Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) считает, что до 2020 г. должны появиться сети будущего, FN (Future Networks).

Принципиальное их отличие от современных сетей (NGN) в том, что они способны обеспечить новые инфокоммуникационные услуги, которые трудно реализовать с использованием имеющихся сетевых технологий.

Со времени, когда на страницах «ИКС» () были проанализированы первые две рекомендации МСЭ-Т - Y.2001 и Y.2011 - относительно нового направления развития телекоммуникаций, сетей следующего поколения, NGN (Next Generation Networks), эти сети были достаточно полно стандартизованы в нормативных документах МСЭ-Т (в специальной серии Y.2000, посвященной этим сетям, уже 124 рекомендации*), операторы успешно их строят и эксплуатируют**.

Работы по стандартизации будущих сетей FN начаты МСЭ-Т в 2009 г. Исследовательской комиссией SG13 были разработаны первые рекомендации по FN в новой серии рекомендаций МСЭ-Т - Y.3000-3499. В настоящее время в этой серии выпущены уже девять рекомендаций, в стадии обсуждения находятся еще четыре документа***. Краткому обзору рекомендаций МСЭ-Т по будущим сетям и посвящена статья.

Задачи и цели создания будущих сетей

В рекомендации Y.3001 описываются основные положения будущих сетей и 12 целевых задач их создания, которые разделены на четыре базовых сегмента (рис. 1). Часть задач, такие, как управление сетью, мобильность, идентификация, а также надежность и безопасность, могут относиться к нескольким сегментам, но на рисунке изображены взаимосвязи между сегментом и задачами, имеющими к нему наибольшее отношение.

Сегмент услуг характеризуется тем, что в сетях будущего будет предоставляться огромное количество услуг/приложений для удовлетворения практически любых запросов потребителей. Как ожидается, в будущих сетях число услуг и их объем будут расти лавинообразно. Кроме того, предполагается вводить новые услуги без существенных капиталовложений и увеличения эксплуатационных затрат, обеспечивая при этом их высокую надежность и безопасность будущих сетей.

Сегмент данных предусматривает оптимизацию будущих сетей в связи с гигантскими объемами передаваемой и обрабатываемой информации. Под данными понимается вся информация, доступная в сети будущего. Также предполагается, что доступ к услугам будущих сетей будет легким, быстрым и качественным независимо от местопребывания пользователя. Каждый человек в будущей сети получит свой уникальный адрес, по которому сможет авторизоваться в любой точке мира и получать все нужные ему услуги.

Экологический сегмент означает, что сети будущего будут экологически безопасны для окружающей среды. Их технические решения должны минимизировать влияние на экосистему, сократить потребление материалов и энергии.

Социально-экономический сегмент предусматривает решение целого ряда задач, связанных со снижением затрат на обеспечение жизненного цикла услуг и унификацией предоставления широкополосного доступа к ресурсам будущих сетей широким слоям населения, что, в свою очередь, послужит стимулом для развития мировой экономики и устранит «цифровое неравенство».

Сетевая виртуализация

Поддержка виртуализации ресурсов является важнейшей отличительной особенностью сетей FN от сетей NGN. Она обеспечивает логическое разделение сетевых ресурсов между услугами и одновременное совместное использование одного физического сетевого ресурса многими виртуальными ресурсами.

Архитектура сетевой виртуализации для будущих сетей, представленная в рекомендации Y.3011, содержит три уровня (рис. 2). Как и любая сеть связи, сеть FN на первом уровне состоит из физических ресурсов (коммутаторов, маршрутизаторов, линий связи, систем передачи и др.), которыми владеют и управляют операторы физических сетей. На базе ресурсов физических сетей организуются виртуальные ресурсы (полоса пропускания, маршрут передачи, адресное пространство и др.), которыми может управлять соответствующий оператор. И уже на основе этих виртуальных сетевых ресурсов для каждой услуги создается своя виртуальная сеть, называемая логически изолированной частью сети, LINP (Logically Isolated Network Partition). Такое разделение позволяет реализовать в одной и той же физической сети несколько услуг с разными требованиями к сетевым ресурсам. При сетевой виртуализации поставщик и пользователь сетевых ресурсов разделены. Это означает, что пользователь виртуальной сети не обязательно должен иметь собственные физические сетевые ресурсы. Это позволяет динамически добавлять и удалять необходимые ресурсы в виртуальной сети из пула общих виртуальных ресурсов в ответ на появляющиеся в ней изменения (увеличение или уменьшение объема трафика, появление отказов или сбоев в работе сетевого оборудования и др.). Поскольку добавление виртуальных ресурсов осуществляется намного быстрее и экономичнее, чем развертывание дополнительного физического ресурса, функционирование и управление в сетях будущего более эффективное и гибкое.

Энергосбережение в будущих сетях

Важностью экологических вопросов обусловлено то, что при разработке будущих сетей одной из основных задач становится использование энергосберегающих технологий. Согласно рекомендации Y.3021 уменьшить негативное воздействие будущих сетей на окружающую среду можно двумя способами.

1. Использовать возможности будущих сетей в областях экономики, не связанных с инфокоммуникационными технологиями. Будущие сети должны стать полезным инструментом снижения негативного воздействия других областей экономики на окружающую среду. Примерами такого применения FN являются «умные» энергосети smart grid, предназначенные для распределения электрической мощности, или всепроникающие сенсорные сети USN, которые контролируют изменения экосферы Земли.

2. Снизить негативное воздействие на окружающую среду самих сетей, сделав это основополагающим принципом сетей будущего. Снижение потребления энергии сетевыми объектами, в частности маршрутизаторами, коммутаторами и серверами, является характерным для экологически чистых будущих сетей.

Внутри будущих сетей можно выделить три уровня, каждому из которых соответствуют свои технологии энергосбережения:

уровень устройств - технологии, которые применяются для электронных устройств, таких, как большие интегральные схемы и запоминающие устройства;

уровень оборудования - технологии, которые применяются к одной единице оборудования (набору устройств), например маршрутизатору или коммутатору;

уровень сети - технологии, которые применяются во всей сети (например, протокол маршрутизации, применяемый к нескольким маршрутизаторам).

Измерение потребленной энергии в будущих сетях

В рекомендации Y.3022 заданы требования к измерению энергии, потребляемой разными элементами будущих сетей. На основе этих требований определены эталонная модель измерений (рис. 3), функциональная архитектура, метрики энергоэффективности и методы измерения потребленной энергии элементами сети (интерфейсом E интерфейс, узлом E узел, сервером E сервер) и сетью в целом (E сеть). Для лучшего понимания метрик энергоэффективности в информационном приложении к рекомендации приводятся описывающие их соответствующие подробные уравнения

Идентификация в будущих сетях

В рекомендации Y.3031 описаны возможные идентификаторы (ID) будущих сетей для определения абонентов, пользователей, элементов сети, функций, объектов сети, предоставляющих услуги/приложения, или других сущностей (например физических или логических объектов). Приведена идентификационная архитектура будущих сетей, которая поддерживает уникальное пространство идентификаторов, обеспечивает связь между определенными идентификаторами, представляющими объекты сети, и предоставляет информацию о взаимосвязи между идентификаторами при необходимости. Она также поддерживает поиск идентификаторов целевых объектов сети для обеспечения их взаимодействия.

Идентификационная архитектура FN соединяет разные объекты коммуникаций и физические сети и состоит из четырех компонентов (рис. 4).

1. Служба распознавания идентификаторов , которая обнаруживает разные типы идентификаторов, связанные с объектами коммуникаций.

2. ID-пространство, которое определяет и управляет разными видами идентификаторов: пользователей, данных либо контента; служебные ID, ID узлов и ID местоположения.

3. Реестры отображения ID, которые поддерживают отображения связей между разными видами идентификаторов.

4. Служба отображения ID , которая преобразует идентификаторы одной категории в идентификаторы других категорий для достижения непрерывного обслуживания на гетерогенных физических сетях, таких, как сети IP версии 6 (IPv6), версии 4 (IPv4) или не IP-сети, способные использовать разные протоколы для передачи пакетов данных.

__________________________________________________________________________

* ITU-T Recommendations Y.2000-Y.2999: Next Generation Networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

** Сети следующего поколения / А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева, С.В. Ваняшин, И.А. Чечнева; под ред. А.В. Рослякова. - М.: Эко-Трендз, 2008. - 424 с.

*** ITU-T Recommendations Y.3000-Y.3499: Future networks [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser=Y.

Окончание статьи в следующем номере «ИКС».

Предисловие Революционизирующее влияние Интернета на мир компьютеров и коммуникаций не имеет исторических аналогов. Изобретение телеграфа, телефона, радио и компьютера подготовило почву для происходящей ныне беспрецедентной интеграции. Интернет одновременно является и средством общемирового вещания, и механизмом распространения информации, и средой для сотрудничества и общения людей, охватывающей весь земной шар. Интернет - мировая компьютерная сеть. Она составлена из разнообразных компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и единой системой адресации. Интернет использует протоколы семейства TCP/IP. Они хороши тем, что обеспечивают относительно дешевую возможность надежно и быстро передавать информацию даже по не слишком надежным линиям связи, а также строить программное обеспечение, пригодное для работы на любой аппаратуре. Система адресации (URL-адреса) обеспечивает уникальными координатами каждый компьютер (точнее, практически каждый ресурс компьютера) и каждого пользователя Интернета, создавая возможность взять именно то, что нужно, и передать именно туда, куда нужно.

