке - свыше 4000 авиасудов", говорит Капвэй.

В Марте, 1990 Американская Сотовая Сеть стала цифровой. IS-54B или Цифровая AMPS, не слишком удачный термин, стала первым Северным Американским цифровым сотовым стандартом двойного режима. Это побивает Narrowband AMPS или NAMPS от Motorola, аналоговую схему, которая увеличила вместимость, снизив речевые каналы с 30KHz до 10KHz. IS-54 разделяла вызовы временем, передавая части беседы на той же частоте, одну за другой. Это утроило вместимость вызовов дискретизацией, оцифровыванием и затем мультиплексированием беседы, техника названная TDMA или временный многочисленный доступ.

Используя IS-54, сотовый ретранслятор мог преобразовать любой из своих системных аналоговых речевых каналов в цифровой. Двух режимный телефон использует цифровые каналы, где это возможно или настраивается на обычные AMPS. IS-54 был, фактически, совместим с аналоговым сотовым стандартом и счастливо сосуществовал в тех же радио каналах, что и AMPS. Аналоговые клиенты не оставались за бортом; они просто могли не иметь доступ к новым характеристикам IS-54. CANTEL получил IS-54 в Канаде в 1992. IS-54 также поддерживала аутентификацию, что стало серебряной пулей для мошенничества. IS-54, теперь свернутое в IS-136, насчитывает, возможно, половину сотовых радио в этой стране.

Необходимо отметить, что никакая радио служба не может быть оценена на основании цифровая она или нет. Должны оцениваться другие показатели как, например, качество речи. Также, PCS 1900, Американский эквивалент GSM , действуют на высшей частоте, чем это делает в большинство в Европе.

Существует, конечно, огромный потенциал, но пока сеть не создана и другие проблемы не решены, этот потенциал остается неиспользованным.

Тем временем, на континенте, коммерческие сети GSM начали действовать в Европейских странах в середине 1991. GSM разработан позже, чем стандартная сотовая связь и во многих отношениях лучше был сконструирован. Северо Американский аналог - PCS, иногда называемый PCS 1900, действует на более высоком диапазоне частот, чем оригинальный Европейский GSM. Улучшенная Мобильная Телефонная Служба(AMPS) остается потенциальным конкурентом для GSM и PCS. Как говорит Дэвид Кроуи: "Лучше всего известны системы AMPS в США и Канаде, но AMPS - также де-факто стандарт в Мексике, Центральной и Южной Америке, очень распространены в Тихом Океане и также обнаружены в Африке и остатках СССР. В итоге, AMPS есть на каждом континенте кроме Европы и Антарктики... Из-за высокой вместимости, допускаемой концепцией сотовой связи, низкой энергоемкости, которая позволяла портативное функционирование и не убиваемый дизайн, AMPS имели ошеломляющий успех.

Сегодня, более чем половина сотовых телефонов в мире действуют согласно стандартам AMPS... AMPS вырастили от своих корней 800MHz аналоговый стандарт, включая TDMA и CDMA цифровую технологию, узкодиапазонный (FDMA) аналоговое функционирование NAMPS, модификации для строений и резидентов".

Совсем недавно, функционирование на 1800 Mhz (1.8-2.2 GHz) диапазон частот PCS было добавлено к стандартам для CDMA и TDMA. Все эти дополнения были сделаны поддерживая режим совместимости AMPS (известный как BOA: Скучная Старая AMPS). Она, вероятно, скучная, но она работает, и совместимость с АМPS заставляет работать улучшенные цифровые телефоны везде, даже если все их характеристики доступны в аналоговом режиме."

К 1993 американская сотовая связь снова испытывал недостаток вместимости, несмотря на широкое распространение IS-54. Продолжался бум

Американского сотового бизнеса. Количество подписчиков выросло от полутора миллиона клиентов в 1988 до более чем тринадцати миллионов в 1993.

