Линии связи и сеть связи. Основные виды линий связи. Беспроводные линии связи

Скорость передачи данных (information rate или throughput, оба английских термина используются равноправно) — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть. Эта скорость может быть меньше, чем скорость предложенной нагрузки, так как данные в сети могут искажаться или теряться.

Емкость канала связи (capacity), называемая также пропускной способностью , представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу.

Спецификой этой характеристики является то, что она отражает не только параметры физической среды передачи, но и особенности выбранного способа передачи дискретной информации по этой среде.

Например, емкость канала связи в сети Ethernet на оптическом волокне равна 10 Мбит/с. Эта скорость является предельно возможной для сочетания технологии Ethernet и оптического волокна. Однако для того же самого оптического волокна можно разработать и другую технологию передачи данных, отличающуюся способом кодирования данных, тактовой частотой и другими параметрами, которая будет иметь другую емкость. Так, технология Fast Ethernet обеспечивает передачу данных по тому же оптическому волокну с максимальной скоростью 100 Мбит/с, а технология Gigabit Ethernet - 1000 Мбит/с. Передатчик коммуникационного устройства должен работать со скоростью, равной пропускной способности канала. Эта скорость иногда называется битовой скоростью передатчика (bit rate of transmitter).

Полоса пропускания (bandwidth) — этот термин может ввести в заблуждение, потому что он используется в двух разных значениях.

Во-первых , с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он означает ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. Из этого определения понятно происхождение термина.

Во-вторых , термин «полоса пропускания» используется как синоним термина « емкость канала связи» . В первом случае полоса пропускания измеряется в герцах (Гц), во втором — в битах в секунду. Различать значения этого термина нужно по контексту, хотя иногда это достаточно трудно. Конечно, лучше было бы использовать разные термины для различных характеристик, но существуют традиции, которые изменить трудно. Такое двойное использование термина «полоса пропускания» уже вошло во многие стандарты и книги, поэтому и мы будем следовать сложившемуся подходу.

Нужно также учитывать, что этот термин в его втором значении является даже более распространенным, чем емкость, поэтому из этих двух синонимов мы будем использовать полосу пропускания.

Еще одна группа характеристик канала связи связана с возможностью передачи информации по каналу в одну или обе стороны.

При взаимодействии двух компьютеров обычно требуется передавать информацию в обоих направлениях, от компьютера А к компьютеру В и обратно. Даже в том случае, когда пользователю кажется, что он только получает информацию (например, загружает музыкальный файл из Интернета) или передает (отправляет электронное письмо), обмен информации идет в двух направлениях. Просто существует основной поток данных, которые интересуют пользователя, и вспомогательный поток противоположного направления, который образуют квитанции о получении этих данных.

Физические каналы связи делятся на несколько типов в зависимости от того, могут они передавать информацию в обоих направлениях или нет.

Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях. Дуплексный канал может состоять их двух физических сред, каждая их которых используется для передачи информации только в одном направлении. Возможен вариант, когда одна среда служит для одновременной передачи встречных потоков, в этом случае применяют дополнительные методы выделения каждого потока из суммарного сигнала.

Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в течение определенного периода времени информация передается в одном направлении, а в течении следующего периода — в обратном.

Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Часто дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов.

Линии связи

При построении сетей применяются линии связи, в которых используются различные физические среды: подвешенные в воздухе телефонные и телеграфные провода, проложенные под землей и по дну океана медные коаксиальные и волоконно-оптические кабели, опутывающие все современные офисы медные витые пары, все проникающие радиоволны

Рассмотрим общие характеристики линий связи, не зависящие от их физической природы, такие как

Полоса пропускания,

пропускная способность,

Помехоустойчивость и

Достоверность передачи.

Ширина полосы пропускания является фундаментальной характеристикой канала связи, так как определяет максимально возможную информационную скорость канала, которая называется пропускной способностью канала .

Формула Найквиста выражает эту зависимость для идеального канала, а формула Шеннона учитывает наличие в реальном канале шума.

Классификация линий связи

При описании технической системы, которая передает информацию между узлами сети, в литературе можно встретить несколько названий:

линия связи,

составной канал,

канал,

Звено.

Часто эти термины используются как синонимы, и во многих случаях это не вызывает проблем. В то же время есть и специфика в их употреблении.

Звено (link) — это сегмент, обеспечивающий передачу данных между двумя соседними узлами сети. То есть звено не содержит промежуточных устройств коммутации и мультиплексирования.

Каналом (channel) чаще всего обозначают часть пропускной способности звена, используемую независимо при коммутации. Например, звено первичной сети может состоять из 30 каналов, каждый из которых обладает пропускной способностью 64 Кбит/с.

Составной канал (circuit) — это путь между двумя конечными узлами сети. Составной канал образуется отдельными каналами промежуточных звеньев и внутренними соединениями в коммутаторах. Часто эпитет «составной» опускается и термин «канал» используется для обозначения как составного канала, так и канала между соседними узлами, то есть в пределах звена.

Линия связи может использоваться как синоним для любого из трех остальных терминов.

Не стоит относиться к путанице в терминологии очень строго. Особенно это относится к различиям в терминологии традиционной телефонии и более новой области — компьютерных сетей. Процесс конвергенции только усугубил проблему терминологии, так как многие механизмы этих сетей стали общими, но сохранили за собой по паре (иногда и больше) названий, пришедших из каждой области.

Кроме того, существуют объективные причины для неоднозначного понимания терминов. На рис. 8.1 показаны два варианта линии связи. В первом случае (рис. 8.1, а) линия состоит из сегмента кабеля длиной несколько десятков метров и представляет собой звено.

