Get best of the week

كتاب "شبكات الحاسوب. المبادئ والتقنيات والبروتوكولات: طبعة الذكرى »

صورةهذا المنشور خاص إلى حد ما - لقد مرت 20 سنة بالضبط منذ نشر الكتاب. 20 سنة هي فترة كبيرة ، خلال هذا الوقت نشأ أطفال قرائنا الأوائل ، وربما أصبحوا مهتمين بشبكات الكمبيوتر. وربما سيكون لديهم في أيديهم النسخة السادسة من كتاب "شبكات الكمبيوتر. المبادئ والتقنيات والبروتوكولات. " يختلف هذا الكتاب اختلافًا كبيرًا عن الكتاب الذي قرأه آباؤهم. لم يتم ذكر الكثير من القراء المهتمين في أواخر التسعينات - على سبيل المثال ، قاعدة 4-hub ، مطابقة شبكات IP و IPX ، أو مقارنة تقنيات 100VG-AnyLAN و FDDI - على الإطلاق في الإصدارات الأخيرة. على مدى 20 عامًا ، مرت العديد من التقنيات بدورة كاملة من مصطلح عصري والاعتراف العالمي إلى النسيان الكامل تقريبًا. تعكس كل نسخة جديدة من الكتاب بطريقة أو بأخرى المشهد المتغير لتقنية الشبكة.

هذا الإصدار ليس استثناءً - فقد تمت مراجعته بشكل كبير ، حوالي ثلث المادة إما معلومات جديدة تمامًا ، أو عرض منقح بشكل كبير للموضوعات. على سبيل المثال ، ظهر جزء جديد من "الشبكات اللاسلكية" في الكتاب ، وتم تعديل الجزء المخصص لتقنيات الشبكة الأساسية SDH و OTN و DWDM بالكامل.

المنشور مخصص للطلاب وطلاب الدراسات العليا والمتخصصين الفنيين الذين يرغبون في اكتساب المعرفة الأساسية حول مبادئ بناء شبكات الكمبيوتر ، وفهم ميزات التقنيات التقليدية والواعدة للشبكات المحلية والعالمية ، وتعلم كيفية إنشاء شبكات مركبة كبيرة وإدارة مثل هذه الشبكات.

تغييرات الطبعة السادسة


بادئ ذي بدء ، ظهر جزء جديد من الشبكات اللاسلكية في الكتاب. يتكون من ثلاثة فصول.

في أولها ، يتم النظر في المستوى المادي لخطوط الاتصالات اللاسلكية ، والذي يتضمن تفاصيل وسيط الإرسال ، ونطاق وطبيعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية ، وأنواع التشويه ، وطرق التعامل معها. نظرًا لأنه لا يمكن لأي عقد من الشبكات اللاسلكية الاستغناء عن هوائي ، تحظى الأجهزة من هذا النوع باهتمام كبير في هذا الفصل - على وجه الخصوص ، طرق الإرسال باستخدام العديد من الهوائيات على جانبي الإرسال والاستقبال ، ما يسمى بتقنيات MIMO. يناقش هذا الفصل تقنيات تشفير الطيف المنتشر لأنظمة FHSS و DSSS و CDMA و OFDM ، التي تم تطويرها خصيصًا للإرسال اللاسلكي.

يركز محتوى الفصل الثاني على شبكات Wi-Fi اللاسلكية المحلية (IEEE 802.11) ، التي اتخذت في قطاع الوصول اللاسلكي الثابت إلى الإنترنت نفس الموقف المهيمن مثل شبكات Ethernet في شبكات المنطقة المحلية. الفصل الذي يختتم هذا الجزء مخصص للشبكات الخلوية المتنقلة. لم تتم دراسة هذا الموضوع في الإصدارات السابقة نظرًا لحقيقة أن شبكات الهاتف المحمول كانت في الغالب هاتفًا. غيّر هذا الوضع الانتقال الكامل لشبكات المحمول LTE (4G) إلى بروتوكولات مكدس TCP / IP ، التي تم استخدامها لإنشاء مكالمات هاتفية والوصول إلى الإنترنت. يناقش الفصل تطور تقنيات شبكات الهاتف المحمول من مختلف الأجيال ، الإصدارات المحمولة من بروتوكولات IPv4 و IPv6 ، المبادئ الأساسية لبناء شبكات LTE ؛ نظرة عامة على بنية شبكة 5Gالذين ينوون دمج أحدث التطورات في شبكات الكمبيوتر ويصبحون النوع الرئيسي لشبكة الوصول إلى إنترنت الأشياء.