В 1994 Qualcomm, Inc. предложил расширенную схему спектра чтобы увеличить возможности доступа. Построенный на более раннем предложении, многочисленный доступ кодового деления или CDMA был полностью цифровым и обещал в 10-20 раз увеличить возможности существующей сотовой техники AMPS. Но хотя CDMA или IS-95 действовал в 800 Mhz и доказал что работает, реально возросшая возможность вызова так и не была никогда подтверждена. К середине 1990 возникла потребность в еще большем количестве каналов, поскольку многие ретрансляторы приближались к границе системных возможностей в плотно заполненных городах. После длительного анализа FCC начал аукцион на пространство на вновь выделенном PCS диапазоне от 5 Декабря, 1994 до 14 Январе, 1997. Пакет инструкций закончившаяся различными носителями, лицензированными в каждую столичную область. Новая группа предложений на новом диапазоне частот должна была позволить большему числу компаний конкурировать за клиента. FCC считала, что это должно увеличивать конкуренцию и уменьшать расценки для беспроводной связи в общем.

Новые службы и новые ретрансляторы развились достаточно, чтобы конкурировать против стандартной сотовой связи и двух ретрансляторов в каждой области, которые обслуживающее ее. PCS родился с технологиями, использующими нормальные TDMA программы и также многочисленным доступом кодового деления или CDMA технологией. Наиболее примечательное предложение было Европейский GSM, дублированную и перенесенным на Америку на высшую частоту PCS1900. И пока стимулировалась конкуренция, снижения цен не происходило.

В России сотовая связь получила кое-какое распространение к 1995 году, но даже сейчас остается для большинства лишь символом достатка. И хотя тарифы неуклонно снижаются, они не скоро достигнут уровня, например, норвежских цен, которые доступны даже русскому(!) студенту. Впрочем, для

России актуальна другая проблема - расстояния. Если Норвегию можно было покрыть тремя сотнями сот и парой спутников, то в российских масштабах телефонная компания еще долго не сможет обеспечивать роуминг на сколько- нибудь значимой территории. Встает вопрос о необходимости этого. Ведь большая часть России все-таки недостаточно обжита. Населенные пункты, в отличие от той же Норвегии, разделены межу собой длинными полупустыми путями. И обеспечивать связь вдоль этих путей пока нецелесообразно. Фактор расстояний сдерживает развитие беспроводных технологий в России больше, чем технологическая отсталость.

4. Локальная сеть Ethernet

Наиболее популярная на настоящий момент технология построения локальных вычислительных сетей -- Ethernet -- была разработана специалистами Palo Alto Research Center (PARC) корпорации Xerox в середине 1970 годов. К промышленной реализации спецификация Ethernet была подготовлена членами консорциума DIX (DEC, Intel, Xerox). Эта спецификация была принята за основу при разработке спецификации IEEE 802.3, которая появилась в 1980 году. Материал из ИМПиСР.

В настоящее время существуют три спецификации, различающиеся скоростью передачи: «классический» Ethernet (10 Мбит/c), Fast Ethernet (100 Мбит/c) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/c). Каждая спецификация может быть реализована на разных видах кабельного соединения (коаксиальный, волоконно-оптический кабели, витая пара и др.). К счастью для простых людей, особой проблемы выбора не существует. 100-мегабитный Ethernet на витой паре (точное название: Ethernet 100Base-TX) по соотношению цена/производительность пока вне конкуренции.

Коротко скажем об особенностях создания сети 100Base-TX. Она создается по схеме «звезда», то есть каждый компьютер (или иное устройство) подключается к концентратору или коммутатору. Соответственно, каждый компьютер должен быть снабжен сетевым адаптером с разъемом RJ-45 (большинство плат имеют маркировку «10/100», что означает поддержку как 10-мегабитных, так и 100-мегабитных сетей). Стоят подобные адаптеры всего 5-10 долларов, причем многие компьютеры и ноутбуки уже имеют встроенный разъем Ethernet-порта.

Много это или мало: 100-мегабитная сеть Ethernet? Для дома или офиса -- вполне достаточно. Особенность технологии такова, что реальная скорость передачи данных на порядок меньше. Но этого достаточно для относительно быстрой перекачки файлов (возможны даже просмотр фильмов в формате MPEG4 и прослушивание MP3-файлов с другого компьютера).

