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O livro "Redes de computadores. Princípios, tecnologias, protocolos: edição de aniversário »

imagemEsta publicação é, de certo modo, especial - exatamente 20 anos se passaram desde a publicação do livro. 20 anos é um período considerável; durante esse período, os filhos de nossos primeiros leitores cresceram e, talvez, se interessaram por redes de computadores. E, talvez, eles tenham em mãos a 6ª edição do livro “Redes de Computadores. Princípios, tecnologias, protocolos. ” Este livro é significativamente diferente daquele que os pais leem. Muito do que interessa aos leitores do final dos anos 90 - por exemplo, a regra dos 4 hub, a correspondência de redes IP e IPX ou a comparação das tecnologias 100VG-AnyLAN e FDDI - não é mencionada nas edições recentes. Ao longo de 20 anos, muitas tecnologias passaram pelo ciclo completo, desde um termo moderno e reconhecimento universal até o esquecimento quase completo. Cada nova edição do livro, de uma maneira ou de outra, refletia o cenário em mudança da tecnologia de rede.

Esta edição não é uma exceção - ela é revisada significativamente, cerca de um terço do material é uma informação completamente nova ou uma apresentação substancialmente revisada de tópicos. Por exemplo, uma nova parte de "Redes sem fio" apareceu no livro; a parte dedicada às principais tecnologias de rede SDH, OTN e DWDM é completamente revisada.

A publicação é direcionada a estudantes, estudantes de pós-graduação e especialistas técnicos que desejam obter conhecimentos básicos sobre os princípios da construção de redes de computadores, entender os recursos das tecnologias tradicionais e promissoras das redes locais e globais e aprender como criar grandes redes compostas e gerenciar essas redes.

Alterações na Sexta Edição


Primeiro de tudo, uma nova parte das redes sem fio apareceu no livro. É composto por três capítulos.

No primeiro deles, é considerado o nível físico das linhas de comunicação sem fio, que inclui as especificidades do meio de transmissão, o alcance e a natureza da propagação das ondas eletromagnéticas, os tipos de distorção e os métodos para lidar com eles. Como nenhum nó de rede sem fio pode ficar sem uma antena, dispositivos deste tipo recebem atenção considerável neste capítulo - em particular, métodos de transmissão usando várias antenas nos lados de transmissão e recepção, as chamadas tecnologias MIMO. Este capítulo discute as técnicas de codificação de espectro espalhado de FHSS, DSSS, CDMA e OFDM, que foram desenvolvidas especificamente para transmissão sem fio.

O conteúdo do segundo capítulo se concentra nas redes locais sem fio Wi-Fi (IEEE 802.11), que no setor de acesso fixo à Internet sem fio assumiram a mesma posição dominante que as redes Ethernet nas redes locais. O capítulo que conclui esta parte é dedicado às redes móveis celulares. Este tópico não foi estudado em edições anteriores devido ao fato de as redes móveis serem predominantemente telefônicas. A transição completa das redes móveis LTE (4G) para os protocolos de pilha TCP / IP, que começaram a ser usadas para estabelecer chamadas telefônicas e acessar a Internet, mudou essa situação. O capítulo discute a evolução das tecnologias de redes móveis de várias gerações, versões móveis dos protocolos IPv4 e IPv6, os princípios básicos da construção de redes LTE; Visão geral da arquitetura de rede 5Gque pretendem incorporar os últimos avanços nas redes de computadores e se tornar o principal tipo de rede de acesso para a Internet das coisas.

A descrição do protocolo IPv6 foi significativamente revisada e expandida - agora um capítulo separado é dedicado a esse protocolo. A disseminação do IPv6 está crescendo constantemente, e um entendimento mais profundo desse protocolo se tornou importante para o especialista em rede moderno.

Nos últimos anos, o conceito de redes de computadores programáveis ​​foi estabelecido; portanto, foram adicionadas seções ao livro que descrevem as tecnologias das redes definidas por software SDN e virtualização das funções de rede NFV.

Parte completamente redesenhada dedicada às tecnologias das redes primárias SDH, OTN e DWDM.

E, finalmente, o número de perguntas e tarefas aumentou significativamente.

Excerto. Linhas de comunicação sem fio. Intervalos do espectro eletromagnético


As características de uma linha de comunicação sem fio - a distância entre os nós, a área de cobertura, a velocidade da transferência de informações etc. - dependem em grande parte da frequência do sinal eletromagnético usado. Na fig. 21.2 mostra as faixas do espectro eletromagnético. Resumindo, podemos dizer que eles e seus sistemas de transmissão de informações sem fio correspondentes estão divididos em quatro grupos.

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

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


Antes de tudo, lembremos vários fenômenos físicos importantes associados à propagação de ondas em geral e ondas eletromagnéticas em particular. Na fig. 21.3 é mostrado que um sinal, tendo encontrado um obstáculo, pode se propagar de acordo com três mecanismos: reflexão, difração e espalhamento. Quando um sinal encontra um obstáculo parcialmente transparente a um determinado comprimento de onda e, ao mesmo tempo, com dimensões muito maiores que o comprimento de onda, parte da energia do sinal é refletida a partir desse obstáculo. Se o sinal encontrar um obstáculo impenetrável (por exemplo, uma placa de metal) de tamanho muito maior que o comprimento de onda, ocorre difração - o obstáculo parece estar envolto pelo sinal, o que permite que seja recebido mesmo sem estar na linha de visão. E, finalmente, quando confrontados com um obstáculo cujas dimensões são proporcionais ao comprimento de onda,o sinal é espalhado, propagando-se em diferentes ângulos.

