5. Линии связи. Линии для передачи данных. Способы передачи данных. Стандарты на модемы. Характеристики условий пользования линиями связи.

Линии для передачи данных.

Чаще всего используемой средой для передачи данных как в национальном, так и международном масштабе является система телефонной связи. Телефонные каналы для передачи (кроме местных сетей) сгруппированы в несущие системы с ис­пользованием коаксиального кабеля, микроволновых, оптоволоконных или спутниковых каналов. Медные провода имеются только на концах систем и именно эти сравнительно короткие "хвосты", или "местные шлейфы" подвержены воздействию электрических помех и являются основным источником шумов и ошибок при передаче данных по телефонным каналам. Телефонные сети предназначены для передачи речевого сигнала, а не данных. Владельцы предоставляют в аренду линии специальным образом "откорректированные", или "кондиционированные", что в некоторой степени повышает качество передачи данных, однако для повышения качества каналов, организуемых коммутацией сетей общего пользования, можно сделать немного — в этом случае аппаратура связи должна иметь возможность справиться с появлением непостоянных величин или коррекции ошибок передачи.

Линии могут быть в виде "4-проводных" или "2-проводных" цепей. Первые обеспечивают два независимых канала, по одному в каждом направлении, тогда как последние — один канал, используемый в любом направлении.

Имеется несколько разных категорий линий, в том числе:

• Подтональные (т.н. телеграфные) цепи, которые могут использоваться при скоростях передачи до 200 бит/с.

• Тональные цепи для скоростей до 16 Кбит/с.

• Широкополосные (групповые) цепи, работающие при скоростях до 56 Кбит/с (со специальными модемами - 168 Кбит/с).

• Цепи постоянного тока дня использования в зоне одного обмена. Скорость работы меняется в зависимости от типа используемого оборудования.

• Новые цифровые сети, в которых скорость передачи данных 64 Кбит/с до 2048 Мбит/с и выше.

Линии по роду работы могут быть одного из 2х типов:

• Коммутируемые (т.е. автоматические телефонные сети общего пользования), обеспечивающие возможности доступа и соединения в международном масштабе.

• Выделенные, специально спроектированные цепи, как правило, только между двумя пунктами. В этих линиях не требуется сигнализация, необходимая для тональной коммутации. Линия настраивается (кондиционируется) для обеспечения постоянного уровня обслуживания.

Способы передачи данных.

Существуют два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.

На частных, специальных и учрежденческих проводных линиях для передачи на короткие расстояния (до нескольких километров) напряжение может быть приложено непосредственно к линии, например, "плюс" для "1" и "минус" для "0". Либо можно сделать токовую посылку для "1" и отключать ток для "0". Называются соответственно двухполюсным телеграфированием и однополюсным телеграфированием, или токовым шлейфом, просты и требуют наличия недорогой аппаратуры для сопряжения терминалов и линий. Они хорошо приспособлены для систем с применением дешевого стартстопного оконечного оборудования и могут использоваться для работы с довольно высокими скоростями (до 9600 бит/с), если расстояния сравнительно невелики.

Скорости модемов лежат в диапазоне от 3000 бит/с до 56 Кбит/с, а их стоимость - от десятков до сотен долларов.

При наличии специальных или частных проводных линий многие из этих ограничений отпадают и для передачи со скоростями до 9600 бит/с или более на расстояние до нескольких километров может быть использован упрощенный модем значительно меньшей стоимости.

Модемы, работающие со скоростями 2400 бит/с и выше, почти всегда являются изохронными, тогда как модемы, работающие с более низкими скоростями, обычно таковыми не являются.

Модемы ограниченной дальности, предназначенные для работы со скоростям 2400 бит/с и более, даже если они не требуют таймерной ("часовой") информации для собственной работы, тем не менее обычно построены так, что допускают передачу таймерной (часовой) информации для использования её терминалами.

Стандарты на модемы.

Международные стандарты на работу модемов существуют в виде рекомендаций МККТТ¹ серии V для скоростей до 56000 бит/с

Условия пользования линиями связи.

Правила пользования линиями связи неодинаковы в разных странах, и проектировщики международной сети должны знать и соблюдать ограничения, действующие в каждой зоне.

Цели ограничений включают в себя: предотвращение помех на линии связи со стороны пользователей; предотвращение повреждения аппаратуры и травмирования эксплуатационного штата; в случае, когда владелец сам является поставщиком модемов или другого оборудовании, — устранение конкуренции со стороны других поставщиков.

Ограничения колеблются от полного запрета использования поставляемых в частном порядке модемов и другого оборудования на всех участках сети владельца до требования о согласовании всей подключаемой аппаратуры с поставщиком.

