Уровень чувствительности коммутатора каналов acs

Обновлено: 02.07.2024

Телефонные коммутаторы появились задолго до коммутаторов локальных сетей, и отличаются они друг от друга не только своей историей. КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ КООРДИНАТНЫЙ КОММУТАТОР ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОММУТАТОРЫ ВРЕМЕННЫЕ КОММУТАТОРЫ МНОГОСКОРОСТНАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ БЫСТРАЯ

Телефонные коммутаторы появились задолго до коммутаторов локальных сетей, и отличаются они друг от друга не только своей историей.

Есть коммутаторы, и есть коммутаторы. Тождество их названий связано с тем, что они выполняют по сути одну и ту же функцию: автоматическое переключение трафика с входного на выходной интерфейс. В отличие от рассмотренных нами в одном из предыдущих уроков коммутаторов Ethernet, телефонные коммутаторы опираются на иные принципы, - прежде всего они осуществляют коммутацию каналов (хотя, вообще говоря, в современных цифровых сетях связи и, в частности, широкополостных сетях интегрального обслуживания на базе ATM они выполняют коммутацию пакетов, но в этом случае мы не можем говорить о телефонной сети как таковой). В этой статье мы остановимся на двух основных видах коммутации каналов - пространственной и временной коммутации, а также на некоторых новейших технологиях коммутации каналов.

КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ

Когда сняв телефонную трубку, абонент или компьютер набирает номер, коммутационное оборудование телефонной сети отыскивает ведущий к абоненту или компьютеру на противоположном конце провод. Иными словами, при получении телефонным коммутатором вызова он устанавливает физическое соединение между входящей и исходящими линиями (см. Рисунок 1, где такое соединение показано пунктирными линиями).

Изображенная на Рисунке 1 схема является весьма упрощенной, так как некоторыми отрезками проводного пути между двумя телефонами могут быть, например, радиочастотные линии, а каждая линия может содержать множество (десятки, сотни и тысячи!) мультиплексированных каналов. Однако в любом случае основная идея остается неизменной: соединение между двумя конечными точками должно быть установлено до начала передачи данных и существовать в продолжении всего диалога до его завершения.

Рисунок 1.
Физическое соединение между вызывающим и вызываемым абонентом устанавливается во время прохождения вызова на все время разговора.

Перерыв между набором последней цифры и получением ответного сигнала (например, "занято") может составлять порядка нескольких секунд, особенно в случае междугородних или международных звонков. Все это время телефонная система пытается установить соединение с абонентом на другом конце. После того как соединение осуществлено, задержка в передаче данных определяется исключительно временем распространения электромагнитного сигнала (5 мс на 1000 км). Кроме того, в отличие от коммутации пакетов трафику не грозят никакие перегрузки на пути следования - т. е. вы никогда не услышите сигнал "занято" после того, как удалось дозвониться, разве что кто-нибудь перережет провод.

А ведь еще не так давно соединение осуществлялось оператором на телефонной станции путем подключения кабельной перемычки к гнездам соответствующих входящей и исходящей линий, хотя автоматическая коммутация была изобретена еще в прошлом веке ("я набираю вечное 07")!

КООРДИНАТНЫЙ КОММУТАТОР

Координатный коммутатор - это простейший вид коммутатора в телефонных сетях. Он представляет собой матрицу, где каждая входная линия имеет пересечение с каждой выходной линией в виде координатного переключателя (его структура напоминает координатную сетку). Коммутатор с n входными и n выходными линиями содержит порядка n2 координатных переключателей (или точек коммутации). На Рисунке 2 входная линия 0 связана с выходной линией 4, линия 1 с линией 7, а линия 2 с линией 6. Все поступающие по цифровой линии биты немедленно пересылаются на соответствующую выходную линию. Таким образом, координатный коммутатор реализует коммутацию каналов посредством установления прямых электрических соединений. Управление переключением осуществляется управляющим устройством. Во время прохождения вызова оно производит замыкание соответствующих координатных переключателей.

Рисунок 2.
В координатном коммутаторе каждая входная линия может быть напрямую соединена с любой выходной линией посредством координатного переключателя.

Важнейший недостаток координатного коммутатора в том, что число координатных переключателей растет очень быстро как квадрат числа входных линий. Например, если число линий равно 1000, то число необходимых переключателей составляет около 500 000. Создание сверхбольшой интегральной схемы с таким количеством транзисторных переключателей вполне возможно, но при этом нужно было бы иметь 1000 выходов, а такую плотность обеспечить на практике очень сложно. Из вышесказанного следует, что координатные коммутаторы пригодны только для небольших офисов.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОММУТАТОРЫ

За счет применения нескольких коммутационных блоков (координатных коммутаторов) и организации их в каскады число необходимых координатных переключателей можно уменьшить. Такие коммутаторы используют пространственный принцип организации. Для простоты рассмотрим трехкаскадный коммутатор с N входными и N выходными линиями (см. Рисунок 3). В первом каскаде каждый коммутационный блок имеет n входных линий, поэтому число блоков равно N/n. Второй каскад содержит k коммутаторов, причем каждый из них имеет N/n входов и N/n выходов. Третий каскад обратно симметричен первому. Каждый промежуточный блок связан с каждым блоком во входном каскаде и каждым коммутационным блоком в выходном каскаде. Таким образом, любой вход может быть связан с любым выходом, причем число независимых путей между ними равно k. Как нетрудно подсчитать, число необходимых координатных переключателей равно 2kN+k(N/n)2, и при N=1000, n=10, k=10 требуется только 24 000 точек коммутации вместо почти полумиллиона в случае однокаскадного коммутатора.