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O meio ideal para a propagação de ondas eletromagnéticas é o vácuo, no entanto, na vida real, os sinais são frequentemente transmitidos através da atmosfera, que é um meio instável e não homogêneo, consistindo de várias camadas com diferentes propriedades condutoras. As propriedades de um meio de transmissão real em combinação com as características de frequência dos sinais transmitidos determinam vários métodos básicos de propagação de ondas eletromagnéticas (Fig. 21.4).

Terrestre ou de superfície , ondasespalhado ao longo da superfície da terra. Seguindo um terreno mais ou menos, eles podem percorrer longas distâncias, até várias centenas de quilômetros, muito além da linha do horizonte visível. Este método de propagação de ondas é característico da radiação eletromagnética de baixa frequência - até 2 MHz.

As ondas eletromagnéticas dessa frequência são espalhadas na atmosfera de tal maneira que não penetram na atmosfera superior. O exemplo mais famoso de uma onda terrestre é um sinal de rádio AM da faixa de comprimento de onda longo. A principal razão pela qual as ondas seguem a superfície da Terra é a difração. Nesse caso, um obstáculo impenetrável de tamanho muito maior que o comprimento de onda é a protuberância da terra. A capacidade de uma onda contornar um obstáculo depende da razão entre o comprimento de onda e o tamanho do obstáculo; quanto menor essa proporção, mais fraca é a difração. Portanto, é claro que, para sinais eletromagnéticos de alta frequência, o efeito de difração pode ser negligenciado.

Ondas ionosféricas (espaciais)característica para sinais de média e alta frequência de 2 a 30 MHz. Os sinais emitidos de uma antena terrestre são refletidos pela ionosfera (uma atmosfera superior ionizada menos densa) para o solo e, portanto, podem se propagar muito além do horizonte visível, a distâncias ainda maiores que as ondas da superfície. Com energia suficiente para o transmissor, as ondas de rádio dessas faixas devido à reflexão múltipla da ionosfera podem até circular pelo mundo. As ondas ionosféricas são amplamente utilizadas na transmissão e, especialmente, na transmissão internacional - por exemplo, por empresas como o Serviço Mundial de Rádio da BBC.

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Ondas diretas , ou linhas de visibilidade direta , como o próprio nome indica, propagam-se apenas em uma linha reta, do transmissor ao receptor. Ao mesmo tempo, o último pode ser localizado na Terra e no espaço. Esse tipo de propagação de onda é característico de sinais eletromagnéticos com frequência acima de 30 MHz - eles não podem ser refletidos pela ionosfera nem envolver a convexidade da Terra. Em frequências acima de 4 GHz, eles estão com problemas: eles começam a ser absorvidos pela água, o que significa que não apenas a chuva, mas também o nevoeiro pode causar uma acentuada deterioração na qualidade da transmissão dos sistemas de microondas. A luz infravermelha e visível só pode ser transmitida ao longo da linha de visão, pois não passa pelas paredes.

Ondas troposféricaspode ser gerado por radiação de frequência muito alta e ultra alta (30 MHz - 3 GHz). Como mencionado acima, os sinais eletromagnéticos dessa faixa não podem ser refletidos pela ionosfera. No entanto, eles são capazes de se propagar por refração e dispersão nas heterogeneidades da troposfera - a camada da atmosfera mais próxima da Terra. Inomogeneidades troposféricas são áreas do espaço em que o ar, em alguns momentos, tem temperatura, pressão e umidade diferentes dos valores médios do ambiente. As ondas troposféricas permitem transmitir um sinal, embora muito fraco, por uma distância de até 1000 km.

Quanto maior a frequência da operadora, maior a taxa de transferência de informações possível. A necessidade de transmissão de informações em alta velocidade é predominante, portanto, todos os sistemas modernos de transmissão de informações sem fio operam em faixas de alta frequência, a partir de 800 MHz, apesar das vantagens que prometem faixas de baixa frequência devido à propagação de um sinal ao longo da superfície da Terra ou à reflexão da ionosfera.

Distorção anti-sinal em linhas sem fio


A rejeição de fios e mobilidade leva a um alto nível de interferência nas linhas de comunicação sem fio. Se a taxa de erro de bit (BER) nas linhas de comunicação com fio for igual, imagemnas linhas de comunicação sem fio atingirá um valor. imagemEm condições urbanas, na faixa de frequência do sinal útil, geralmente há uma grande quantidade de interferência, por exemplo, de sistemas de ignição de carros, de vários aparelhos domésticos.