6. Конфигурация сетей. Минимизация затрат на связь. Сеть прямой связи. Вызывная сеть. Системы управления сетями. Объединение цифровых сигналов данных. Техника объединения цифровых сигналов. Частотное разделение. Временное объединение. «Статистический» мультиплексор. Сложные сети. Терминалы смешанного типа – эмуляторы и преобразователи. Коммутация пакетов данных. Коммутация сообщений. Местные (локальные) сети. Объединение речевых каналов и каналов передачи данных в протяженных сетях.

Минимизация затрат на связь.

Разработчик системы должен найти наилучшее соотношение между стои­мостью линии, скоростями передачи и условиями реализации, выбрав одну из рассматриваемых ниже конфигураций сети.

Сеть прямой связи.

В сети прямой связи каждый терминал подключается к ЭВМ посредством собственной прямой линии связи. Скорость ответа максимальна, так как вся скорость и пропускная способность линии приходятся на один терминал. Обычно для большинства терминалов работа в режиме прямой связи обычно очень неэффективна, так как основную часть времени пользователь не ведёт ни передачу ни прием данных. Коэффициент использования канала связи редко превышает несколько процентов.

Вызывная сеть.

П одключение нескольких терминалов к одной линии.

несколько терминалов могут обслуживаться только одной линией и только одним машинным интерфейсом.

Терминал необходимо выбирать. Достоинством вызывного метода является то, что при приёме или передаче каждый терминал использует все быстродействие линии в полном объёме, однако вносится ограничение, заключающееся в возможности запаздывания ответа с ЭВМ, когда у нескольких терминалов одновременно возникает необходимость в приеме или передаче. Вероятность каждой данной задержки можно определить математически. К недостаткам вызывного метода относятся: необходимость наличия более сложных и дорогостоящих терминалов, специальные требования к программному обеспечению и зависимость нескольких терминалов от надежности одной линии связи.

Системы управления сетями.

Т акие системы могут представлять собой узел коммутации на центральном посту для подключения резервных модемов или портов ЭВМ. Всесторонние системы управления сетью позволяют диспетчеру сети контролировать состояние каждой линии связи, каждого модема и терминала в сети и определять точное местоположение отказов. Системы обычно содержат центральный блок управления, непрерывно контролирующий сеть по низкоскоростному (обычно 110 бит/с) вторичному каналу, выделенному из основного канала передачи данных и независимому от него. Модемы должны иметь функции выделения вторичного канала и ответа на команды управляющего устройства.

Объединение цифровых сигналов данных. (Прозрачное мультиплексирование)

Сеть, позволяющая нескольким простым, недорогим терминалам разделить каждую линию связи, не внося почти никаких задержек и не требуя специального программного обеспечения, может быть организована при помощи мультиплексоров. Простые методы объединения цифровых сигналов данных обычно предусматривают "прозрачное соединение между терминалами, удаленными от ЭВМ, машинными картами, к которым индивидуально подключаются эти терминалы. "Прозрачный" означает, что мультиплексорная система никак не взаимодействует с потоком данных и сигналами интерфейса, которые в противном случае проходили бы по кабелю, соединяющему порт ЭВМ с под­ключенным к нему низкоскоростным модемом. Таким образом, при установке мультиплексорной системы нет необходимости во внесении изменений ни в аппаратуру оконечного пункта, ни в программное обеспечение ЭВМ. Использование мультиплексоров может обеспечить существенную экономию при аренде телефонных каналов и при производстве вызовов на большие расстояния.

Техника объединения цифровых сигналов

Мультиплексоры обычно требуются на обоих концах разделяемой телефонной линии, так что сигналы с пяти каналов, объединенные на одном конце, могут быть разделены на пять каналов на другом конце, обеспечивая, таким образом, прозрачное соединение между каждым из пяти машинных портов и каждым из пяти низкоскоростных терминалов. Появляется новое поколение мультиплексоро-подобных устройств, обладавших всеми свойствами простых мультиплексоров, но способных при этом коммутировать линии передачи данных таким же образом, как автоматически коммутируются телефонные линии, и работать в сетях, в которые совместно включены синхронные и асинхронные терминалы.

Частотное разделение.

Объединение сигналов данных методом частотного разделения является первым известным видом объединения. Полоса пропускания тональной телефонной линии значительно шире необходимой для низкоскоростного канала. Используя различные центральные частоты, несколько каналов могут разделить одну лилию. Обычно по одной тональной телефонной цепи можно организовать до 24 низкоскоростных каналов. Однако в связи с его относительной неэффективностью и негибкостью метод частотного разделения сейчас используется для объединения сигналов данных общего назначения.