Во втором случае (рис. 8.1, б) линия связи представляет собой составной канал, развернутый в сети с коммутацией каналов. Такой сетью может быть первичная сеть или телефонная сеть.

Однако для компьютерной сети эта линия представляет собой звено, так как соединяет два соседних узла, и вся коммутационная промежуточная аппаратура является прозрачной для этих узлов. Повод для взаимного непонимания на уровне терминов компьютерных специалистов и специалистов первичных сетей здесь очевиден.

Первичные сети специально создаются для того, чтобы предоставлять услуги каналов передачи данных для компьютерных и телефонных сетей, про которые в таких случаях говорят, что они работают «поверх» первичных сетей и являются наложенными сетями.

Характеристики линий связи

Нам с Вами необходимо уяснить такие понятия как: гармоника, спектральное разложение (спектр) сигнала, ширина спектра сигнала, формулы Фурье, внешние помехи, внутренние помехи, или наводки, затухание сигнала, погонное затухание, окно
прозрачности, абсолютный уровень мощности, относительный уровень
мощности, порог чувствительности приемника, волновое сопротивление,
помехоустойчивость линии, электрическая связь, магнитная связь,
наведенный сигнал, перекрестные наводки на ближнем конце, перекрестные
наводки на дальнем конце, защищенность кабеля, достоверность передачи
данных, интенсивность битовых ошибок, полоса пропускания, пропускная
способность, физическое, или линейное, кодирование, несущий сигнал,
несущая частота, модуляция, такт, бод.

Приступим.

Спектральный анализ сигналов на линиях связи

Важная роль при определении параметров линий связи отводится спектральному разложению передаваемого по этой линии сигнала. Из теории гармонического анализа известно, что любой периодический процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различных частот и различных амплитуд (рис. 8.3).

Каждая составляющая синусоида называется также гармоникой, а набор всех гар-
моник называют спектральным разложением, или спектром, исходного сигнала.

Под шириной спектра сигнала понимается разность между максимальной и минимальной частотами того набора синусоид, которые в сумме дают исходный сигнал.

Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с непрерывным сдектром частот. В частности, спектральное разложение идеального импульса (единичной мощности и нулевой длительности) имеет составляющие всего спектра частот, от -оо до +оо (рис. 8.4).

Техника нахождения спектра любого исходного сигнала хорошо известна. Для некоторых сигналов, которые описываются аналитически (например, для последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности и амплитуды), спектр легко вычисляется на основании формул Фурье.

Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощью специальных приборов — спектральных анализаторов, которые измеряют спектр реального сигнала и отображают амплитуды составляющих гармоник на экране, распечатывают их на принтере или передают для обработки и хранения в компьютер.

Искажение передающей линией связи синусоиды какой-либо частоты приводит, в конечном счете, к искажению амплитуды и формы передаваемого сигнала любого вида. Искажения формы проявляются в том случае, когда синусоиды различных частот искажаются неодинаково.

Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса за счет искажения обертонов — боковых частот. При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей, искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму (рис. 8.5) и сигналы могут плохо распознаваться на приемном конце линии.

Передаваемые сигналы искажаются из-за несовершенства линий связи. Идеальная передающая среда, не вносящая никаких помех в передаваемый сигнал, должна, по меньшей мере, иметь нулевые сопротивление, емкость и индуктивность. Однако на практике медные провода, например, всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузок (рис. 8.6). В результате синусоиды различных частот передаются этими линиями по-разному.

Помимо искажений сигналов, возникающих из-за не идеальных физических параметров линии связи, существуют и внешние помехи, которые вносят свой вклад в искажение формы сигналов на выходе линии. Эти помехи создаются различными электрическими двигателями, электронными устройствами, атмосферными явлениями и т. д. Несмотря на защитные меры, предпринимаемые разработчиками кабелей, и наличие усилительной и коммутирующей аппаратуры, полностью компенсировать влияние внешних помех не удается. Помимо внешних помех в кабеле существуют и внутренние помехи — так называемые наводки одной пары проводников на другую. В результате сигналы на выходе линии связи могут иметь искаженную форму (как это и показано на рис. 8.5).

Затухание и волновое сопротивление

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается такими характеристиками, как затухание и полоса пропускания. Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии. Затухание (А) обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:

Здесь Рout — мощность сигнала на выходе линии, Рin — мощность сигнала на входе линии. Так как затухание зависит от длины линии связи, то в качестве характеристики линии связи используется так называемое погонное затухание , то есть затухание на линии связи определенной длины. Для кабелей локальных сетей в качестве такой длины обычно используют 100 м, так как это значение является максимальной длиной кабеля для многих LAN-технологий. Для территориальных линий связи погонное затухание измеряют для расстояния в 1 км.

Обычно затуханием характеризуют пассивные участки линии связи, состоящие из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов

Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей меньше, чем мощность входного сигнала, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной.

Степень затухания мощности синусоидального сигнала зависит от частоты синусоиды, и эта зависимость также используется для характеристики линии связи (рис. 8.7).

Чаще всего при описании параметров линии связи приводятся значения затухания всего для нескольких значений частот. Это объясняется, с одной стороны, стремлением упростить измерения при проверке качества линии. С другой стороны, на практике часто заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по линии сигналов.

ВНИМАНИЕ

Как было сказано выше, затухание всегда имеет отрицательное значение, однако знак минус часто опускают, при этом иногда возникает путаница. Совершенно корректно утверждение, что качество линии связи тем выше, чем больше (с учетом знака) затухание. Если же игнорировать знак, то есть иметь в виду абсолютное значение затухания, то у более качественной линии затухание меньше. Приведем пример. Для внутренней проводки в зданиях используется кабель на витой паре категории 5. Этот кабель, на котором работают практически все технологии локальных сетей, характеризуется затуханием не меньше, чем -23,6 дБ для частоты 100 МГц при длине кабеля 100 м. Более качественный кабель категории б имеет на частоте 100 МГц затухание не меньше, чем -20,6 дБ. Получаем, что - 20,6 > -23,6, но 20,6 < 23,6.

