Активное оборудование

Активное оборудование инфо-коммуникационных сетей включает устройства, которые используются для организации оконечных и узловых пунктов, а также интерфейсные устройства, обеспечивающие сопряжение аппаратуры с линиями связи.

Классы аппаратуры

В технической литературе приняты следующие обозначения классов аппаратуры: DTE, DCE и DTE/DCE. Охарактеризуем каждый из них более подробно.

Все устройства в сети, которые выступают в роли источников и приемников данных на физическом уровне модели OSI/ISO, определяются классом DTE (Data Terminal Equipment) – оконечная аппаратура данных (ОАД). В терминологии, используемой в электросвязи, такая аппаратура называется еще «оконечное оборудование данных» (ООД).

Наряду с функцией формирования данных, в реализации которой в основном принимает участие программное обеспечение, в ОАД выполняется также функция управления потоком данных для согласования работы источника и приемника, которая, как правило, выполняется аппаратно.

Отличительной особенностью оборудования класса DTE является тот факт, что оно не входит в состав оборудования линий связи.

Для обеспечения обмена данными между устройствами DTE через каналы внешних телекоммуникаций необходимо использовать физические интерфейсные устройства, выполняющие обработку данных с учетом требований передачи по каналу определенного стандарта. Эти устройства обеспечивают не только протокол физического уровня, но и физические средства присоединения к среде передачи и поэтому относятся к оборудованию линии связи.

Оборудование, обеспечивающее сопряжения DTE с каналами связи, определяется классом DCE (Data Communication Equipment) – аппаратура передачи данных (АПД). Устройства DCE работают на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигналов нужной формы и мощности в среде передачи и не могут рассматриваться в качестве источников и приемников данных.

Строго говоря, сетевое оборудование трудно распределить четко по классам DTE и DCE. Например, сетевой адаптер можно считать как принадлежностью компьютера (DTE), так и составной частью канала связи (DCE).

В каждом сегменте информационной сети в качестве DTE выступает любой источник данных, представленных в формате кадра канального уровня. Следовательно, это может быть и сетевой адаптер, и выходной порт коммутатора, и выходной порт маршрутизатора. Хотя кадр данных изначально вырабатывается сетевым адаптером компьютера, а через коммутатор или маршрутизатор он только транслируется, для сегмента сети, который подключен к выходному порту коммутатора или маршрутизатора, этот кадр является новым. Следовательно, выходной порт и коммутатора и маршрутизатора выступает источником кадров и может рассматриваться как выход устройства DTE.

В связи с вышеизложенным, такие коммуникационные устройства как мосты, коммутаторы и маршрутизаторы относят к смешанному классу - классу DTE/DCE. В них принято различать типы портов: DTE либо DCE. Для указанных портов существует следующее соглашение: для порта DTE сигнал TxD (данные передатчика) – выходной, а сигнал RxD (данные приемника) – выходной; для порта DCE – соответственно наоборот (см. рис. 3).

Оборудование оконечных пунктов

Для оборудования оконечных пунктов инфо-коммуникационной сети используется аппаратура класса DTE. Парк аппаратуры класса DTE включает следующие устройства.

Терминальные устройства телекоммуникационных служб. Оконечные устройства пользователей: цифровые и аналоговые телефонные аппараты, IP-телефоны, факс-аппараты, офисные мини-АТС.

Алфавитно-цифровые, графические и видео терминалы. Используются в клиент-серверных системах в качестве рабочих мест пользователей, а также в качестве консолей для управления сетевым оборудованием. Терминалы, как правило, имеют собственную систему команд (популярны системы команд VT-52, VT-100), различающиеся трактовкой управляющих символов и последовательностей. Различаются и таблицы кодировки символов.

Хост-компьютеры. Это могут быть как компьютеры, подключенные к сети в роли рабочих станций, так и серверные компьютеры, настроенные в режиме хоста. Прикладное использование рабочей станции определяется инсталлированными в ней приложениями и ее периферией (мультимедийный терминал, IP-телефон, видеотелефон, терминал видео-конференцсвязи и т.п.).

