Get best of the week

Das Buch "Computernetzwerke. Prinzipien, Technologien, Protokolle: Jubiläumsausgabe »

BildDiese Veröffentlichung ist in gewissem Sinne etwas Besonderes - genau 20 Jahre sind seit der Veröffentlichung des Buches vergangen. 20 Jahre sind eine beträchtliche Zeit, in dieser Zeit sind die Kinder unserer ersten Leser aufgewachsen und haben sich vielleicht für Computernetzwerke interessiert. Und vielleicht haben sie die 6. Ausgabe des Buches „Computer Networks. Prinzipien, Technologien, Protokolle. “ Dieses Buch unterscheidet sich erheblich von dem, das ihre Eltern gelesen haben. Vieles, was interessierte Leser der späten 90er Jahre interessierte - zum Beispiel die 4-Hub-Regel, das Abgleichen von IP- und IPX-Netzwerken oder der Vergleich von 100VG-AnyLAN- und FDDI-Technologien - wird in den jüngsten Ausgaben überhaupt nicht erwähnt. Über 20 Jahre haben viele Technologien den gesamten Zyklus von einem modischen Begriff und universeller Anerkennung bis fast zum völligen Vergessen durchlaufen. Jede neue Ausgabe des Buches spiegelte auf die eine oder andere Weise die sich verändernde Landschaft der Netzwerktechnologie wider.

Diese Ausgabe ist keine Ausnahme - sie wurde erheblich überarbeitet, etwa ein Drittel des Materials besteht entweder aus völlig neuen Informationen oder aus einer grundlegend überarbeiteten Darstellung von Themen. In dem Buch wurde beispielsweise ein neuer Teil von „Wireless Networks“ veröffentlicht, der den primären Netzwerktechnologien SDH, OTN und DWDM gewidmet ist.

Die Veröffentlichung richtet sich an Studenten, Doktoranden und technische Spezialisten, die Grundkenntnisse über die Prinzipien des Aufbaus von Computernetzwerken erwerben, die Merkmale traditioneller und vielversprechender Technologien lokaler und globaler Netzwerke verstehen und lernen möchten, wie große zusammengesetzte Netzwerke erstellt und solche Netzwerke verwaltet werden.

Änderungen in der sechsten Ausgabe


Zunächst erschien ein neuer Teil von Wireless Networks in dem Buch. Es besteht aus drei Kapiteln.

In der ersten von ihnen wird die physikalische Ebene der drahtlosen Kommunikationsleitungen betrachtet, die die Besonderheiten des Übertragungsmediums, den Bereich und die Art der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, Arten der Verzerrung und Methoden zum Umgang mit ihnen umfasst. Da keine drahtlosen Netzwerkknoten auf eine Antenne verzichten können, wird Geräten dieses Typs in diesem Kapitel besondere Aufmerksamkeit gewidmet - insbesondere Übertragungsverfahren mit mehreren Antennen auf der Sende- und Empfangsseite, den sogenannten MIMO-Technologien. In diesem Kapitel werden die Spreizspektrum-Codierungstechniken von FHSS, DSSS, CDMA und OFDM erläutert, die speziell für die drahtlose Übertragung entwickelt wurden.

Der Inhalt des zweiten Kapitels konzentriert sich auf drahtlose lokale Wi-Fi-Netzwerke (IEEE 802.11), die im Bereich des drahtlosen Festnetz-Internetzugangs dieselbe beherrschende Stellung einnehmen wie Ethernet-Netzwerke in lokalen Netzwerken. Das Kapitel, das diesen Teil abschließt, ist Mobilfunknetzen gewidmet. Dieses Thema wurde in früheren Ausgaben nicht untersucht, da Mobilfunknetze überwiegend telefonisch waren. Der vollständige Übergang von LTE (4G) -Mobilnetzen zu den TCP / IP-Stapelprotokollen, mit denen Telefonanrufe hergestellt und auf das Internet zugegriffen wurde, änderte diese Situation. In diesem Kapitel werden die Entwicklung der Technologien von Mobilfunknetzen verschiedener Generationen, mobile Versionen von IPv4- und IPv6-Protokollen sowie die Grundprinzipien für den Aufbau von LTE-Netzen erörtert. Übersicht über die 5G-Netzwerkarchitekturdie beabsichtigen, die neuesten Fortschritte in Computernetzwerken zu integrieren und zum Haupttyp des Zugangsnetzwerks für das Internet der Dinge zu werden.