На рис. 8.8 показаны типовые зависимости затухания от частоты для кабелей на неэкранированной витой паре категорий 5 и 6.

Оптический кабель имеет существенно меньшие (по абсолютной величине) величины затухания, обычно в диапазоне от -0,2 до -3 дБ при длине кабеля в 1000 м, а значит, является более качественным, чем кабель на витой паре. Практически все оптические волокна имеют сложную зависимость затухания от длины волны, которая имеет три так называемых окна прозрачности. На рис. 8.9 показана характерная зависимость затухания для оптического волокна. Из рисунка видно, что область эффективного использования современных волокон ограничена волнами длин 850 нм, 1300 нм и 1550 нм (соответственно 35 ТГц, 23 ТГц и 19,4 ТГц). Окно 1550 нм обеспечивает наименьшие потери, а значит, максимальную дальность при фиксированной мощности передатчика и фиксированной чувствительности приемника

В качестве характеристики мощности сигнала используются абсолютный и от-
носительный уровни мощности. Абсолютный уровень мощности измеряется в
ваттах, относительный уровень мощности, как и затухание, измеряется в деци-
белах. При этом в качестве базового значения мощности, относительно которого
измеряется мощность сигнала, принимается значение в 1 мВт. Таким образом,
относительный уровень мощности р вычисляется по следующей формуле:

Здесь Р — абсолютная мощность сигнала в милливаттах, а дБм — единица изме-
рения относительного уровня мощности (децибел на 1 мВт). Относительные
значения мощности удобно использовать при расчетах энергетического бюдже-
та линий связи.

Предельная простота расчета стала возможной благодаря тому, что в качестве
исходных данных были использованы относительные значения мощности вход-
ного и выходного сигналов. Использованная в примере величина у называется
порогом чувствительности приемника и представляет собой минимальную мощ-
ность сигнала на входе приемника, при котором он способен корректно распо-
знавать дискретную информацию, содержащуюся в сигнале. Очевидно, что для
нормальной работы линии связи необходимо, чтобы минимальная мощность
сигнала передатчика, даже ослабленная затуханием линии связи, превосходила
порог чувствительности приемника: х - А > у. Проверка этого условия и явля-
ется сутью расчета энергетического бюджета линии.

Важным параметром медной линии связи является ее волновое сопротивление,
представляющее собой полное (комплексное) сопротивление, которое встречает
электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль од-
нородной цепи. Волновое сопротивление измеряется в омах и зависит от таких
параметров линии связи, как активное сопротивление, погонная индуктивность
и погонная емкость, а также от частоты самого сигнала. Выходное сопротивле-
ние передатчика должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии,
иначе затухание сигнала будет чрезмерно большим.

Помехоустойчивость и достоверность

Помехоустойчивость линии, как и следует из названия, определяет способность линии противостоять влиянию помех, создаваемых во внешней среде или на внутренних проводниках самого кабеля. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно- оптические линии, малочувствительные к внешнему электромагнитному излучению. Обычно для уменьшения помех, создаваемых внешними электромагнитными полями, проводники экранируют и/или скручивают.

Электрическая и магнитная связь — это параметры медного кабеля, также являющиеся результатом помех. Электрическая связь определяется отношением наведенного тока в цепи, подверженной влиянию, к напряжению, действующему во влияющей цепи. Магнитная связь — это отношение электродвижущей силы, наведенной в цепи, подверженной влиянию, к току во влияющей цепи. Результатом электрической и магнитной связи являются наведенные сигналы (наводки) в цепи, подверженной влиянию. Существует несколько различных параметров, характеризующих устойчивость кабеля к наводкам.

Перекрестные наводки на ближнем конце (Near End Cross Talk, NEXT) определяют устойчивость кабеля в том случае, когда наводка образуется в результате действия сигнала, генерируемого передатчиком, подключенным к одной из соседних пар на том же конце кабеля, на котором работает подключенный к подверженной влиянию паре приемник (рис. 8.10). Показатель NEXT, выраженный В децибелах, равен 10 lg Pout/Pind> гДе Pout — мощность выходного сигнала, Pind — мощность наведенного сигнала.

Чем меньше значение NEXT, тем лучше кабель. Так, для витой пары категории 5 показатель NEXT должен быть меньше -27 дБ на частоте 100 МГц.

Перекрестные наводки на дальнем конце (Far End Cross Talk, FEXT) позволяют оценить устойчивость кабеля к наводкам для случая, когда передатчик и приемник подключены к разным концам кабеля. Очевидно, что этот показатель должен быть лучше, чем NEXT, так как до дальнего конца кабеля сигнал приходит ослабленный затуханием каждой пары.

Показатели NEXT и FEXT обычно применяются к кабелю, состоящему из нескольких витых пар, так как в этом случае взаимные наводки одной пары на другую могут достигать значительных величин. Для одинарного коаксиального кабеля (то есть состоящего из одной экранированной жилы) этот показатель не имеет смысла, а для двойного коаксиального кабеля он также не применяется вследствие высокой степени защищенности каждой жилы. Оптические волокна тоже не создают сколько-нибудь заметных взаимных помех.

