Компьютерные сети — с проводами или без?


В этой статье будут рассмотрены современные технологии беспроводной связи компьютеров, а также проведено их сравнение с проводными сетями. Последним фаворитом по всем параметрам, безусловно, был стандарт IEEE 802.11b. Однако сегодня можно уже найти  продукты, использующие его "брата" IEEE 802.11a. Самым важным преимуществом последнего является высокая скорость передачи данных — до 54 Mbit/sec. Кроме того, беспроводная технология Bluetooth тоже получила заметное развитие в наше время. Как это все работает на самом деле, мы сегодня и посмотрим.

Устройства

Fast Ethernet

Про сетевые карты было написано уже немало, поэтому перечислим здесь только их основные особенности. Гигабитные адаптеры и оптику рассматривать не будем, ограничимся наиболее массовым стандартом передачи по медному кабелю со скоростью 100 Mbit/sec. Хотя, конечно, стоит признать, что гигабитные технологии постоянно расширяют свое присутствие, причем не только в коммерческом секторе, но даже в домашних сетях.

  • интерфейс: PCI, USB и другие
  • скорость передачи данных: 100 Mbit/sec
  • возможна работа в полнодуплексном режиме
  • для подключения более двух ПК необходимо использовать концентраторы или коммутаторы
  • среда передачи: кабель витая пара
  • максимальное расстояние между двумя устройствами: 100 м

IEEE 802.11b

Продукты этого стандарта были неоднократно описаны на страницах нашего сайта. Напомним, что их производят не только бренды (Intel, Linksys, Lucent, Proxim), но и менее крупные компании (TREDware, SMC …). При этом продукция последних часто не уступает по основным параметрам своим именитым конкурентам, а цену имеет заметно меньшую.

Большинство моделей карт рассчитано на подключение к шине PCcard/PCMCIA. Для их установки в ПК, не имеющие PCcard слота, необходимо использовать или предлагаемые производителем переходники на PCI (они работают только с радиокартами) или приобретать отдельно PCMCIA адаптер на шину PCI. Это заметно увеличивает стоимость подключения для не ноутбуков. К счастью, многие производители сегодня выпускают и USB устройства, что несомненно удобнее для настольных ПК, да и к ноутбуку такой адаптер тоже можно подключить.

Кроме непосредственно карт, предлагается и другое оборудование этого стандарта: точки доступа, мосты, принт-сервера, маршрутизаторы.

Краткие характеристики адаптеров IEEE 802.11b:

  • интерфейс: PCcard, USB, PCI
  • скорость передачи данных: до 11 Mbit/sec
  • работа в полудуплексном режиме
  • возможна работа в составе одноранговой сети или с использованием точки доступа
  • рабочая частота: ISM 2,4GHz
  • дальность работы: 100–500 м в зависимости от внешних условий и скорости

IEEE 802.11a

Обе спецификации IEEE 802.11 были приняты в одно время (осень 1999 года), но продукты стандарта 802.11b раньше были реализованы в "железе" и уже получили  широкое распространение по всему миру.

Адаптеры IEEE 802.11a впервые появились у нас в лаборатории, так что расскажем про них подробнее. Для пользователя они практически аналогичны IEEE 802.11b картам. Главные отличия можно описать тремя пунктами:

  • скорость передачи данных: до 54 Mbit/sec
  • рабочая частота: 5 GHz

Еще одно важное отличие от ранее рассмотренных карт  — интерфейс, теперь вместо PCcard используется CardBus. Он является развитием стандарта PCCard/PCMCIA и характеризуется увеличенной скоростью (он 32-х разрядный) и пониженным напряжением питания (3.3В). Грубо отношение CardBus vs PCMCIA можно оценить как PCI vs ISA. CardBus позволяет радиоадаптеру передавать данные на скорости 54Mbit/sec. К сожалению, из этого следует, что аналогичных адаптеров на шину USB (по крайней мере, версии 1.1) мы не увидим,  поскольку ее пропускной способности явно недостаточно для такой скорости. Слоты CardBus обратно совместимы с PCMCIA картами. Считается, что все ноутбуки, выпущенные после 1999 года, имеют слоты CardBus и проблем с подключением к ним у пользователя не возникнет.