Die IPv6-Protokollbeschreibung wurde erheblich überarbeitet und erweitert - jetzt ist diesem Protokoll ein separates Kapitel gewidmet. Die Verbreitung von IPv6 nimmt stetig zu, und ein tieferes Verständnis dieses Protokolls ist für den modernen Netzwerkspezialisten wichtig geworden.

In den letzten Jahren wurde das Konzept programmierbarer Computernetzwerke etabliert. Daher wurden dem Buch Abschnitte hinzugefügt, die die Technologien von SDN für softwaredefinierte Netzwerke und die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen NFV beschreiben.

Komplett überarbeiteter Teil, der den Technologien der Primärnetzwerke SDH, OTN und DWDM gewidmet ist.

Und schließlich hat die Anzahl der Fragen und Aufgaben erheblich zugenommen.

Auszug. Drahtlose Kommunikationsleitungen. Bereiche des elektromagnetischen Spektrums


Die Eigenschaften einer drahtlosen Kommunikationsleitung - der Abstand zwischen Knoten, der Abdeckungsbereich, die Geschwindigkeit der Informationsübertragung usw. - hängen weitgehend von der Frequenz des verwendeten elektromagnetischen Signals ab. In Abb. 21.2 zeigt die Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Zusammenfassend können wir sagen, dass sie und ihre entsprechenden drahtlosen Informationsübertragungssysteme in vier Gruppen unterteilt sind.

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

Bild

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


Erinnern wir uns zunächst an einige wichtige physikalische Phänomene, die mit der Ausbreitung von Wellen im Allgemeinen und elektromagnetischen Wellen im Besonderen verbunden sind. In Abb. 21.3 Es wird gezeigt, dass sich ein Signal, das auf ein Hindernis gestoßen ist, gemäß drei Mechanismen ausbreiten kann: Reflexion, Beugung und Streuung. Wenn ein Signal auf ein Hindernis trifft, das für eine bestimmte Wellenlänge teilweise transparent ist und gleichzeitig Abmessungen aufweist, die viel größer als die Wellenlänge sind, wird ein Teil der Signalenergie von diesem Hindernis reflektiert. Wenn das Signal auf ein undurchdringliches Hindernis (z. B. eine Metallplatte) mit einer viel größeren Größe als der Wellenlänge trifft, tritt eine Beugung auf - das Hindernis scheint von dem Signal umhüllt zu sein, wodurch es auch ohne Sichtverbindung empfangen werden kann. Und schließlich, wenn man sich einem Hindernis gegenübersieht, dessen Abmessungen der Wellenlänge entsprechen,Das Signal wird gestreut und breitet sich unter verschiedenen Winkeln aus.

Bild

Das ideale Medium für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist das Vakuum. Im wirklichen Leben werden jedoch häufig Signale durch die Atmosphäre übertragen, ein instabiles und inhomogenes Medium, das aus vielen Schichten mit unterschiedlichen Leitfähigkeitseigenschaften besteht. Die Eigenschaften eines realen Übertragungsmediums in Kombination mit den Frequenzeigenschaften der übertragenen Signale bestimmen mehrere grundlegende Methoden zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen (Abb. 21.4).

