13. Каналы передачи данных: основные понятия и определения, типы линий связи, аппаратура каналов передачи данных.

Основные понятия и определения. Типы линий связи

Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие аппаратуру передачи данных и линию связи. Линия связи – совокупность физической среды передачи данных и промежу­точной аппаратуры. Физическая среда передачи данных (medium) – средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. В современных телекоммуни­кационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов.

Канал (канал связи) – средства односторонней передачи данных. Пример канала – полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация (разделение линии связи).

В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в двух направлениях).

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: – проводные (воздушные); – кабельные (медные и волоконно-оптические); – радиоканалы наземной и спутниковой связи.

1) Проводные (воздушные) лиши связи – провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и ви­сящие в воздухе.

2) Кабельные линии. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электро­магнитной, механической, а также, возможно, климатической. В компьютерных и телекоммуника­ционных сетях применяются три основных типа кабеля:

2.1) Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы. Для неответственных соединений иногда ис­пользуются симметричные кабели из нескрученных пар. Кабели на основе витой пары состоят из вух одинаковых в конструктивном отношении проводников и поэтому называются симметричными кабелями. Симметричный кабель может быть как экранированным – пары (Shielded Twistedpair, STP), так и неэкранированным – (Unshielded Twisted Pair, UTP).

2.2) Коаксиальный кабель (coaxial) состоит из несимметричных пар проводников: внутренняя медная жила и соосная с ней внешняя жила, которая может быть полой медной трубой или оплеткой. Внешняя жила служит не только для передачи данных, но и явля­ется экраном.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины), и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показате­лем преломления, чем сердцевина.

В зависи­мости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сер­дечника различают: – многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 4.4, а); – многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 4.4, б); – одномодовое волокно (рис. 4.4, б).

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) исполь­зуется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. Недостатки: сложность техпроцесса изготовления, сложность направления пучка света, высокая цена. Достоинства: высокие характеристика качества передачи данных.

В мпогомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются внутренние сердечники большего размера: 62,5 мкм и 50 мкм. Угол отражения луча называется модой луча. Недостатки: искажения импульсов вследствие интерференции.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях приме­няются: светодиоды и полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды. Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды.

Достоинства волоконно-оптических кабелей: высокие характеристиками (электромагнитными, механическими). Недостатки – сложность соединения волокон при необходимости наращивания кабеля, стоимость кабеля и монтажных работ.

3) Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчи­ка и приемника радиоволн.

Радиокана­лы отличаются частотным диапазоном и дальностью канала:

3.1) Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, CB и ДВ), называе­мые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных.

3.2) Более скоростные каналы работают на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазо­нах сверхвысоких частот (СВЧ, или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы не отражаются ионосферой Земли. Поэтому та­кие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, при условии прямой видимости между приемником и передатчиком.

Аппаратура каналов передачи данных

Аппаратура передачи данных или АПД (Data Circuit Terminating Equipment, DCE) в компьютерных сетях служит для присоединения компьютеров или локаль­ных сетей пользователя к линии связи и является пограничнымоборудованием. Но часто аппаратуру передачи данных включают в состав линии связи. Обычно DСЕ работает на физическом уровне. Примеры: модемы, сетевые адаптеры и т.д.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи и подключаемая непосредственно к АПД, носит обобщенное название оконечное оборудование данных, или ООД (Data Terminal Equipment, DTE), Примером DTE могут служить компьютеры, коммута­торы или маршрутизаторы.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи: – улучшение качества сигнала; – создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своей работе. Промежуточная аппаратура образует сложную сеть. Эту сеть называют первичной сетью, так как сама по себе она не поддерживает никаких высокоуровневых служб (например, файловой или пе­редачи голоса), а только служит основой для построения ком­пьютерных, телефонных или иных сетей, которые иногда называют наложенны­ми, или вторичными, сетями.

В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых промежуточная аппаратура пред­назначена для усиления аналоговых сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений.

В цифровых каналах передачи данных передаваемые сигналы имеют конечное число состоя­ний, определяемых импульсами или потенциалами прямоугольной формы.

Аналоговый канал передачи данных предназначен для передачи сигналов произвольной формы и не предъявляет никаких тре­бований к способу представления единиц и нулей аппаратурой передачи данных. В цифровой – все пара­метры передаваемых линией импульсов стандартизованы. То есть цифровых линиях связи протокол физического уровня определен, а на аналого­вых линиях – нет.