Временное объединение (битовое и знаковое).

Является цифровым методом. При этом биты или знаки, поступающие с разных каналов как бы "прослаиваются", объединяясь в сигнал, в который входят по одному биту из каждого канала, и этот объединенный поток данных передается по высокоскоростному каналу (как в лабе типа). На другом конце мультиплексор разделяет поток данных, представляя по одному биту или знаку в каждый низкоскоростной канал в порядке их формирования. Таким образом каждому каналу выделяется (фиксированный промежуток времени, или квант времени, для доступа к высокоскоростной линии. Объединение знаков используется шире, чем объединение битов главным образом благодаря эффективности этого метода при объединении асинхронных каналов. Так как знаковый мультиплексор перед передачей по высокоскоростной линии записывает полный знак, можно удалить стартовый и стоповый биты из знака перед его передачей и восстановить их при разделении сигналов на приемном конце. Таким образом из каждых десяти принятых битов (данные плюс один стартовый и один стоповый ) необходимо передавать только восемь. Это позволяет более эффективно использовать высокоскоростную линию и пропускная способность ее канала при данной скорости выше при знаковом объединении, чем при битовом. Однако возникающая при этом необходимость записи знаков приводит к более длительным задержкам по сравнению с битовым объединением. При объединении сигналов с синхронных терминалов битовое соединение обычно становится предпочтительным. При отсутствии стартовых и стоповых битов при синхронной передаче смысла в объединении таком нет. Обычно могут в любых сочетаниях объединяться приборы со скоростями от 50 до 56000 бит/с и с кодами ASCII, ИБМ и Бодо.

"Статистический" мультиплексор.

При использовании мультиплексоров с временным объединением каждому каналу выделяется фиксированный квант времени для доступа к высокоскоростной линии. Этот квант выделяется каналу вне зависти от того, действует он или нет. Если канал бездействует, то вводятся холостые знаки. Отсутствие исправления ошибок существенно ограничивает возможности применения обычных мультиплексоров с временным объединением, так как практически на всех линиях, кроме самых лучших, интенсивность ошибок обычно превышает показатели, допустимые по условиям пользователя. Это особенно справедливо, если высокоскоростная линия работает со скоростью 9600 бит/с или выше для уплотнения в линии максимального числа каналов. Для преодоления этих проблем разработано и широко используется устройство, известное под названием статистического мультиплексора с временным объединением. Принцип действия статистического мультиплексора основан на том, что в любой данный момент передача данных ведется только по некоторым каналам. Обычный "кадр" мультиплексора с временным объединением "ломается", и холостые знаки не вводятся. Вместо них вводится адресация для указания канала, которому принадлежат знаки данных. При применении статистических мультиплексоров с временным объединением высокоскоростная линия может пропустить количество данных, превышающее простую сумму пропускных способностей отдельных каналов. Обычно может быть достигнуто увеличение от 2 до 4 раз.

Б олее сложные сети.

В такой сети все абонентские пункты, как локальные относительно каждого центрального узла, так и подключение к узлам А, В или С, могут быть по желанию скоммутированы для соединения с портами ЭВМ X или ЭВМ У. Все эти устройства могут бить предусмотрены в аппаратуре, работающей по методу статистического временного объединения. Подобно тому, как телефонный абонент может, набрав номер, соединиться с любым другим абонентом в любой точке земного пара, так и пользователь терминалом на такой сети передачи данных может соединиться с любым другим терминалом или ЭВМ на сети, сделав "вызов", т.е. задав адресный код. Этот метод, следуя телефонной терминологии, называется "коммутацией цепи".

Терминалы смешанного типа - эмуляторы и преобразователи протокола.

Синхронные терминалы, как уже указывалось, могут соединяться друг с другом посредством вызывной сети либо с использованием битового временного объединения сигналов. Методы являются неудовлетворительными при установке в одной сети синхронных и асинхронных терминалов. Кроме того, они, как правило, не позволяют терминалу иметь доступ более, чем к одному типу ЭВМ, осложняя сочетание ЭВМ разных типов в одной сети. Для большой организации с большим числом терминальных пользователей и многочисленными ЭВМ разных т ипов такие ограничения неприемлемы.