Историческая справка Около 40 лет назад Министерство Обороны США создало сеть, которая явилась предтечей Internet, – она называлась ARPAnet. ARPAnet была экспериментальной сетью, – она создавалась для поддержки научных исследований в военно-промышленной сфере, – в частности, для исследования методов построения сетей, устойчивых к частичным повреждениям, получаемым, например, при бомбардировке авиацией и способных в таких условиях продолжать нормальное функционирование. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В модели ARPAnet всегда была связь между компьютером-источником и компьютером-приемником (станцией назначения). Сеть предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент. На связывающиеся компьютеры – не только на саму сеть – также возложена ответственность обеспечивать налаживание и поддержание связи. Основной принцип состоял в том, что любой компьютер мог связаться как равный с равным с любым другим компьютером.

Передача данных в сети была организована на основе протокола Internet – IP. Протокол IP – это правила и описание работы сети. Этот свод включает правила налаживания и поддержания связи в сети, правила обращения с IP-пакетами и их обработки, описания сетевых пакетов семейства IP (их структура и т.п.). Сеть задумывалась и проектировалась так, чтобы от пользователей не требовалось никакой информации о конкретной структуре сети. Для того, чтобы послать сообщение по сети, компьютер должен поместить данные в некий "конверт"", называемый, например, IP, указать на этом "конверте"" конкретный адрес в сети и передать получившиеся в результате этих процедур пакеты в сеть. Эти решения могут показаться странными, как и предположение о "ненадежной"" сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока Международная Организация по Стандартизации (Organization for International Standardization – ISO) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, пользователи ждать не желали. Активисты Internet начали устанавливать IP- программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.

Примерно 10 лет спустя после появления ARPAnet появились Локальные Вычислительные Сети (LAN), например, такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена операционная система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPAnet своей локальной сетью. Примерно в то же время появились другие организации, которые начали создавать свои собственные сети, использующие близкие к IP коммуникационные протоколы. Стало ясно, что все только выиграли бы, если бы эти сети могли общаться все вместе, ведь тогда пользователи из одной сети смогли бы связываться с пользователями другой сети. Одной из важнейших среди этих новых сетей была NSFNET, разработанная по инициативе Национального Научного Фонда (National Science Foundation – NSF). В конце 80-х NSF создал пять суперкомпьютерных центров, сделав их доступными для использования в любых научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать кооперативно. Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка использовать коммуникации ARPAnet, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом.

Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPAnet. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56 KBPS (7 KB/s). Однако, было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к. проложить такое количество кабеля – не только очень дорого, но практически невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями. Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей. Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети (трафик) нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов, не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии. В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичигана совместно с IBM и MCI. Старая физически сеть была заменена более быстрыми (примерно в 20 раз) телефонными линиями. Были заменены на более быстрые и сетевые управляющие машины. Процесс совершенствования сети идет непрерывно. Однако, большинство этих перестроек происходит незаметно для пользователей. Включив компьютер, вы не увидите объявления о том, что ближайшие полгода Internet не будет доступна из-за модернизации. Возможно, даже более важно то, что перегрузка сети и ее усовершенствование создали зрелую и практичную технологию. Проблемы были решены, а идеи развития проверены в деле.

Способы доступа к Internet Использование только электронной почты. Этот способ позволяет получать и отправлять сообщения другим пользователям и только. Через специальные шлюзы Вы можете также использовать и другие сервисы, предоставляемые Internet. Эти шлюзы, однако, не позволяют работать в интерактивном режиме, и могут быть довольно сложными в использовании. Режим удаленного терминала. Вы подключаетесь к другому компьютеру, соединенному с Internet, как удаленный пользователь. На удаленном компьютере запускаются программы-клиенты, которые используют Internet-сервисы, а результаты их работы отображаются на экране Вашего терминала. Поскольку для подключения используются, в основном, программы эмуляции терминала, вы можете работать только в текстовом режиме. Таким образом, например, для просмотра WEB-узлов Вы сможете использовать только текстовый браузер и графических изображений не увидите. Непосредственное соединение. Это основная и наилучшая форма соединения, когда Ваш компьютер становится одним из узлов Internet. Посредством протокола TCP/IP он напрямую общается с другими компьютерами в Internet. Доступ к сервисам Internet осуществляется посредством программ, работающих на Вашем компьютере.

Традиционно, компьютеры подключались напрямую в Internet через локальные сети или по выделенным соединениям. Кроме собственно компьютера, для установления таких соединений необходимо дополнительное сетевое оборудование (маршрутизаторы, шлюзы и т.п.). Поскольку это оборудование и каналы соединения достаточно дорогие, прямые соединения используются только организациями с большим объемом передаваемой и принимаемой информации. Альтернативой прямого соединения для индивидуальных пользователей и небольших организаций является использование телефонных линий для установления временных соединений (dial up) к удаленному компьютеру, соединенному с Internet. Что такое SLIP/PPP? Доменная система имен система имен

Что такое SLIP/PPP? Обсуждая различные способы доступа к Internet, мы утверждали, что непосредственное соединение является основным и наилучшим. Однако для индивидуального пользователя оно является слишком дорогим. Работа же в режиме удаленного терминала существенно ограничивает возможности пользователя. Компромиссным решением является использование протоколов SLIP (Serial Line Internet Protocol) или PPP (Point to Point Protocol). Далее термин SLIP/PPP будет употребляться для обозначения SLIP и/или PPP – во многих аспектах они схожи. SLIP/PPP обеспечивает передачу пакетов TCP/IP по последовательным каналам, в частности, телефонным линиям, между двумя компьютерами. На обоих компьютерах работают программы, использующие протоколы TCP/IP. Таким образом, индивидуальные пользователи получают возможность устанавливать прямое соединение с Internet со своего компьютера, имея всего лишь модем и телефонную линию. Подключаясь посредством SLIP/PPP, Вы можете запускать программы-клиенты WWW, электронной почты и т.п. непосредственно на своем компьютере.

SLIP/PPP действительно способ прямого соединения с Internet, поскольку: Ваш компьютер подсоединен к Internet. Ваш компьютер использует сетевое программное обеспечение для общения с другими компьютерами по протоколу TCP/IP. Ваш компьютер имеет уникальный IP-адрес. В чем же различие между SLIP/PPP-соединением и режимом удаленного терминала? Для установления как SLIP/PPP-соединения, так и режима удаленного терминала необходимо дозвониться к другому компьютеру, непосредственно соединенному с Internet (провайдеру) и зарегистрироваться на нем. Ключевое отличие состоит в том, что при SLIP/PPP-соединении Ваш компьютер получает уникальный IP-адрес и напрямую общается с другими компьютерами по протоколу TCP/IP. В режиме же удаленного терминала ваш компьютер является всего лишь устройством отображения результатов работы программы, запущенной на компьютере провайдера.

Доменная система имен Сетевое программное обеспечение нуждается 32-битных IP- адресах для установления соединения. Однако пользователи предпочитают использовать имена компьютеров, поскольку их легче запоминать. Таким образом, необходимы средства для преобразования имен в IP-адреса и наоборот. Когда Internet была небольшой, это было просто. На каждом компьютере были файлы, в которых описывались соответствия между именами и адресами. Периодически в эти файлы вносились изменения. В настоящее время такой способ изжил себя, поскольку количество компьютеров в Internet очень велико. Файлы были заменены системой серверов имен (name servers), которые отслеживают соответствия между именами и сетевыми адресами компьютеров (в действительности это только один из видов сервиса, предоставляемых системой серверов имен). Необходимо отметить, что используется целая сеть серверов имен, а не какой то один, центральный. Сервера имен организованы в виде дерева, соответствующего организационной структуре сети. Имена компьютеров также составляют соответствующую структуру. Пример: компьютер имеет имя BORAX.LCS.MIT.EDU. Это компьютер, установленный в компьютерной лаборатории (LCS) в Массачусетском технологическом институте (MIT).

Для того. Чтобы определить его сетевой адрес, теоретически, необходимо получить информацию от 4 различных серверов. Во- первых, необходимо связаться с одним из серверов EDU, которые обслуживают учреждения образования (для обеспечения надежности каждый уровень иерархии имен обслуживают несколько серверов). На этом сервере необходимо получить адреса серверов MIT. На одном из серверов MIT можно получить адрес сервера (серверов) LCS. В заключение, на сервере LCS можно узнать адрес компьютера BORAX. Каждый из этих уровней называется доменом. Полное имя BORAX.LCS.MIT.EDU, таким образом, представляет собой доменное имя (так же как и имена доменов LCS.MIT.EDU, MIT.EDU, and EDU). К счастью, в действительности нет необходимости каждый раз связываться со всеми перечисленными серверами. Программное обеспечение, установленное у пользователя, связывается с сервером имен в своем домене, а он при необходимости связывается с другими серверами имен и предоставляет в ответ конечный результат преобразования доменного имени в IP-адрес. Доменная система хранит не только информацию об именах и адресах компьютеров. В ней также хранится большое количество другой полезной информации: сведения о пользователях, адреса почтовых серверов и т.п.