Terrestrial oder Oberfläche , Wellenentlang der Erdoberfläche ausbreiten. Sie folgen einem mehr oder weniger Gelände und können lange Strecken bis zu mehreren hundert Kilometern weit über die Linie des sichtbaren Horizonts hinaus zurücklegen. Diese Methode der Wellenausbreitung ist charakteristisch für niederfrequente elektromagnetische Strahlung - bis zu 2 MHz.

Elektromagnetische Wellen dieser Frequenz werden in der Atmosphäre so gestreut, dass sie die obere Atmosphäre nicht durchdringen. Das bekannteste Beispiel für eine Erdwelle ist ein AM-Funksignal aus dem langwelligen Bereich. Der Hauptgrund, warum Wellen der Erdoberfläche folgen, ist die Beugung. In diesem Fall ist die Ausbuchtung der Erde ein undurchdringliches Hindernis, das viel größer als die Wellenlänge ist. Die Fähigkeit einer Welle, ein Hindernis zu umgehen, hängt vom Verhältnis der Wellenlänge zur Größe des Hindernisses ab. Je kleiner dieses Verhältnis ist, desto schwächer ist die Beugung. Daher ist es klar, dass für hochfrequente elektromagnetische Signale der Beugungseffekt vernachlässigt werden kann.

Ionosphärische (räumliche) Wellencharakteristisch für mittel- und hochfrequente Signale von 2 bis 30 MHz. Die von einer bodengestützten Antenne emittierten Signale werden von der Ionosphäre (einer weniger dichten ionisierten oberen Atmosphäre) zum Boden reflektiert und können sich daher weit über den sichtbaren Horizont hinaus bis zu Entfernungen ausbreiten, die noch größer sind als Oberflächenwellen. Bei ausreichender Sendeleistung können die Funkwellen dieser Bereiche aufgrund der Mehrfachreflexion von der Ionosphäre sogar um den Globus gehen. Ionosphärische Wellen werden häufig im Rundfunk und insbesondere im internationalen Rundfunk eingesetzt - beispielsweise von Unternehmen wie dem BBC Radio World Service.

Bild

Direkte Wellen oder Linien mit direkter Sichtbarkeit breiten sich, wie der Name schon sagt, nur in einer geraden Linie vom Sender zum Empfänger aus. Letztere können sich gleichzeitig sowohl auf der Erde als auch im Weltraum befinden. Diese Art der Wellenausbreitung ist charakteristisch für elektromagnetische Signale mit einer Frequenz über 30 MHz - sie können weder von der Ionosphäre reflektiert werden noch die Konvexität der Erde umhüllen. Bei Frequenzen über 4 GHz sind sie in Schwierigkeiten: Sie werden vom Wasser absorbiert, was bedeutet, dass nicht nur Regen, sondern auch Nebel die Übertragungsqualität von Mikrowellensystemen stark verschlechtern können. Infrarot und sichtbares Licht können nur entlang der Sichtlinie übertragen werden, da sie nicht durch Wände hindurchtreten.

Troposphärische Wellenkann durch sehr hoch- und ultrahochfrequente Strahlung (30 MHz - 3 GHz) erzeugt werden. Wie oben erwähnt, können elektromagnetische Signale aus diesem Bereich nicht von der Ionosphäre reflektiert werden. Sie können sich jedoch durch Brechung und Streuung auf Inhomogenitäten der Troposphäre - der der Erde am nächsten gelegenen Atmosphärenschicht - ausbreiten. Troposphärische Inhomogenitäten sind Bereiche des Raums, in denen Luft zu bestimmten Zeitpunkten eine Temperatur, einen Druck und eine Luftfeuchtigkeit aufweist, die von den Durchschnittswerten für die Umwelt abweichen. Troposphärische Wellen ermöglichen es, ein wenn auch sehr schwaches Signal über eine Entfernung von bis zu 1000 km zu übertragen.

