5.4. Способи доступу до мереж передачі даних

5.4.1 Основні відомості

Постійна потреба користувачів в широкосмугових послугах зв'язку та якісної передачі даних обумовлює необхідність організації високошвидкісних каналів зв'язку як на ділянці від абонента до глобальної мережі, так і між абонентами.

Найбільш гостро проблема широкосмугових послуг стоїть на абонентських лініях в мережах доступу (так звана проблема «останньої милі»). Сьогодні для вирішення цього завдання широко використовуються модеми, що забезпечують передачу даних по стандартному аналоговому телефонному каналу. Такий модем перетворить цифровий сигнал, що надходить від кінцевого обладнання даних (ПК, маршрутизатор або інший пристрій), в аналоговий сигнал, прийнятний для передачі в частотному діапазоні телефонного каналу (каналу тональної частоти). Проте характеристики існуючих каналів зв'язку, зокрема, побудованих з використанням мідних кабелів, не забезпечують доступ абонентів до віддалених серверів на необхідних швидкостях і відстанях. Такі лінії зв'язку мають велике кілометріческое загасання, схильні до впливу імпульсних і зосереджених по спектру перешкод, внаслідок чого знижується пропускна здатність каналу і достовірність передачі інформації.

Існує кілька варіантів виходу з ситуації, що склалася. Перший варіант - організація бездротового радіодоступу, який може бути оперативно розгорнуть і забезпечить високу якість зв'язку, однак він потребує більшої уваги в процесі експлуатації. Другий варіант - заміна мідних абонентських ліній на ВОЛЗ і використання коаксіальних і гібридних мереж. Цей варіант вимагає великих капіталовкладень і значних тимчасових витрат на розгортання мережі. Третій варіант - використання модемів для фізичних ліній, які дозволяють організувати високо * швидкісні канали на мідних лініях міської телефонної мережі. Такі модеми, на відміну від модемів для телефонних ліній, не обмежуються для передачі інформації тільки спектром каналу тональної частоти. Вони використовують всю можливу пропускну здатність телефонних ліній. Більшість таких модемів в своїй основі мають одну з технологій xDSL (Digital Subscriber Line - цифрова

абонентська лінія). Використання модемів для фізичних ліній має суттєві переваги порівняно з іншими варіантами, головним з яких є використання вже існуючої, добре розгалуженою кабельної інфраструктури. Тому витрати на організацію високошвидкісних каналів в третьому варіанті будуть складатися практично тільки з витрат на самооборудованіе. Оскільки більшу частину витрат на розгортання будь-якої мережі становить прокладання ліній, то розглянутий третій варіант може стати економічно більш вигідним у порівнянні з іншими, що є істотним фактором для прийняття рішення на користь одного з варіантів.

5.4.2 Модеми для телефонних каналів

Одна з головних завдань при підключенні до мережі передачі даних полягає в організації високошвидкісного каналу зв'язку від абонента до вузла мережі. Для вирішення цього завдання використовуються спеціальні пристрої - модеми, які забезпечують передачу цифрового потоку даних від кінцевого обладнання (персонального комп'ютера) до комутаційного центру по звичайної аналогової абонентської лінії.

Головна функція модемів - це модуляція (демодуляція) сигналів, які передаються (приймаються). Сучасні модеми, крім цього, виконують ще ряд функцій, у тому числі адаптивну корекцію сигналу, луна-компенсацію, завадостійке кодування (декодування), захист від помилок, стиснення даних, тестування каналу зв'язку, формування на передавальній стороні кадрів, блоків даних певної довжини, а на приймальній - відновлення інформаційної послідовності. На сьогоднішній день поширені факс-модеми, які містять в собі всі частини факсу, за винятком скануючого і відтворюючого пристроїв. На відміну від звичайного факсу, при використанні факс-модему прийняте зображення виводиться на монітор комп'ютера.

По області застосування модеми можна розділити на модеми, призначені для роботи на виділених телефонних і комутованих каналах, модеми для фізичних з'єднувальних ліній, а також для роботи в цифрових системах передачі, стільникових, пакетних і локальних радіомережах.

Переважна більшість що випускаються фірмами-виробниками модемів призначені для використання на комутованих телефонних каналах. Такі модеми повинні працювати з АТС, розрізняти їх сигнали і передавати свої сигнали набору номера. Слід зазначити, що такі модеми працюють тільки в частотному діапазоні каналу тональної частоти 0,3 ... 3,4 кГц.