Несмотря на столь похожие названия, устройства стандарта 802.11b не могут быть модернизированы до 802.11a. Таким образом, если у вас уже есть 11Mbit радиосеть, то единственным способом перевести ее на 54Mbit является полная замена оборудования. Единственным исключением являются модульные точки доступа последних моделей, в которые можно установить как PCMCIA карты 802.11b, так и 802.11a. Поскольку эти технологии используют разные частоты, то они могут легко сосуществовать на одном пространстве, и можно постепенно переходить на новый стандарт.

Технические характеристики карты Proxim Harmony 802.11a CardBus Card:

  • Скорость передачи данных:
    • 802.11a совместимый режим:: 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps
    • Proxim 2× режим: 108, 96, 72, 48, 36, 24, 18, 12 Mbps
  • Диапазон частот: Unlicensed National Information Infrastructure (U-NII), 5.15 GHz — 5.35 GHz, кодирование OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)
  • Модуляция: 64 QAM, 16 QAM, QPSK, BPSK
  • Безопасность:  40, 128 и 152 бит Wired Equivalent Privacy (WEP)
  • Сетевая архитектура: одноранговая и с точкой доступа
  • Форм-фактор: CardBus Type II PC Card
  • Вес: 40 г
  • Антенна: интегрированная
  • Питание: 3,3 V
  • Индикаторы: два (питание и активность)
  • Поддержка ОС: Windows 98SE/Me, Windows 2000

Отметим специальный режим работы адаптеров от компании Proxim — 2X. Благодаря одновременному использованию двух каналов он позволяет повысить скорость работы в 2 раза и практически догнать Fast Ethernet.

В отличие от 802.11b устройств, семейство Harmony на 54Mbps включает только этот адаптера и точку доступа. Но будем надеяться, что появятся и PCI контроллеры, а также устройства для шины USB 2.0

Установка радиокарты через CardBus PCI контроллер в настольный ПК не вызвала никаких проблем. Операционная система Windows 2000 опознала устройство и предложила установить драйвера. Кроме непосредственно драйверов в комплект входит утилита настройки и диагностики. По функциям она аналогична ранее описанным утилитам для карт стандарта 802.11b:

    

    

    

С ее помощью настраиваются все параметры радиолинка — каналы, скорость, шифрование. Также можно посмотреть текущее качество связи, включая уровни сигнала, скорость передачи данных.

Конечно, Proxim — не единственная компания, выпускающая оборудование стандарта IEEE 802.11a. Вот далеко не полный список производителей:

Причем стоимость адаптеров начитается уже со $120 (за рубежом). Что, несомненно, позволяет надеяться на широкое распространение данных устройств.

К сожалению, правовой вопрос о возможности использования таких адаптеров в России остается открытым. Многие производители 802.11b устройств получили сертификаты на свое оборудование. Однако это только разрешает официальную продажу контроллеров, но не их использование. Для работы с ними необходимо получать лицензию, которая стоит приличную сумму, да и бюрократы не дремлют :(. С 802.11a картами дела обстоят еще хуже.

Bluetooth

Мы уже рассматривали практическое использование Bluetooth устройств ранее на нашем сайте. С того времени у нас в лаборатории побывало еще два комплекта адаптеров — от компаний Epox и MSI.

Первые представляют собой небольшие USB устройства, похожие на флеш накопитель или USB ключ. В поставку входит пара таких адаптеров, удлинитель USB и компакт диск с драйверами. Кстати, удлинитель понадобится и для подключения в стандартно расположенный USB разъем на ПК, поскольку из-за своих "толстых боков" :) адаптер туда не влезает при занятых портах PS/2 для клавиатуры и мыши. На адаптере установлен единственный индикатор питания.