Данные с синхронного терминала могут быть переданы по сети и скоммутированы так же, как и данные с асинхронных терминалов при помощи метода, называемого иногда "моделированием". Это означает, что сеть вынуждена рассматривать терминал как собственный тип ЭВМ, а ЭВМ — как собственный тип терминала. Моделирование осуществляется в программных "эмуляторах", действующих в микропроцессорах в интерфейсах каналов. Каждый эмулятор взаимодействует с подключённым к нему терминалом или ЭВМ с использованием диалогов, или "протоколов", соответствующих этому устройству. (1 — стационарная ведущая ЭВМ; 2-стационарный эмулятор; 3 — ведущая мини-ЭВМ; 4 — стационарное устройство обеспечения терминалов). Способ можно также использовать, чтобы позволить терминалу одного типа получить доступ к ЭВМ другого типа — процесс, известный под названием "преобразование протокола" (пользователь, имеющий один терминал, может получить доступ к разнообразным ЭВМ с услугами, оказываемыми этими ЭВМ, например, коммутацией сообщений, коммутацией пакетов и электронной почтой).

Коммутация пакетов данных.(скорее всего тока 2 метода и нужны...)

Коммутация пакетов данных может быть определена как "маршрутизация данных в дискретных количествах, называемых пакетами, каждый определенного формата и максимального размера". Она отличается от более знакомых типов коммутации тем, что линии передачи данных не коммутируются, а выделяются пользователю на продолжительность "вызова". Пакет состоит из головной секции, содержащей управляющую информацию, такую, как сетевой адрес терминала назначения, секции данных, содержащей подлежащую передаче информацию и хвостовой секции, содержащей контрольную информацию. Поэтому при использовании этого метода поток данных расщепляется на ряд пакетов. Пакеты могут транспортироваться по сети двумя способами. По способу "датаграммы" каждый пакет представляет собой отдельный элемент с индивидуальной адресацией. Однако более широкое распространение нашел метод "виртуальной цепи". При этом пользователь проходит через процедуру установления "вызова", определяющему маршрут через сеть от источника до места назначения. На продолжительность "вызова" все пакеты (которые теперь уже не имеют индивидуальной адресации) направляются по виртуальной цепи.

Хотя в настоящее время аппаратура коммутации пакетов для использования в небольших сетях экономически невыгодна, промышленностью выпускается такая аппаратура для больших частных сетей.

Коммутация сообщений (в жопу пункты)

В отличие от коммутации цепей, в системе коммутации сообщений никакие вызовы не устанавливаются. Сообщение с соответствующим адресом назначения вводится в систему. Сообщение хранится и затем передается, как только пункт назначения освобождается для приёма. Эта передача осуществляется либо по выделенным линиям либо по коммутируемым сетям общего пользования и использованием полностью автоматических коммутаторов. Однако коммутация сообщений используется также для передачи потока данных по другим сетям общего пользования, включая телефонную систему и сети коммутации пакетов.

Местные (локальные) сети

Местная (локальная) сеть" — это неточный термин, но обычно он охватывает сети деловой информации (речевой, текстовой, данных, графической), работающие в пределах здания или в небольших зонах на расстояние до нескольких километров. Подобно сетям широких зон, или протяженным сетям, описанным ранее, местные сети соединяют между собой терминалы, ЭВМ и другие устройства экономичным образом и позволяют пользователю по своему выбору подключать свой терминал к различным устройствам. Могут соединяться беспроводной связью. Рабочие скорости в местных сетях во многих случаях значительно выше, чем возможные на протяженных сетях. Организуются топологиями шина – звезда – кольцо…. Местные (локальные) сети могут содержать каналы передачи речевых сигналов в цифровой форме, хотя имеются технические трудности при совместной обработке речи и данных в одной системе.

Объединение речевых каналов и каналов передачи данных в протяженных сетях

Допустимое качество речевых сигналов обычно может быть получено при использовании не всего диапазона — от 300 Гц до 3,4 кГц, обеспечиваемого на большинстве тональных телефонных линий. Таким образом, при соответствующей фильтрации низкоскоростные данные или поток сообщений могут быть объединены с речевыми сигналами. Учитывая высокую стоимость протяженных выделенных телефонных линий, объединение одной или более низкоскоростных линий передачи данных или телетайпов с речевыми может оказаться очень эффективным. Имеющаяся аппаратура может обычно объединять до пяти телетайпных терминалов, работающих со скростями 50-75 бит/с на одной линии без значительного ухудшения качества речевой связи.

Этот метод, иногда называемый "S плюс DX" или "речь плюс" использует объединение сигналов с частотным разделением. Допустимое качество речи при скорости цифровой передачи 16 Кбит/с позволяет объединять два или три речевых канала плюс данные со скоростью 16-32 Кбит/с в одной линии, обеспечивающей скрость передачи 64 Кбит/с.