Рисунок 3.
Многокаскадные коммутаторы позволяют уменьшить число необходимых координатных переключателей, но при этом они могут иногда отказать в обслуживании некоторых поступивших вызовов.

Наверно, каждый из нас сталкивался с тем, что сигнал "занято" звучит еще до того, как номер был полностью набран. Это вызвано тем, что коммутатор, к которому абонентская линия подключается, является блокирующим, т. е. он не способен обслужить N вызовов одновременно, а максимум k?(N/n) вызовов (данная величина представляет собой произведение количества коммутационных блоков во втором каскаде на число входов (выходов) в каждом из них). Число обслуживаемых вызовов можно увеличить за счет добавления коммутационных блоков во втором каскаде, но при этом число используемых координатных переключателей также возрастет. Таким образом, при разработке пространственных коммутаторов приходится соблюдать баланс между числом переключателей (и, как следствие, его ценой) и числом обслуживаемых вызовов. В принципе, коммутатор, в котором k равняется 2n-1, не будет никогда блокировать вызовы.

ВРЕМЕННЫЕ КОММУТАТОРЫ

Временные коммутаторы основываются на иных принципах, нежели пространственные коммутаторы. При временной коммутации сигналы с n входных линий считываются по очереди, и из них составляется кадр, состоящий из n квантов времени. Основой временного коммутатора является так называемый обменник. На входе он принимает один кадр, а на выходе выдает другой, в котором кванты времени упорядочены уже иным образом. По существу, коммутатор передает байт, например с входной линии 0 на выходную линию 4 и т. д. Принципиально он осуществляет коммутацию каналов, хотя никаких физических соединений при этом не устанавливается!

Обменник работает следующим образом. При поступлении кадра каждый квант (т. е. каждый байт во входном кадре) записывается в буфер ПЗУ в том же порядке. После того как все кванты были записаны в память, выходной кадр формируется посредством чтения байт из буфера, но уже в ином порядке. На шаге i обменник считывает содержимое i-й ячейки таблицы соответствия входных и выходных линий и обращается к записи с тем же номером в буфере; т. е. если ячейка 0 таблицы соответствия содержит 4, то первым будет считано четвертое слово из буфера. Таким образом, содержимое таблицы соответствия определяет применяемую к входному кадру перестановку.

Временным коммутаторам свойственно иное ограничение, нежели пространственным: n квантов необходимо сохранить в буфере и затем считать их снова за 125 мкс. Если каждое обращение к памяти занимает T мкс, то полная обработка кадра занимает 2nT мкс, т. е. в случае памяти со временем доступа 100 нс максимальное число поддерживаемых линий равно 625. Однако, как и в случае пространственных коммутаторов, они могут быть организованы в многокаскадные устройства, и, таким образом, число обслуживаемых линий может быть и большим.

МНОГОСКОРОСТНАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ

Рассчитанные на передачу телефонных разговоров базовые каналы цифровых телефонных сетей имеют пропускную способность 64 кбит/с. Однако если мы хотим построить сеть интегрального обслуживания (т. е. сеть, передающую и другие виды информации, например данные телеметрии и видео), то использование таких каналов неэффективно. В случае телеметрии пропускная способность оказывается чрезмерной, а в случае видео - недостаточной. В принципе, мы могли бы отвести под видео несколько каналов на 64 кбит/с, но при этом информация по прибытию к получателю может оказаться рассогласованной из-за того, что каналы коммутируются каждый в отдельности.

Многоскоростная коммутация каналов - МКК (Miltirate Circuit Switching, MCS) является более гибкой технологией благодаря наличию нескольких базовых цифровых каналов с различными скоростями (кадр делится на несколько временных интервалов различной длины). Базовые каналы могут быть объединены в группу, но при этом мы по-прежнему стоим перед проблемой синхронизации, хотя за счет выбора соответствующего базового канала можно минизировать число необходимых каналов для того или иного вида сервиса и тем самым упростить задачу синхронизации.

В случае МКК системы коммутации представляют собой набор коммутаторов, каждый из которых занимается коммутацией каналов с определенной скоростью. Например, приходящая по высокоскоростной абонентской линии информация демультиплексируется и поступает на различные коммутаторы. И наоборот, полученная от коммутаторов информация мультиплексируется и передается по абонентской линии.

Многоскоростной коммутации каналов свойственен, например, тот недостаток, что если все каналы определенной емкости заняты, то использующая их служба не может задействовать свободные каналы другой емкости. Кроме того, как и при обычной коммутации каналов, пропускная способность в случае пакетного трафика используется неэффективно из-за его неравномерного по времени характера.

БЫСТРАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ

Повысить эффективность использования сетевых ресурсов в случае пакетного трафика позволяет быстрая коммутация каналов (Fast Circuit Switching, FCS). При быстрой коммутации каналов соединение устанавливается не на все время сеанса связи, а только на время передачи конкретного фрагмента речи. Однако реализация такой технологии невозможна без сложной и быстрой системы сигнализации для установления соединений между конечными точками за очень короткий промежуток времени.

В силу указанных причин ни многоскоростная, ни быстрая коммутация каналов не получили широкого распространения.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДОСТОИНСТВА КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ И КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ

Коммутация каналов и коммутация пакетов во многом друг от друга отличаются. Так, например, если в первом случае необходимая пропускная способность (канал) резервируется заранее, то во втором она занимается и освобождается по мере надобности. Как следствие, при коммутации каналов, канал между корреспондирующими абонентами не может быть занять никем иным, в то время как при коммутации пакетов незанятая на данный момент пропускная способность может быть предоставлена пакетом и от других источников. Коммутация каналов полностью прозрачна в том смысле, что отправитель и получатель вольны использовать любую скорость передачи, формат данных и обрамление кадров по своему усмотрению. В случае же коммутации пакетов все базовые параметры определяются оператором сети связи и т. д. В конечном итоге все это ведет к существенной разнице схем оплаты.

Рисунок 4.
Временной коммутатор меняет порядок следования каналов посредством изменения очередности соответствующих каждому каналу временных интервалов (квантов времени).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Согласно статистическим данным, объемы передачи трафика данных растут опережающими темпами. Однако использование коммутации каналов для передачи данных неэффективно. Кроме того, эксплуатация нескольких различных сетей для обслуживания разных видов трафика также нежелательна. Поэтому в последние годы были разработаны технологии, позволяющие предоставлять услуги, характерные как для сетей коммутации каналов, так и коммутации пакетов. Наиболее показательна в этом смысле ISDN, нашедшая свое дальнейшее развитие в Broadband ISDN, в качестве основы которой выбрана технология ATM.

Сейчас, во время всевозможных гаджетов и электронных девайсов, которые переполняют среду обитания обычного человека, актуальна проблема – как эти все интеллектуальные устройства увязать между собой. Почти в любой квартире есть телевизор, компьютер/ноутбук, принтер, сканер, звуковая система, и хочется как-то скоординировать их, а не перекидывать бесконечное количество информации флешками, и при этом не запутаться в бесконечных километрах проводов. Та же самая ситуация касается офисов – с немалым количеством компьютеров и МФУ, или других систем, где нужно увязать разных представителей электронного сообщества в одну систему. Вот тут и возникает идея построения локальной сети. А основа грамотно организованной и структурированной локальной сети – сетевой коммутатор.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Коммутатор, или свитч - прибор, объединяющий несколько интеллектуальных устройств в локальную сеть для обмена данными. При получении информации на один из портов, передает ее далее на другой порт, на основании таблицы коммутации или таблицы MAC-адресов. При этом процесс заполнения таблицы идет не пользователем, а самим коммутатором, в процессе работы – при первом сеансе передачи данных таблица пуста, и изначально коммутатор ретранслирует пришедшую информацию на все свои порты. Но в процессе работы он запоминает пути следования информации, записывает их к себе в таблицу и при последующих сеансах уже отправляет информацию по определенному адресу. Размер таблицы может включать от 1000 до 16384 адресов.

Для построения локальных сетей используются и другие устройства – концентраторы (хабы) и маршрутизаторы (роутеры). Сразу, во избежание путаницы, стоит указать на различия между ними и коммутатором.

Концентратор (он же хаб) – является прародителем коммутатора. Время использования хабов фактически ушло в прошлое, из-за следующего неудобства: если информация приходила на один из портов хаба, он тут же ретранслировал ее на другие, «забивая» сеть лишним трафиком. Но изредка они еще встречаются, впрочем, среди современного сетевого оборудования выглядят, как самоходные кареты начала 20-го века среди электрокаров современности.

Маршрутизаторы – устройства, с которыми часто путают коммутаторы из-за похожего внешнего вида, но у них более обширный спектр возможностей работы, и ввиду с этим более высокая стоимость. Это своего рода сетевые микрокомпьютеры, с помощью которых можно полноценно настроить сеть, прописав все адреса устройств в ней и наложив логические алгоритмы работы – к примеру, защиту сети.

Коммутаторы и хабы чаще всего используются для организации локальных сетей, маршрутизаторы – для организации сети, связанной с выходом в интернет. Однако следует заметить, что сейчас постепенно размываются границы между коммутаторами и маршрутизаторами – выпускаются коммутаторы, которые требуют настройки и работают с прописываемыми адресами устройств локальной сети. Они могут выполнять функции маршрутизаторов, но это, как правило, дорогостоящие устройства не для домашнего использования.

Самый простой и дешевый вариант конфигурации домашней локальной сети средних размеров (с количеством объектов более 5), с подключением к интернету, будет содержать и коммутатор, и роутер:

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

При покупке коммутатора нужно четко понимать – зачем он вам, как будете им использоваться, как будете его обслуживать. Чтобы выбрать устройство, оптимально отвечающее вашим целям, и не переплатить лишних денег, рассмотрим основные параметры коммутаторов:

Вид коммутатора– управляемый, неуправляемый и настраиваемый.