Основна відмінність модемів для фізичних ліній від інших типів модемів в тому, що вони використовують всю можливу смугу пропускання фізичних ліній і не обмежуються значенням 3,1 кГц, характерним для телефонних каналів. Однак смуга пропускання фізичної лінії також є величиною обмеженою і залежить, в основному, від типу фізичного середовища (екранована і неекрані-рованная кручена пара, коаксіальний кабель тощо) і її довжини.

У модемах для цифрових систем передачі використовуються цифрові сигнали, які дозволяють формувати спектр без постійної складової і часто займають більш вузьку смугу частот, ніж вхідна цифрова послідовність.

Модеми для стільникових систем зв'язку відрізняються компактністю виконання і підтримкою спеціальних протоколів модуляції і виправлення помилок, які дозволяють ефективно передавати дані в умовах стільникових каналів з високим рівнем перешкод і постійно змінними параметрами.

Локальні радіомережі є перспективною мережевою технологією, яка доповнює звичайні локальні мережі (див. розд. 5.4.7).

За методом передачі модеми діляться на асинхронні і синхронні. Як правило, синхронізація реалізується одним з двох способів, залежно від того, як працюють тактові генератори передавача і приймача - незалежно один від одного (асинхронно) або узгоджено (синхронно). Якщо передані дані були складені з послідовності окремих символів, то кожен символ передається незалежно від інших, і одержувач синхронізується на початку кожного отримуваного символу. Для такого типу зв'язку зазвичай використовується асинхронна передача (як в телеграфії). Якщо передані дані утворюють безперервну послідовність символів або байтів, то тактові генератори відправника і одержувача повинні бути синхронізовані протягом тривалого проміжку часу. У цьому випадку використовується синхронний метод передачі.

При передачі даних можливості застосування асинхронного методу багато в чому обмежені його низькою ефективністю і необхідністю використання простих методів модуляції, таких як амплітудна і частотна. Більш складні методи модуляції, такі як відносна фазова (ОФМ), квадратурная амплітудна (КАМ) та ін, вимагають підтримки постійного синхронізму опорних тактових генераторів відправника і одержувача. Більшість сучасних модемів використовують синхронний метод передачі.

За інтелектуальним можливостям розрізняють модеми:

-Без системи управління;

-Підтримуючі набір АТ-команд;

-Підтримуючі команди, рекомендовані ITU-T (v.25 bis)

-З фірмовою системою команд;

-Підтримують протоколи мережного керування.

Модеми з підтримкою АТ-команд дозволяють користувачеві управляти характеристиками модему і параметрами зв'язку. Модеми, що підтримують протоколи мережевого управління, дозволяють управляти елементами мережі з віддаленого терміналу.

По конструкції розрізняють модеми:

-Зовнішні;

-Внутрішні (монтуються в комп'ютер);

-Портативні, мають зменшені габарити;

-Групові, які призначені для використання в стійках із загальним блоком живлення, пристроями управління і відображення, утворюючи так званий «модемний пул».

Модеми можна класифікувати за протоколами - правилам виконання покладених на них завдань. Всі протоколи, що регламентують ті чи інші аспекти функціонування модемів, можуть бути віднесені до двох великих груп: міжнародні та фірмові. Міжнародні протоколи розробляються міжнародною організацією стандартів, а фірмові - окремими компаніями.

За функціональним завданням модемні протоколи діляться на протоколи модуляції, виправлення помилок, стиснення інформації та протоколи взаємодії з ПК.

Р озглянемо детальніше модеми для телефонних каналів.

Як вже було зазначено, модеми для телефонних каналів перетворять цифрові сигнали, отримані від комп'ютера користувача, в аналогові сигнали, які потім передаються по телефонному каналу в смузі частот 0,3 ... 3,4 кГц. Якщо для такого перетворення використовувати амплітудну маніпуляцію, то максимальна швидкість передачі даних, яку підтримуватиме модем, складе приблизно 3 кбіт / с. При використанні частотної маніпуляції максимальна швидкість складає 1200 біт / с, а при застосуванні коректорів - 2 400 біт / с. Враховуючи сучасні темпи розвитку інформаційних технологій, цих швидкостей явно не достатньо. Одним з методів збільшення швидкості обміну даними є застосування багаторазових і комбінованих методів модуляції.

На практиці широке поширення набула квадратурная амплітудна модуляція (КАМ, або ОАМ), яка також належить до комбінованих методів. При КАМ інформація міститься у співвідношенні фаз сусідніх посилок і в амплітуді сигналу. Модем на приймальній стороні, проаналізувавши співвідношення фаз посилок і амплітуду лише однієї посилки, приймає рішення про утримання чотирьох бінарних символів. Тобто застосування КАМ дозволяє за допомогою лише однієї посилки передати чотири інформаційних бінарних символу.