تم تنقيح وصف بروتوكول IPv6 وتوسيعه بشكل كبير - والآن تم تخصيص فصل منفصل لهذا البروتوكول. ينمو انتشار IPv6 بشكل مطرد ، وأصبح فهم أعمق لهذا البروتوكول مهمًا لأخصائي الشبكة الحديث.

في السنوات الأخيرة ، تم تأسيس مفهوم شبكات الكمبيوتر القابلة للبرمجة ، لذلك تمت إضافة أقسام إلى الكتاب التي تصف تقنيات الشبكات المعرفة بالبرمجيات SDN والمحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة NFV.

جزء معاد تصميمه بالكامل مخصص لتقنيات الشبكات الأولية SDH و OTN و DWDM.

وأخيرًا ، زاد عدد الأسئلة والمهام بشكل ملحوظ.

مقتطفات. خطوط الاتصالات اللاسلكية. نطاقات الطيف الكهرومغناطيسي


تعتمد خصائص خط الاتصال اللاسلكي - المسافة بين العقد ، ومنطقة التغطية ، وسرعة نقل المعلومات ، وما إلى ذلك - إلى حد كبير على تردد الإشارة الكهرومغناطيسية المستخدمة. في التين. 21.2 يوضح نطاقات الطيف الكهرومغناطيسي. تلخيصًا ، يمكننا القول إنها وتقسم أنظمة إرسال المعلومات اللاسلكية المقابلة لها إلى أربع مجموعات.

  • 300 — . ITU ( ), (Extremely Low Frequency, ELF) (Extra High Frequency, EHF). 20 300 , , « ». , , AM- FM-, . , 2400, 9600 19 200 /.

صورة

  • 300 3000 . , , , , (Wireless Local Loop, WLL).
  • . . , .
  • ( ). .


بادئ ذي بدء ، دعونا نتذكر العديد من الظواهر الفيزيائية الهامة المرتبطة بانتشار الموجات بشكل عام والموجات الكهرومغناطيسية بشكل خاص. في التين. 21.3 يتبين أن الإشارة ، بعد أن واجهت عقبة ، يمكن أن تنتشر وفقاً لثلاث آليات: الانعكاس والانعراج والانتثار. عندما تواجه إشارة عقبة شفافة جزئيًا لطول موجة معين وفي نفس الوقت لها أبعاد أكبر بكثير من طول الموجة ، ينعكس جزء من طاقة الإشارة من هذه العقبة. إذا واجهت الإشارة عقبة لا يمكن اختراقها (على سبيل المثال ، لوحة معدنية) بحجم أكبر بكثير من الطول الموجي ، عندئذ يحدث الحيود - يبدو أن العائق محاط بالإشارة ، مما يسمح باستقبالها حتى دون أن تكون في خط البصر. وأخيرًا ، عندما تواجه عقبة تتناسب أبعادها مع الطول الموجي ،تتناثر الإشارة وتنتشر بزوايا مختلفة.

صورة

الوسيط المثالي لانتشار الموجات الكهرومغناطيسية هو الفراغ ، ولكن في الحياة الواقعية غالبًا ما تنتقل الإشارات عبر الغلاف الجوي ، وهو وسيط غير مستقر وغير متجانس يتكون من العديد من الطبقات ذات خصائص موصلة مختلفة. تحدد خصائص وسط الإرسال الحقيقي مع خصائص التردد للإشارات المرسلة عدة طرق أساسية لانتشار الموجات الكهرومغناطيسية (الشكل 21.4).