– не поддерживают протоколы сетевого управления. Наиболее просты, не требуют особых настроек, стоят недорого: от 440 до 2990 рублей. Оптимальное решение для маленькой локальной сети. Со сборкой локальной сети на их основе справится даже человек, далекий от этих дел – требуется лишь купить сам коммутатор, кабели необходимой длины для подключения оборудования (лучше, в виде патч-корда, т.е. «с вилками» в сборе – не забудьте перед покупкой осмотреть оборудование, к которому будет подключаться кабель, и уточнить, какой именно тип разъема вам понадобится), ну и собрать саму сеть. Простейшая настройка описана в документации к устройству. – поддерживают протоколы сетевого управления, обладают более сложной конструкцией, предлагают более широкий функционал – с помощью WEB-интерфейса или специализированных программ ими можно управлять, прописывая параметры подключенной к ним сети, приоритеты отдельных устройств и пр. Именно этот тип коммутаторов может заменять маршрутизаторы. Цена на такие устройства колеблется в диапазоне от 2499 до 14490 рублей. Данный вид коммутаторов представляет интерес для специализированных локальных сетей – видеонаблюдение, промышленная сеть, офисная сеть. – устройства, которые поддерживают некоторые настройки (к примеру – конфигурирование VLAN (создание подгрупп)), но все равно во многом уступают управляемым коммутаторам. Настраиваемые коммутаторы могут быть как управляемыми, так и неуправляемыми.

Размещение коммутатора – может быть трех типов:

– компактное устройство, которое можно просто разместить на столе;– небольшое устройство, которое, как правило, можно расположить как на столе, так и на стене – для последнего предусмотрены специальные пазы/крепления; – устройство с предусмотренными пазами для монтажа в стойку сетевого оборудования, но которое, как правило, также можно расположить на столе.

Базовая скорость передачи данных – скорость, с которой работает каждый из портов устройства. Как правило, в параметрах коммутатора указывается сразу несколько цифр, к примеру: 10/100Мбит/сек – это означает, что порт может работать и со скоростью 10Мбит/сек, и 100Мбит/сек, автоматически подстраиваясь под скорость источника данных. Представлены модели с базовой скоростью:

;; .

Общее количество портов коммутатора – один из основных параметров, в принципе именно он больше всего влияет конфигурацию локальной сети, т.к. от него зависит, какой количество оборудования вы сможете подключить. Диапазон лежит в пределах от 5 до 48 портов. Коммутаторы с количеством портов 5-15 наиболее интересны для построения маленькой домашней сети, устройства с количеством портов от 15 до 52 ориентированы уже на более серьезные конфигурации.

Количество портов со скоростью 1Гбит/сек – порты, поддерживающие скорость 100Мбит/сек, бывает до 48;
Количество портов со скоростью 1Гбит/сек – порты, поддерживающие скорость 1Гбит/сек – что особенно актуально для высокоскоростной передачи данных, бывает до 48;
Поддержка РоЕ – если такой параметр есть, то означает, что подключенное к порту с этой опцией устройство можно питать по сетевому кабелю (витой паре), при этом никакого влияния на передающийся сигнал информации не оказывается. Функция особенно привлекательна для подключения устройств, к которым нежелательно, либо невозможно подводить дополнительный кабель питания – к примеру, для WEB-камер.
SFP-порты – порты коммутатора для связи с устройствами более высокого уровня, либо с другими коммутаторами. По сравнению с обычными портами могут поддерживать передачу данных на более дальние расстояния (стандартный порт с RJ-45 разъемом и подключенным кабелем «витая пара» поддерживает передачу в пределах 100м). Такой порт не оснащен приемо-передатчиком, это только слот, к которому можно подключить SFP-модуль, представляющий из себя внешний приемо-передатчик для подключения нужного кабеля – оптического, витой пары.

Скорость обслуживания пакетов – характеристика, обозначающая производительность оборудования, и измеряющаяся в миллионах пакетов в секунду – Мррs. Как правило, подразумеваются пакеты размеров 64 байта (уточняется производителем). Величина этой характеристики различных устройств лежит в пределах от 1,4 до 71,4 Мррs.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Область применения коммутаторов широка, самые распространенные сферы применения:

маленькая домашняя локальная сеть, включающая, к примеру, несколько компьютеров, принтер, телевизор и музыкальный центр (при условии, что все оборудование поддерживает сетевое подключение);

локальная сеть предприятия/офиса, с большим количеством компьютеров и офисной техники;

системы «умный дом» – с подключением огромного множества датчиков, контролирующих все по желанию хозяина – начиная с котла отопления, и заканчивая крышкой унитаза;

системы видеонаблюдения – если система велика, камер много, то помимо контроллера для подключения всех камер целесообразно использовать коммутатор;

промышленные локальные сети, объединяющие датчики, контролирующие процесс производства и диспетчерские центры, откуда идет непосредственное управление технологическим процессом.

СТОИМОСТЬ

Ценовой разброс различных устройств велик – от 440 до 27999 рублей.