Напомним, что сервер, выступающий в режиме хоста, обычно подключен к одной или более сетям. Он получает и отсылает поток данных любой из этих сетей, но не имеет права пересылать (ретранслировать) данные из одной сети в другую. В противном случае он становится сетевым шлюзом, пересылающим данные между сетями, как правило, с различными используемыми технологиями.

Разделяемые принтеры. Обеспечивают печать заданий для пользователей сети. В общем случае для этого требуется принт-сервер, управляющий выбором заданий из очереди и собственно принтер, подключенный к принт-серверу (как правило, через порт LPT, возможно USB, иногда через COM-порт). В роли принт-сервера может выступать обычный компьютер, подключенный к сети. Подключение принтера кабелем к компьютеру территориально привязывает принтер к компьютеру (на расстояние не далее 5 м.). Это не всегда удобно.

Сетевые принтеры. Имеют встроенный сетевой интерфейс (сетевой адаптер) и встроенное программное обеспечение (принт-сервер). В сеть включаются самостоятельно и территориально могут располагаться в любом месте, где имеется телекоммуникационный разъем сети.

Аппаратные принт-серверы. Представляют собой микроконтроллеры, снабженные сетевым адаптером и имеющие несколько портов для подключения обычных принтеров. Возможность подключения сразу нескольких принтеров является отличительной особенностью аппаратного принт-сервера. Встроенное в аппаратный принт-сервер программное обеспечение выполняет выборку заданий из очереди на печать.

Плоттеры (графопостроители). Допускают использование в режиме разделения, если они поддерживают стандартный протокол управления потоком данных. В случае наличия параллельного интерфейса плоттер без проблем может быть подключен к любому принт-серверу (аналогично принтеру). Плоттеры с последовательными интерфейсами могут взаимодействовать с приложениями только локально через специальный драйвер.

Аппаратура сопряжения оконечных устройств сети

с физической средой передачи

Аппаратура сопряжения оконечных устройств сети с физической средой передачи определяется классом DCE. В состав ее парка входят следующие устройства.

Сетевой адаптер или сетевая интерфейсная карта (NIC). Встраиваемое интерфейсное устройство. Является источником и приемником данных в конечных узлах со стороны сети. Совместно со своим драйвером (системной программой) осуществляет передачу и прием кадров локальных сегментах (реализует функции физического уровня модели OSI/ISO и подуровня МАС - доступа к среде). Его тип должен соответствовать назначению компьютера и его сетевой активности (клиент, сервер), а также выбранной сетевой технологии.

Модемы. Устройства для передачи данных на дальние расстояния по выделенным или коммутируемым аналоговым каналам. На аналоговых каналах для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. Отсутствие физического протокола проводит к тому, что пропускная способность канала определяется пропускной способностью модема, который использует пользователь. Модем также устанавливает нужный ему протокол физического уровня для канала.

Современные модемы имеют ряд возможностей, расширяющих сферу их применения. Так голосовой модем способен преобразовывать звуковой сигнал в цифровой вид, в котором он передается по линии связи. Аудио сигнал сжимается, например, с использованием адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции. На приемной стороне выполняются обратные преобразования. С помощью голосового модема могут быть реализованы звуковая почта, автоответчик и другие речевые функции. Звуковое сообщение может передаваться по электронной почте или в диалоговом режиме и воспроизводиться голосовым модемом через внутренний динамик или через мультимедийные средства компьютера (звуковую карту). Средства обработки звуковых сигналов позволяют модему автоматически определять номер вызывающего абонента (АОН), распознавать сигналы тонального набора номера.

Модемы во время сеанса связи могу работать в симметричном, дуплексном или полудуплексном режимах. Для повышения эффективной скорости используются различные методы сжатия информации, реализуемые как в виде аппаратного обеспечения, так и в виде программного обеспечения.

xDSL-модемы. Позволяют превратить абонентскую линию обычной телефонной сети из аналоговой в цифровую (Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия). Физическая абонентская линия (пара проводов) позволяет пропускать сигнал в полосе до 1 МГц и, следовательно, на ней могут быть достигнуты скорости передачи гораздо выше, чем предел установленный для обычных модемов (56 Кбит/с). Достижимая скорость передачи зависит от длины абонентской линии и ее качества (сечения провода, материала изоляции, шага скрутки, однородности и т.д.).