Отметим еще одну важную тонкость: для создания сети Ethernet лучше использовать коммутаторы (switch), а не концентраторы (hub). Внешне они выглядят одинаково: коробочки с несколькими разъемами RJ-45 (обычно 8, 16 и т. д). Разница, коротко говоря, в следующем. Коммутатор анализирует исходящий от компьютеров трафик и направляет его только тому, кому он предназначен. Концентратор просто повторяет любой трафик на все порты. В итоге производительность сети Ethernet на концентраторах сильно зависит от общей загруженности (при превышении порога в 30-40% сеть вообще практически перестает работать). Сеть на коммутаторе свободна от этого недостатка. Раньше концентраторы стоили существенно дешевле, чем коммутаторы, поэтому приходилось выбирать: или цена, или производительность. Сейчас оба вида устройств сравнились в цене (8-портовый коммутатор 100Base-TX стоит 20-30 долларов), поэтому главное -- чтобы в магазине не подсунули «хаб» вместо коммутатора.

Разработкой стандартов локальных сетей занимаются рабочие группы IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers -- Институт инженеров электротехники и электроники) -- международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике. Эта общественная некоммерческая ассоциация профессионалов ведет свою историю с 1884 года, объединяет 380,000 индивидуальных членов из 150 стран (25% членов проживают вне США).

Ethernet -- это не один, а целое семейство стандартов, имеющих разные пользовательские характеристики.

Если за основу сравнения этих стандартов взять скорость передачи данных и максимально возможное расстояние между двумя узлами (диаметр сети), то получим такую сравнительную таблицу:

Сначала рассмотрим принцип построения локальных сетей на основе исторически первого варианта Ethernet (10 Мбит/с), который появился в конце 70-х годов как стандарт трёх компаний -- Digital, Intel, Xerox.

Эта технология, как и технологии Fast Ethernet, Gigabit Ethernet основана на понятии разделяемой среды: каждый узел получает всё, что передаётся по сети; передачу выполняет только один узел, остальные ждут паузы для начала собственной передачи.

В основе технологии 10G Ethernet положен другой принцип: информация не “разбрасывается” по всей сети, а целенаправленно “проталкивается” от узла к узлу по направлению к пункту назначения. За продвижение данных в такой сети отвечают маршрутизаторы. Они определяют соседний узел, в который нужно передвинуть информационный пакет для приближения его к пункту назначения. Такие сети называются сетями с коммутацией пакетов.

На рисунке показана схема сети Ethernet на коаксиальном кабеле. Сегмент кабеля на концах оборудован терминаторами (“заглушками”) для поглощения распространяемого сигнала (на рисунке терминаторы нарисованы чёрными квадратиками).

5. Работа в локальной сети

Любая локальная вычислительная сеть состоит из трех обязательных компонентов:

· средства коммуникации, которые включают в себя также и каналы пере дачи данных (например, кабель "витая пара");

· компьютеры, соединенные каналом передачи данных;

· сетевое программное обеспечение.

Средства коммуникации могут включать следующие устройства (в зависимости от конфигурации сети):

сетевая плата -- представляет собой PCI -плату (сегодня еще можно встретить также ISA -платы), которая устанавливается в любой свободный слот материнской платы. Практически все современные сетевые платы поддерживают технологию Plug and Play , что позволяет достаточно быстро настроить сетевое соединение. Со стороны задней панели системного блока после установки сетевой платы имеется специальный разъем, позволяющий подключить компьютер к локальной сети, при этом вид разъема должен соответствовать типу применяемой конфигурации сети, в противном случае вам придется использовать дополнительные устройства для сопряжения компьютеров;

соединительный кабель -- встречается несколько типов кабелей, применяемых для организации локальной сети:

тонкий коаксиальный кабель -- по внешнему виду он похож на антенный кабель, но обладает несколько иными техническими характеристиками. Его волновое сопротивление составляет 50 Ом. Он позволяет создавать сети не более чем 110 м длиной со скоростью передачи данных до 10 Мбит/с;

толстый коаксиальный кабель -- так же, как и предыдущий тип, от обычного антенного кабеля отличается техническими характеристика ми. Волновое сопротивление составляет 75 Ом. Он позволяет создавать сети до 200 м длиной с той же скоростью, что и предыдущий тип (до 10 Мбит/с);