В связи с тем, что в некоторых новых технологиях данные передаются одновременно по нескольким витым парам, в последнее время стали применяться также показатели перекрестных наводок с приставкой PS (PowerSUM — объединенная наводка), такие как PS NEXT и PS FEXT. Эти показатели отражают устойчивость кабеля к суммарной мощности перекрестных наводок на одну из пар кабеля от всех остальных передающих пар (рис. 8.11).

Еще одним практически важным показателем является защищенность кабеля (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Защищенность определяется как разность между уровнями полезного сигнала и помех. Чем больше значение защищенности кабеля, тем в соответствии с формулой Шеннона с потенциально более высокой

скоростью можно передавать данные но этому кабелю. На рис. 8.12 показана типичная характеристика зависимости защищенности кабеля на неэкранированной витой паре от частоты сигнала.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения каждого передаваемого бита данных. Иногда этот же показатель называют интенсивностью битовых ошибок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для линий связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10-4-10-6, в оптоволоконных линиях связи — 10~9. Значение достоверности передачи данных, например 10-4, говорит о том, что в среднем из 10 ООО бит искажается значение одного бита.

Часто граничными частотами считаются частоты, на которых мощность выходного сигнала уменьшается в два раза по отношению к входному, что соответствует затуханию в -3 дБ. Как мы увидим далее, ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи. Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности. На рис. 8.13 показаны полосы пропускания линий связи различных типов, а также наиболее часто используемые в технике связи частотные диапазоны

Например, поскольку для цифровых линий всегда определен протокол физического уровня, задающий битовую скорость передачи данных, то для них всегда известна и пропускная способность — 64 Кбит/с, 2 Мбит/с и т. п.

В тех же случаях, когда только предстоит выбрать, какой из множества существующих протоколов использовать на данной линии, очень важными являются остальные характеристики линии, такие как полоса пропускания, перекрестные наводки, помехоустойчивость и др.

Пропускная способность, как и скорость передачи данных, измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах, таких как килобит в секунду (Кбит/с) и т. д.

Пропускная способность линий связи и коммуникационного сетевого оборудования тра-
диционно измеряется в битах в секунду, а не в байтах в секунду. Это связано с тем, что данные в сетях передаются последовательно, то есть побитно, а не параллельно, байтами,как это происходит между устройствами внутри компьютера. Такие единицы измерения, как килобит, мегабит или гигабит, в сетевых технологиях строго соответствуют степеням 10 (то есть килобит — это 1000 бит, а мегабит — это 1 ООО ООО бит), как это принято во всех от-
раслях науки и техники, а не близким к этим числам степеням двойки, как это принято в программировании, где приставка «кило» равна 210 = 1024, а «мега» — 220 = 1 048 576.

Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких
как затухание и полоса пропускания, но и от спектра передаваемых сигналов.
Если значимые гармоники сигнала (то есть те гармоники, амплитуды которых
вносят основной вклад в результирующий сигнал) попадают в полосу пропуска-
ния линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи,
и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по ли-
нии передатчиком (рис. 8.14, а). Если же значимые гармоники выходят за гра-
ницы полосы пропускания линии связи, то сигнал будет значительно искажать-
ся, а приемник будет ошибаться при распознавании информации (рис. 8.14, б).

Биты и боды

Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, пода-
ваемых на линию связи, называется физическим, или линейным, кодированием.

От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соответственно,
пропускная способность линии.

Таким образом, для одного способа кодирования линия может обладать одной
пропускной способностью, а для другого — другой. Например, витая пара катего-
рии 3 может передавать данные с пропускной способностью 10 Мбит/с при спо-
собе кодирования стандарта физического уровня 10ВаБе-Т и 33 Мбит/с при спо-
собе кодирования стандарта 100Ваsе-Т4.

В соответствии с основным постулатом теории информации любое различимое непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию. Отсюда следует, что синусоида, у которой амплитуда, фаза и частота остаются неизменными, информации не несет, так как изменение сигнала хотя и происходит, но является абсолютно предсказуемым. Аналогично, не несут в себе информации импульсы на тактовой шине компьютера, так как их изменения тоже постоянны во времени. А вот импульсы на шине данных предсказать заранее нельзя, это и делает их информационными, они переносят информацию
между отдельными блоками или устройствами компьютера.

В большинстве способов кодирования используется изменение какого-либо параметра периодического сигнала — частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знака потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого подвергаются изменениям, называют несущим сигналом, а его частоту, если сигнал синусоидальный, — несущей частотой. Процесс изменения параметров несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией называется модуляцией.

Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации — биту. Если же сигнал может иметь более двух различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько битов информации.

Передача дискретной информации в телекоммуникационных сетях осуществляется тактировано, то есть изменение сигнала происходит через фиксированный интервал времени, называемый тактом. Приемник информации считает, что вначале каждого такта на его вход поступает новая информация. При этом независимо от того, повторяет ли сигнал состояние предыдущего такта или же он имеет состояние, отличное от предыдущего, приемник получает новую информацию от передатчика. Например, если такт равен 0,3 с, а сигнал имеет два состояния и 1 кодируется потенциалом 5 вольт, то присутствие на входе приемника сигнала 5 вольт в течение 3 секунд означает получение информации, представленной двоичным числом 1111111111.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах. Один бод равен одному изменению информационного параметра в секунду. Например, если такт передачи информации равен 0,1 секунды, то сигнал изменяется со скоростью 10 бод. Таким образом, скорость в бодах целиком определяется величиной такта.

Информационная скорость измеряется в битах в секунду и в общем случае не совпадает со скоростью в бодах. Она может быть как выше, так и ниже скорости

изменения информационного параметра, измеряемого в бодах. Это соотношение зависит от числа состояний сигнала. Например, если сигнал имеет более двух различимых состояний, то при равных тактах и соответствующем методе кодирования информационная скорость в битах в секунду может быть выше, чем скорость изменения информационного сигнала в бодах.