Комплект от MSI на самом деле представляет собой дополнение к материнским платам этой компании. Мы еще писали про него в новостях и обзоре материнской платы MSI 845E Max2, а на Комтеке желающие могли его увидеть на стенде компании. В поставку входит один адаптер для установки внутрь ПК. Он подключается к специальному разъему на материнской плате MSI. На самом деле "специальность" заключается только в расположении и размере коннектора. А реально адаптер рассчитан на обыкновенную шину USB. На фото виден и второй разъем — он как раз имеет стандартный набор контактов и подключается к внутреннему USB разъему любой материнской платы. Снаружи к нему крепится внешняя антенна на полуметровом кабеле. К сожалению, для нее не предусмотрено никакого крепления, поэтому ей приходится сиротливо стоять на системном блоке или рядом с ним. Рядом с выходом антенны установлена пара светодиодов — питание и активность.

        

Второй адаптер тоже принадлежит к классу USB Dongle и подключается к USB порту любого компьютера. Он по размерам чуть меньше устройства от Epox и поэтому легко умещается в стандартном разъеме USB даже при использовании порта COM1. На нем также используется пара светодиодов для индикации состояния. 

Оба комплекта являются аналогами ранее рассмотренного BlueTake (видимо, они все произведены одной компанией по OEM заказу). По своим функциям (которые определяются программным обеспечением) они полностью с ним совпадают, поскольку используют то же самое ПО Bluetooth For Windows от компании Widcomm.

По сравнению с концом прошлого года ассортимент продуктов с поддержкой Bluetooth заметно расширился. Сегодня можно купить: адаптеры USB/CF/PCcard, точки доступа, принт-сервера, мобильные телефоны и гарнитуры для них, ноутбуки и PDA, принтеры, комплекты громкой связи для автомобиля и даже видеокамеры.

Возможности

Про сети Ethernet и IEEE 802.11 рассказывать особо нечего — они представляют собой просто транспорт для всевозможных приложений. Их можно использовать для передачи как данных, так и голоса, видео. Однако нестандартные применения требуют использования дополнительного программного обеспечения.

С другой стороны, Bluetooth, являясь стандартом для беспроводного подключения различных устройств, включает в себя поддержку многих функций - передача голоса, синхронизация данных, передача файлов, использование факса и модема и других (подробнее смотрите упомянутую статью).

И сетевые возможности у него организованны по-другому. Адаптеры выступают не в качестве сетевых плат, а в роли последовательных портов, через которые средствами операционной системы организуется прямое подключение. При этом одна сторона выступает в качестве сервера доступа, а вторая — удаленного клиента. В ПО от компании Widcomm возможна работа одного сервера одновременно с несколькими клиентами (до 7). Но два подключенных к одному серверу клиента друг друга не видят :( Так что использование Bluetooth для организации сетей имеет заметные ограничения.

Отметим в этом разделе и еще один важный для беспроводных сетей пункт — безопасность. Алгоритмы WEP, используемые в сетях IEEE 802.11, можно считать только базовыми средствами защиты от несанкционированного подключения, и по независимым оценкам они не предоставляют серьезного уровня безопасности. Некоторые производители предложили оригинальные, более надежные решения, однако они обычно работают только на "своем" оборудовании и могут требовать значительных денежных затрат на реализацию. Поэтому рекомендуется при построении беспроводных сетей использовать дополнительные средства, например, протокол IPSec.

Что касается Bluetooth, то здесь пользователь сам определяет способы доступа к своему оборудованию, например, можно разрешить его только для парных устройств. Есть также режим, когда требуется идентификация при каждой установке связи. Все функции по ограничению доступа определяются ПО. Так, например, сотовый телефон работает только с парными устройствами. Других возможностей у него нет.