Сетевые протоколы Протоколы прикладного уровня используются в конкретных прикладных программах. Общее их количество велико и продолжает постоянно увеличиваться. Некоторые приложения существуют с самого начала развития internet, например, TELNET и FTP. Другие появились позже: HTTP, NNTP, POP3, SMTP. Протокол TELNET Протокол HTTP NNTP POP3 Протокол FTP Протокол SMTP

Протокол TELNET позволяет серверу рассматривать все удаленные компьютеры как стандартные «сетевые терминалы» текстового типа. Работа с TELNET походит на набор телефонного номера. Пользователь набирает на клавиатуре что-то вроде telnet delta и получает на экране приглашение на вход в машину delta. Протокол TELNET существует уже давно. Он хорошо опробован и широко распространен. Создано множество реализаций для самых разных операционных систем.

Протокол FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) распространен также широко как TELNET. Он является одним из старейших протоколов семейства TCP/IP. Также как TELNET он пользуется транспортными услугами TCP. Существует множество реализаций для различных операционных систем, которые хорошо взаимодействуют между собой. Пользователь FTP может вызывать несколько команд, которые позволяют ему посмотреть каталог удаленной машины, перейти из одного каталога в другой, а также скопировать один или несколько файлов.

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты) поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Протокол SMTP обеспечивает как группирование сообщений в адрес одного получателя, так и размножение нескольких копий сообщения для передачи в разные адреса. Над модулем SMTP располагается почтовая служба конкретного компьютера. В типичных программах-клиентах в основном применяется для отправки исходящих сообщений.

Протокол HTTP (Hyper text transfer protocol – протокол передачи гипертекста) применяется для обмена информацией между серверами WWW (World Wide Web – всемирная паутина) и программами просмотра гипертекстовых страниц – браузерами WWW. Допускает передачу широкого спектра разнообразной информации – текстовой, графической, аудио и видео. В настоящее время находится в стадии непрерывного совершенствования.

POP3 (Post Office Protocol – протокол почтового узла, 3 версия), позволяет программам-клиентам электронной почты принимать и передавать сообщения с/на почтовые серверы. Обладает достаточно гибкими возможностями по управлению содержимым почтовых ящиков, расположенных на почтовом узле. В типичных программах- клиентах в основном применяется для приема входящих сообщений.

Network News Transfer Protocol – протокол передачи сетевых новостей (NNTP) позволяет общаться серверам новостей и клиентским программам – распространять, запрашивать, извлекать и передавать сообщения в группы новостей. Новые сообщения хранятся в централизованной базе данных, которая позволяет пользователю выбирать интересующие его сообщения. Также обеспечивается индексирование, организация ссылок и удаление устаревших сообщений.

Сервисы Internet Серверами называются узлы сети, предназначенные для обслуживания запросов клиентов – программных агентов, извлекающих информацию или предающих ее в сеть и работающих под непосредственным управлением пользователей. Клиенты предоставляют информацию в понятном и удобном для пользователей виде, в то время как серверы выполняют служебные функции по хранению, распространению, управлению информацией и выдачу ее по запросу клиентов. Каждый вид сервиса в Internet предоставляется соответствующими серверами и может использоваться с помощью соответствующих клиентов. WWW Proxy-сервер FTPTelnet NEWS/USENET

Сервис WWW – всемирная паутина, обеспечивает представление и взаимосвязи огромного количества гипертекстовых документов, включающих текст, графику, звук и видео, расположенных на различных серверах по всему миру и связанных между собой посредством ссылок в документах. Появление этого сервиса значительно упростило доступ к информации и стало одной из основных причин взрывообразного роста Internet с 1990 года. Сервис WWW функционирует с использованием протокола HTTP. Для использования этого сервиса применяются программы- браузеры, наиболее популярными из которых в настоящий момент являются Netscape Navigator и Internet Explorer. «Web browsers» – не что иное, как средства просмотра; они выполнены по аналогии с бесплатной коммуникационной программой под названием Mosaic, созданной в 1993 г. в лаборатории Национального центра суперкомпьютеров (National Center for Supercomputing Applications) при Университете шт. Иллинойс для облегчения доступа к WWW. Что же можно получить с помощью WWW? Почти все, что ассоциируется с понятием «работа в системе Internet», – от самых последних финансовых новостей до информации о медицине и здравоохранении, музыке и литературе, домашних животных и комнатных растениях, кулинарии и автомобильном деле.

Можно заказывать авиабилеты в любую часть мира (реальные, а не виртуальные), туристические проспекты, находить необходимое программное и техническое обеспечение для своего ПК, играть в игры с далекими (и неизвестными) партнерами и следить за спортивными и политическими событиями в мире. Наконец, с помощью большинства программ со средствами доступа к WWW можно получить доступ и к телеконференциям (всего их около), куда помещаются сообщения на любые темы – от астрологии до языкознания, а также обмениваться сообщениями по электронной почте. Благодаря средствам просмотра WWW хаотические джунгли информации в Internet приобретают форму привычных аккуратно оформленных страниц с текстом и фотографиями, а в некоторых случаях даже с видеосюжетами и звуком. Привлекательные титульные страницы (home pages) сразу же помогают понять, какая информация последует дальше. Здесь есть все необходимые заголовки и подзаголовки, выбирать которые можно с помощью линеек прокрутки как на обычном экране Windows или Macintosh. Каждое ключевое слово соединяется с соответствующими информационными файлами посредством гипертекстовых связей. И пусть термин «гипертекст» вас не пугает: гипертекстовые связи – это примерно то же самое, что сноска в статье энциклопедии, начинающаяся со слов «смотри также...» Вместо того, чтобы листать страницы книги, Вам достаточно щелкнуть мышью на нужном ключевом слове (для удобства оно выделяется на экране цветом или шрифтом), и перед вами появится требуемый материал. Очень удобно, что программа позволяет возвращаться к ранее просмотренным материалам или, щелкнув мышью, двигаться дальше.

– электронная почта. С помощью можно обмениваться личными или деловыми сообщениями между адресатами, имеющими адрес. Ваш электронный адрес указывается в контракте на подключение Сервер электронной почты, на котором для вас заводится почтовый ящик, работает наподобие обыкновенного почтового отделения, на которое приходит ваша почта. Ваш электронный почтовый адрес – это аналог арендованного абонентского ящика в почтовом отделении. Посланные вами сообщения сразу направляются адресату, указанному в письме, а пришедшие вам сообщения ожидают в вашем абонентском ящике, пока вы их не заберете. Вы можете посылать и принимать электронную почту от любого лица, имеющего электронный адрес. Для передачи сообщений в основном используется протокол SMTP, а для приема – POP3. Вы можете использовать разнообразные программы для работы с – специализированные, например Eudora, или же встроенные в Web браузер, например Netscape Navigator.

Usenet – это всемирный дискуссионный клуб. Он состоит из набора конференций («newsgroups»), имена которых организованы иерархически в соответствии с обсуждаемыми темами. Сообщения («articles» или «messages») посылаются в эти конференции пользователями посредством специального программного обеспечения. После посылки сообщения рассылаются на серверы новостей и становятся доступными для прочтения другими пользователями. Можно послать сообщение и просмотреть отклики на него, которые появятся в дальнейшем. Так как один и тот же материал читает множество людей, то отзывы начинают накапливаться. Все сообщения по одной тематике образуют поток («thread») (в русском языке в этом же значении используется и слово «тема»); таким образом, хотя отклики могли быть написаны в разное время и перемешаться с другими сообщениями, они все равно формируют целостное обсуждение. Вы можете подписаться на любую конференцию, просматривать заголовки сообщений в ней с помощью программы чтения новостей, сортировать сообщения по темам, чтобы было удобнее следить за обсуждением, добавлять свои сообщения с комментариями и задавать вопросы. Для прочтения и отправки сообщений используются программы чтения новостей, например встроенная в браузер Netscape Navigator – Netscape News или Internet News от Microsoft, поставляемая вместе с последними версиями Internet Explorer.

FTP – это метод пересылки файлов между компьютерами. Продолжающиеся разработка программного обеспечения и публикация уникальных текстовых источников информации гарантируют: мировые архивы FTP останутся зачаровывающей и постоянно меняющейся сокровищницей. Вы вряд ли найдете в FTP-архивах коммерческие программы, так как лицензионные соглашения запрещают их открытое распространение. Зато обнаружите условно-бесплатное и общедоступное программное обеспечение. Это разные категории: общедоступные программы (public domain) действительно бесплатны, а за условно-бесплатное программное обеспечение (shareware) требуется заплатить автору, если после испытательного срока Вы решите оставить себе программу и пользоваться ею. Встретятся вам и так называемые бесплатные программы (freeware); их создатели сохраняют за собой авторские права, но разрешают пользоваться своими творениями без какой-либо оплаты. Для просмотра FTP-архивов и получения хранящихся на них файлов вы можете воспользоваться специализированными программами – WS_FTP, CuteFTP, или же использовать браузеры WWW Netscape Navigator и Internet Explorer – в них содержатся встроенные средства работы с FTP-серверами.