От 440 до 1000 рублей обойдутся простые устройства неуправляемого типа, с общим количеством портов до 5 штук, с наличием у некоторых устройств портов 1 Гбит/сек.

В сегменте от 1000 до 10000 рублей будут устройства как управляемого, так и не управляемого типов, с количеством портов до 24 портов, с возможностью РоЕ, с наличием SFP-порта.

За стоимость от 10000 до 27999 рублей вы сможете приобрести высокопроизводительное устройство, для высокоемких сетей.

Данная статья сфокусирована на описании основных величинах и понятиях, которые требуется знать при проектировании радиосети и настройке беспроводного оборудования Wi-Fi. Настройка оборудования и рекомендации приведены на примере точек доступа серии 1600, 2600, 3600, а так же контроллера 2504.

Частоты и каналы

Для беспроводных сетей Wi-Fi определено 2 диапазона:

Каждый диапазон имеет свои характеристики. Так, диапазон 5 ГГц имеет меньшую площадь покрытия, но при этом большую пропускную способность по сравнению с 2.4 ГГц. В разных странах есть свои ограничения на использования частотного спектра и мощность передатчика. Так появились разные регуляторные домены. Вот основные из них:

Домен	Страны	Диапазон 2.4 ГГц
FCC	Америка, Австралия, Новая Зеландия, части Азии и пр.).	11 каналов
ETSI (EMEA)	Россия, Европа, Восток, Африка, части Азии и пр.)	13 каналов (их них 3 не перекрывающихся канала: 1,6,11)
MKK	Япония	14 каналов

У производителя есть обязанность производить продукцию, подходящую под законодательство разных стран, то есть сертификацию в определенных регуляторных доменах.

В диапазоне 5 ГГц есть три поддиапазона:

1.Полоса 5150-5250 МГц имеет следующие каналы:

2. Полоса 5250-5350 МГц имеет следующие каналы:

3. Полоса 5650-5825 МГц имеет следующие каналы:

Основные термины и величины

дБ (dB). Децибел – это логарифмическое отношение сигнала к условной единице. Например, в таблице ниже происходит сравнение с 1 Вт

дБ	Вт
0	1
3	2
6	3,98
9	7,94
10	10
13	20
20	100

Таблица перевода дБ в Вт

дБм (dBm). Децибел милиВатт – это логарифмическое отношение сигнала к 1 мВт

дБм	мВт
0	1
3	2
6	3,98
9	7,94
10	10
13	20
20	100

Таблица перевода дБм в мВт

При увеличении мощности на 9 дБм зона покрытия для помещения увеличивается примерно в 2 раза. Соответственно, при уменьшении мощности на 9 дБм – уменьшается примерно в 2 раза.

дБи (dBi). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель – идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%.

Суммарная излучаемая мощность равняется сумме мощности передатчика и усиления антенны.

Отсюда возникает ответ на один из интересующих многих вопрос: почему Cisco Systems поставляет точки доступа в Россию с ограничением мощности в 18 дБм (63мВт). Ответ заключается вот в чем. Коэффициент усиления антенн варьируется от 2 (у встроенных антенн) до 6 дБи (у направленных внешних антенн). То есть результирующая выходная мощность будет от 20 дБм (100мВт) до 24дБм (250мВт).

При планировании не следует забывать особенность излучателя клиентского устройства: как правило, мощность передатчика сетевой карты клиента не превышает 50мВт. Соответственно, клиентское устройство будет отлично «слышать», но при этом его мощности не хватит для того чтобы точка доступа его «услышала». Таким образом, в общем случае, выставление мощности у точки доступа более 50мВт (17 dBm) не желательно.

Помимо мощности передатчика, в дБм так же измеряется и чувствительность приемника, значения будут отрицательными числами. Чувствительность приемника – это минимальный уровень сигнала, при котором связь будет еще установлена на минимальной скорости.

RSSI (Received Signal Strength Indicatio) – это переведенное в целые числа (от 0 до 255) значения мощности принимаемого сигнала. Для каждого производителя перевод может осуществляться по-своему.

Радиочастотное планирование Wi-Fi

При разворачивании беспроводной сети нет общего шаблона, все индивидуально в каждой инсталляции. Однако есть набор основных правил, которых следует придерживаться. Ниже приведены основные вводные данные для радиочастотного планирования.

При радиочастотном планировании следует учитывать следующие основные характеристики беспроводной сети:

Выбор типа сети (передача данных, голоса или позиционирование)
Плотность пользователей
Требования к покрытию и скорости передачи данных
Особенности клиентских устройств (мощности передатчика, поддерживаемые диапазоны и каналы, поддерживаемые скорости передачи данных)
Требования к безопасности сети

Эти характеристики могут быть выполнены при помощи манипулирования следующими физическим величинами:

Диапазон (2.4 ГГц или 5ГГц)
Используемые каналы выбранного диапазона
Мощность передатчика
Тип и коэффициент усиления антенны
Разрешенные скорости передачи данных

Далее, каждый из «рычагов» разберем подробно.

