Режимы передачи данных

Многоканальные линии связи. Методы разделения. Достоинства и недостатки.

Понятие канала связи их классификация. Типы выделенных и коммутируемых каналов.

Классификация беспроводных линий связи. Их использование в корпоративных и локальных сетях.

Классификация беспроводных линий связи

1) Декаметровые (короткие) волны (КВ), высокие частоты (ВЧ) - частота 0,003-0,03 ГГц., длина волны 1000-10м., применяется в радиовещании и дальней связи.

2) Метровые (ультракороткие) волны (УКВ), очень высокие частоты (ОВЧ) - частота 0,03-0,3 ГГц., длина волны 10-1м., применяется в радиовещании, телевидении, ближней связи (в том числе пейджинговой)

3) Дециметровые волны, ультравысокие частоты (УВЧ) - частота 3-30 ГГц., длина волны 0,1-0,01м., применяется в радиорелейных линиях, спутниковой связи, ЛВС

4) Миллиметровые волны, крайне высокие частоты (КВЧ) - частота 30-300 ГГц., длина волны 0,01-0,001м., применяется в спутниковой связи, радиолокации.

5) Инфракрасный диапазон - частота 3,1- 4×10⁵ ГГц., длина волны 9,5-7,5×10^-7м., применяется в ЛВС.

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов. Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.

Радиолинии, в частности спутниковая связь, в основном используются глобальных компьютерных сетях (WAN – wide area network).

В корпоративных и локальных сетях радиосвязь используется, если затруднена прокладка других каналов связи.

Радиолиния может являться при этом

l мостом между подсетями (двухточечное соединение, point-to-point).

В корпоративных сетях (охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях) часто реализуется связь двух сегментов ЛВС, расположенных в отдельных зданиях. Эта связь организуется с помощью двухточечного соединения с направленными антеннами, расположенными на крышах зданий, с дальностью в пределах прямой видимости (обычно до 15-20 км). Компьютер, обеспечивающий такаю связь (мост) имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радиолинии, другой – для кабельной подсети.

l общей средой передачи данных в беспроводных ЛВС (WLAN-wireless LAN, Wi-Fi- wireless fidelity).

Для организации беспроводных ЛВС используются радиоволны частотой 902-928 МГц, 2,40-2,483 ГГц и 5,15-5,825 ГГц. Стандарты:

-RadioEthernet IEEE 802.11 (скорость передачи до 1Мбит/с, диапазон частот 902-928 МГц) - почти не используется,

-Wi-Fi IEEE 802.11b (до 11Мбит/с, диапазон 2,40-2,483 ГГц)

-Wi-Fi IEEE 802.11a (до 54 Мбит/c, диапазон 5,15-5,825 ГГц)

-Wi-Fi IEEE 802.11g (до 54 Мбит/с, диапазон как у 802.11b)

- Wi-Fi IEEE 802.11n (до 450 Мбит/с, диапазон как у 802.11b)

Расстояния между узлами до 50 метров внутри помещений (indoor) и до 300 м вне помещений (outdoor).

l соединением между центральным и терминальными узлами (в сети с централизованным управлением).

Для связи центрального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную или секторную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи составляет также десятки метров, а вне помещений – сотни метров.

В условиях высоких уровней электромагнитных помех используют сети с инфракрасным излучением (IrDA), сигналы в которых передаются на расстояние до 30 м со скоростью 10 Мбит/с.

Существуют два метода инфракрасной передачи – рассеивающая и прямая. В последнее время инфракрасные линии связи стали применять не только в цехах с высоким уровнем электромагнитных помех, но и в обычных офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения.

Главным недостатком инфракрасных линий является подверженность световым помехам со стороны сильных источников света (например, окон).

Лазерные системы связи применяются в основном для охраны особо важных объектов, при этом реализуется важный принцип однородности системы, когда и зондирующие (обнаружение и идентификация объектов) и информационно-связные функции осуществляются с помощью одних и тех же средств.

Достоинством лазерных систем является существенное повышение безопасности и надежности передачи, а недостатком – высокая стоимость, более высокая мощность, а также использование видимой части спектра, что приводит к возможности затухания сигнала из-за атмосферных помех.

Каналом связи называют совокупность устройств и физических сред, предназначенных для передачи сообщений (приемник-передатчик и линия связи).

Каналы связи, по которым передаются аналоговые сигналы, называются непрерывными (аналоговыми), а каналы для передачи цифровых сигналов – дискретными (цифровыми).

Для передачи данных на большие расстояния в глобальных сетях используются каналы двух типов:

l выделенные (leased – арендуемые)

l коммутируемые (switched или dual-up)

При соединении по выделенной линии связь между сетевыми устройствами существует постоянно. Использование выделенного канала – дорогостоящее решение, так как приходится платить за аренду линии вне зависимости от ее фактического использования. Поэтому данный вариант оправдан, только если между узлами сети циркулируют большие объемы данных. Если же трафик невелик, выгоднее использовать коммутируемую линию.

В коммутируемой линии связь с другим сетевым устройством устанавливается только при необходимости. При этом пользователь платит только за фактическое время соединения, однако на установление самого соединения тратится время, кроме того, возможны отказы в установлении соединения из-за занятости линии.

Частным случаем коммутируемого канала является соединение домашнего компьютера с провайдером Интернет по телефонной линии с использованием модема.

Существуют различные типы выделенных и коммутируемых каналов:

l коммутируемые и выделенные аналоговые телефонные каналы;

l выделенные магистральные цифровые каналы PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy – плезиохронная (почтисинхронная) цифровая иерархия) с интерфейсами Т1/Е1, Т2/Е2, Т3/Е3, Т4/Е4, (в США и Японии применяют системы Т1-T4, в Европе Е1-E4).Эти каналы используют проводные линии связи различного типа и радиолинии СВЧ диапазона;

l выделенные высокоскоростные магистральные цифровые каналы SONET/SDH (с 1984 Synchronous Optical Nets, затем технология Synchronous Digital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия), использующие ВОЛС в качестве линий передачи данных;

l цифровые коммутируемыми или выделенные каналы ISDN (Integrated Services Digital Network – цифровая сеть с интегрированными услугами), для передачи разнородной информации (голоса, видеоизображения, данных);

l асимметричные цифровые абонентские линии ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) для одновременной передачи телефонных сигналов в цифровой форме и потоков компьютерных данных.

Последние два типа каналов применяются для подключения клиентов к узлам магистральной сети с использованием на "последней миле" обычного телефонного кабеля

Для передачи данных в ЛВС используют цифровые каналы с проводными линиями передачи данных. Намного реже используется беспроводная связь (wireless) с использованием радиолиний или инфракрасных лучей. Радиоканал может также выполнять в пределах прямой видимости роль моста в корпоративных сетях между отдельными сегментами кабельных ЛВС.

В одной линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. Такая линия связи называется многоканальной. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения (уплотнения, мультиплексирования) линии передачи данных:

l разделение по времени (TDM – Time Division Multiplexing), при котором каждому каналу в передаваемой порции данных (кадре) выделяется некоторый интервал времени (тайм-слот). Используется в локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных глобальных сетей.

l частотное разделение (FDM – Frequency Division Multiplexing), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот, пример радиовещание, телевидение, широкополосные аналоговые телефонные каналы, каналы ADSL.

Устройство, осуществляющее объединение сигналов нескольких каналов для передачи по одной линии связи называется мультиплексором.

Пример 1. Система первого уровня иерархии PDH-T1 имеет 24 цифровых телефонных канала с временным разделением, а система второго уровня иерархии PDH-T2 – 4 канала T1.

Все 24 канала передают в мультиплексор по байту, образуя 192-битный кадр с добавлением одного бита синхронизации. 4 кадра составляют суперкадр. В суперкадре имеются контрольный код и синхронизирующая комбинация.

При обычном мультиплексировании каждому каналу выделяется определенный слот, если же использование слотов для передачи данных неодинакова (одни каналы недогружены, а по другим трафик значительный), то эффективность системы невысокая.

Загружать свободные слоты или, другими словами, динамически перераспределять слоты можно, используя так называемые статистические мультиплексоры на основе микропроцессоров. В этом случае временно весь канал Т1 или его часть может отдаваться одному соединению с указанием адреса назначения.

Пример 2. В широкополосных аналоговых телефонных сетях каналы группируются в первичные (полоса 60-108 кГц), вторичные (312-552 кГц), третичные (812-2044 кГц) и т.д.

В группе первичных каналов помещаются 12 каналов тональной частоты (расстояние между каналами 4 кГц, ширина полосы пропускания 3,1 кГц, избыток полосы по 450 Гц слева и справа от основной полосы используется для взаимной фильтрации соседних каналов), в группе вторичных каналов – пять первичных групп и т.д.

Групповой сигнал, излучаемый в линию связи, представляет собой линейную сумму (суперпозицию) аналоговых сигналов всех каналов.

Важнейшими недостатками систем с частотным разделением являются:

l рост уровня шума в каждом канале при увеличении длины канала;

l возможность межканального влияния при превышении допустимой мощности сигнала за счет возникающих при этом нелинейных искажений группового сигнала системы;

l серьезные частотные искажения, вносимые в передаваемый сигнал разделительными канальными фильтрами.

Для характеристики процесса обмена данными в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Режим передачи (transmission mode) определяет возможные направления передачи сигналов между узлами сети. Существуют три режима передачи (режима использования канала):

l симплексный или односторонний (simplex mode),

l полудуплексный (half-duplex mode),

l дуплексный (full-duplex mode).

Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном предварительно определенном направлении. Примером симплексного режима передачи является телеметрическая система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ.

В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется, так как передатчик полностью занимает канал и не может получить подтверждение о приеме информации, что необходимо для обеспечения нормальной связи.

Полудуплексный режим допускает двустороннюю связь, но передача и прием ведутся по очереди, когда передатчик и приемник последовательно меняются местами. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения. Используется, например, для факсимильной связи.

Дуплексный режим допускает одновременную передачу и прием сообщений. Дуплексная связь может быть организована с помощью:

l четырехпроводной линии связи – одна пара проводов для прямой и другая для обратной передачи, применяются в основном на выделенных линиях с интенсивным трафиком (протокол V.29) и в ЛВС на витой паре или оптоволокне;

l частотного разделения – прямая и обратная передачи ведутся на разных частотах, т.е. полоса для каждого направления занимает только часть канала и сужается более чем вдвое по сравнению с полосой симплексной связи. Применяется в коммутируемых каналах (протоколы V.21, V.22, V.22bis) и в каналах ADSL.

l эхо-компенсации (echo cancellation) – при установлении соединения с помощью посылки зондирующего сигнала определяются параметры (запаздывание и мощность) эха (отраженного собственного сигнала); в дальнейшем из принимаемого сигнала вычитается эхо собственного сигнала. Применяется в коммутируемых каналах (современные протоколы, начиная с V.32).

Простой пример дуплексного режима – телефонный разговор.

Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном). Несимметричный режим позволяет оптимизировать использование канала, например, в клиент-серверных системах поток данных от сервера гораздо больше, чем от клиента.

Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы и позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи.

Дата добавления: 2015-04-24