Remote Login – удаленный доступ – работа на удаленном компьютере в режиме, когда ваш компьютер эмулирует терминал удаленного компьютера, т.е. вы можете делать все то же (или почти все), что можно делать с обычного терминала машины, с которой вы установили сеанс удаленного доступа. Программа, которая обслуживает удаленные сеансы, называется telnet. Telnet имеет набор команд, которые управляют сеансом связи и его параметрами. Сеанс обеспечивается совместной работой программного обеспечения удаленного компьютера и вашего. Они устанавливают TCP-связь и общаются через TCP и UDP пакеты. Программа telnet входит в поставку Windows и устанавливается вместе с поддержкой протокола TCP/IP.

Proxy («ближний») сервер предназначен для накопления информации, к которой часто обращаются пользователи, на локальной системе. При подключении к Internet с использованием proxy-сервера ваши запросы первоначально направляются на эту локальную систему. Сервер извлекает требуемые ресурсы и предоставляет их вам, одновременно сохраняя копию. При повторном обращении к тому же ресурсу предоставляется сохраненная копия. Таким образом, уменьшается количество удаленных соединений. Использование proxy-сервера может несколько увеличить скорость доступа если канал связи вашего провайдера Internet недостаточно производителен. Если же канал связи достаточно мощный, скорость доступа может даже несколько снизиться, поскольку при извлечении ресурса вместо одного соединения от пользователя к удаленному компьютеру производится два: от пользователя к proxy-серверу и от proxy-сервера к удаленному компьютеру.
Термин TCP/IP обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие другие. TCP/IP – это технология межсетевого взаимодействия. Модуль IP создает единую логическую сеть. Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный протокол передачи. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами. Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

Логическая структура сетевого программного обеспечения, реализующего протоколы семейства TCP/IP в каждом узле сети internet, изображена на Рис. 1. Прямоугольники обозначают обработку данных, а линии, соединяющие прямоугольники, – пути передачи данных. Горизонтальная линия внизу рисунка обозначает кабель сети Ethernet, которая используется в качестве примера физической среды. Понимание этой логической структуры является основой для понимания всей технологии internet. Рис. 1 Структура протокольных модулей в узле сети TCP/IP

Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в дальнейшем. Драйвер – это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Модуль – это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP. Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если он – между модулем IP и модулем UDP, то – UDP-датаграммой; если между модулем IP и модулем TCP, то – TCP-сегментом (или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением. Эти определения, конечно, несовершенны и неполны. К тому же они меняются от публикации к публикации. Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изображенный на Рис. 1. В случае использования протокола TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol – протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET. Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в дальнейшем.

Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol – межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра. Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем протокол в заголовке IP-пакета. Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля порт в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP- сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля порт в заголовке TCP-сообщения. Передача данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование. Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда – на уровень сетевого интерфейса. Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети. Машина на Рис. 1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером. Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet.Работающая машина всегда знает свой IP- адрес и Ethernet-адрес.

Послесловие Возможности Internet настолько широки, насколько у человека только может хватить фантазии. Сетевая технология уже серьезно зарекомендовала себя в качестве наилучшего источника информации. Не следует думать, что все изменения Интернета остались позади. По названию и географически Интернет является сетью, но это порождение компьютерной, а не традиционной телефонной или телевизионной индустрии. Чтобы передовой уровень Интернета сохранялся, изменения должны продолжаться, и они будут продолжены, а дальнейшее развитие будет идти в темпе, присущем компьютерной индустрии. Происходящие в наши дни изменения направлены на предоставление таких новых услуг, как передача данных в реальном масштабе времени. Повсеместная доступность сетей, и в первую очередь Интернета, в сочетании с мощными, компактными и доступными по цене вычислительными и коммуникационными средствами (ПК-блокноты, двунаправленные пейджеры, персональные цифровые секретари, сотовые телефоны и т. п.) делает возможным построение новых способов мобильных вычислений и коммуникаций. Поэтому особо важно именно сегодня обратить свое внимание к данной технологической перспективе, и постараться сделать все возможное для обширного использования Internet в сфере образования. Литература

Информация получена из глобальной сети по адресам: support/internet.htm museums/internet/index.htm

(Центр Прикладных Исследований Компьютерных Сетей)

ЦПИКС - исследовательский проект по созданию технологий и продуктов для компьютерных сетей нового поколения в России. Мы развиваем и внедряем новейшие и перспективные технологии в области компьютерных сетей и интернета, демонстрируем и проверяем эффективность этих технологий на задачах промышленности и бизнеса. Резидент ИТ-кластера инновационного Фонда «Сколково».