кабель "витая пара" -- состоит из четырех пар проводников, переплетенных между собой специальным образом (в сумме восемь проводников). Самое большое отличие локальной сети, построенной на базе "витой пары", -- это более высокая скорость передачи данных (до 100 Мбит/с). В простейшем случае "витая пара" представляет собой неэкранированный двужильный телефонный кабель, правда, качество связи при этом будет неважное;

оптический кабель (оптоволокно) -- используется для передачи данных на большие расстояния и с большой скоростью (до 1 Гбит/с). В домашних условиях такой тип кабеля не используется в основном из-за высокой цены;

дополнительные устройства, позволяющие создавать сложные локальные сети, которые не только могут обладать очень высокой скоростью передачи данных, но и немалой степенью зашиты от перегрузки, несанкцио нированного доступа и т. п. Например:

Bridge (мост) -- устройство сопряжения локальных сетей. Позволяет всем компьютерам одной локальной сети свободно работать с компьютерами другой локальной сети;

Hub (концентратор) -- устройство, соединяющее параллельно компьютеры в локальной сети. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала, что позволяет увеличить максимальную общую длину кабеля между компьютерами;

Repeater (повторитель) -- устройство, позволяющее избежать затухания сигнала при очень большой длине соединительных кабелей. Роль повторителя может играть специально настроенный компьютер. Обычно это устройство устанавливается в середине линии связи, что бы обеспечить устойчивую двустороннюю связь. Бывают как пассивные, так и активные повторители, а также преобразующие повторите ли, которые применяются для соединения, например, "витой пары" с оптоволокном;

Router (маршрутизатор) -- устройство, используемое для организации крупных локальных сетей. Оно позволяет направлять пакеты данных строго к определенным (заранее зарегистрированным) IP -адресам, что, например, позволяет избежать перехвата пакетов с данными и исключить "утечку" информации. Роль маршрутизатора может играть специально настроенный компьютер;

Switch (переключатель) -- устройство, переключающее линию связи между всеми компьютерами, причем этот делается в реальном времени, что позволяет устранить снижение производительности из-за встречных потоков данных. Также оно играет роль повторителя, препятствующего затуханию сигнала.

Структура МАС-адреса

Узлы в сети Ethernet адресуются при помощи 6-байтового двоичного числа, называемого MAC-адресом (Media Access Control -- управление доступом к носителю).

Обычно MAC-адрес записывают в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделённых тире или двоеточиями, например, 10:A1:17:3D:56:AF.

Уникальный MAC-адрес “зашивается” в сетевой адаптер при его изготовлении. Он не может совпадать ни с каким другим MAC-адресом в мире и не может меняться во время эксплуатации устройства.

Распределением MAC-адресов между производителями оборудования занимается международная некоммерческая организация IEEE (Institute of Elecrical and Electronics Engineers -- Институт инженеров электротехники и электроники).

MAC-адрес состоит из 48 бит, таким образом, адресное пространство насчитывает 2⁴⁸ (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит, по меньшей мере, до 2100 года.

Формат адреса получателя или отправителя (MAC) показан на рис. 5.1 Для передачи данных на физическом уровне используется манчестерский код.

Рис. 5.1 Формат MAC-адреса

В верхней части рисунка указана длина полей адреса, в нижней - нумерация разрядов. Субполе I/G представляет собой флаг индивидуального или группового адреса. I/G=0 - указывает на то, что адрес является индивидуальным адресом сетевого объекта. I/G=1 характеризует адрес как мультикастинговый, в этом случае дальнейшее разбиение адреса на субполя теряет смысл. Субполе UL является флагом универсального или местного управления (определяет механизм присвоения адреса сетевому интерфейсу). U/L=1 указывает на локальную адресацию (адрес задан не производителем и ответственность за уникальность лежит на администраторе LAN). U/L=I/G=0 характерно для стандартных уникальных адресов, присваиваемых интерфейсу его изготовителем. Субполе OUI (organizationally unique identifier) позволяет определить производителя сетевого интерфейса. Каждому производителю присваивается один или несколько OUI. Размер субполя позволяет идентифицировать около 4 миллионов различных производителей. За корректность присвоения уникального адреса интерфейса (OUA - organizationally unique address) несет ответственность производитель. Двух интерфейсов одного и того же производителя с идентичными номерами не должно существовать. Размер поля позволяет произвести примерно 16 миллионов интерфейсов. Комбинация oui и oua составляют UAA (universally administrated address = IEEE-адрес).