Скорость и дальность

Тесты скорости передачи проводились с использованием программы IOMeter. В работе участвовало два ПК и один ноутбук, которые последовательно соединялись в локальную сеть с использованием различных технологий. Операционные система — Windows 2000 Pro SP2, протокол TCP/IP.

В тестах сетей Ethernet применялись карты Intel PRO/100. Они подключались кросс-кабелем (использование коммутатора, конечно, вносит небольшие коррективы). Дополнительно измерялась скорость работы в режиме 10 Mbit Ethernet. Для этого адаптеры переводились в соответствующий режим программно.

Отметим, что, в отличие от Ethernet, для беспроводных сетей скорость передачи информации может меняться из-за внешних факторов. Фиксирование скорости с помощью поставляемой утилиты не помогало. Поэтому с ними тесты проводились 5 раз, результаты усреднялись. Во время тестов ПК находились на расстоянии 5 метров, что обеспечивало максимальную скорость работы. Режим 2X для адаптеров Proxim Harmony 802.11a показывал слишком большой разброс показателей, поэтому его данные не приведены. Субъективно эффект от его включения можно оценить как увеличение скорости передачи данных в полтора раза.

Вторым моментом, который необходимо учесть при рассмотрении результатов, является отсутствие полного дуплекса для радиосетей. Поскольку на диаграмме использованы значения пропускной способности для сетей Ethernet в одном направлении, то общая пропускная способность проводных сетей в два раза больше.

На графиках приведены значения общей скорости передачи данных в логарифмическом масштабе. Поскольку другими способами столь разные значения на одном графике привести невозможно. Так что обращайте внимание и на цифры :)



Как видно из приведенных данных, расстановка участников вполне согласуется с теоретической. Карты IEEE 802.11b соответствуют работе с 10Mbit Ethernet, а 802.11a в два раза медленнее Fast Ethernet.

Bluetooth показал самый низкий результат. Однако он вполне укладывается в заявленные для адаптеров MSI 723 Kbit/sec (учитывая что это скорость физического уровня). Так что "убийцы IEEE 802.11" из него не получится, но для использования с мобильными устройствами для передачи небольших объемов информации он вполне подходит. Особенно если его распространению будут помогать производители компьютерного оборудования.

Измерение скорости в KBytes/sec — это, конечно, хорошо и понятно. Но можно считать и по-другому. Например, взять файл в 700MB (один компактдиск с фильмом) и на основании измеренных скоростей посчитать время его передачи по сети:

Все варианты, кроме Bluetooth, показывают приемлемые результаты. Но ждать более трех часов в случае с Bluetooth… за это время можно жесткий диск несколько раз переставить или CDR записать :) Кстати, если напрямую измерять время переписывания файла, то оно не сильно отличается от рассчитанного искуственно, так что IOmeter можно доверять :)

Что касается дальности, то для проводных сетей ее можно формально считать равной 100 метрам. Испытания IEEE 802.11b дали нам цифру в те же 100 м для работы на максимальной скорости. Если ставить целью получение максимального расстояния, то лучшие представители данного оборудования работают да дальности до 500 метров на открытом пространстве со штатными антеннами. Естественно, применение внешних направленных антенн может увеличить расстояние устойчивой работы до нескольких километров при прямой видимости. А вот при использовании радиооборудования в доме/офисе дальность работы заметно снижается. Три бетонных стены или перекрытия приводят к тому, что даже на расстоянии в 30 метров связь становится медленной и неустойчивой.

Карты стандарта IEEE 802.11a в целом показали аналогичные показатели. Однако тестирование было затруднено из-за отсутствия полной диагностики качества связи. Ориентировочно можно сказать, что на расстоянии 100 м карты Proxim Harmony 802.11a работали на скорости, близкой к максимальным 54Mbit/sec. При увеличении расстояния до 200 м скорость падала в 4 раза. А на 350 м пользоваться радиоканалом становилось практически невозможно.