Тенденции развития компьютерных сетей и Интернета

Материал подготовлен специально для журнала Skolkovo Review

Сегодня невозможно представить нашу жизнь без Интернета и информационных технологий. Они прочно вошли в нашу жизнь, значительно упростив ее. С развитием информационных технологий нам становятся доступны новые инструменты, которые делают привычные нам процессы быстрее, удобнее, и дешевле. Однако, те изменения, которые мы сейчас видим – это только верхушка айсберга. Сетевые технологии находятся лишь в начале пути своего роста и по-настоящему большие инновации ждут нас впереди. Итак, какую эволюцию на ближайшие десятилетия можно прогнозировать уже сегодня, видя, в каком направлении идет развитие компьютерных сетей и Интернета?
1. Будет расти охват аудитории, Интернет появится в самых отдаленных местах планеты. К концу 2012 г. число пользователей Интернет по всему миру достигло 2,4 миллиард пользователей по всему миру. К 2020 г. по прогнозам Национального Научного Фонда США число пользователей Интернет возрастет до 5 млрд. Интернет станет более распределен географически. Самый большой прирост пользователей в ближайшие 10 лет будет происходить за счет жителей развивающихся стран в Африке (сейчас используют не более 7 %), Азии (около 19%) и Среднего Востока (Middle East) (около 28 %). Для сравнение в настоящее время более 72 % жителей Северной Америки используют Интернет. Этот тренд означает, что Интернет к 2020 году не только достигнет отдаленных мест по всему миру, но и будет поддерживать гораздо больше языков и не только привычную нам кодировочную систему ASCII . Российских пользователей Интернет, по данным Минкомсвязи РФ, на начало 2012 года было 70 млн. чел. По этому показателю Россия вышла на первое место в Европе и на шестое место в мире. Согласно результатам исследования агентства РБК.research , уровень проникновения Интернета в России в 2018 году превысит отметку в 80%.
2. В информационных технологиях начинается эпоха программного обеспечения. Сейчас мы переживаем этап интеллектуализации «железа», когда программное обеспечение становится важнее самого оборудования. Индустрия ПО будет расти большими темпами: в 2010г. ежегодный темп роста софта был не менее 6%, 2015 г. объемы рынка достигнут $365 млрд, четверть из которых приходится на рынок бизнес-приложений. Рынок «железа» будет сокращаться : объем рынка в 2013 г. составил $608 млрд, темп роста с 2008 по 2013 отрицательный -0,7%. До 2018 г. прогнозируется рост на 2,1 % преимущественно за счет роста рынка ПК (он будет расти на 7,5%) и периферийных устройств (принтеры, сканеры и т.д.). ХХI век – это век беспроводных технологий. Только за 2009 г. число абонентов мобильной широкополосной связи (3G, WiMAX и другие технологии высокоскоростной передачи данных) увеличилось на 85 %. К 2014 г. прогнозируют, что 2,5 млрд людей по всему миру будут использовать мобильный широкополосный доступ.
3. Увеличивается скорость передачи данных и пропускная способность. На сегодняшний день скорость передачи данных в хороших компьютерах - 40 Гбит/сек. Для примера, 4 тома романа «Война и Мир» Л.Толстого - это порядка 40 Мбит, т.е. в 1000 раз меньше! Передать эти 4 тома можно менее, чем за 1 микросекунду. Но, в ближайшем будущем можно будет передавать данные со скоростью света. Уже сегодня есть технология WiGik, которая позволяет на расстоянии нескольких километров передавать информацию со скорость 7 ГБит /сек. методом кодирования информации на физическом уровне. Так же и с пропускной способностью. Согласно данным компании Cisco, сегодня одновременно в Skype работает свыше 35 млн. пользователей, в Facebook - свыше 200 млн, каждую минуту на YouTube загружают 72 часа видео. Эксперты прогнозируют, что к 2015 г. количество устройств в сети будет в два раза выше, чем население планеты. К 2014 году около 80% этого трафика будет составлять видео трафик. Изображения и видео файлы, обмен которыми постоянно происходит во «всемирной паутине», требуют более высокой пропускной способности. И технологии будут развиваться в этом направлении. Пользователи будут общаться, и обмениваться информацией посредством видео и голоса в режиме реального времени. Все больше и больше появляется сетевых приложений, требующих взаимодействия в рольном времени.
4. Семантический WEB. Мы правомерно движемся в сторону «семантического интернета», в котором информации придается точно определенный смысл, что позволяет компьютерам «понимать» и обрабатывать ее на семантическом уровне. Сегодня компьютеры работают на синтаксическом уровне, на уровне знаков, они считывают и обрабатывают информацию по внешним признакам. Термин «семантическая паутина» был впервые введён сэром Тимом Бернерсом-Ли (один из изобретателей Всемирной паутины) в журнале «Scientific American ». Семантический WEB позволит находить информацию по поиску: «Найти информацию о животных, использующих звуковую локацию, но не являющихся ни летучей мышью ни дельфином», например.
5. Новые объекты передачи. Благодаря развитию новых технологий можно будет передавать через компьютерные сети то, что раньше казалось невозможным. Например – запах. Машина анализирует молекулярный состав воздуха в одной точке и передает эти данные по сети. В другой точке сети этот молекулярный состав, т.е. запах синтезируется. Прототип подобного устройства уже выпустила американская компания Mint Foundry, называется она Olly, пока не поступила в свободную продажу. Однако, скоро мы сможем увидеть воплощение этих возможностей в повседневной жизни.
6. Интернет станет сетью вещей, а не только компьютеров. Сегодня в сети Интернет насчитывается уже свыще 700 миллионов компьютеров (по данным CIA World Factbook 2012). Каждый год у пользователя увеличивается число устройств, который выходят в сеть: компьютеры, телефоны, планшеты и т.д. Уже сегодня кол-во IP-адресов превышает количество населения Земли (IP-адреса нужны для работы бытовых приборов). С новой архитектурой компьютерных сетей наступит эра «интернета-вещей». Вещи и предметы будут взаимодействовать через сети, это откроет большие возможности для всех сфер жизнедеятельности человека. Одна из ближайших разработок – это «умная пыль» - датчики, разбросанные на большой территории, собирающие информацию. Национальный Научный Фонд США прогнозирует, что около миллиардов датчиков на зданиях, мостах, дорогах будут подключены к Интернет для таких целей, как мониторинг использования электричества, для обеспечения безопасности и т.д. В целом ожидается, что к 2020 г. количество интернет-подключенных датчиков будет на порядок больше, чем количество пользователей. В продолжение данной мысли можно привести размышления Винтона Грэя Сёрфа (американский ученый-математик, считается одним из изобретателей протокола TCP/IP, вице-президент компании Google): «Предположим, что все продукты, которые вы кладете в холодильник, снабжены специальным штрих-кодом или микрочипом так, чтобы холодильник фиксировал все, что вы поместили в него. В таком случае, находясь в университете или на работе, вы можете просматривать эту информацию со своего телефона, смотреть разные варианты рецептов, а холодильник предложил бы вам, что стоит сегодня приготовить. Если расширить эту идею, то получится приблизительно следующая картина. Вы идете в магазин, и пока вы там находитесь, у вас звонит мобильный телефон - это звонит вам холодильник, который советует, что именно стоит купить». «Умный интернет» превратит социальные сети (в том виде, что мы имеем сегодня) в социальные медиа-системы. В помещениях будут установлены камеры и различные датчики. Через собственный аккаунт можно будет кормить питомцев и запускать стиральную машину, например.
7. Роботизация общества. Уже сегодня мы знаем примеры беспилотных летающих аппаратов, пылесосов-автоматов, в Японии «работают» роботы-полицейские - все эти технологии выполняют свои функции без вмешательства человека. И с каждым годом проникновение таких машин будет только увеличиваться. Одна из нерешаемых задач в вычислительных технологиях - это проблема воссоздания компьютером мышления. Однако, можно соединить человеческий мозг с кибернетической, компьютерной системой. Вспомним фильм «Робокоп». Уже сегодня есть подобные эксперименты, когда протез ноги или руки человека присоединяют к спинному мозгу. Вспомним пример южноафриканского бегуна Оскара Писториуса, с детства лишенного обеих ног, но на соревнованиях обгоняющего абсолютно здоровых конкурентов, благодаря карбоновым протезам. По оценкам экспертов, первый такой «сверх человек», киберорганизм появится еще до 2030 года. Он будет физически совершенный, устойчивый к болезням, радиации и экстремальным температурам. И при этом у него будет мозг человека.
8. Новый статус человека в Интернете. Интернет меняет быт человека. «Всемирная паутина» становится не только площадкой для получения информации и общения, но и инструментом реализации бытовых нужд: таких как совершение покупок, оплата коммунальных услуг и др. Интернет изменил отношение человека с государством. Личное общение, персональное обращения в специальные службы будет минимизировано. Подать документы в ВУЗ, вызвать скорую, написать заявление в полицию, оформить паспорт – все это уже сегодня возможно сделать электронно. Государство и дальше будет вынуждено генерировать услуги через сеть Интернет. Уже сегодня электронный документооборот по всей стране – важнейший приоритет Министерства связи и массовых коммуникаций РФ. Нужно говорить и о новом статусе человека в мире интернет-технологий. Доступ в сеть станет гражданским правом каждого человека, будет свято охраняться и контролироваться законом наряду с прочими гражданскими свободами. Это недалекое будущее. Так, меняется понятие демократии в обществе. Для волеизлияния граждан больше не нужны специальные площадки, трибуны, СМИ. В связи с этим станет и минимум анонимности. Роскоши менять пароли и заводить аккаунты под несуществующими именами, оставлять едкие комментарии под шапкой-невидимкой – скорее всего не станет. Логин/пароль для входа в сеть могут стать средством идентификации личности, а к нему будут привязаны его реальные паспортные данные. Причем, скорее всего это будет не насаждение «сверху», как попытка цензуры и контроля. А желание самого общества, потребность «снизу». Т.к. чем больше жизнь в интернете будет реальной, тем больше прозрачности захочется его пользователям. Репутация человека в жизни будет определять его репутацию и в глобальной сети, придуманных биографий не будет. Определив данные человека, сеть сама будет создавать фильтры и пропуски к доступу информацией по возрастным ограничениям, к приватной информации, к различным сервисам в соответствии с платёжеспособностью и даже социальной благонадёжностью.
9. Изменения рынка труда и сферы образования. Активное проникновение сетевых технологий и интернета приведут к изменениям на рынке труда и в сфере образования. Интернет уже превратился в глобальный и ключевой инструмент коммуникации, он все динамичнее превращается из площадки развлечений в площадку труда. Социальные сети, электронная почта, Skype, информационные ресурсы, корпоративные сайты и встроенные в компьютер программы привязывают людей не столько к конкретному офису, сколько к самому компьютеру. А тут уже не важно, откуда ты им пользуешься: с работы, из дома, с кафе или с побережья Индийского океана. Сотрудников, выполняющих свою работу дистанционно, будет все больше. И все больше будет офисов в «кармане», т.е. виртуальных предприятий, которые существуют только в Интернете. Людей, получающих образование дистанционно через новые форматы, предоставляемые сетью Интернет – тоже. Для примера, сегодня в Стэндфордском университете лекцию двух профессоров слушают одновременно 25 000 человек!
10. Интернет станет более «зеленым». Сетевые технологии потребляют слишком много энергии, объем его растет, и эксперты сходятся во мнении, что будущая архитектура компьютерных сетей должна быть более энергоэффективной. По данным Национальной лаборатории Лоренса Университета Беркли количество энергии, потребляемой глобальной сетью, в период с 2000 по 2006 год удвоилось(!). Интернет занимает 2% мирового потребления электроэнергии, что эквивалентно мощности работы 30ти атомных электростанций – 30 млрд. Вт. Тенденция к «озеленению» или «экологизации» сети Интернет будет ускоряться по мере роста цен на энергоносители.
11. Кибероружие и кибервойны. У развития интернет-технологий и возможностей компьютерных сетей есть и другая сторона медали. Начиная от киберпреступлений, связанных с увеличением в интернете электронной коммерции, до кибервойн. Киберпространство уже официально признано пятым «полем боя» (таким же как суша, море, воздушное пространство и космос). Военно-морские силы США в 2010 году даже создали кибервойска CYBERFOR, которые находятся в непосредственном подчинении у командования ВМС США. Сегодня под вирусные атаки хакеров попадают не только ПК рядовых пользователей, но и промышленные системы, управляющие автоматизированными производственными процессами. Вредоносный червь может быть использован в качестве шпионажа, а так же диверсий электростанций, аэропортов и других жизнеобеспечивающих предприятий. Так, в 2010 году компьютерный червь Stuxnet поразил ядерные объекты Ирана, отбросив атомную программу этой страны на два года назад. Применение вредоносной программы оказалось по эффективности сравнимо с полноценной военной операцией, но при отсутствии жертв среди людей. Уникальность этой программы заключалась в том, что впервые в истории кибератак вирус физически разрушил инфраструктуру. Совсем недавно, 27 марта этого года произошла крупнейшая хакерская атака в истории, которая даже снизила скорость передачи данных во всем Интернете. Мишенью атаки стала европейская компания Spamhaus, занимающаяся противодействием рассылке спама. Мощность DDoS-атак составила 300 Гбит/сек, при том, что мощности в 50 Гбит/сек хватает для того, чтобы вывести из строя инфраструктуру крупной финансовой организации. Проблема национальной безопасности – один из важнейших вопросов, стоящих на повестке дня в развитых странах. Нынешняя архитектура компьютерных сетей такую безопасность обеспечить не может. Поэтому, индустрия антивирусов/web-защиты и разработки новых технологий по обеспечению безопасности будет расти с каждым годом
12. Выход интернета и сетевых технологий в космос. Сегодня сеть Интернет носит планетарный масштаб. На повестке дня – межпланетное пространство, космический Интернет.