Если в поле кадра протокол/тип записан код менее 1500, то это поле характеризует длину кадра. В противном случае - это код протокола, пакет которого инкапсулирован в кадр Ethernet.

Доступ к каналу Ethernet базируется на алгоритме CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). В Ethernet любая станция, подключенная к сети, может попытаться начать передачу пакета (кадра), если кабельный сегмент, к которому она подключена, свободен. Свободен ли сегмент, интерфейс определяет по отсутствию "несущей" в течение 9,6 мксек. Так как первый бит пакета достигает остальных станций сети не одновременно, может случиться, что попытку передачи совершат две или более станций, тем более что задержки в повторителях и кабелях могут достигать достаточно больших величин. Такие совпадения попыток называются столкновениями. Столкновение (коллизия) распознается по наличию в канале сигнала, уровень которого соответствует работе двух или более трансиверов одновременно. При обнаружении столкновения станция прерывает передачу. Возобновление попытки может быть произведено после выдержки (кратной 51,2 мксек, но не превосходящей 52 мсек), значения которой является псевдослучайной величиной и вычисляется каждой станцией независимо (t= RAND(0,2^min(n,10)), где n - содержимое счетчика попыток, а число 10 - backofflimit).

Обычно после столкновения время разбивается на ряд дискретных доменов с длиной равной удвоенному времени распространения пакета в сегменте (RTT). Для максимально возможного RTT это время равно 512 бит-тактам. После первого столкновения каждая станция ждет 0 или 2 временного домена, прежде чем совершить еще одну попытку. После второго столкновения каждая из станций может выждать 0, 1, 2 или 3 временного домена и т.д.. После n-ого столкновения случайное число лежит в пределах 0 - (2ⁿ - 1). После 10 столкновений максимальное значение случайной выдержки перестает расти и остается на уровне 1023.

Теперь рассмотрим поведение сети при наличии k станций, готовых к передаче [46]. Если некоторая станция осуществляет передачу во время домена доступа с вероятностью p, вероятность того, что станция захватит канал равна:

A=kp(1-p)^k-1

A достигает максимума при p=1/e. A -> 1/e при k ->?. Среднее число доменов на один доступ равно 1/А. Так как каждый домен имеет протяженность RTT, то средняя длительность времени доступа составит RTT/A. Если среднее время передачи кадра составляет P секунд, то при большом числе станций, готовых к передаче эффективность канала составит P/(P+RTT/A).

Таким образом, чем длиннее кабельный сегмент, тем больше среднее время доступа. После выдержки станция увеличивает на единицу счетчик попыток и начинает очередную передачу. Предельное число попыток по умолчанию равно 16, если число попыток исчерпано, связь прерывается и выдается соответствующее сообщение. Передаваемый длинный кадр способствует "синхронизации" начала передачи пакетов несколькими станциями. Ведь за время передачи с заметной вероятностью может возникнуть необходимость передачи у двух и более станций. В момент, когда они обнаружат завершение пакета, будут включены таймеры IPG. К счастью информация о завершении передачи пакета доходит до станций сегмента не одновременно. Но задержки, с которыми это связано, являются также причиной того, что факт начала передачи нового пакета одной из станций не становится известным немедленно. При вовлечении в столкновение нескольких станций они могут уведомить остальные станции об этом, послав сигнал "затора" (jam - не менее 32 бит). Содержимое этих 32 бит не регламентируется. Такая схема делает менее вероятным повторное столкновение. Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля, отсутствие терминатора (50-омного согласователя кабеля) или неисправность одного из интерфейсов. Но сами по себе столкновения не являются чем-то негативным - это механизм, регулирующий доступ к сетевой среде.