الأرضية أو السطحية ، موجاتمنتشرة على سطح الأرض. بعد تضاريس أكثر أو أقل ، يمكنهم السفر لمسافات طويلة ، تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات ، بعيدًا عن خط الأفق المرئي. هذه الطريقة في انتشار الموجات هي سمة من سمات الإشعاع الكهرومغناطيسي منخفض التردد - حتى MHz 2.

تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية لهذا التردد في الغلاف الجوي بطريقة لا تخترق الغلاف الجوي العلوي. وأشهر مثال على الموجة الأرضية هو إشارة راديو AM من نطاق الطول الموجي الطويل. السبب الرئيسي وراء اتباع الموجات لسطح الأرض هو الحيود. في هذه الحالة ، هناك عقبة لا يمكن اختراقها بحجم أكبر بكثير من الطول الموجي هي انتفاخ الأرض. تعتمد قدرة الموجة على الالتفاف حول العائق على نسبة الطول الموجي إلى حجم العائق ؛ كلما كانت هذه النسبة أصغر ، كان الانعراج أضعف. ومن ثم فمن الواضح أنه بالنسبة للإشارات الكهرومغناطيسية عالية التردد ، يمكن تجاهل تأثير الانعراج.

موجات الأيونوسفير (المكانية)خاصية لإشارات الترددات المتوسطة والعالية من 2 إلى 30 ميجاهرتز. تنعكس الإشارات المنبعثة من هوائي أرضي من الغلاف الجوي المتأين (الغلاف الجوي المتأين الأقل كثافة) إلى الأرض ، وبالتالي يمكن أن تنتشر بعيدًا عن الأفق المرئي ، إلى مسافات أكبر من الموجات السطحية. مع قدرة إرسال كافية ، يمكن أن تنتشر الموجات الراديوية لهذه النطاقات بسبب الانعكاس المتعدد من الأيونوسفير حول العالم. تستخدم الموجات الأيونوسفيرية على نطاق واسع في البث وخاصة البث الدولي - على سبيل المثال ، من قبل شركات مثل BBC Radio World Service.

صورة

الموجات المباشرة ، أو خطوط الرؤية المباشرة ، كما يوحي اسمها ، تنتشر فقط في خط مستقيم ، من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. في الوقت نفسه ، يمكن وضع هذا الأخير على الأرض وفي الفضاء. هذا النوع من انتشار الموجات هو سمة من سمات الإشارات الكهرومغناطيسية بتردد أعلى من MHz 30 - لا يمكن أن تنعكس من قبل الأيونوسفير ولا غلاف غلاف الأرض. في ترددات أعلى من 4 جيجا هرتز ، هم في وضع صعب: يبدأون في امتصاص الماء ، مما يعني أنه ليس فقط المطر ، ولكن أيضًا الضباب يمكن أن يسبب تدهورًا حادًا في جودة نقل أنظمة الميكروويف. لا يمكن إرسال الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي إلا على طول خط الرؤية ، حيث لا يمران عبر الجدران.

موجات التروبوسفيريمكن أن تتولد عن طريق إشعاع عالي للغاية وعالي التردد (30 ميجاهرتز - 3 جيجاهرتز). كما ذكر أعلاه ، لا يمكن أن تنعكس الإشارات الكهرومغناطيسية من هذا النطاق بواسطة الغلاف الأيوني. ومع ذلك ، فهي قادرة على الانتشار عن طريق الانكسار والتناثر على تجانس طبقة التروبوسفير - وهي طبقة الغلاف الجوي الأقرب إلى الأرض. عدم التجانس التروبوسفيري هي مناطق من الفضاء حيث يكون للهواء في بعض النقاط درجة حرارة وضغط ورطوبة تختلف عن متوسط ​​القيم للبيئة. تتيح الموجات التروبوسفيرية إرسال إشارة ، وإن كانت إشارة ضعيفة للغاية ، على مسافة تصل إلى 1000 كم.