Международная космическая станция подключена к сети Интернет, что значительно ускоряет процессы работы и взаимодействия станции с Землей. Но обычное установление связи при помощи оптиковолоконного или простого кабеля, которое очень эффективно в земных условиях, невозможно в космосе. В частности из-за того, что невозможно применять в межпланетном пространстве обычный протокол TCP/IP (протокол - особый «язык» компьютерных сетей для «общения» друг с другом).

Исследовательские работы по созданию нового протокола, благодаря которому Интернет мог бы функционировать и на лунных станциях, и на Марсе, ведутся. Так, один из подобных протоколов называется Disruption Tolerant Networking (DTN). Компьютерные сети с этим протоколом уже были применены для связи МКС с Землей, в частности по каналам связи были отправлены фотографии солей, которые были получены в состоянии невесомости. Но эксперименты в этой сфере продолжаются.

Интернет за два с лишним десятка лет его развития практически не менялся концептуально и архитектурно. С одной стороны, внедрялись новые технологии передачи данных, с другой - создавались новые сервисы, но основная концепция сети, архитектура компьютерных сетей остаются на уровне 80-х годов прошлого столетия. Перемены не только давно назрели, но и жизненно необходимы. Т.к. на основе старой архитектуры невозможны инновации. Компьютерные сети уже сегодня работают на пределе своих возможностей, и ту нагрузку, которую предстоит испытать сетям при таком активном росте, они могут просто не выдержать. Развитие и внедрение всех перечисленных тенденций возможно только после внедрения новой, более гибкой архитектуры компьютерных сетей. Во всем научном ИТ-мире это вопрос №1.

Самая перспективная на сегодня технология/архитектура компьютерных сетей, которая способна вывести из кризиса, - это технология программно-конфигурируемых сетей (softwere defined network ). В 2007 году сотрудниками университета Стэнфорда и Беркли был разработан новый «язык» общения компьютерных сетей – протокол OpenFlo w и новый алгоритм работы компьютерных сетей – ПКС технология. Ее основная ценность в том, что она позволяет уйти от «ручного» управления сетью. В современных сетях функции управления и передачи данных совмещены, что делает контроль и управление очень сложным. ПКС-архитектура разделяет процесс управления и процесс передачи данных. Что открывает колоссальные возможности для развития интернет-технологий, так как ПКС не в чем нас не ограничивает, выводя на первый план программное обеспечение. В России изучением ПКС занимается Центр прикладных исследований компьютерных сетей.

Нельзя объять необъятное.

Козьма Прутков

Будущее Ethernet

Огромные вложения, сделанные во всем мире в сети на базе Ethernet и программное обеспечение для них, (по статистическим данным, более 50% всех локальных сетей в мире используют Ethernet) толкают разработчиков и производителей сетевого оборудования на поиск путей продления его жизни. Основной минус Ethernet сегодня - медлительность. 10 Мбит/с на сегмент, которые надо еще поделить между всеми подключенными компьютерами, - в век видеоконференций и компьютерной графики это никого не устраивает.

Первое решение, появившееся около года назад, состоит в том, что на место хаба помещается так называемый Ethernet Switch. Внешне идентичный хабу, Switch обладает некоторыми свойствами многопортового бриджа. Он использует то, что большинство пакетов Ethernet явно содержат адрес получателя. Если такой пакет будет передан получателю без уведомления всех остальных абонентов сети, ничего страшного не произойдет - он им и не предназначался. Именно таким образом функционируют бриджи, но у них обычно только два порта.

Современный Ethernet Switch может иметь до 16 портов и производить передачу пакета между любыми двумя независимо от остальных. Например, если на порт 1 поступил пакет, получатель которого подключен к порту 8 (рис. 6), и одновременно с ним на порт 6 поступил пакет для получателя на порту 2, то Switch передаст их оба одновременно. В случае обычного хаба это бы вызвало коллизию и пакеты должны были бы быть переданы последовательно. Пиковая пропускная способность 8-портового Switch-a может достигать 40Мбит/с, а 16-портового 80 Мбит/с (4 или 8 одновременно пересылаемых пакетов).

Switch позволяет значительно расширить суммарную полосу пропускания сети, однако он не увеличивает теоретический предел для одного подключения - на каждом из его портов доступны все те же 10 Мбит/с. К достоинствам этого решения следует отнести то, что оно не требует замены сетевых адаптеров в компьютерах, замене подлежит лишь хаб. Это означает, что переход не будет слишком обременителен с финансовой точки зрения.

Следующее решение - полнодуплексный Ethernet, который находится на стадии утверждения стандарта, потребует для своего использования как нового хаба, так и нового сетевого адаптера. Идея этого метода состоит в том, что передача пакетов в 10 Base Т Ethernet в компьютер и из него осуществляется по разным проводам. Поэтому возникает возможность одновременной пересылки двух пакетов, если они идут в разных направлениях. Так можно увеличить пропускную способность чуть ли не вдвое. (Для традиционного коаксиального кабеля это, естественно, невозможно. Надо сказать, что сегодня конструкторская мысль мало внимания уделяет модификации системы с коаксиальным кабелем. Внимание сосредоточено на витой паре). Первые хабы и адаптеры, использующие этот механизм, должны появиться в ближайшие год - два.

Наиболее революционный подход, тоже рассматриваемый в комитетах по стандартам, предлагает увеличение скорости передачи в сетях Ethernet на основе витой пары до 100 Мбит/с. Это возможно, если использовать провод соответствующего качества. В рассмотрении находятся два проекта, по разному подходящие к механизму передачи. Хотя здесь работа и не так сильно продвинута, но потребность рынка в таком решении, видимо, приведет к появлению первых промышленных образцов в ближайшие годы.

Рассмотренные примеры могут вызвать недоумение - зачем увеличивать пропускную способность устаревшей сети? Еще можно понять, когда такое увеличение не требует замены интерфейсов в компьютерах, но уж если их все равно надо менять - почему бы сразу не использовать более скоростные (и уже существующие) сети, FDDI например. Не следует забывать, что помимо аппаратной возможности передать данные существует еще и программная сторона - всегда есть программы, которые собственно и передают данные. Многие существующие программные средства написаны для протокола Ethernet и существенно используют его свойства. Включение поддержки новых протоколов в ближайшем будущем маловероятно (спрос не очень велик).

В случае же утверждения новых видов Ethernet и появления соответствующих аппаратных средств, изменения коснутся прежде всего той части, в которой они (интерфейсы и хабы) общаются между собой, та же сторона, которой они обращены к компьютеру и пользователю не претерпит значительных изменений (или вообще не изменится), позволяя использовать имеющиеся программные средства.

АТМ-Asynchronous Transfer Mode

При написании этой части возникли серьезные проблемы - какие же новые сети следует выбрать для рассмотрения? При обилии уже существующих и зарождающих стандартов - FDDI, Frame Relay, DQDB, SMDS, и др. - понятна невозможность даже краткого описания их всех в этом обзоре, который мы вовсе не планировали как справочник. Какие же тогда выбрать?

В конце концов решено было остановиться на АТМ, во-первых, из-за принципиально новых подходов, которые использованы при ее разработке, во-вторых, из-за той роли, которую она должна сыграть в преображении мира локальных сетей, и, наконец, из-за того, что она похоже уже получила свой "вотум доверия", а производители бросились наперегонки в объявлениях новых и новых продуктов и разработок (а потенциальные покупатели довольно потирают руки.).

АТМ (Asynchronouns Transfer Mode) зародилась в лабораториях АТ&Т еще в 1980г. как технология, способная обеспечить передачу различных видов информации (в то время - телефонный сигнал и данные). Долгое время АТМ развивалась как базовый уровень для Broadband ISDN (Broadband ISDN - стандарт телекоммуникационной сети, предназначенной для передачи разнородных данных с очень высокими скоростями (сотни Мбит/с). В отличие от Primary Rate ISDN (до 2-х Мбит/с) и Basic Rate ISDN (144 Кбит/с), которые широко распространены уже сейчас, Broadband ISDN должна получить распространение к середине 90-х по мере развития технологии и потребностей абонентов телекоммуникационных сетей.), однако сейчас является вполне самостоятельной технологией. Создан и активно занимается развитием АТМ и стандартизацией интерфейсов специальный комитет - АТМ Форум.

Структура АТМ достаточно проста (рис. 7), в основе ее лежит сеть из АТМ Switch-ей (в простейшем случае он может быть один), соединенных между собой высокоскоростными (обычно оптоволоконными) каналами связи. Сеть АТМ Switch-ей представляет из себя высокоскоростной коммутатор для пакетов, поступающих по внешним интерфейсам от внешних устройств - бриджей, рутеров, отдельных компьютеров или другого оборудования.