Je höher die Trägerfrequenz ist, desto höher ist die mögliche Informationsübertragungsrate. Der Bedarf an Hochgeschwindigkeitsinformationsübertragung besteht daher, dass alle modernen Systeme der drahtlosen Informationsübertragung in Hochfrequenzbereichen ab 800 MHz arbeiten, trotz der Vorteile, die Niederfrequenzbereiche aufgrund der Ausbreitung eines Signals entlang der Erdoberfläche oder der Reflexion von der Ionosphäre versprechen.

Anti-Signal-Verzerrung in drahtlosen Leitungen


Die Zurückweisung von Kabeln und Mobilität führt zu einem hohen Maß an Interferenzen in drahtlosen Kommunikationsleitungen. Wenn die Bitfehlerrate (BER) in den drahtgebundenen Kommunikationsleitungen gleich ist, erreicht sie Bildin drahtlosen Kommunikationsleitungen einen Wert. BildUnter städtischen Bedingungen gibt es im Frequenzbereich des Nutzsignals normalerweise eine große Menge an Interferenzen, beispielsweise von Autozündsystemen, von verschiedenen Haushaltsgeräten.

Durch Beugung, Reflexion und Streuung elektromagnetischer Wellen, die in der drahtlosen Kommunikation in der Stadt allgegenwärtig sind, kann der Empfänger mehrere Repliken desselben Signals empfangen, die auf unterschiedliche Weise an den Empfänger weitergeleitet wurden. Dieser Effekt wird als Mehrwegesignalausbreitung bezeichnet. Bei jeder Reflexion kann das Signal die Phase, Amplitude und den Ankunftswinkel am Empfänger ändern. Das Ergebnis der Mehrwegeausbreitung des Signals ist häufig negativ, da die Signale gegenphasig kommen und das Hauptsignal unterdrücken können.

Da die Laufzeit eines Signals entlang verschiedener Pfade im Allgemeinen unterschiedlich ist, kann auch eine Intersymbolinterferenz beobachtet werden - eine Situation, in der infolge einer Verzögerung Signale, die benachbarte Datenbits codieren, den Empfänger während des Zeitintervalls erreichen, das für den Empfang eines Symbols vorgesehen ist. Das Signal, das als Ergebnis der Überlagerung benachbarter Signale erhalten wird, kann der Empfänger falsch decodieren.

Verzerrungen aufgrund der Mehrwegeausbreitung führen zu einer Schwächung des Signals - dieser Effekt wird als Mehrwegeschwund (Fading) bezeichnet. Es ist bekannt, dass bei Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im freien Raum (ohne Reflexionen) die Dämpfung der Signalleistung proportional zum Produkt des Quadrats der Entfernung von der Signalquelle durch das Quadrat der Signalfrequenz ist. In Städten führt das Multipath-Fading dazu, dass die Dämpfung des Signals nicht proportional zum Quadrat der Entfernung, sondern zu seinem Würfel oder sogar zum vierten Grad wird!

Das Problem der hohen Interferenz von Funkkanälen wird auf verschiedene Weise gelöst. Eine wichtige Rolle spielen die unten diskutierten Breitbandsignaltechnologien. Diese Technologien basieren auf der Verteilung der Signalenergie in einem weiten Frequenzbereich, so dass schmalbandige Interferenzen das Signal insgesamt nicht wesentlich beeinflussen. Um ein aufgrund seiner Mehrwegeausbreitung verzerrtes Signal zu erkennen, werden verschiedene Verarbeitungsverfahren verwendet, die Intersymbolinterferenzen kompensieren. Eines davon ist das adaptive Entzerrungssignal (adaptives Entzerrungssignal, Abb. 21.5).

Die Idee besteht darin, das in gleichen Zeitintervallen Δt während eines Taktzyklus des Codesymbols gemessene Signal zu summieren. Vor dem Summieren werden die Signalwerte mit ihrem Gewichtskoeffizienten Ci multipliziert. Der Wert des nach dem Summieren empfangenen und als ausgerichtetes Signal bezeichneten Signals wird als Bitwert des übertragenen Codes in diesem Taktzyklus betrachtet.