Como resultado da difração, reflexão e dispersão das ondas eletromagnéticas, onipresentes nas comunicações sem fio na cidade, o receptor pode receber várias réplicas do mesmo sinal que passaram para o receptor de maneiras diferentes. Esse efeito é chamado de propagação de sinal de caminhos múltiplos. A cada reflexão, o sinal pode alterar a fase, a amplitude e o ângulo de chegada ao receptor. O resultado da propagação de múltiplos caminhos do sinal é geralmente negativo, pois os sinais podem entrar na fase antifase e suprimir o sinal principal.

Como o tempo de propagação de um sinal por caminhos diferentes é geralmente diferente, também pode ser observada interferência entre símbolos - uma situação em que, como resultado de um atraso, os sinais que codificam os bits de dados adjacentes atingem o receptor durante o intervalo de tempo designado para receber um símbolo. O sinal obtido como resultado da superposição de sinais adjacentes, o receptor pode decodificar incorretamente.

Distorção devido à propagação de caminhos múltiplos leva a um enfraquecimento do sinal - esse efeito é chamado de desbotamento de caminhos múltiplos (desbotamento). Sabe-se que quando as ondas eletromagnéticas se propagam no espaço livre (sem reflexos), a atenuação da potência do sinal é proporcional ao produto do quadrado da distância da fonte do sinal pelo quadrado da frequência do sinal. Nas cidades, o desbotamento de caminhos múltiplos leva ao fato de que a atenuação do sinal se torna proporcional não ao quadrado da distância, mas ao seu cubo ou mesmo ao quarto grau!

O problema do alto nível de interferência dos canais sem fio é resolvido de várias maneiras. Um papel importante é desempenhado pelas tecnologias de sinal de banda larga discutidas abaixo. Essas tecnologias são baseadas na distribuição da energia do sinal em uma ampla faixa de frequência, de modo que a interferência em banda estreita não afeta significativamente o sinal como um todo. Para reconhecer um sinal distorcido devido à sua propagação de caminhos múltiplos, são utilizados vários métodos de processamento que compensam a interferência entre símbolos. Um deles é o sinal de equalização adaptativo (equalização adaptativa, Fig. 21.5).

A idéia é somar o sinal medido em intervalos de tempo iguais Δt durante um ciclo de clock do símbolo de código. Antes da soma, os valores do sinal são multiplicados pelo seu coeficiente de peso Ci. O valor do sinal recebido após a soma e chamado sinal alinhado é considerado o valor do bit do código transmitido neste ciclo de clock.

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A seleção do peso é feita de forma adaptativa usando um código binário pré-conhecido chamado sequência de treinamento. O transmissor insere essa sequência após cada bloco de dados do usuário de um determinado comprimento. O receptor aplica o mesmo algoritmo de alinhamento à sequência de treinamento que aos dados do usuário, compara o valor da sequência de bits recebida com a sequência de treinamento esperada; se eles diferem, novos valores dos coeficientes de ponderação são calculados.

O uso de códigos FEC de correção automática também desempenha um papel importante. A comunicação por rádio sempre foi pioneira nessa técnica - a frequência de ocorrência de erros de bits é muito maior aqui do que na transmissão de dados com fio. Outra técnica é o uso de protocolos com o estabelecimento de conexões e retransmissões de quadros na camada de enlace de dados da pilha de protocolos. Esses protocolos permitem uma correção de erro mais rápida, pois trabalham com valores de tempo limite mais baixos que os protocolos corretivos no nível de transporte, como o TCP. Finalmente, eles tentam colocar transmissores de sinal (e receptores, se possível) em torres altas (mastros) para evitar reflexões múltiplas.

Licenciamento


O problema da separação do espectro eletromagnético entre os consumidores requer regulação centralizada. Cada país possui um órgão estatal especial, que (de acordo com as recomendações da UIT) emite licenças para as operadoras de telecomunicações usarem uma certa parte do espectro suficiente para transmitir informações usando uma determinada tecnologia. É emitida uma licença para um determinado território, dentro do qual o operador utiliza exclusivamente a faixa de frequência atribuída a ele.

Existem também três bandas de frequência, 900 MHz, 2,4 GHz e 5 GHz, recomendadas pela ITU como bandas para uso internacional sem licenciamento. Esses intervalos são alocados a produtos sem fio industriais em geral, como dispositivos de trava de porta de carro, dispositivos científicos e médicos. De acordo com o objetivo dessas faixas, são chamadas de faixas ISM (Industrial, Científica, Médica - indústria, ciência, medicina). A banda de 900 MHz é a mais "povoada" porque a tecnologia de baixa frequência sempre foi mais barata. Hoje, a banda de 2,4 GHz está sendo dominada ativamente, por exemplo, nas tecnologias IEEE 802.11 e Bluetooth. As redes 5G operam em várias faixas de frequência, inclusive nas faixas de alta frequência de 26 a 29 GHz.Um pré-requisito para o uso dessas faixas em conjunto é limitar a potência máxima dos sinais transmitidos a 1 Watt. Essa condição reduz o alcance dos dispositivos para que seus sinais não interfiram com outros usuários que possam usar o mesmo intervalo de frequência em outras áreas da cidade.

»Mais informações sobre o livro podem ser encontradas no site do editor
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