В чем же привлекательность АТМ? Все существующие сейчас локальные сети - Ethernet, Token Ring, FDDI и другие - разделяют один недостаток: они все имеют фиксированную полосу пропускания. Для Ethernet она составляет 10 Мбит/с, для Token Ring - 4 или 16 Мбит/с, для FDDI - 100 Мбит/с. Все пользователи сети делят между собой эту полосу и подключение новых неизбежно ведет к уменьшению доли, приходящейся на каждого. Не так в АТМ, здесь подключение нового пользователя нисколько не ухудшает положения - каждый получает в свое распоряжение интерфейс с гарантированной полосой пропускания (типично -100-150 Мбит/с, но может быть и меньше и значительно больше), которая не зависит от активности других пользователей. Это достигается тем, что скорость коммутации пакетов в АТМ Switch на 1-2 порядка превосходит скорость интерфейсов, достигая единиц и десятков Гбит/с.

Такие высокие скорости коммутации стали возможны как благодаря развитию технологии, так и нетрадиционному подходу к инкапсуляции данных в пакеты. АТМ использует пакеты (в терминологии АТМ - cell, ячейка) небольшого и фиксированного размера - 53 байта, из которых 5 байт отводятся под служебную информацию и 48 - под данные. Использование пакетов фиксированной длины позволяет значительно упростить алгоритмы буферизации в сетевой аппаратуре и использовать буфера фиксированного размера. Упрощение же алгоритмов буферизации позволяет реализовать их аппаратно, многократно повышая производительность.

Следует отметить, что, хотя пакеты фиксированной длины и удобны, позволяя достигать высокой скорости передачи, однако существующие сегодня протоколы, как высокого уровня - TCP/IP, так и низкого, например, Ethernet, используют пакеты переменной длины. Поэтому подсоединение к АТМ существующих сетей требует, чтобы соответствующие устройства - бриджи и рутеры - обеспечивали разбиение и сборку пакетов. Тем самым они должны взять на себя значительную часть нагрузки, позволяя АТМ Switch-ам эффективно работать. Другим следствием использования пакетов малого фиксированного размера являются небольшие и хорошо предсказуемые задержки пакетов в сети. Это именно то требование, которое предъявляется к сети передачи приложениями, использующими, аудио или видео информацию. АТМ - фактически первая сеть, которая способна действительно полноценно обеспечить поддержку приложений, использующих Multimedia.

Более того, АТМ способна в будущем заменить многочисленные коммуникационные сети, существующие сейчас. Обладая огромной пропускной способностью и будучи отлично приспособленной для передачи разнородной информации (аудио, видео, факс, данные, и т.д.), АТМ способна объединить в себе как существующие телефонную и компьютерные сети, так и возникающие коммуникационные структуры для проведения телеконференций и многое другое.

Помимо решения острейшей проблемы недостаточной пропускной способности современных сетей, АТМ дает также средства для упрощения другой задачи - переконфигурации сети. В современных сетях логические и физические структуры тесно связаны. Изменение физической структуры - например, переезд части отдела в новое место, - влечет за собой изменение и логической структуры: создание новой подсети, переназначение сетевых адресов, переконфигурацию рутеров, определение новых прав доступа и т.д. В той или иной форме эти проблемы характерны для всех современных локальных сетей.

АТМ определяет так называемые виртуальные соединения - логические связи между подключенными к АТМ сетями. Две или более сети, подключенных к АТМ через бридж (рис. 8), образуют логически одну сеть, не замечая присутствия Switch-a между ними.

Тем самым логическая структура сети оказывается независимой от географического расположения составляющих ее частей. Администратор сети получает возможность создавать логические сети, практически никак не ограниченные реальным физическим расположением составляющих их элементов.

По оценкам экспертов, первое время установки АТМ будут осуществляться в рамках локальных сетей, как правило, в качестве Backbone, где АТМ заменит FDDI и "толстый" Ethernet, хотя нет никаких преград и для подключения отдельного компьютера, и для использования АТМ в качестве глобальной сети. В будущем АТМ обещает вообще стереть грань, разделяющую локальные и глобальные сети сегодня.

Электроника лежит в основе практически всей коммуникации. Все началось с изобретения телеграфа в 1845 году, за ним в 1876 году последовал телефон. Связь постоянно совершенствовалась, а прогресс в электронике, который произошел совсем недавно, заложил новый этап в развитие коммуникаций. Сегодня беспроводная связь вышла на новый уровень и уверенно заняла доминирующую часть рынка связи. И ожидается новый рост сектора беспроводной коммуникации благодаря развивающейся сотовой инфраструктуре, а также современным технологиям, таким как . В данной статье мы рассмотрим наиболее перспективные технологии на ближайшее время.

Состояние 4G

4G в переводе с английского означает долговременную эволюцию (Long Term Evolution (LTE). LTE – это технология OFDM, которая на сегодняшний день является доминирующей структурой сотовой системы связи. Системы 2G и 3G все еще существуют, хотя внедрение 4G началась в 2011 – 2012 годах. Сегодня LTE в основном реализуется крупнейшими операторами в США, Азии и Европе. Его развертывание еще не завершено. LTE получила огромную популярность у владельцев смартфонов, так как высокая скорость передачи данных открыла такие возможности, как потоковая передача видео для эффективного просмотра фильмов. Тем не менее, все не так идеально.

Хотя LTE обещал скорость загрузки до 100 Мбит / с, это не было достигнуто на практике. Скорости до 40 или 50 Мбит / с могут быть достигнуты, но только при особых условиях. При минимальном количестве подключений и минимальном траффике такие скорости очень редко могут достигаться. Наиболее вероятные скорости передачи данных находятся в диапазонах 10 – 15 Мбит / с. В пиковые часы скорость проседает до нескольких Мбит / с. Конечно, это не делает реализацию 4G провальной затеей, это означает, что пока его потенциал реализован не полностью.

Одной из причин, почему 4G не обеспечивает заявленную скорость – слишком большое количество потребителей. При слишком интенсивном его использовании скорость передачи данных существенно снижается.

Однако, существует надежда, что это удастся исправить. Большинство операторов, предоставляющих услуги 4G, еще не реализовали технологию LTE-Advanced, усовершенствование, которое обещает повысить скорость передачи информации. LTE-Advanced использует «объединение несущих» (carrier aggregation (CA)) для увеличения скорости. «Объединение несущих» подразумевает объединение стандартной полосы пропускания LTE до 20 МГц в 40 МГц, 80 МГц или 100 МГц части, для повышения пропускной способности. LTE-Advanced также имеет конфигурацию MIMO 8 x 8. Поддержка этой функции открывает потенциал для увеличения скорости обмена данными до 1 Гбит/с.

LTE-CA известно еще как LTE-Advanced Pro или 4.5G LTE. Эти сочетания технологий определенны группой разработки стандартов 3GPP в версии 13. Она включает в себя агрегацию операторов, а также лицензионный доступ с поддержкой (LAA), метод, который использует LTE в нелицензированном Wi-Fi-спектре 5 ГГц. Он также развертывает агрегацию каналов LTE-Wi-Fi (LWA) и двойное подключение, позволяя смартфону «разговаривать» одновременно с узлом небольшой точки доступа, и точкой доступа Wi-Fi. В данной реализации слишком много деталей, которые мы не будем рассматривать, но общая цель — продлить срок службы LTE за счет снижения задержки и увеличения скорости передачи данных до 1 Гбит / с.

Но это не все. LTE сможет обеспечить более высокую производительность, так как операторы начинают упрощать свою стратегию небольшими ячейками, обеспечивая более высокую скорость передачи данных для большего числа абонентов. Маленькие ячейки — это просто миниатюрные сотовые базовые станции, которые могут быть установлены где угодно для заполнения пробелов охвата макроячейки, добавляя, где это необходимо, производительность.

Еще одним способом повышения производительности является использование Wi-Fi. Этот метод обеспечивает быструю загрузку в ближайшую точку доступа Wi-Fi, когда она доступна. Лишь несколько операторов сделали это доступным, но большинство из них рассматривают усовершенствование LTE под названием LTE-U (U для нелицензионного (unlicensed)). Это метод, аналогичный LAA, который использует нелицензированный диапазон 5 ГГц для быстрой загрузки, когда сеть не может справиться с нагрузкой. Это создает конфликт спектра с последней , которая использует диапазон 5 ГГц. Для реализации этого были разработаны определенные компромиссы.

Как мы видим, потенциал 4G все еще не раскрыт до конца. В ближайшие годы будут внедрены все или большинство из перечисленных усовершенствований. Стоит отметить и то, что производители смартфонов также внесут изменение в аппаратное или программное обеспечения для усовершенствования работы LTE. Данные улучшение, скорее всего, произойдут тогда, когда начнется массовое внедрение стандарта 5G.

Открытие 5G

Как такового 5G пока нет. Так, что громкие заявление об «абсолютно новом стандарте способном изменить подход к беспроводной передаче информации» пока рано. Хотя, некоторые поставщики интернет услуг уже начинают споры, кто же первым внедрит стандарт 5G. Но стоит вспомнить спор недавних лет о 4G. Ведь реального 4G (LTE-A) еще нет. Тем не менее, работа над 5G идет полным ходом.

«Проект партнерства третьего поколения» (3GPP) работает над стандартом 5G, который, как ожидается, будет внедрен в ближайшие годы. Международный союз электросвязи (ITU), который будет «благословлять» и администрировать стандарт, заявляет, что окончательно 5G должен стать доступен к 2020 году. Тем не менее, некоторые ранние версии стандарта 5G все же будут появляться в конкурентной борьбе провайдеров. Некоторые требования 5G появятся уже в 2017 – 2018 годах в той или иной формах. Полное внедрение 5G будет задачей далеко не из легких. Такая система будет одной из самых сложных, если не самой сложной, из беспроводных сетей. Полное ее развертывание ожидается к 2022 году.