Bild

Die Gewichtsauswahl erfolgt adaptiv unter Verwendung eines bekannten Binärcodes, der als Trainingssequenz bezeichnet wird. Der Sender fügt diese Sequenz nach jedem Block von Benutzerdaten einer bestimmten Länge ein. Der Empfänger wendet auf die Trainingssequenz den gleichen Ausrichtungsalgorithmus an wie auf Benutzerdaten, vergleicht den Wert der empfangenen Bitsequenz mit der erwarteten Trainingssequenz; Wenn sie sich unterscheiden, werden neue Werte der Gewichtungskoeffizienten berechnet.

Die Verwendung selbstkorrigierender FEC-Codes spielt ebenfalls eine große Rolle. Die Funkkommunikation war schon immer ein Pionier dieser Technik - die Häufigkeit des Auftretens von Bitfehlern ist hier viel höher als bei der drahtgebundenen Datenübertragung. Eine andere Technik ist die Verwendung von Protokollen mit Verbindungsaufbau und erneuter Übertragung von Rahmen auf der Datenverbindungsschicht des Protokollstapels. Diese Protokolle ermöglichen eine schnellere Fehlerkorrektur, da sie mit niedrigeren Timeout-Werten arbeiten als Korrekturprotokolle auf Transportebene wie TCP. Schließlich versuchen sie, Signalsender (und Empfänger, wenn möglich) auf hohen Türmen (Masten) zu platzieren, um Mehrfachreflexionen zu vermeiden.

Lizenzierung


Das Problem der Trennung des elektromagnetischen Spektrums zwischen Verbrauchern erfordert eine zentralisierte Regulierung. Jedes Land hat eine spezielle staatliche Stelle, die (gemäß den Empfehlungen der ITU) den Telekommunikationsbetreibern Lizenzen erteilt, um einen bestimmten Teil des Spektrums zu nutzen, der ausreicht, um Informationen mit einer bestimmten Technologie zu übertragen. Für ein bestimmtes Gebiet wird eine Lizenz ausgestellt, in der der Betreiber ausschließlich den ihm zugewiesenen Frequenzbereich verwendet.

Es gibt auch drei Frequenzbänder, 900 MHz, 2,4 GHz und 5 GHz, die von der ITU als Bänder für den internationalen Gebrauch ohne Lizenz empfohlen werden. Diese Bereiche werden allgemeinen industriellen drahtlosen Produkten wie Autotürverriegelungsvorrichtungen, wissenschaftlichen und medizinischen Geräten zugeordnet. In Übereinstimmung mit dem Zweck dieser Bereiche werden ISM-Bereiche (Industrie, Wissenschaft, Medizin - Industrie, Wissenschaft, Medizin) genannt. Das 900-MHz-Band ist das am dichtesten besiedelte, da die Niederfrequenztechnologie immer billiger war. Heute wird das 2,4-GHz-Band aktiv beherrscht, beispielsweise in IEEE 802.11- und Bluetooth-Technologien. 5G-Netze werden in verschiedenen Frequenzbereichen betrieben, einschließlich in den Hochfrequenzbereichen 26-29 GHz.Voraussetzung für die gemeinsame Nutzung dieser Bereiche ist die Begrenzung der maximalen Leistung der übertragenen Signale auf 1 Watt. Dieser Zustand verringert die Reichweite der Geräte, sodass ihre Signale andere Benutzer nicht stören, die in anderen Bereichen der Stadt möglicherweise denselben Frequenzbereich verwenden.

»Weitere Informationen zum Buch finden Sie auf der Website des Herausgebers.
» Inhaltsverzeichnis
» Auszug

für Khabrozhiteley 25% Rabatt auf den Gutschein - Olifer

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

More articles:


All Articles