У сучасних модемах в процесі модуляції (демодуляції) застосовується і завадостійке кодування (декодування). Такий вид модуляції отримав назву треллис-модуляція. За рахунок прімененіяуказанного методу модуляції при швидкості передачі в каналі зв'язку 2400 біт / с в деяких моді забезпечується сумарна швидкість 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 28800 біт / с.

Із збільшенням швидкості передачі і можливим збільшенням кількості помилок виникає зад підвищення достовірності передачі даних, для її вирішення використовуються спеціальні методи пов! шення достовірності:

-Багаторазове повторення інформації;

-Завадостійке кодування;

-Організація зворотного зв'язку, при якій одержувач «перезапитує» неправильно приня-1 ті кадри.

П ринципи завадостійкого кодування. перешкодостійкі код відрізняється від простого тец! що в канал передаються не всі кодові комбінації, які можуть бути сформовані при заданій розрядності коду, а лише деякі з них, що мають певну властивість і названі раз-] вирішеними. Інші кодові комбінації, які не були використані, називаються забороненими. | Так, наприклад, з трьох розрядів можна сформувати вісім кодових комбінацій, які розділені на дві групи: 1-а група - 000, 011, 110, 101; 2-а група - 001, 010, 100, 111. Комбінації першої групи 'назвемо дозволеними. Ці комбінації містять нулі або парне число одиниць. Передавати можна тільки дозволені комбінації. Якщо в результаті спотворень дозволена кодова комбінація перейде в заборонену, то помилка буде виявлена, так як число одиниць у цій комбінації непарне. При переході однієї дозволеної комбінації в іншу помилка не виявляється. У наведеному прикладі всі одиничні помилки виявляються, а дворазові - не виявляються. Слід звернути увагу, що 'замість восьми комбінацій можуть бути передані тільки чотири, які можна було б сформувати,' використовуючи лише два розряди (00; 01; 11; 10), а в розглянутому прикладі передачі підлягають трехразрядного комбінації (000; 011; 110 ; 101). Третій розряд в даному випадку є перевірочним, і саме він дозволяє виявляти поодинокі помилки.

При побудові кодів, що виправляють помилки, всі кодові комбінації, які можна сформувати, розбиваються на кілька груп. У кожній групі дозволяється тільки одна комбінація, яка може бути передана. Наприклад, вісім трехразрядного кодових комбінацій розіб'ємо на дві групи (рис. 5.8). У кожній групі є тільки одна дозволена комбінація (000 і 111). При прийомі будь-якій комбінації з групи користувачеві видається комбінація, дозволена в цій групі. Так, при прийомі комбінації 100 користувачеві буде видана комбінація 000. Внаслідок для наведеного прикладу поодинокі помилки будуть не тільки виявлені, але й виправлені. Проте в даному випадку можна передавати тільки дві комбінації (000 і 111). Дві ж комбінації можна передати одним розрядом (0 і 1). У результаті два розряди (00 і 11) виявляються надлишковими, однак їх наявність дозволяє виправляти поодинокі помилки.

Розглянемо спрощену структурну схему модему для телефонного каналу. До його складу входять: передавач, приймач, пристрій управління, компенсатор електричного луни, блок живлення (рис. 5.9).

Передані дані надходять від кінцевого обладнання даних на передавач, де виконуються операції скремблірованіе, кодування і синхронізації. Ехо-компенсатор забезпечує зменшення впливу відбитих сигналів, які відбиваються від місць неузгодження в мережі і повертаються на передавальну сторону, в результаті чого користувач чує свій голос як луна.

Пристрій управління (як правило, це мікропроцесор) забезпечує стик з кінцевим обладнанням даних (інтерфейс) і управляє роботою всіх складових частин модему.

Реалізація інтерфейсу між комп'ютером і модемом є функцією фізичного рівня семиуровневой моделі. Інтерфейси регламентуються відповідними рекомендаціями та стандартами. Серед інтерфейсів, які широко використовуються на практиці, можна назвати V.24, RS-232, RS-449, RS-422А, RS-423А, V-35. Найбільш поширеним є інтерфейс К8-232. У ньому використовуються несиметричні сигнали, тобто потенціали вимірюються щодо рівня «0 В» або «землі». Рівні сигналів управління - біполярні. Для сигналів управління логічної «1» (ои) має позитивний рівень напруги між +5 В і +15 В, а логічний «О» (OFF) - негативний рівень між -5 В і -15 В. У сучасних варіантах цього стандарту - RS -232D і RS-232E - діапазон напруги ON і OFF збільшений до 25 В.