Пусть информационными параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются 4 состояния фазы в 0, 90, 180 и 270° и два значения амплитуды сигнала, тогда информационный сигнал может иметь 8 различимых состояний. Это означает, что любое состояние этого сигнала несет информацию в 3 бит. В этом случае модем, работающий со скоростью 2400 бод (меняющий информационный сигнал 2400 раз в секунду), передает информацию со скоростью 7200 бит/с, так как при одном изменении сигнала передается 3 бит информации.

Если сигнал имеет два состояния (то есть несет информацию в 1 бит), то информационная скорость обычно совпадает с количеством бодов. Однако может наблюдаться и обратная картина, когда информационная скорость оказывается ниже скорости изменения информационного сигнала в бодах. Это происходит в тех случаях, когда для надежного распознавания приемником пользовательской информации каждый бит в последовательности кодируется несколькими изменениями информационного параметра несущего сигнала. Например, при кодировании единичного значения бита импульсом положительной полярности, а нулевого значения бита импульсом отрицательной полярности физический сигнал дважды изменяет свое состояние при передаче каждого бита. При таком кодировании скорость линии в битах в секунду в два раза ниже, чем в бодах.

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем выше может быть частота модуляции и тем выше может быть пропускная способность линии связи.

Однако, с другой стороны, с увеличением частоты периодического несущего сигнала увеличивается и ширина спектра этого сигнала.

Линия передает этот спектр синусоид с теми искажениями, которые определяются ее полосой пропускания. Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых информационных сигналов, тем больше сигналы искажаются и тем вероятнее ошибки в распознавании информации принимающей стороной, а значит, возможная скорость передачи информации оказывается меньше.

Соотношение полосы пропускания и пропускной способности

Связь между полосой пропускания линии и ее пропускной способностью вне зависимости от принятого способа физического кодирования установил Клод Шеннон:

С = F log 2 (1 + Рс/Рш)-

Здесь С — пропускная способность линии в битах в секунду, F — ширина полосы пропускания линии в герцах, Рс — мощность сигнала, Рш — мощность шума.

Из этого соотношения следует, что теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует. Однако на практике такой предел имеется. Действительно, повысить пропускную способность линии можно за счет увеличения мощности передатчика или же уменьшения мощности шума (помех) в линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведет к значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической зависимостью, которая растет далеко не так быстро, как прямо-пропорциональная. Так, при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в два раза даст только 15 % увеличения пропускной способности линии.

Близким по сути к формуле Шеннона является другое соотношение, полученное Найквистом, которое также определяет максимально возможную пропускную способность линии связи, но без учета шума в линии:

С = 2Flog2 М.

Здесь М — количество различимых состояний информационного параметра.

Если сигнал имеет два различимых состояния, то пропускная способность равна удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи (рис. 8.15, а). Если же передатчик использует более двух устойчивых состояний сигнала для кодирования данных, то пропускная способность линии повышается, так как за один такт работы передатчик передает несколько битов исходных данных, например 2 бита при наличии четырех различимых состояний сигнала (рис. 8.15, б).

Хотя в формуле Найквиста наличие шума в явном виде не учитывается, косвенно
его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сиг-
нала. Для повышения пропускной способности линии связи следовало бы увеличивать количество состояний, но на практике этому препятствует шум на линии. Например, пропускную способность линии, сигнал которой показан на рис. 8.15, б, можно увеличить еще в два раза, применив для кодирования данных не 4, а 16 уровней. Однако если амплитуда шума время от времени превышает разницу между соседними уровнями, то приемник не сможет устойчиво распознавать передаваемые данные. Поэтому количество возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала и шума, а формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в том случае, когда количество состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознавания приемником.

Экранированная и неэкранированная витая пара

Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот вид среды передачи данных очень популярен и составляет основу большого количества как внутренних, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар).

Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Основные особенности конструкции кабелей схематично показаны на рис. 8.16.

Кабели на основе витой пары являются симметричными , то есть они состоят из двух одинаковых в конструктивном отношении проводников. Симметричный кабель на основе витой пары может быть как экранированным , так и неэкраниро- ванным.

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непроводящего диэлектрического слоя — бумаги или полимера, например поливинил- хлорида или полистирола. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помещаются также внутрь электромагнитного экрана, в качестве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка.

Кабель на основе неэкранированной витой пары, используемый для проводки

внутри здания, разделяется в международных стандартах на категории (от 1 до 7).

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи
минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса
и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был ос-
новной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении
собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой катего-
рии — способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году. Стандарт EIA-568
определил электрические характеристики кабелей для частот в диапазоне до
16 МГц. Кабели категории 3, предназначенные как для передачи данных, так
и для передачи голоса, составляют сейчас основу многих кабельных систем
зданий.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант ка-
белей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на час-
тоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчи-
вость и низкие потери сигнала. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высо-
коскоростных протоколов. Их характеристики определяются в диапазоне до
100 МГц. Большинство высокоскоростных технологий (FDDI, Fast Ethernet,
ATM и Gigabit Ethernet) ориентируются на использование витой пары кате-
гории 5. Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня
все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе
кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 250 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей — поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две — для передачи голоса.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника различают:

многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 8.17, а)\

многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 8.17, б)\

одномодовое волокно (рис. 8.17, в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердцевине кабеля.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверх

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим отражения лучей имеет сложный характер. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, что приводит к искажениям передаваемых импульсовв многомодовом оптическом волокне. По этой причине технические характеристики многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых.

