<<
>>

УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Широкое распространение и распределение ПЭВМ на огром- ных территориях привело к необходимости обеспечения их инфор- мационного взаимодействия с использованием существующих се- тей и каналов связи.

Наиболее простым и доступным соединением компьютеров ста- ла телефонная сеть общего пользования (ТФОП), которая связыва- ла аналоговыми каналами тональной частоты значительную часть населения, предоставляя через АТС (автоматические телефонные станции) коммутируемый удаленный доступ (dial-up) с любым або- нентом (рис. 8.5).

Для использования каналов ТФОП потребовалось преобразова- ние цифровых данных ПЭВМ в аналоговые сигналы с помощью спе- циальных каналообразутощих устройств — модемов (М), получив- ших свое название от процессов модуляции и демодуляции, которые

Рис.

8.6. Модуляция цифрового сигнала:

7 — амплитудная; 2 — фазовая: 3 — частотная; 4 — модулирующий цифровой сигнал

они выполняют при передаче и приеме информации. В настоящее время модемы применяются не только для работы по коммутируемым и выделенным аналоговым телефонным каналам, но и по цифровым каналам связи, а также для создания радиосетей. Модуляция необхо- дима для преобразования данных, подлежащих передаче, в сигналы, которые эффективно пропускает используемый канал связи.

Модуляцией называется процесс изменения одного или несколь- ких параметров выходного сигнала по закону входного сигнала, ко- торый называется модулирующим.

Демодуляция осуществляет обратный процесс — выделяет для ПЭВМ из канального модулированного сигнала цифровую после- довательность.

Большинство модемов продолжает выпускаться для связи ПЭВМ с наиболее доступными пользователям аналоговыми коммутируе- мыми телефонными каналами, имеющими узкий частотный диапа- зон (300...3 400 Гц), рассчитанный на обслуживание речевых сооб- щений. В таких модемах используется аналоговая модуляция.

При аналоговой модуляции формируется высокочастотное гар- моническое колебание, называемое несущей частотой, у которой амплитуда, частота и начальная фаза могут меняться во времени пропорционально исходному низкочастотному сигналу.

В аналоговых модемах применяют амплитудную, частотную, фа- зовую модуляции и их комбинации (рис. 8.6).

Амплитудная модуляция — это изменение амплитуды колебаний (А) несущей частотой пропорционально уровню модулирующего сигнала.

Частотная модуляция — модуляция исходного сигнала, в кото- ром цифровые сигналы 0 и 1 при передаче заменяются колебания- ми разной частоты: и /2.

При фазовой модуляции модулируемым параметром является фаза сигнала при постоянной частоте и неизменной амплитуде. На- пример, фаза ф несущей частоты меняется на 180° при изменении дискретного сигнала от 0 к 1 и от 1 к 0.

В современных аналоговых модемах применяется квадратурная амплитудная модуляция, при которой одновременно изменяются амплитуда и фаза сигнала, что позволяет передавать более 8 бит данных в одной значащей позиции несущего сигнала. Такая дис- кретная модуляция (ее еще называют манипуляцией) осуществля- ется одновременно двумя несущими частотами, сдвинутыми отно- сительно друг друга на 90°.

Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции, определяющая физическую скорость передачи в кана- ле связи, которая измеряется числом бит в секунду.

К АТС аналоговые модемы подключаются по двухпроводной схеме через телефонную розетку абонента с помощью обычной абонентской коммутируемой линии.

Линия называется коммутируемой, так как АТС может ее пере- ключать (коммутировать) на любого абонента ТФОП в городе, стра- не и по всему миру.

АТС связаны между собой высокоскоростными цифровыми трактами, что позволяет в такой сети объединять достоинства высо- кой пропускной способности выделенных каналов с универсально- стью коммутируемых абонентских линий.

В свою очередь, ТФОП может соединяться с помощью группо- вых модемов, образующих несколько каналов связи, с сетью Ин- тернет.

Подключение и доступ абонентов к ресурсам Интернета обеспе- чивают различные компании — поставщики этих услуг (провайде- ры) — с помощью своих систем передачи данных.

Для более интенсивного обмена информацией пользователи мо- гут использовать выделенную (арендованную) линию. Выделенные линии жестко закреплены за абонентами, образуя между ними пря- мые каналы связи.

Некоторые модели обычных модемов имеют специальный ре- жим для работы по выделенным линиям. Кроме того, для таких ли-

ний выпускаются особые модемы с повышенной пропускной спо- собностью.

Физическое подключение модема к коммутируемой телефонной линии осуществляется соединителем ИЛ 11 и регламентируется стандартами (в России используется стык С1-ТФ). Телефонный ап- парат абонента подключается параллельно входу модема или через его коммутируемый выход.

По конструктивному исполнению модемы подразделяются на внутренние (отдельные модули или схемы, входящие в состав си- стемных плат) и внешние.

Внутренние модемы выполняются в виде отдельных плат или модулей, которые устанавливаются в слоты расширения РС1 си- стемной платы ПЭВМ или в ноутбуки, оснащенные интерфейсом РСМС1А.

Внешние модемы выполняются в виде автономных устройств, подключаются к ПЭВМ как периферийное оборудование (обычно по интерфейсу иБВ) и питаются от собственного сетевого блока пи- тания. Модемы, как правило, имеют больше функциональных воз- можностей, индикаторы (светодиоды или ЖК-дисплеи) режимов работы и состояния канала связи.

Многие модемы выполняют ряд дополнительных телекоммуни- кационных услуг: прием и передачу факсимильных сообщений (цифровых изображений копий отсканированных документов), ав- томатическое определение номера вызывающего абонента, функ- ции автоответчика и др.

Для обеспечения правильного информационного обмена между модемами различных производителей приняты международные стандарты, регламентирующие одинаковые протоколы канального и физического уровней модели ОБ!

К модемным стандартам относятся протоколы серии V, которые по функциональным признакам условно подразделяются на следу- ющие группы:

■ протоколы, определяющие нормы взаимодействия модема с ка- налом связи (У.2, У25);

■ протоколы, регламентирующие соединение и алгоритмы взаи- модействия модема и ПЭВМ (У24, У25, У25Ыз, У28);

■ протоколы модуляции, определяющие основные характеристи- ки модемов, предназначенных для коммутируемых и выделен- ных телефонных каналов (V.32, V.32Ыз, V.34, У34Ыз, V.90, У92);

■ протоколы защиты от ошибок (У41, У42, MNP1... MNP4);

■ протоколы сжатия передаваемых данных (МЫР5, МЫР7, V.42Ыз, У44);

■ протоколы, определяющие процедуры диагностики модемов, измерения параметров каналов связи (У.51 ... У.54, У56).

Модемы для телефонных каналов связи, реализуемые в соответ- ствии со стандартами, включают в себя следующую номенклатуру скоростей: 300, 600, 1 200, 2 400, 4 800, 9 600, 12 000, 14 400, 16 800, 19 200, 28 800, 33 600 и 56 000 бит/с.

Стандартизация протоколов позволяет взаимодействующим мо- демам автоматически устанавливать одинаковые режимы работы:

■ способы модуляции, сжатия данных;

■ оптимальную скорость передачи в зависимости от уровня помех (количества ошибок) в канале связи для обеспечения достовер- ной передачи.

Модемами управляют АТ-команды, которые доступны пользова- телю для установки импульсного или тонового набора номера, ско- рости и уровня выходного сигнала, типа используемой линии (коммутируемая или выделенная телефонная линия), режима рабо- ты звуковой сигнализации, тестирования модема и т. д.

Большинство современных аналоговых модемов применяют протоколы V.90 и V.92 с дуплексной асимметричной передачей дан- ных, при которой информация принимается из канала со скоро- стью до 56 кбит/с и передается со скоростью 33,6 кбит/с в соответ- ствии с первым протоколом или 48 кбит/с в соответствии со вторым протоколом.

Асимметричный обмен отражает процесс работы ПЭВМ, например с сетью Интернет, когда по коротким запросам пользователя к нему из сети поступает значительный объем инфор- мации (видео, звуковые файлы, массивы данных и программ).

В современных модемах есть встроенная функция сжатия исхо- дящих сообщений по стандарту У44 с коэффициентом 6:1, позво- ляющая повышать скорость передачи текстовых данных без их предварительного архивирования.

Абонентские линии подвержены помехам, поэтому на каналь- ном уровне используют специальные методы обнаружения ошибок и их исправления. В каждом модеме устанавливают специальный разрядник, нейтрализующий выбросы избыточного напряжения на линии.

Современный модем состоит из сигнального процессора, реали- зующего процессы модуляции и демодуляции сигналов; специали- зированного микропроцессора, управляющего работой модема, обменом с компьютером и осуществляющего обработку принимае- мых и передаваемых данных (кодирование, декодирование, сжатие- распаковка); оперативной, постоянной и репрограммируемой па- мяти; элементов звуковой и световой сигнализации.

Оперативная память модема используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, промежуточных результа- тов выполнения алгоритмов сжатия и т. д. Постоянная память слу- жит для хранения программы работы процессоров. В РПЗУ хранит- ся микропрограмма модема, которая включает в себя наборы ко- манд и служебных данных для управления модемом, набор поддер- живаемых протоколов.

Для увеличения объема информации, передаваемой по абонент- ским телефонным линиям ТФОП, в последнее время применяют семейство технологий цифровой высокоскоростной передачи дан- ных, имеющих общее обозначение xDSL (Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия).

Для работы с сетью Интернет широко используют одну из их разновидностей xDSL — ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия), расширяющую про- пускную способность существующих абонентских телефонных ли- ний без их модернизации и позволяющую осуществлять одновре- менный обмен речью и данными.

Технология ADSL основана на принципах разделения частот, бла- годаря чему аналоговый речевой сигнал надежно отделяется от цифровой передачи данных.

Цифровые модемы ADSL, подключенные к абонентской линии со стороны пользователя и размещенные на АТС, образуют три раз- дельных канала:

■ высокоскоростной канал передачи данных из сети в ПЭВМ со

скоростью от 32 кбит/с до 8 Мбит/с,

■ менее скоростной канал передачи данных из ПЭВМ в сеть со

скоростью от 32 кбит/с до 1,5 Мбит/с,

■ канал телефонной связи.

Асимметричный характер скорости передачи данных введен специально, исходя из обычной работы удаленного пользователя с сетью Интернет.

В России непрерывно развивают цифровую сеть ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть комплексных услуг), ис- пользующую цифровую технологию передачи сигналов, в которой аналоговые станции последовательно заменяются цифровыми АТС. Сеть ISDN применяет те же абонентские коммутируемые линии, но использует цифровое кодирование данных.

Основное преимущество ISDN перед аналоговой телефонной се- тью заключается в скорости передачи данных. Она позволяет пере- давать данные по обычной абонентской линии со скоростью 128 кбит/с, обеспечивая высокую надежность и быстрое время уста-

новления соединения, а абоненту — совмещать телефонные пере- говоры с обменом данными. Использование сети ISDN для обмена между ПЭВМ во всем аналогично рассмотренному коммутируемому доступу только при применении специального цифрового модема.

Для подключения ПЭВМ к линии ISDN необходимо устройство под названием «терминальный адаптер», которое представляет со- бой плату расширения или внешнее устройство, подключаемое к порту USB. Большинство терминальных адаптеров ISDN имеют разъемы для подключения телефонов, аппаратов факсимильной связи и используют режим сжатия данных.

Модемы для цифровых каналов связи оперируют не с аналого- выми модулированными, а с дискретными импульсными сигнала- ми. При цифровом кодировании данных применяют потенциаль- ные и импульсные коды. В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потен- циала сигнала. Импульсные коды представляют двоичные данные импульсами определенной полярности или фронтами — перепадом потенциала определенного направления.

Концентрация ПЭВМ на ограниченной территории позволяет организовать их информационное взаимодействие с использова- нием локальных сетей.

Для подключения ПЭВМ к локальным сетям применяются сете- вые карты, которые располагаются на системных платах или су- ществуют в виде плат, которые вставляются в слоты расширения PCI.

Сетевые карты обеспечивают формирование информацион- ных пакетов, буферизацию данных для согласования скоростей приема и передачи в моноканале, кодирование и декодирование данных, проверку правильности передачи пакета, установление соединения с требуемыми клиентскими рабочими станциями и серверами.

ПЭВМ обычно подключаются к локальной сети кабелями следу- ющих типов: коаксиальный, с витой парой проводов или оптоволо- конный.

В сети Ethernet сетевые карты ПЭВМ принимают все передавае- мые по сети информационные пакеты и анализируют их адресную часть. Если рабочая станция распознает собственный адрес, то проис- ходят прием пакета и его обработка протоколами верхних уровней.

В качестве адреса применяется уникальный идентификатор — так называемый МАС-адрес (Media Access Control — управление доступом к среде), который присваивается каждой сетевой карте изготовителем.

МАС-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шест- надцатеричном коде (например: 00:34:56:78:90:АВ или 00-34-56-90- АВ). Хранится МАС-адрес в РПЗУ и может меняться пользователем.

Сетевая карта ПЭВМ всегда находится в режиме дежурного при- ема, непрерывно определяя занятость моноканала. Если сеть не ис- пользуется, то любой компьютер может начать передачу данных. Если моноканал занят другой ПЭВМ, то передача задерживается до его освобождения. В сети между передачами выдерживается не- большая пауза для установки сетевых карт в исходное состояние перед следующим циклом обмена данными.

Используемые в локальных сетях кабельные линии в последнее время активно дополняются беспроводными каналами радиоча- стотной связи.

Локальные радиосети являются быстроразвивающейся пер- спективной сетевой технологией, дополняющей обычные провод- ные сети и иногда заменяющей их. Значительный рост потребно- сти в беспроводных локальных сетях характерен для государствен- ных силовых министерств и ведомств (например, МВД, МЧС), учреждений здравоохранения, атомной промышленности и других производств, связанных с критическими технологиями, и т. д.

К наиболее востребованным сетям относятся WLAN (Wireless LAN — беспроводная локальная сеть), Radio-Ethernet, использую- щие для связи диапазон радиочастотного излучения электромаг- нитных волн (рис. 8.7).

В качестве точки доступа (access point) в радиосети используют приемопередающие устройства — так называемые трансиверы (от англ, transmitter — передатчик и receiver — приемник).

Трансиверы — это беспроводные модемы, которые выполняют- ся в виде самостоятельного устройства (хост-трансиверы (host — главный, ведущий)) или устройства, встроенного в мобильные ПЭВМ (локальные трансиверы), и осуществляют прямое и обрат- ное преобразования электрических сигналов в электромагнитное излучение (рис. 8.8).

Автономная радиосеть, не требующая сопряжения со стацио- нарной сетью, может быть построена на основе только локальных трансиверов, непосредственно взаимодействующих друг с другом без промежуточной (центральной или базовой) станции. У них от- сутствует антенный усилитель мощности, а приемники обладают недостаточной чувствительностью.

Такие сети обычно имеют ограниченный радиус действия, так как передатчики радиомодулей обеспечивают небольшую выход- ную мощность в антенну (А).

Наиболее часто используют совмещенные сети, которые в каче- стве базовой станции применяют хост-трансивер — точку доступа к проводной сети Ethernet 10/100 Мбит/с. При базовом способе все ПЭВМ, оснащенные трансиверами, связываются между собой только через стационарную точку доступа.

Для работы радиосетей общего назначения используются два не лицензируемых в России частотных диапазона: 2,4000...2,4835 и 5,125...5,875 ГГц. Устройства радиопередачи данных действуют со- гласно международному стандарту IEEE 802.11, или Wi-Fi (Wireless Fidelity — радиопередача с безукоризненной точностью), а также его спецификациям: IEEE 802.11а, ШЕЕ 802.1 lb и ШЕЕ 802.11 д.

В стандарте применяется пакетный обмен данными с помощью широкополосных шумоподобных сигналов, за счет которых дости- гается их высокая помехозащищенность на приеме при малой мощ- ности передачи.

На исходных положениях данной спецификации были разрабо- таны более простые устройства связи в инфракрасном диапазоне и Bluetooth.

В основу стандарта 802.11 положена сотовая (ячеечная) архитек- тура построения радиосети. Каждая ячейка сети управляется своей

Рис. 8.7. Совмещенные кабельная и радиочастотная локальные сети:

1,3 — рабочие станции проводной сети; 2 — модем АйБЬ для связи с Интернетом через ТФОП; 4 — подвижные рабочие станции радиосети; 5 — радиоточка доступа к проводной сети; 6 — коммутатор проводной сети

Рис. 8.8. Блок-схема хост-трансивера

базовой станцией (точкой доступа), которая вместе с находящими- ся в пределах радиуса ее действия рабочими станциями пользовате- лей образует сотовую зону обслуживания до 128 абонентов.

В сети, состоящей из нескольких сотен станций, точки доступа взаимодействуют между собой, образуя расширенную зону обслу- живания. В такой зоне предусмотрен роуминг, обеспечивающий работу мобильных ПЭВМ при перемещении их из зоны действия одной базовой станции к другой. При попадании в область действия нескольких точек доступа клиентская станция автоматически для связи выбирает оптимальную зону по уровню сигнала.

Для защиты WLAN в стандарте ШЕЕ 802.11 предусмотрены ме- ханизмы и процедуры аутентификации рабочих станций и шифро- вание данных для предотвращения перехвата информации в радио- канале.

Благодаря высокой скорости передачи данных (до 11 Мбит/с), сопоставимой с пропускной способностью проводных сетей Ethernet, и простоты реализации наибольшую популярность завое- вал стандарт IEEE 802.1 lb, работающий в диапазоне 2,4 ГГц, — ча- стотный диапазон ISM (Industry, Science, Medicine — промышлен- ное, научное и медицинское применение).

Хост-трансиверы на этой частоте могут использовать передатчи- ки мощностью от 100 мВт (дальность — до 450 м на открытом воздухе и до 100 м в закрытом помещении) до 1 Вт (около 3 км в городе).

Для экономии энергопотребления стандартом 802.11 предусмо- трено переключение трансиверов в пассивный режим дежурного приема с минимальным потреблением мощности.

В настоящее время многие гостиницы, залы ожидания в аэро- портах, рестораны и кафе оборудованы точками доступа к беспро- водным сетям Wi-Fi для обеспечения удобства работы пользовате- лей с ноутбуками и КПК.

Такие коммерческие и бесплатные зоны радиодоступа к сети Интернет называются «хот спот» (hot spot — горячее пятно); их ко- личество непрерывно растет.

<< | >>
Источник: В.Д.СИДОРОВ, Н.В.СТРУМП. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ. 2014

Еще по теме УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ:

  1. 18.1. Особенности информационных правоотношений, возникающих при производстве, передаче и потреблении персональных данных
  2. § 29 Передача и переход прав по обязательствам. – Римская конструкция права передачи. – Облегчение передачи новейшим законодательством. – Передаточная надпись. – Ограничения передачи. – Действие передачи. – Ответственность передатчика и права приобретателя. – Вступление в право кредитора или суброгация. – Русский закон передачи. – Передача заемных писем. – Переход требований к кредиторам.
  3. Статья 265-1. Незаконное изготовление ядерного взрывного устройства или устройства, которое рассеивает радиоактивный материал или излучает радиацию
  4. Раздел V. Федеративное устройство
  5. Интервью с официальными лицами или представителями их пресс-служб чреваты двумя проблемами: опасностью невольного искажения информации при передаче, интерпретации фактов, а также передачей намеренно дозированных сведений.
  6. Григорьев Ю.А., Ревунков Г.И.. Банки данных, 2002
  7. § 6. Государственное устройство
  8. § 6. Устройство детей, оставшихся без попечения родителей
  9. § 2. Форма государственного (территориально-политического) устройства
  10. § 5. Политико-территориальное устройство. Организация власти на местах