Для Bluetooth определить эффективную дальность работы оказалось еще сложнее — никаких диагностических утилит производитель не предусмотрел. Так что использовались два простых метода — попытка подключения к одной из служб удаленного устройства и измерение скорости загрузки файла на ноутбук с WEB сервера, установленного на втором ПК. Отметим, что приведенные цифры являются очень приблизительными, поскольку сильно зависят от условий проведения теста. В нашем случае это был один из обыкновенных московских дворов, с деревьями, кустами и гаражами :)

Как показала практика, дальность работы не просто определяется стандартом, но и зависит от устройства. Так, например, с телефоном Ericsson T39m можно было работать на расстоянии порядка 10 метров. Тогда как комплект адаптеров от MSI даже на расстоянии в 40–50 метров взаимодействовал на максимальной скорости. А при увеличении расстояния до примерно 80 метров скорость падала в 3-4 раза.

Отметим, что качество связи очень зависит от взаимной ориентации адаптеров. Так при развороте ноутбука на 180 градусов в горизонтальной плоскости скорость изменялась почти в 2 раза. Кирпичные стены зданий практически не вносят затухания в сигнал, а вот железобетонные блоки, так же, как и для IEEE 802.11b, заметно снижают уровень сигнала. Но, кроме как у карты MSI, возможности подключения внешних антенн ни у кого нет, так что здесь ничего не изменишь.

Стоимость

Цена обычных адаптеров Fast Ethernet сегодня составляет совсем незначительную сумму — порядка $10 за карту. Конечно, бывают и встроенные на материнскую плату контроллеры, которые, можно сказать, ничего не стоят, а также заметно более дорогие адаптеры от лидеров индустрии, но они обычно применяются для специализированных бизнес задач. Для организации проводной сети еще нужен кабель и хаб или коммутатор для подключения более двух ПК. Но и в этом случае цена за точку составит порядка $25 (с использованием коммутатора).

Оборудование для беспроводных сетей заметно дороже — карты IEEE 802.11b менее чем за $100 купить достаточно сложно. Стоимость точки доступа — от $200. На 802.11a цены пока выше — $200 за адаптер, $500 за точку доступа. 

Что касается Bluetooth, то, поскольку товар пока редкий, цены за адаптер колеблются от $50 (MSI, Bluetake) до $200 (IBM, Xircom, Compaq, Palm, Tishiba). При этом специализированные устройства — CF адаптеры для PDA, принт-сервера, гарнитуры для сотовых телефонов — могут стоить еще больше.

Заключение

Рассмотрев современные способы организации беспроводных сетей, можно предложить несколько вариантов применения всех описанных технологий.

Проводная Fast Ethernet удобна для подключения большого числа ПК без существенных потерь в производительности (в отличие от радиотехнологии). Кроме того, это самый дешевый вариант. Дополнительным плюсом становится возможность использования кабельной системы в будущем и с гигабитными адаптерами. Минусов всего два — провода :) и заметный рост стоимости при необходимости линков длиной более 100 м.

Сети IEEE 802.11b, я думаю, уже стали стандартом на беспроводное подключение. Они обеспечивают приемлемую производительность при невысокой стоимости. Использование направленных антенн популярного диапазона 2.4GHz позволяет строить линии точка-точка на больших расстояниях.

IEEE 802.11a можно считать реальной альтернативой проводным сетям по параметрам производительности. Правда, широкому распространению пока мешает высокая стоимость оборудования. А требование высокой пропускной способности к шине приводит к росту цены за точку (нет и не будет дешевых USB 1.1 адаптеров). Однако с распространением USB 2.0 вполне возможно появление 802.11a карт для этой шины.

Технология Bluetooth найдет свое место среди различных портативных устройств — PDA, сотовых телефонов. Конечно, можно использовать ее и для связи ПК, но все-таки скорость мала для современных объемов информации. Хотя, например, синхронизировать контакты между ноутбуком и настольным ПК можно и через Bluetooth.

Благодарим компанию Digital Nature за предоставленные карты Proxim Harmony 802.11a

 




Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.