В результате многомодовые кабели используются в основном для передачи данных на скоростях не более 1 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных со сверхвысокими скоростями в несколько десятков гигабит в секунду (а при использовании технологии DWDM — до нескольких терабит в секунду) на расстояния до нескольких десятков и даже сотен километров (дальняя связь).

В качестве источников света в волоконно-оптических кабелях применяются:

светодиоды, или светоизлучающие диоды (Light Emitted Diode, LED);

полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды.

Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый свето- диодом, невозможно без больших потерь направить в волокно — он имеет чересчур широкую диаграмму направленности излучения, в то время как лазерный диод — узкую. Более дешевые светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.

Стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, но проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования.

Выводы

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов. В аналоговых линиях используется частотное мультиплексирование.

В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. В таких линиях используется специальная промежуточная аппаратура — регенераторы, которые улучшают форму импульсов и обеспечивает их ресинхронизацию, то есть восстанавливают период их следования. Промежуточная аппаратура мультиплексирования и коммутации первичных сетей работает по принципу временного мультиплексирования каналов, когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (тайм-слот, или квант) высокоскоростного канала.

Полоса пропускания определяет диапазон частот, которые передаются линией связи с приемлемым затуханием.

Пропускная способность линии связи зависит от ее внутренних параметров, в частности — полосы пропускания, внешних параметров — уровня помех и степени ослабления помех, а также принятого способа кодирования дискретных данных.

Формула Шеннона определяет максимально возможную пропускную способность линии связи при фиксированных значениях полосы пропускания линии и отношении мощности сигнала к шуму.

Формула Найквиста выражает максимально возможную пропускную способность линии связи через полосу пропускания и количество состояний информационного сигнала.

Кабели на основе витой пары делятся на неэкранированные (UTP) и экранированные (STP). Кабели UTP проще в изготовлении и монтаже, зато кабели STP обеспечивают более высокий уровень защищенности.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, недостаток их состоит в сложности и высокой стоимости монтажных работ.

1. Чем звено отличается от составного канала связи?
   1. Может ли составной канал состоять из звеньев? А наоборот?
   2. Может ли цифровой канал передавать аналоговые данные?
   3. К какому типу характеристик линии связи относятся: уровень шума, полоса пропускания, погонная емкость?
   4. Какие меры можно предпринять для увеличения информационной скорости звена:

О уменьшить длину кабеля;

О выбрать кабель с меньшим сопротивлением;

О выбрать кабель с более широкой полосой пропускания;

О применить метод кодирования с более узким спектром.

1. Почему не всегда можно увеличить пропускную способность канала за счет увеличения числа состояний информационного сигнала?
   1. За счет какого механизма подавляются помехи в кабелях UTP ?
   2. Какой кабель более качественно передает сигналы — с большим значением параметра NEXT или с меньшим?
   3. Какова ширина спектра идеального импульса?
   4. Назовите типы оптического кабеля.
   5. Что произойдет, если в работающей сети заменить кабель UTP кабелем STP ? Варианты ответов:

О в сети снизится доля искаженных кадров, так как внешние помехи будут подавляться более эффективно;

О ничего не изменится;

О в сети увеличится доля искаженных кадров, так как выходное сопротивление передатчиков не совпадает с импедансом кабеля.

1. Почему проблематично использовать волоконно-оптический кабель в горизонтальной подсистеме?
   1. Известными величинами являются:

О минимальная мощность передатчика P out (дБм);

О догонное затухание кабеля А (дБ/км);

О порог чувствительности приемника P in (дБм).

Требуется найти максимально возможную длину линии связи, при которой сигналы передаются нормально.

1. Каким будет теоретический предел скорости передачи данных в битах в секунду по линии связи с шириной полосы пропускания 20 кГц, если мощность передатчика составляет 0,01 мВт, а мощность шума в линии связи равна 0,0001 мВт?
   1. Определите пропускную способность дуплексной линии связи для каждого из направлений, если известно, что ее полоса пропускания равна 600 кГц, а в методе кодирования используется 10 состояний сигнала.
   2. Рассчитайте задержку распространения сигнала и задержку передачи данных для случая передачи пакета в 128 байт (считайте скорость распространения сигнала равной скорости света в вакууме 300 000 км/с):

О по кабелю витой пары длиной в 100 м при скорости передачи 100 Мбит/с;

О по коаксиальному кабелю длиной в 2 км при скорости передачи в 10 Мбит/с;

О по спутниковому каналу протяженностью в 72 000 км при скорости передачи 128 Кбит/с.

1. Подсчитайте скорость линии связи, если известно, что тактовая частота передатчика равно 125 МГц, а сигнал имеет 5 состояний.
   1. Приемник и передатчик сетевого адаптера подключены к соседним парам кабеля UTP . Какова мощность наведенной помехи на входе приемника, если передатчик имеет мощность 30 дБм, а показатель NEXT кабеля равен -20 дБ?
   2. Пусть известно, что модем передает данные в дуплексном режиме со скоростью 33,6 Кбит/с. Сколько состояний имеет его сигнал, если полоса пропускания линии связи равна 3,43 кГц?

PAGE 20

Для связи офисов всегда использовались выделенные линии связи. Изначально выделялась прямая медная двух- или четырехпроводная линия связи, на окончаниях которой устанавливалось каналообразующее оборудование, обычно – аналоговый модем. Существенным ограничением для организации таких линий связи служат два фактора – длина линии связи (обусловлена максимальным допустимым сопротивлением линии) и наличие свободных пар в здании. Физические характеристики могут отличаться у двух медных пар, идущих в одном кабеле, а они существенно влияют на скорость связи и количество ошибок, возникающих при передаче данных.

Скорости, обеспечиваемые на таких каналах, колебались от 9,6 кбит/с до 128 кбит/с (т.е. сравнимы со скоростью коммутируемого доступа) и позднее до 2 Мбит/с и выше (при появлении xDSL-технологий). Этого вполне достаточно для предоставления доступа в Интернет небольшого офиса или отдельного пользователя, но зачастую не хватает для объединения локальных сетей офисов.

В настоящее время такой способ организации связи между офисами компаний используется довольно редко. Основными причинами этого стали недостаточная скорость передачи данных, низкое качество связи, организованное на таких каналах, и очень жесткие требования к качеству линий, которое может меняться со временем и сильно зависит от погодных условий и состояния канализации, по которой проложена трасса. При параллельной передаче данных по нескольким медным парам, идущим в одном кабеле, возможно возникновение дополнительных помех из-за взаимного влияния сигнала в одной паре на сигнал в соседней. Это также увеличивает количество ошибок и вынуждает снижать скорость передачи данных. Также для объединения локальных сетей часто бывает недостаточной скорость передачи данных, которая обеспечивается на таких каналах.

Сейчас медные прямые пары используются в основном DSL-операторами для организации «последней мили» при обеспечении доступа в Интернет.

В настоящее время для организации связи по выделенной линии все чаще используются волоконно-оптические линии, доступность которых стала намного выше. Скорости передачи данных на таких каналах достигают 10 Гбит/с, а максимальная дальность – до 70 км и больше (на скорости 1 Гбит/с). Волоконно-оптическая пара может быть арендована у оператора предоставления каналов передачи данных или принадлежать организации. В последнем случае придется также самостоятельно арендовать канализацию, по которой проложен кабель. Также на организацию ляжет необходимость диагностировать неисправности ВОЛС и заботиться о восстановлении кабеля при его обрывах. Эти задачи обычно передают на аутсорсинг или создают собственные службы поддержки.

При всех преимуществах использования волоконно-оптических линий связи основными его недостатками являются те же, что и для медных пар – это в первую очередь необходимость прокладки или аренды кабеля, а также длительная процедура восстановления работы канала при авариях (операторы гарантируют восстановление связи в течение 24 или 48 часов с момента аварии). Такие длительные простои заставляют организовывать резервные линии связи с обязательным разнесением маршрутов пролегания кабелей, организацией резервных вводов в здание и т.п. Это не всегда возможно, да и стоимость строительства или аренды ВОЛС в настоящее время относительно высока.

Тем не менее при необходимости объединить ЛВС нескольких офисов в пределах города на скорости 1Гбит/с и выше альтернативы использования выделенных ВОЛС сейчас нет.

К плюсам этих решений также относится и то, что ВОЛС может быть использована для таких протоколов, как Fibre Channel. При недостатке физических волоконно-оптических пар между двумя объектами есть возможность применить такие технологии уплотнения, как CWDM или DWDM.
В этом случае компания получит от 8 до 64 независимых каналов передачи данных в одной оптоволоконной паре.

Сегодня именно волоконно-оптические линии связи используются при необходимости объединения центральных офисов клиентов с выделенными центрами обработки данных, связи основного и резервного ЦОД. По ВОЛС можно передавать данные любых протоколов на скоростях, равных или превосходящих скорости в ЛВС, построенной в пределах одного здания. При этом канал связи перестает быть узким местом корпоративной сети передачи данных.

Если необходимо использовать только протоколы IP и/или Ethernet, то получить аналогичные услуги можно у операторов городских сетей передачи данных (MAN), стоимость услуг которых в настоящее время падает. На сети MAN оператором самостоятельно реализуются решения по отказоустойчивости и автоматическому переводу маршрутов передачи данных с основных каналов на резервные. Обычно эти переключения должны происходить в автоматическом режиме и незаметно для пользователей услуги. У оператора имеются круглосуточные дежурные смены, системы мониторинга каналов, регламенты действий в аварийных ситуациях. Поскольку оператор использует единое решение для всех своих клиентов, то это обычно обходится дешевле, чем создание заказчиком собственных схем резервирования и служб мониторинга и поддержки.

Компания должна позаботиться о резервировании «последней мили» – т.е. участка от подключаемого офиса до ближайшей точки присутствия оператора связи. Обычно это проще и дешевле, чем самостоятельно резервировать весь канал связи от одного офиса до другого.
Поскольку по физически выделенным каналам передачи данных идет только трафик клиента, каналообразующее оборудование также принадлежит клиенту, то для организации несанкционированного доступа к передаваемой информации требуются специальные действия по снятию информации с медных или оптических пар. Однако, поскольку заказчик далеко не всегда контролирует всю территорию, по которой проходит кабель, часто применяется дополнительная защита передаваемых данных, например путем их шифрования.

8.4 Цифровая выделенная линия (синхронный канал) в сети оператора связи («clear channel»)

Для постоянной надежной связи удаленных офисов часто используются выделенные цифровые каналы передачи данных. В этом случае оборудование заказчика подключается синхронными портами (V.35, X.21, E1) к оборудованию провайдера связи, а провайдер организует передачу данных по своей сети (обычно TDM-сеть). При этом на канальном уровне модели ISO OSI оборудование заказчика на одном конце канала «видит» оборудование, установленное на другом конце канала, из-за чего такой канал и называют чистым.

Данный способ объединения ЛВС офисов удобен пользователям, поскольку практически не зависит от расстояния между офисами, отличается крайне малыми задержками (обычно в пределах сотни микросекунд, т.е. на 2-3 порядка меньше, чем в пакетных сетях передачи данных). При предоставлении интерфейса E1 заказчик получает возможность разделить канал на несколько независимых каналов (установкой своего мультиплексора).