كلما زاد تردد الموجة الحاملة ، زاد معدل نقل المعلومات المحتمل. الحاجة إلى إرسال المعلومات بسرعة عالية سائدة ، وبالتالي ، تعمل جميع الأنظمة الحديثة لنقل المعلومات اللاسلكية في نطاقات عالية التردد ، تبدأ من 800 ميجاهرتز ، على الرغم من المزايا التي تعد بنطاقات منخفضة التردد بسبب انتشار إشارة على سطح الأرض أو الانعكاس من الأيونوسفير.

التشويه المضاد للإشارة في الخطوط اللاسلكية


يؤدي رفض الأسلاك والتنقل إلى مستوى عالٍ من التداخل في خطوط الاتصالات اللاسلكية. إذا كان معدل خطأ البت (BER) في خطوط الاتصال السلكية متساويًا ، صورةفإنه في خطوط الاتصالات اللاسلكية يصل إلى قيمة. صورةفي الظروف الحضرية ، في نطاق التردد للإشارة المفيدة ، عادة ما يكون هناك قدر كبير من التداخل ، على سبيل المثال ، من أنظمة إشعال السيارة من مختلف الأجهزة المنزلية.

نتيجة للانعراج والانعكاس وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية ، المنتشرة في كل مكان في الاتصالات اللاسلكية في المدينة ، يمكن لجهاز الاستقبال استقبال عدة نسخ متماثلة من نفس الإشارة التي تم تمريرها إلى جهاز الاستقبال بطرق مختلفة. ويسمى هذا التأثير انتشار إشارة تعدد المسيرات. في كل انعكاس ، يمكن للإشارة تغيير الطور والسعة وزاوية الوصول إلى المستقبل. غالبًا ما تكون نتيجة الانتشار متعدد المسيرات للإشارة سلبية ، حيث يمكن للإشارات أن تأتي في طور مضاد وتقمع الإشارة الرئيسية.

بما أن وقت انتشار الإشارة على طول مسارات مختلفة يختلف بشكل عام ، يمكن أيضًا ملاحظة التداخل بين الرموز - وهو الوضع الذي ، نتيجة للتأخير ، تصل الإشارات التي تشفر بتات البيانات المجاورة إلى جهاز الاستقبال خلال الفاصل الزمني المخصص لاستقبال رمز واحد. إشارة تم الحصول عليها نتيجة تراكب الإشارات المجاورة ، قد فك شفرة جهاز الاستقبال بشكل غير صحيح.

يؤدي التشويه الناتج عن الانتشار عبر مسيرات متعددة إلى إضعاف الإشارة - ويسمى هذا التأثير بالخبو متعدد المسارات (الخبو). من المعروف أنه عندما تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء الحر (بدون انعكاسات) ، يكون توهين قدرة الإشارة متناسبًا مع ناتج مربع المسافة من مصدر الإشارة بواسطة مربع تردد الإشارة. في المدن ، يؤدي الخبو متعدد المسارات إلى حقيقة أن توهين الإشارة لا يتناسب مع مربع المسافة ، ولكن إلى مكعبه أو حتى الدرجة الرابعة!

يتم حل مشكلة ارتفاع مستوى تداخل القنوات اللاسلكية بطرق مختلفة. تلعب تقنيات إشارة النطاق العريض دورًا مهمًا نناقشه أدناه. تعتمد هذه التقنيات على توزيع طاقة الإشارة في نطاق تردد واسع ، بحيث لا يؤثر تداخل النطاق الضيق بشكل كبير على الإشارة ككل. للتعرف على إشارة مشوهة بسبب انتشارها عبر مسيرات متعددة ، يتم استخدام طرق معالجة مختلفة تعوض التداخل بين الرموز. إحداها هي إشارة معادلة التكيف (معادلة التكيف ، الشكل 21.5).

والفكرة هي جمع الإشارة المقاسة على فترات زمنية متساوية Δt خلال دورة ساعة واحدة لرمز الرمز. قبل الجمع ، يتم ضرب قيم الإشارة في معامل الوزن Ci. تعتبر قيمة الإشارة المستقبلة بعد الجمع وتسمى الإشارة المحاذية قيمة بتات الشفرة المرسلة في دورة الساعة هذه.