Полоса пропускания сигнала, как правило, разделяется между встречными потоками данных на основе частотного принципа разделения каналов (FDM). При этом, пропускная способность линии может быть распределена между прямым и обратным сигналами как симметрично так и асимметрично. В случае подключения пользователя к Интернет асимметричное распределение выгоднее, поскольку поток к абоненту гораздо больше обратного. В связи с этим асимметричная технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) получила наибольшее распространение. Скорость передачи к абоненту может достигать 6.1 Мбит/с на линиях до 3.7 км при диаметре провода 0.5 мм, от абонента – 16 - 640 Кбит/с.

Технологии хDSL позволяют одновременно и независимо использовать одну и туже телефонную линию и для передачи данных, и для телефонных переговоров, чего не позволяют обычные модемы для коммутируемых линий. Идея заключается в том, что на обоих концах абонентской линии (на АТС и у абонента) устанавливаются разделительные фильтры (splitter). Низкочастотная (до 3.5 Кгц) составляющая сигнала заводится на порт АТС и телефонний аппарат у абонента, а высокочастотная (свыше 4 Кгц) используется для передачи данных с помощью хDSL-модемов. Кабельные модемы. Предназначены для работы через сети кабельного телевидения, для которых используется широкополосный коаксиальный кабель с импедансом 75 Ом. Передача данных ведется параллельно с видео вещанием. Как и АDSL, кабельные модемы асимметричны. Скорость к пользователю может достигать десятков мегабит в секунду, от пользователя – значительно ниже. Кабельные модемы могут быть симплексными – модем пользователя принимает только нисходящий поток данных от модема оператора кабельного TV. При этом восходящий поток данных от пользователя должен передаваться по иному каналу (например, коммутируемому телефонному).

DSU/CSU устройства. Используются для работы по цифровым линиям сетей с технологией TDM (временного уплотнения), поддерживающих передачу цифрового потока на разных скоростях. В качестве DCE здесь выступают два компонента: DSU (Data Service Unit) – устройство обработки данных и CSU (Channel Service Unit) – устройство обслуживания канала (см. рис. 3).

Рисунок 3. Подключение устройств DTE

к цифровой линии

Рисунок 4. Подключение DTE к линии ISDN; ТА – терминальный адаптер

Терминальный адаптер ISDN. Предназначен для подключения аппаратуры класса DTE к каналам цифровых сетей с интеграцией служб (ISDN) (см. рис.4). Для компьютеров выполняется в виде сетевой интерфейсной карты. Позволяет использовать информационные каналы, как для передачи данных, так и для телефонной связи. Модуляция-демодуляция в этом устройстве не выполняется, поскольку его интерфейсы с обеих сторон цифровые. Специальное программное обеспечение позволяет расширить спектр служб (передача факсов, звука) и обеспечить поддержку сетевых протоколов.

Модемный пул. Сборка из нескольких модемов, которые со стороны, обращенной к DTE, объединены общим портом с интерфейсом локальной сети (ЛВС). Каждый модем пула подключается к своему телекоммуникационному каналу. Устройство позволяет нескольким внешним пользователям одновременно осуществлять доступ к ЛВС в режиме дозвона (dial-in), либо абонентам ЛВС пользоваться индивидуальными выходами во внешнюю сеть (dial-out) (см. рис. 5).

Рисунок 5. Использование модемного пула

LAN-модемы. Комбинация в одном устройстве модема и маршрутизатора. Позволяет пользоваться одним выходом во внешнюю сеть группе абонентов локальной сети.

Преобразователи интерфейсов. Устройства, реализующие переход от одной среды передачи к другой (например, медного кабеля к оптоволокну) без логического преобразования сигналов.

Оптические модемы.Модемы для работы по волоконно-оптическим линиям связи.

Оборудование узловых пунктов

Оборудование узловых пунктов носит название «коммуникационное оборудование». Тип коммуникационного оборудования определяется функцией, которую необходимо реализовать в узловом пункте (концентрация, мультиплексирование, коммутация, маршрутизация), сетевой технологией, уровнем иерархической принадлежности узлового пункта, а также масштабом сегмента.