В диапазоне 5 ГГц большее число непересекающихся каналов и большая пропускная способность, но на данный момент не все клиентские устройства поддерживают этот диапазон. В диапазоне 2.4 ГГц имеется только 3 непересекающихся канала: 1, 6 и 11. Соответственно радиочастотное планирование должно быть проведено с учетом этого. Не следует размещать рядом две точки доступа, которые будут работать на одной и той же частоте, это приведет к высокому значению сигнал-шум. В местах высокой плотности пользователей (например, конференц-зал) можно установить до трех точек доступа в целях повышения пропускной способности сети, они будут работать на разных каналах и не мешать друг другу. Следует заметить, что радиус зоны покрытия в диапазоне 5 ГГц существенно меньше чем в диапазоне 2.4 ГГц.

Для сети передачи данных необходимо определить минимальную скорость передачи данных на краях зоны покрытия и производить планирование сети с учетом этих данных. Так, например для одного и того же офиса может понадобится 6 точек доступа, чтобы покрыть со скоростью не ниже чем 11Мбит/с и 12 точек доступа чтобы покрыть со скоростью не ниже 24 Мбит/с. Если же необходимо ограничить радиус действия точки доступа, но при этом не уменьшать мощность и не проиграть в скорости, можно запретить ряд скоростей, например, с 1 по 11 Мбит/с на контроллере. Тогда на границах сети скорость будет не меньше 11 Мбит/с.

Для голосовой сети необходимо перекрытие зон покрытия соседних точек доступа не менее чем 15-20 процентов при уровне сигнала не ниже чем -67дБм, это обеспечит непрерывную связь во время роуминга. При этом рекомендуемые значения мощности точек доступа лежат в диапазоне 35-50 мВт.

Для систем позиционирования применяется более сложный подход к построению сети, так как здесь за основу берется не оптимальное радиопокрытие, а оптимальное расположение точек доступа.

Антенны позволяют увеличить дальность связи, не прибегая к увеличению мощности передатчика точки доступа, а так же передатчика клиента. Таким образом, если есть задача покрытия достаточно большого пространства или длинного коридора с низкой плотностью пользователей, можно воспользоваться внешними антеннами с большим коэффициентом усиления, как направленными (для коридоров) так и всенаправленными (для больших помещений).

Важно помнить, что следует планировать расстановку точек доступа с тем условием, что не рекомендуется одновременное подключение к одной точек доступа более 25 клиентов. В случае большой плотности клиентов или требований к высокой пропускной способности необходимо уменьшать мощность передатчиков и более плотно устанавливать точки доступа.

Настройки радио интерфейса в WLC

Переходим к практической части.

На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт Network можно разрешить, запретить и сделать обязательными скорости передачи данных. В случае, когда необходимо ограничить радиус действия сети, которая бы не выходила за пределы офиса, можно запретить ряд низких скоростей, как на примере ниже.

На вкладке WIRELESS, меню 802.11b/g/n, пункт TCP можно задать минимальную, максимальную мощность передатчика в случае если установлена автоматическая настройка мощности. А так же можно изменить параметр Power Threshold, который участвует в расчетах мощности передачи точки доступа. Параметр Power Threshold задает максимальный уровень мощности, при котором точки доступа могут слушать друг друга на пересекающихся каналах от трех точек доступа. Соответственно, мощность точки доступа будет увеличиваться до тех пор, пока не услышит соседа с мощностью, которая задана в параметре Power Threshold. Это сделано из соображений построения максимально большой зоны покрытия при оптимальном соотношения сигнал/шум.

На вкладке WIRELWSS, меню 802.11b/g/n, пункт DCA можно управлять автоматическим назначением каналов. При аккуратном планировании и не больших размерах сети можно назначить каналы вручную, на точках доступа. При больших размерах сети гораздо удобнее возложить эту задачу на контроллер. На рисунке ниже показано что авто выбор каналов происходит каждые 10 минут, а список доступных каналов: 1, 6 и 11. Не стоит забывать включать технологию CleanAir, которая будет автоматически перестраивать каналы на аппаратном уровне в случае интерференций с посторонними устройствами.

Для диапазона 5 ГГц это будет выглядеть следующим образом. Здесь так же есть возможность выбора разрешенных для использования каналов. Например, это будет актуально для OUTDOOR решений, где есть ограничения на используемые каналы. Здесть рекомендуется обратиться к законодательной базе РФ для уточнения разрешений на используемые диапазоны и каналы.

Для предотвращения коллизий крупные локальные сети делятся на сегменты или домены коллизий , с помощью маршрутизаторов ( routers ) или коммутаторов (switches). Непосредственно к маршрутизатору конечные узлы (компьютеры) обычно не подключаются; подключение обычно выполняется через коммутаторы. Каждый порт коммутатора оснащен процессором, память которого позволяет создавать буфер для хранения поступающих кадров. Общее управление процессорами портов осуществляет системный модуль .

Каждый сегмент, образованный портом (интерфейсом) коммутатора с присоединенным к нему узлом (компьютером) или с концентратором со многими узлами, является доменом (сегментом) коллизий . При возникновении коллизии в сети, реализованной на концентраторе, сигнал коллизии распространяется по всем портам концентратора . Однако на другие порты коммутатора сигнал коллизии не передается.