صورة

يتم اختيار الوزن بشكل متكيف باستخدام رمز ثنائي معروف مسبقًا يسمى تسلسل التدريب. يقوم جهاز الإرسال بإدراج هذا التسلسل بعد كل كتلة من بيانات المستخدم ذات طول معين. يطبق جهاز الاستقبال نفس خوارزمية المحاذاة على تسلسل التدريب مثل بيانات المستخدم ، ويقارن قيمة تسلسل البتات المستلمة مع تسلسل التدريب المتوقع ؛ إذا كانت مختلفة ، يتم حساب القيم الجديدة لمعاملات الترجيح.

يلعب أيضًا استخدام رموز التصحيح التلقائي للتصحيح (FEC) دورًا كبيرًا. لطالما كان الاتصال اللاسلكي رائدًا في هذه التقنية - فتردد حدوث أخطاء البتات أعلى بكثير هنا من إرسال البيانات السلكية. تقنية أخرى هي استخدام البروتوكولات مع إنشاء الاتصال وإعادة إرسال الإطارات في طبقة ارتباط البيانات من مكدس البروتوكول. تسمح هذه البروتوكولات بتصحيح الأخطاء بشكل أسرع ، لأنها تعمل مع قيم مهلة أقل من البروتوكولات التصحيحية على مستوى النقل مثل TCP. أخيرًا ، يحاولون وضع أجهزة إرسال الإشارات (وأجهزة الاستقبال ، إن أمكن) على الأبراج العالية (الصواري) لتجنب الانعكاسات المتعددة.

الترخيص


تتطلب مشكلة فصل الطيف الكهرومغناطيسي بين المستهلكين تنظيمًا مركزيًا. لكل دولة هيئة خاصة للدولة ، والتي (وفقًا لتوصيات الاتحاد الدولي للاتصالات) تصدر تراخيص لمشغلي الاتصالات لاستخدام جزء معين من الطيف يكفي لنقل المعلومات باستخدام تقنية معينة. يتم إصدار الترخيص لمنطقة معينة ، حيث يستخدم المشغل نطاق التردد المخصص له حصريًا.

هناك أيضًا ثلاثة نطاقات تردد ، 900 ميجاهرتز ، 2.4 جيجاهرتز و 5 جيجاهرتز ، والتي أوصى بها الاتحاد كنطاقات للاستخدام الدولي دون ترخيص. تم تخصيص هذه النطاقات للمنتجات اللاسلكية الصناعية العامة ، مثل أجهزة قفل باب السيارة والأجهزة العلمية والطبية. وفقا للغرض من هذه النطاقات تسمى نطاقات ISM (الصناعية والعلمية والطبية - الصناعة والعلوم والطب). يعد النطاق 900 ميجاهرتز هو الأكثر "سكانية" لأن تقنية التردد المنخفض كانت دائمًا أرخص. اليوم ، يتم إتقان نطاق 2.4 جيجا هرتز بنشاط ، على سبيل المثال ، في تقنيات IEEE 802.11 و Bluetooth. ستعمل شبكات 5G في نطاقات تردد مختلفة ، بما في ذلك في نطاقات التردد العالي 26-29 جيجا هرتز.والشرط الأساسي لاستخدام هذه النطاقات على أساس مشترك هو الحد من القدرة القصوى للإشارات المرسلة إلى 1 وات. تقلل هذه الحالة نطاق الأجهزة بحيث لا تتداخل إشاراتها مع المستخدمين الآخرين الذين قد يستخدمون نفس نطاق التردد في مناطق أخرى من المدينة.

»يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الكتاب على موقع الناشر على الإنترنت
» جدول المحتويات
» مقتطفات من

Khabrozhiteley خصم 25٪ على قسيمة - Olifer

Source: https://habr.com/ru/post/undefined/

More articles:


All Articles