Соединения и каналы.

Состояние, когда абоненты связаны друг с другом, называется установленным соединением. Физическое соединение при этом не обязательно, возможно так называемое виртуальное соединение, при котором программное обеспечение на узлах по всему маршруту от источника до получателя готово к передаче данных (известные все характеристики связи).

Одним из старейших методов передачи данных является использование выделенных каналов связи. Оператор связи выделяет фиксированный канал, который постоянно доступен для передачи данных с определенной скоростью. Изначально выделенные каналы использовались только для осуществления связи между двумя узлами сети (точка-точка). Однако в настоящее время применение интеллектуальных устройств (или программ), таких как маршрутизаторы, позволяет осуществлять динамическое управление полосой пропускания между несколькими пользователями, что необходимо при организации связи двух локальных сетей.

Полоса пропускания – максимальная скорость обмена данными. Говорят «полоса пропускания в 10 Мб», когда сеть позволяет передавать информацию со скоростью 10.000.000 бит в секунду.

Локальные сети обеспечивают передачу данных со скоростями от 10 Мб, глобальные – до 1 Мб.

Каналы связи подразделяются на аналоговые и цифровые.

Для передачи компьютерных данных по аналоговому каналу необходим модем (модулятор-демодулятор), который преобразует цифровой сигнал в аналоговый. На другой стороне канала так же необходим модем, который производит обратное преобразование.

Поясним способ преобразования цифровых данных в аналоговые. Цифровые данные - это последовательность 0 и 1. В аналоговом сигнале единичке соответствует некоторый заданный диапазон амплитуды сигнала.

Возможные методы оцифровки данных: амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция. При этом важно, что в сети идет некий базовый сигнал, называемый несущей, а его преобразование зависит от передаваемых цифровых данных. Важное понятие при модуляции – битовый интервал. Это время, в течение которого передается один бит информации.

При амплитудной модуляции несущая может иметь два различных уровня амплитуды. Один уровень амплитуды сигнала в течение битового интервала понимается как 1, второй – как 0. Аналогично при частотной модуляции возможны две частоты, при фазовой – две фазы.

Во всех способах модуляции возникает необходимость быстрой смены одной характеристики сигнала на другую. Для физических сигналов это – невыполнимое требование. Поэтому возникают переходные процессы, о которых здесь говорят как о «дрожании сигнала». Кроме того, точное удержание заданной характеристики тоже невозможно, поэтому часто существует некоторый диапазон «правильных значений».

полоса, соответствующая 1

Из-за достаточно больших помех в аналоговых каналах существует вероятность искажения или потери при передаче. По этой причине такая связь в настоящее время ограничена скоростью 33.6 Кбит/сек (причем только на аналоговых каналах с высоким качеством). Вспомним, что для передачи речи в основном используется диапазон частот от 300 до 3.1 Кгц. До последнего времени скорость передачи данных 33.6 Кбит/сек была максимальной, так как вплотную приближалась к барьеру в 35 Кбит/сек, установленному законом Шеннона для стандартных телефонных каналов шириной 3.1 Кгц. Сейчас четыре компании (Rockwell Semiconductor System, Lucent Technologies, U.S. Robotics, Motorola) объявили, что сумели преодолеть эти ограничения и достигли скорости передачи данных в 56 Кбит/сек, правда только в одном направлении (от АТС к абоненту).

Существенное улучшение качества передачи аналогового сигнала может быть достигнуто следующим путем: сначала аналоговый сигнал кодируется (переводится в цифровой), цифровой сигнал передается абоненту, а у последнего происходит раскодирование сигнала. Качество улучшается за счет того, что потери из-за шума при передаче оцифрованного сигнала значительно меньше, чем аналогового.

Для организации связи фирма-производитель модема, вообще говоря, значения не имеет. Важно только, чтобы оба модема поддерживали некоторый общий протокол обмена. К тому же, бессмысленно ставить на линии модемы с разной скоростью передачи, очевидно, что фактически передача будет идти с минимальной имеющейся скоростью.

Заметим еще тот факт, что фактическая скорость обмена нередко отличается от той, которую может обеспечить модем еще и потому, что из-за помех в линии производится множество повторных передач.

Цифровые каналы связи (Dataphone Digital Service DDS) не требуют преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Оконечное оборудование таких каналов ориентировано на работу только с цифровыми сигналами. Цифровые каналы строятся на принципах плезиосинхронной цифровой иерархии (PHD) и синхронной цифровой иерархии (SDH).

Для передачи оцифрованного сигнала может использоваться цифровой канал со скоростью 64 Кбит/сек, называемый DS0 (Digital Signal 0- цифровой сигнал, нулевой уровень). На основе этого базового канала формируются другие каналы, с более высокими скоростями передачи. Путем объединения (уплотнения) 24 каналов DS0 получается канал DS1 со скоростью передачи 1,544 Мбит/с. Это число получается следующим образом: в состав каждого кадра канала DS0 входит дополнительная служебная информация (так называемые биты обрамления) для отсчета времени синхронизации, так что суммарная скорость передачи данных может быть определена следующим образом: 24 * 64000 + 8000=1,5444. Канал DS3 получается при уплотнении 28 каналов DS1, его скорость составляет 44,736 Мбит/с.

Основным недостатком связи по выделенной линии является ограниченная коммутируемость. Например, если необходимо связать друг с другом пять удаленных офисов, на это потребуется 10=4+3+2+1 выделенных линий связи. При этом динамическое выделение полосы пропускания может достигаться только при использовании мультиплексирования, а изменение настроек системы мультиплексирования может занять от нескольких минут до нескольких часов. Но поскольку оборудование для выделенных линий достаточно широко распространено, выигрыш от их использования не стоит недооценивать.

В сети объединяются несколько компьютеров, оконечных цифровых устройств (цифровой телефон, цифровая видеокамера, сетевой модем и т.п.), промежуточных аналого-цифровых устройств.

Общение между сетевыми устройствами происходит по некоторым правилам – протоколам. В протоколе подробно описана последовательность, формат сигналов, алгоритм взаимодействия двух устройств.

На самом верхнем уровне общаются всегда некоторые программы, но затем в процессе передаче от одного сетевого устройства другому высокий прикладной смысл сообщения теряется, точнее, преобразуется в другой, понятный низкоуровневым устройствам.