Существует два режима двусторонней связи: полудуплексный (halfduplex) и полнодуплексный (full- duplex ). В полудуплексном режиме в любой момент времени одна станция может либо вести передачу, либо принимать данные. В полнодуплексном режиме абонент может одновременно принимать и передавать информацию, т. е. обе станции в соединении "точка- точка" могут передавать данные в любое время, независимо от того, передает ли другая станция. Для разделяемой среды полудуплексный режим является обязательным. Ранее создававшиеся сети Ethernet на коаксиальном кабеле были только полудуплексными. Неэкранированная витая пара UTP и оптическое волокно могут использоваться в сетях, работающих в обоих режимах. Новые высокоскоростные сети 10-GigabitEthernet работают только в полнодуплексном режиме. Большинство коммутаторов могут использовать как полудуплексный, так и полнодуплексный режим .

В случае присоединения компьютеров (хостов) индивидуальными линиями к портам коммутатора каждый узел вместе с портом образует микросегмент. В сети, узлы которой соединены с коммутатором индивидуальными линиями и работающей в полудуплексном режиме, возможны коллизии , если одновременно начнут работать передатчики коммутатора и сетевого адаптера узла.

В полнодуплексном режиме работы коллизий при микросегментации не возникает. При одновременной передаче данных от двух источников одному адресату буферизация кадров позволяет запомнить и передать кадры поочередно и, следовательно, избежать их потери. Отсутствие коллизий обусловило широкое применение топологии сети с индивидуальным подключением узлов к портам коммутатора.

Коммутатор является устройством второго (канального) уровня семиуровневой модели ISO OSI , в котором для адресации используются МАС-адреса. Адресация происходит на основе МАС-адресов сетевых адаптеров узлов ( рис. 4.3).

Для передачи кадров применяется алгоритм , определяемый стандартом 802.1D. Реализация алгоритма происходит за счет создания статических или динамических записей адресной таблицы коммутации . Статические записи таблицы создаются администратором. Важно отметить, что коммутатор можно не конфигурировать, он будет работать по умолчанию, создавая записи адресной таблицы в динамическом режиме. При этом в буферной памяти порта запоминаются все поступившие на порт кадры.

Первоначально информация о том, какие МАС-адреса имеют подключенные к конкретному порту узлы, в коммутаторе отсутствует. Поэтому коммутатор , получив кадр , передает его на все свои порты, за исключением того, на который кадр был получен, и одновременно анализирует МАС- адрес источника и запоминает его в адресной таблице. Например, если узел с МАС-адресом 0В1481182001 передает кадр данных узлу 0АА0С9851004 ( рис. 4.3), то в таблице (таблица 4.4) появится первая запись . В этой записи указано, что узел с МАС-адресом 0В1481182001 присоединен к порту № 1. При передаче данных от узла 0АА0С9851004 узлу 0002В318А102 в табл. 4.4 появится вторая запись и т. д. Таким образом, число записей в адресной таблице может быть равно числу узлов в сети, построенной на основе коммутатора.

Когда адресная таблица коммутации сформирована, продвижение кадров с входного интерфейса коммутатора на выходной происходит на основании записей в адресной таблице. При получении кадра коммутатор проверяет, существует ли МАС- адрес узла назначения в таблице коммутации . При обнаружении адресата в таблице коммутатор производит еще одну проверку: находятся ли адресат и источник в одном сегменте. Если они в разных сегментах, то коммутатор производит продвижение ( forwarding ) кадра в порт , к которому подключен узел назначения. Если адресат и источник находятся в одном сегменте, например оба подключены к одному концентратору ( рис. 4.3), то передавать кадр на другой порт не нужно. В этом случае кадр должен быть удален из буфера порта, что называется фильтрацией ( filtering ) кадров.

С появлением в сети новых узлов адресная таблица пополняется. Если в течение определенного времени (обычно 300 с) какой-то узел не передает данные, то считается, что он в сети отсутствует, тогда соответствующая запись из таблицы удаляется. При необходимости администратор может включать в таблицу статические записи, которые не удаляются динамически. Такую запись может удалить только сам администратор . Эти вопросы рассмотрены в лекции 15.

Рис. 4.4. Деление сети на широковещательные домены

Быстродействие или производительность коммутатора определяются рядом параметров: скоростью фильтрации кадров, скоростью продвижения кадров, пропускной способностью, длительностью задержки передачи кадра.

Скорость фильтрации определяется временем приема кадра, запоминанием его в буфере, обращением к адресной таблице коммутации и удалением кадра из буферной памяти, если адресат и источник находятся в одном сегменте. Коммутатор обычно успевает фильтровать кадры в темпе их поступления в интерфейс , поэтому фильтрация не вносит дополнительной задержки.

Скорость продвижения кадров определяется временем приема кадра, запоминанием его в буфере, обращением к адресной таблице и передачей кадра с входного порта на выходной, который связан с устройством назначения. Скорость фильтрации и скорость продвижения задаются в кадрах в секунду, причем для оценки этих параметров обычно берутся кадры минимальной длины 64 байта.