Основанием внедрения 5G является преодоление ограничений 4G и добавление возможностей для новых приложений. Ограничения 4G — это в основном пропускная способность абонента и ограниченные скорости передачи данных. Сети сотовой связи уже перешли от голосовых технологий к центрам данных, но необходимы дальнейшие улучшения производительности в будущем.

Более того, ожидается бум новых приложений. К ним относят видео HD 4K, виртуальную реальность, интернет вещей (IoT), а также использование структуры «машина-машина» (М2М). Многие по-прежнему прогнозируют от 20 до 50 миллиардов устройств онлайн, многие из которых будут подключаться к сети интернет через сотовую связь. В то время, как большинство устройств IoT и M2M работают на низких скоростях передачи данных, то для работы с потоковыми данными (видео) необходима высокая скорость интернет. Другими потенциальными приложениями, которые будут использовать стандарт 5G, могут стать умные города и средства связи для обеспечения безопасности автомобильного транспорта.

5G, вероятно, будет более революционным, чем эволюционным. Это будет связано с созданием новой сетевой архитектуры, которая будет накладываться на сеть 4G. Новая сеть будет использовать распределенные мелкие ячейки с волоконным или миллиметровым обратным каналом, а также будет экономной, энергонезависимой и легко масштабируемой. Кроме того, в сетях 5G будет больше программного, чем аппаратного обеспечения. Также будет использоваться программная сеть (SDN), виртуализацию сетевых функций (NFV), методы самоорганизующейся сети (SON).

Также имеется еще несколько ключевых особенностей:

• Использование миллиметровых волн. В первых версиях 5G могут использоваться полосы в 3,5 ГГц и 5 ГГц. Также рассматриваются варианты частот от 14 ГГц до 79 ГГц. Окончательный вариант пока выбран не был, однако FCC заявляет, что выбор буден сделан в ближайшее время. Тестирование ведется на частотах 24, 28, 37 и 73 ГГц.
• Рассматриваются новые схемы модуляции. Большинство из них – это некоторые вариант OFDM. Две или более схем могут быть определены в стандарте для различных приложений.
• Несколько входов с несколькими выходами (MIMO) будут включены в некоторую форму для расширения диапазона, скорости передачи данных и надежности связи.
• Антенны будут иметь фазированные решетки с адаптивным формированием луча и управлением.
• Более низкая латентность — главная цель. Менее 5 мс задано, но менее 1 мс является целью.
• Скорости передачи данных от 1 Гбит / с до 10 Гбит / с ожидаются в полосах пропускания 500 МГц или 1 ГГц.
• Микросхемы будут изготавливаться из арсенида галлия, кремния-германия и некоторых КМОП.

Одной из самых больших проблем во внедрении 5G ожидается интеграция данного стандарта в мобильные телефоны. В современных смартфонах и так полным-полно различных передатчиков и приемников, а с 5G они станут еще сложнее. Нужна ли такая интеграция?

Путь развития Wi-Fi

Наряду с сотовой связью находится одна из наиболее популярных беспроводных сетей – Wi-Fi. Как и , Wi-Fi является одной из наших любимых «утилит». Мы рассчитываем на подключение к сети Wi-Fi практически в любом месте, и в большинстве случаев мы получаем доступ. Как и большинство популярных беспроводных технологий, он постоянно находится в стадии разработки. Последняя выпущенная версия называется 802.11ac и обеспечивает скорость до 1,3 Гбит / с в нелицензированной полосе частот 5 ГГц. Также идет поиск приложений для стандарта 802.11ad со сверхвысокой частотой 60 ГГц (57-64 ГГц). Это проверенная и экономически эффективная технология, но кому нужны скорости от 3 до 7 Гбит / с на расстоянии до 10 метров?

На данный момент существует несколько проектов развития стандарта 802.11. Вот несколько из основных:

• 11af — это версия Wi-Fi в белых полосах телевизионного диапазона (54 до 695 МГц). Данные передаются в локальных полосах пропускания 6- (или 8) МГц, которые не заняты. Возможна скорость передачи данных до 26 Мбит/с. Иногда его называют White-Fi, а главная привлекательность 11af заключается в том, что возможный радиус действия на низких частотах составляет много километров и отсутствие прямой видимости (NLOS) (работа только на открытых площадях). Эта версия Wi-Fi еще не используется, но имеет потенциал для приложений IoT.
• 11ah — обозначенный как HaLow, является еще одним вариантом Wi-Fi, который использует нелицензированный диапазон ISM 902-928 МГц. Это маломощная низкоскоростная (сотни кбит / с) служба с дальностью до километра. Целью является применение в IoT.
• 11ax — 11ax — это обновление до 11ac. Его можно использовать в диапазонах 2,4 и 5 ГГц, но, скорее всего, он будет работать в полосе частот 5 ГГц исключительно для использования полосы пропускания 80 или 160 МГц. Ожидается, что наряду с 4 x 4 MIMO и OFDA / OFDMA, ожидается пиковая скорость передачи данных до 10 Гбит / с. Окончательной ратификации не будет до 2019 года, хотя предварительные версии, вероятно, будут полными.
• 11ay — это расширение стандарта 11ad. Он будет использовать полосу частот 60 ГГц, а целью является, по меньшей мере, скорость передачи данных 20 Гбит / с. Еще одна цель — расширить дальность до 100 метров, чтобы иметь больше приложений, таких как обратный трафик для других услуг. Выход этого стандарта не ожидается в 2017 году.

Беспроводные сети для IoT и М2М

Беспроводная связь, безусловно, является будущим интернет вещей (IoT) и межмашинных связей (Machine-to-Machine, M2M). Хотя проводные решения тоже не исключаются, но стремление к беспроводной связи все же является предпочтительней.

Типичным для устройств интернет вещей является небольшое расстояние действия, малая потребляемая мощность, небольшая скорость обмена данными, питания от аккумулятора или батареи с датчиком, как показано на рисунке ниже:

Альтернативой может стать какой-то удаленный исполнительный механизм, как показано на рисунке ниже:

Или же возможна комбинация этих двух устройств. Оба, как правило, подключаются к интернету через беспроводной шлюз, но также могут подключаться и через смартфон. Соединение со шлюзом также беспроводное. Вопрос в другом, какой беспроводной стандарт будет использоваться?

Очевидным выбором становится Wi-Fi, так как трудно представить себе место, где его нет. Но для некоторых приложений он будет излишен, а для некоторых слишком энергоемок. Bluetooth – еще один неплохой вариант, особенно его версия с низким энергопотреблением (BLE). Новые дополнения к сети и шлюзу Bluetooth делают его еще более привлекательным. ZigBee — еще одна готовая и ожидающая альтернатива, и не забываем о Z-Wave. Так же есть несколько вариантов 802.15.4, например 6LoWPAN.

Добавьте к ним новейшие варианты, являющиеся частью энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия (Low Power Wide Area Networks (LPWAN)). Эти новые беспроводные варианты предлагают сетевые соединения большей дальности, что обычно невозможно при использовании традиционных технологий, упомянутых выше. Большинство из них работают в нелицензируемом спектре ниже 1 ГГц. Некоторые из новейших конкурентов для приложений IoT:

• LoRa — изобретение Semtech и поддерживается Link Labs. Эта технология использует линейную частотную модуляцию (ЛЧМ) при низкой скорости передачи данных, чтобы получить диапазон до 2-15 км.
• Sigfox — французская разработка, использующая ультра узкополосную схему модуляции при низкой скорости передачи данных для отправки коротких сообщений.
• Weightless – использует телевизионные белые пространства с методами когнитивного радио для более длинных диапазонов и скорости передачи данных до 16 Мбит / с.
• Nwave — это похоже на Sigfox, но на данный момент нам не удалось собрать достаточно информации.
• Ingenu — в отличие от других, этот использует диапазон 2,4 ГГц и уникальную схему множественного доступа с произвольной фазой.
• Halow — это 802.11ah Wi-Fi, описан выше.
• White-Fi — это 802.11af, описан выше.

Cellular определенно является альтернативой IoT, поскольку является основой межмашинных связей (М2М) уже более 10 лет. Межмашинные связи используют в основном 2G и 3G беспроводные модули для мониторинга удаленных машин. В то время, как 2G (GSM) в конечном счете будет постепенно сокращаться, 3G все еще будет «жить».

Теперь доступен новый стандарт: LTE. В частности, он называется LTE-M и использует сокращенную версию LTE в полосе пропускания 1,4 МГц. Другая версия NB-LTE-M использует полосу пропускания 200 кГц для работы с более низкой скоростью. Все эти варианты смогут использовать существующие сети LTE с обновленным программным обеспечением. Модули и чипы для LTE-M уже доступны, как и на устройствах Sequans Communications.

Одна из самых больших проблем интернет вещей – отсутствие единого стандарта. И в ближайшее время, скорее всего, он не появится. Возможно, в будущем, появится несколько стандартов, только как скоро?