Локальные вычислительные сети. Доступ ПЭВМ к центральным банкам данных, а также обмен информацией между ними и другими средствами электронной обработки информации может осуществляться по

Модемы

Доступ ПЭВМ к центральным банкам данных, а также обмен информацией между ними и другими средствами электронной обработки информации может осуществляться по телефонным линиям связи. Так как указанные функции приобретают все большее значение, новые модели ПЭВМ оборудуются устройствами преобразования сигналов — модемами.

Модем преобразует дискретные сигналы ПЭВМ, поступающие через последовательный интерфейс, в аналоговые сигналы, пригодные для их передачи по линии связи, а также выполняет обратное преобразование.

Основные виды модемов классифицируются в соответствии с их техническими характеристиками.

По конструктивному исполнению различают внешние и внутренние модемы. Внутренние модемы представляют собой обычную плату расширения системы ПЭВМ, устанавливаемую в один из разъемов системной шины. Внешний модем оформляется как автоматическое самостоятельное устройство, размещаемое около ПЭВМ и подключаемое к последовательному порту. Внутренние модемы не загромождают рабочее место пользователя, дешевле (не требуют корпуса, последовательного порта, кабеля и т.п.), питание осуществляется от блока электропитания ПЭВМ. Достоинства внешнего модема заключаются в возможности его переноски; он не занимает разъема расширения, имеет больше сервисных возможностей, например индексацию состояний (квитирующие сигналы, сигналы несущей частоты и т. д.).

В зависимости от скорости передачи данных модемы подразделяются на низкоскоростные (до 4800 бит/с), среднескоростные (до 9600 бит/с), -высокоскоростные (до 14 400 бит/с) и сверхскоростные (свыше 14 400 бит/с). Вы­сокоскоростные модемы требуют специальных широкополосных линий связи. Наиболее распространенные в настоящее время скорости передачи данных по телефонным линиям (f = 300...400 Гц) для модемов ПЭВМ — 1200 и 2400 бит/с.

Одна из наиболее важных характеристик модема — вид применяемой модуляции сигнала. От его выбора зависит скорость передачи информации. Наиболее простая модуляция — амплитудная. Однако процесс передачи амплитудно-модулированных сигналов оказывается сильно подверженным воздействию помех, что приводит к возникновению ошибок. Поэтому в настоящее время модемы с чисто амплитудной модуляцией не применяются, а используется амплитудная модуляция более сложных видов, например квадратурно-амплитудная.

Существенно повысить помехоустойчивость линий связи позволяет частотная модуляция сигналов. В современных модемах ПЭВМ этот метод используется достаточно часто. Однако при больших скоростях передачи (более 1200 бит/с) весь диапазон отведенных частот в канале оказывается исчерпанным, поэтому для более высоких скоростей передачи используется фазовая модуляция. Выбор фазовой модуляции связан с полосой пропускания и нелинейными искажениями в канале. Максимальная скорость передачи и число состояний фаз при сохранении удовлетворительного значения коэффициента ошибок передачи ограничивается отведенной полосой частот. При скорости передачи 1200 бит/с используется двухфазовая модуляция, 2400 бит/с — четырехфазовая, 4800 и 9600 бит/с — восьмифазовая и т. д. По изменению фазы относительно фазы непосредственно предшествующего элемента сигнала определяется значение бита информации. Для скорости передачи свыше 9600 бит/с применяются специальные широкополосные каналы связи (f = 60...108 кГц), в которых используется импульсно-кодовая или дельта-модуляция.

По принципу обмена информацией различают симплексный, полудуплексный и дуплексный режимы работы модемов. Симплексный режим допускает однонаправленную передачу данных, т. е. данные могут быть либо только передаваемыми, либо только получаемыми. Полудуплексный режим обеспечивает передачу данных в любом из двух направлений, но не одновременно. При полном дуплексном режиме возможны одновременная передача и прием данных по общим линиям связи. При этом требуются широкая полоса пропускания канала связи и две несущие частоты. Большинство современных модемов ПЭВМ работает в полудуплексном и дуплексном режимах.

В зависимости от типа синхронизации модемы ПЭВМ делятся на асинхронные и синхронные. В асинхронных модемах (как правило, низкоскоростных) скорость обмена определяется ПЭВМ. Синхронные модемы, кроме обеспечения синхронизирующих сигналов передачи-приема данных для ПЭВМ, должны передавать последовательности сигналов начальной синхронизации для настройки приемного модема, а также поддерживать битовую синхронизацию в процессе обмена информацией. Чем выше скорость обмена информацией в модеме, тем выше сложность последовательности сигналов начальной синхронизации.

Новейшие модели модемов для ПЭВМ имеют ряд возможностей, которые ранее считались дополнительными (автовызов, автоответ, автоматическое переключение скорости передачи, самодиагностику и др.), совмещают функции модема и факсимильного устройства. Например, многие автовызывающие модемы запоминают вызываемые номера, а некоторые имеют большую собственную буферную память для хранения справочных данных и команд. В последнем случае пользователь может устанавливать различные спецификации отсрочек вызова и ответа на вызов, сортировку вызовов, количество повторных вызовов, автоматическую очередь номеров абонентов и автоматическое отключение модема после завершения передачи. Модемы автовызова устанавливают соединение в коммутируемой сети под управлением ПЭВМ Многие модели обеспечивают сжатие информации, повышая тем самым скорость передачи данных по линиям связи. Как правило, в новых моделях осуществляются компенсация потери сигнала (переформирование передаваемых сигналов), поиск и коррекция ошибок.

Сетевой режим использования ПЭВМ (особенно в локальных вычислительных сетях) становится все более распространенным. По некоторым зарубежным данным, до 80% ПЭВМ в мире подсоединяется к другим ЭВМ с помощью телефонных линий и локальных сетей, а свыше 20% всех вычислительных систем сопряжены с различным контрольно-измерительным оборудованием и датчиками.

Основными характеристиками локальных сетей (Local Area Network — LAN) ПЭВМ являются: используемая техника передачи данных; конфигурация сети; методы доступа к сети; максимальная скорость передачи данных; вид передающей среды; совместимость и стандартизация сети; максимальное количество ПЭВМ, работающих в сети; удаленность сети, определяющая физические границы сети; используемое программное обеспечение; стоимость и др. В локальных сетях ПЭВМ, как правило, может использоваться как модулированная, так и немодулированная техника передачи данных.

Важнейшей характеристикой локальных сетей является конфигурация (топология) сети, определяющая структурную организацию связей в вычислительной сети, т. е. по сути структуру или геометрическое расположение кабеля для объединения станций в сети. Существует несколько основных видов топологии локальных сетей: шинная, звездообразная, кольцевая, древовидная (рис. 9.2)

Рис. 9.2. Варианты построения топологии локальных сетей:

в - шинная; б - звездообразная; в - кольцевая; г - древовидная

Наиболее простая сетевая структура на основе общей шины, микропроцессорные средства управления сетью находятся в отдельных станциях (ПЭВМ) или подключенных контроллерах. В ней нет центрального управления, а отдельные станции принимают из передающей среды общего пользования информацию, предназначенную только для них. Во избежание конфликтов (если различные станции пытаются передать информацию одновременно) доступ к среде регулируется. Для этого используются специальные методы (например, метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD)), в соответствии с которыми каждая станция перед началом передачи проверяет, не начала ли передачу какая-либо другая станция. Шинная топология не ограничивает дальность передачи, допускает большую гибкость в расширении сети, обеспечивает достаточно высокую скорость передачи данных (до 50 Мбайт/с и более), низкие уровень ошибок и стоимость, однако необходимо использовать довольно сложные протоколы — основные правила, обеспечивающие корректность передачи данных в сети.

Кольцевая структура сетей не имеет центральной станции. Все узловые станции подключены к кольцевой сети, причем информация, передаваемая какой-либо станцией, проходит по кольцу всегда в одном и том же направлении. Во избежание одновременной передачи информации несколькими станциями обычно используют метод доступа к шине путем эстафетной передачи маркера. Кольцевая топология допускает большую скорость передачи (до 80 Мбит/с и более), имеет меньшую стоимость, чем локальная сеть с шинной топологией. Однако гибкость такой сети значительно ниже, чем при шинной топологии. Так, каждая новая подсоединяемая к сети ПЭВМ требует приостановки работы всей сети; при добавлении новых станций уменьшается пропускная способность. Кроме того, при выходе из строя одной станции или шины выходит из строя вся сеть. Общая протяженность сети и расстояния между узлами ограничены..

При звездообразной топологии все станции подключены в виде звезды к центральной станции, управляющей общей связью в сети. Доступ от любой станции сети к другой осуществляется через сетевой контроллер, выполняющий роль, аналогичную роли телефонного коммутатора.

В древовидной топологии локальной сети все станции разветвлены над одной головной станцией. Микропроцессорные средства управления сетью расположены в отдельных станциях или предварительно подключенных контроллерах, как и в случае шинной топологии.

Имеется еще ряд других разновидностей топологии локальных сетей со смешанной топологией. Так, для разветвленной структуры локальной сети характерно, что оконечные станции соединены друг с другом без четкой системы. Управление передачей осуществляется интеллектуальными коммутаторами. Многосвязная топология сетей предполагает, что каждый узел сети связан с другими узлами. Однако наибольшее распространение в настоящее время нашли шинная и кольцевая топологии сетей и их разновидности.

От топологии сети зависит метод доступа к сети. Наиболее распространенными методами доступа являются: CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Acces with Collision Detection — метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов), CSMA/CA (Carrier-Sense Multiple Acces/Collision Avoidance — метод доступа с контролем состояния канала), а также метод ТР- (Toking Passing — эстафетная передача и контроль). Первый метод применяется в основном в сети с шинной топологией и особенно пригоден для диалогового режима. Этот метод является одним из наиболее ранних разработанных методов доступа и упрощенно может быть охарактеризован так: «сначала послушать, а потом передать».

Он аналогичен методу, используемому в сети Ethernet фирмы Xerox Corporation. Обычно применяется в сетях с коаксиальным кабелем с модулированной и немодулированной передачей.

Метод доступа CSMA/CA представляет собой модифицированную версию метода CSMA/CD. Здесь аппаратные средства «рассказчика», желающего войти в сеть с сообщением, оценивают возможность возникновения конфликта и в течение определенного периода не осуществляют передачу.

Метод эстафетной передачи используется в основном в сети кольцевой конфигурация. При этом методе в кольцевую шину со станции подаются сигналы маркер-битовой комбинации. Какая-либо станция может начать передачу, лишь когда эта комбинация «пробегает» мимо данной станции и опознается ею как незанятая. Станция обозначает комбинацию как занятую и передает нужные данные. После успешно завершенной передачи комбинация обозначается как незанятая и вновь циркулирует по кольцу. Маркер-битовую комбинацию сигналов можно сравнить с эстафетой: бежит тот, у кого эстафетная палочка.

Максимальная скорость передачи данных ПЭВМ в сети связи зависит от физической реализации передающей среды, методов доступа и других характеристик. Обычно данная характеристика лежит в пределах от сотен килобит до десятков мегабит в секунду.

Максимальная дальность передачи и максимальное число подсоединяемых к сети устройств также зависят от топологии сети и передающей среды.

В качестве передающей среды наиболее часто используются витые пары проводов, коаксиальные и волоконно-оптические кабели. Основными недостатками витых пар являются чувствительность к электромагнитным помехам и простота несанкционированного доступа. Однако витые пары дешевы. Поэтому могут применяться, например, в кольцевых сетях, обеспечивая при этом скорость передачи до 1...5 Мбит/с. В то же время из-за узкой полосы пропускания обеспечиваются лишь связи с немодулированной передачей (один канал).

Коаксиальные экранированные кабели удобны для передачи высокочастотных сигналов при высокой устойчивости к электрическим наводкам, могут быть использованы для передачи как немодулированных, так и модулированных сигналов, просты по конструкции и надежны, однако их трудно монтировать. При передаче немодулированных сигналов коаксиальные кабели позволяют передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, модулированные — от 10 до 400 Мбит/с и более. Сети с коаксиальным кабелем могут иметь большую длину, нежели с витой парой проводов.

Волоконно-оптические кабели позволяют достигать скорости передачи до единиц гигабит в секунду, обеспечивая высокую помехозащищенность и защиту от несанкционированного доступа. Однако волоконно-оптические кабели имеют высокую стоимость и однонаправленность передачи информации, при их монтаже наблюдается сложность подключения новых станций.

Основные требования, предъявляемые потребителями к локальным сетям ПЭВМ, — простота использования, высокая скорость передачи информации, низкая стоимость и соблюдение секретности. При организации локальной сети ПЭВМ перед потребителем обычно возникает проблема выбора передающей среды, конфигурации сети и протоколов, управляющих ее работой, аппаратуры передачи данных, методов передачи сообщений в сеть и др.

Дата добавления: 2014-01-06