Пропускная способность коммутатора определяется количеством передаваемых данных, содержащихся в поле " Data " кадра в единицу времени. Пропускная способность достигает своего максимального значения при передаче кадров максимальной длины.

Задержка передачи кадров определяется временем от момента появления первого байта кадра на входном порте коммутатора до момента появления этого байта на выходном порте. В зависимости от режима коммутации время задержки составляет от единиц до сотен микросекунд.

Режимы коммутации

Коммутаторы могут работать в нескольких режимах, при изменении которых меняются задержка и надежность. Для обеспечения максимального быстродействия коммутатор может начинать передачу кадра сразу, как только получит МАС-адрес узла назначения. Такой режим получил название сквозной коммутации или коммутации "на лету" ( cut -through switching), он обеспечивает наименьшую задержку при прохождении кадров через коммутатор. Однако в этом режиме невозможен контроль ошибок, поскольку поле контрольной суммы находится в конце кадра. Следовательно, этот режим характеризуется низкой надежностью.

Во втором режиме коммутатор получает кадр целиком, помещает его в буфер, проверяет поле контрольной суммы ( FCS ) и затем пересылает адресату. Если получен кадр с ошибками, то он отбрасывается ( discarded ) коммутатором. Поскольку кадр перед отправкой адресату назначения запоминается в буферной памяти, такой режим коммутации получил название коммутации с промежуточным хранением или буферизацией ( store -and- forward switching). Таким образом, в этом режиме обеспечивается высокая надежность, но низкая скорость коммутации .

Промежуточное положение между сквозной коммутацией "на лету" и буферизацией занимает режим коммутации свободного фрагмента ( fragment - free mode). В этом режиме читаются первые 64 байта, которые включают заголовок кадра и поле данных минимальной длины. После этого начинается передача кадра до того, как будет получен и прочитан весь кадр целиком. При этом производится верификация адресации и информации LLC -протокола, чтобы убедиться, что данные будут правильно обработаны и доставлены адресату.

Когда используется режим сквозной коммутации "на лету", порты устройств источника и назначения должны иметь одинаковую скорость передачи. Такой режим называется симметричной коммутацией . Если скорости не одинаковы, то кадр должен запоминаться (буферизироваться) перед тем, как будет передаваться с другой скоростью. Такой режим называется асимметричной коммутацией , при этом должен применяться режим с буферизацией .

Асимметричная коммутация обеспечивает связь между портами с разной полосой пропускания . Данный режим является характерным, например, для потока данных между многими клиентами и сервером, при котором многие клиенты могут одновременно соединяться с сервером. Поэтому на это соединение должна быть выделена широкая полоса пропускания.

Протокол охватывающего дерева (Spanning-Tree Protocol)

Когда сеть строится с использованием топологии иерархического дерева, коммутационные петли отсутствуют. Однако сети часто проектируются с избыточными путями, чтобы обеспечить надежность и устойчивость сети ( рис. 4.5). Избыточные пути могут приводить к образованию коммутационных петель, что в свою очередь может привести к широковещательному шторму и падению сети.

Рис. 4.5. Образование маршрутных петель в сетях на коммутаторах

Протокол охватывающего дерева (Spanning-Tree Protocol – STP) относится к протоколам, которые используются, чтобы избежать маршрутных (коммутационных) петель. Коммутаторы применяют алгоритм STA , чтобы перевести в резервное состояние избыточные пути, которые не соответствуют иерархической топологии. Запасные избыточные пути задействуются, если основные выходят из строя.

Таким образом, STP используется для создания логической иерархии без петель, т. е. при наличии физических петель логические петли отсутствуют.

Каждый коммутатор в локальной сети рассылает уведомления STP во все свои порты, чтобы позволять другим коммутаторам знать об их существовании. Эта информация нужна, чтобы выбрать корневой коммутатор для сети.

Каждый порт коммутатора, который использует STP , находится в одном из следующих 5 состояний:

Блокировка (Blocking);
Прослушивание ( Listening );
Обучение ( Learning );
Продвижение ( Forwarding );
Выключен ( Disabled ).

При инициализации коммутатора все порты, за исключением находящихся в выключенном состоянии ( Disabled ), переводятся в состояние блокировки (Blocking). В этом состоянии порты передают, принимают и обрабатывают уведомления STP , т. е. участвуют в процессе управления , но не передают информационные данные.

В начальный момент работы алгоритма STA порты устанавливаются в состояние прослушивания ( Listening ) на время, определяемое таймером. Если за время работы таймера порт получит уведомление STP с лучшей метрикой , чем у него, то он перейдет в состояние блокировки (Blocking). Если принятая метрика хуже его собственной, порт перейдет в состояние обучения ( Learning ), чтобы принимать, но еще не продвигать пакеты данных и создавать адресную таблицу коммутации . Длительность состояния Learning также задается таймером.

После окончания заданного таймером времени порт переходит в состояние продвижения ( Forwarding ), т. е. начинает полноценную обработку пакетов.

Переход порта в состояние выключения ( Disabled ) и выход из него может быть реализован только по командам конфигурирования.

Существенным недостатком протокола STP является слишком долгое время формирования новой конфигурации сети, которое может составлять значение порядка 1 мин.

Читайте также: