Лікбез по комп’ютерних мережах. Частина перша.

Отже почнемо з того, з чого починається створення мережі: з вибору способу передачі даних.

Спочатку це пробували робити максимально використовуючи існуючу комунікаційну інфраструктуру — голосові телефонні лінії. За допомогою модемів цифровий сигнал перетворювався в звуковий, передавався другій стороні і там перетворювався в зворотню сторону. Цей спосіб дуже надійний — він працює всюди, де можна передати звук, але якщо в розмові різні шумові завади не дуже заважають, то для даних вони дуже суттєві і накладають серйозні обмеження на швидкість передачі даних. 33.6 Kbps — поріг пропускної здатності в голосовому діапазоні. Швидкість 56 Kbps, яку заявляли окремі модеми, досягалася за рахунок стискання даних і при передачі вже стиснених даних: архіву, JPEG-картинки, тощо — фактично не досягалася, а складала тих же 33.6 (в кращому випадку).

Наступним кроком в цьому напрямку є технології DSL: вони вже вимагають додаткового обладнання на телефонній станції, але за рахунок перенесення робочих частот зі звукового діапазону вони по-перше дозволили розширити пропускну здатність лінії для передачі даних, а по друге — деякі з них дозволяють паралельно використовувати голосовий діапазон для звичайних розмов. По суті ж принцип роботи не помінявся: це і надалі те ж саме звукове представлення даних, але змодульоване сигналом високої частоти (схоже як в радіо) і таких сигналів одночасно передається декілька — так ніби декілька звичайних голосових модемів одночасно передають різні порції даних. Це технологія більш вимоглива до лінії (не всі телефонні дроти здатні добре передавати високі частоти) і має фактично ті ж проблеми з завадами, що і попередня. Тут розвиток технології був чисто експериментальним: спочатку попробували, що більшість ліній можуть передавати сигнали в певному діапазоні частот — зробили один стандарт. Спробували розширити діапазон — певна кількість ліній вже вимагала модернізації, але основна маса все ще була здатна передавати цей сигнал. А щоб модернізація не була обов’язковою зробили сумісність з попередньою версією (можеш більше — добре, не можеш — друге добре). Потім подумали, подумали і вирішили ще раз розширити діапазон. А тут вже получилася лотерея: нове розширення підтримують лише справді якісні лінії. На тому і зупинилися. Так і з’явилися стандарти ADSL, ADSL2 і ADSL2+. Існують також рішення, які за рахунок обмеження відстані здатні досягати навіть швидкості 100Mbps (VDSL2). Також є варіації на цю ж тему, але з використанням як середовища передачі мережі кабельного телебачення чи електричної проводки, про які я колись вже тут писав.

Коли стало зрозуміло, що з існуючої телефонної мережі більше нічого не «витиснеш» широко почали розповсюджуватися мережі на витій парі. Вона дозволяє суттєво зменшити кількість поміх, тому швидкість передачі зростає дуже сильно, але стабільна робота на високій швидкості можлива лише на невеликих відстанях (якщо порівнювати з попередніми технологіями, то можна сказати, що і зовсім на малих, але далі буде ще менше). Також ці мережі часто мають ще один недолік: для охоплення більшої території їх прокладають максимально навпростець, подекуди просто підвішуючи в повітрі, за рахунок чого вони можуть ставати звичайнісінькими громовідводами і під час грози обладнання просто-напросто виходить з ладу.

Виходом з патової ситуації в боротьбі між відстанню і швидкістю стало оптоволокно: сам матеріал не дуже дорогий, але мережеве обладнання складається з високоточних пристроїв і з’єднання елементів теж вимагає надзвичайної точності, тому ціна такого рішення дещо більша ніж витої пари, але за рахунок великої дальності передачі на великій швидкості зменшується кількість проміжних вузлів і технологія стає економічно вигідною. Найбільш розповсюдженими є змішані мережі: від центрального вузла до місцевого йде оптика, а від місцевого до абонента — вита пара. Проте, оскільки технологія зовсім нечутлива до природних і неприродних електромагнітних поміх, то деякі провайдери і абонентську лінію прокладають оптикою (FTTH — Fiber To The Home), щоб не мати додаткових проблем при грозах чи якихось аваріях на сусідніх лініях електропередач. Це дещо збільшує вартість обладнання, але і тут знайшли вихід: для абонентської частини обладнання виробники зробили дешевші менш точні, менш швидкісні рішення. Тому, коли побачите оптичні модулі на 100Mbps не дивуйтеся — це не якийсь раритет, а просто рішення певної задачі. Якщо перефразувати відомий анекдот: «оптика — дешева, швидкісна, надійна — вибирайте будь-які два пункти» от тільки варіанту «дешева і швидкісна» не існує :-)

На закуску залишився ще один спосіб передачі: радіохвилями. Тут в залежності від обладнання теж можна отримати різні швидкості і відстані передачі даних: супутниковий інтернет, RadioLAN, WiFi i WiMax, GPRS, Bluetooth — все, що душа бажає. Загальний принцип той же: більша швидкість і більша відстань коштують більше.

На цьому перша частина лікбезу і перший рівень моделі OSI (фізичний) закінчується, щоправда основна маса сучасного обладнання, за допомогою якого це все робиться захоплює і другий, а часом і третій рівні, але про це наступного разу.

P.S. Є ще різні раритетні технології, типу мережі на коаксіальному кабелі чи прямого зв’язку через COM-порти, але вони померли і тому рухати їх не будемо.