Однако, согласно современным требованиям, скорость передачи данных по таким каналам относительно низка (обычно в пределах 2 Мбит/с, хотя возможно арендовать канал E3, T3 или STM-1). При увеличении скорости передачи данных резко возрастает и стоимость данного канала, она значительно выше стоимости аренды L3 VPN-каналов той же скорости.

Организация связи через выделенные каналы «точка-точка» требует использования для каждого такого канала отдельного порта, что уменьшает гибкость и масштабируемость решения в случае объединения большого количества удаленных объектов (рисунок 3). Следует также иметь в виду, что стоимость синхронного порта передачи данных на скорости ниже 2 Мбит/с превосходит стоимость 100-мегабитного порта Ethernet, и рост стоимости порта происходит быстрее его скорости.

В настоящее время применение таких каналов может быть обусловлено в первую очередь необходимостью передачи голосового трафика по TDM-каналам в «чистом виде», и, возможно, какими-то специфическими приложениями. Их целесообразно использовать и в случаях, когда компания в состоянии обеспечить постоянную загрузку канала на скорости, близкой к максимальной.

Перспектив использования таких каналов для корпоративной передачи данных скорее всего не будет. На существующих сетях операторов связи они еще предоставляются, но активно развиваются уже другие технологии (такие как MPLS VPN).Организация передачи данных в каналах, основанных на мультиплексировании сигнала с разделением по времени, не позволяет информации одного клиента попадать в сети другого клиента без нарушения исходной связи. Однако надо иметь в виду, что передаваемые данные всегда доступны операторам, предоставляющим канал. Поэтому многие компании склонны защищать любой внутрикорпоративный трафик, который передается по внешним (арендованным физическим или виртуальным) каналам.

Рисунок 3- Организация СПД на основе выделенных каналов связи

Основное преимущество цифровой выделенной линии: заказчик получает «чистый» канал, который может использоваться по его усмотрению. Могут передаваться данные любых канальных протоколов. Дальность подобного канала фактически неограниченна. Задержки на таких каналах измеряются десятками микросекунд.
Недостатки: относительно низкая скорость передачи данных, более высокая стоимость канала по сравнению с L3 VPN той же пропускной способности.

В компьютерных сетях используются телефонные, телеграфные, телевизионные, спутниковые сети связи. В качестве линий связи применяются проводные (воздушные), кабельные, радиоканалы наземной и спутниковой связи. Различие между ними определяется средой передачи данных. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

Проводные (воздушные) линии связи – это провода без изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Традиционно они служат для передачи телефонных и телеграфных сигналов, но при отсутствии других возможностей применяются для передачи компьютерных данных. Проводные линии связи отличаются небольшой пропускной способностью и малой помехозащищенностью, поэтому они быстро вытесняются кабельными линиями.

Кабельные линии включают кабель, состоящий из проводников с изоляцией в несколько слоев – электрической, электромагнитной, механической, и разъемы для присоединения к нему различного оборудования. В КС применяются в основном три типа кабеля: кабель на основе скрученных пар медных проводов (это витая пара в экранированном варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда изоляционная обертка отсутствует), коаксиальный кабель (состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции) и волоконно-оптический кабель (состоит из тонких – в 5-60 микрон-волокон, по которым распространяются световые сигналы).

Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества: высокая пропускная способность (до 10 Гбит/с и выше), обусловленная использованием электромагнитных волн оптического диапазона; нечувствительность к внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излучений, низкая трудоемкость прокладки оптического кабеля; искро-, взрыво– и пожаробезопасность; повышенная устойчивость к агрессивным средам; небольшая удельная масса (отношение погонной массы к полосе пропускания); широкие области применения (создание магистралей коллективного доступа, систем связи ЭВМ с периферийными устройствами локальных сетей, в микропроцессорной технике и т. д.).

Недостатки ВОЛС: подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые для световодов высокоскоростные модемы пока еще дороги, световоды, соединяющие ЭВМ, должны снабжаться преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Различные типы радиоканалов отличаются используемым частотным диапазоном и дальностью передачи информации. Радиоканалы, работающие в диапазонах коротких, средних и длинных волн (КВ, СВ, ДВ), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Это радиоканалы, где используется амплитудная модуляция сигналов. Каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), являются более скоростными, для них характерна частотная модуляция сигналов. Сверхскоростными являются каналы, работающие на диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ), т. е. свыше 4 ГГц. В диапазоне СВЧ сигналы не отражаются ионосферой Земли, поэтому для устойчивой связи требуется прямая видимость между передатчиком и приемником. По этой причине сигналы СВЧ используются либо в спутниковых каналах, либо в радиорелейных, где это условие выполняется.

Характеристики линий связи . К основным характеристикам линий связи относятся следующие : амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание, пропускная способность, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце линии, достоверность передачи данных, удельная стоимость.

Характеристики линии связи часто определяются путем анализа ее реакций на некоторые эталонные воздействия, в качестве которых используются синусоидальные колебания различных частот, поскольку они часто встречаются в технике и с их помощью можно представить любую функцию времени. Степень искажения синусоидальных сигналов линии связи оценивается с помощью амплитудно-частотной характеристики, полосы пропускания и затухания на определенной частоте.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) дает наиболее полное представление о линии связи, она показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала (вместо амплитуды сигнала часто используется его мощность). Следовательно, АЧХ позволяет определять форму выходного сигнала для любого входного сигнала. Однако получить АЧХ реальной линии связи весьма трудно, поэтому на практике вместо нее используются другие, упрощенные характеристики – полоса пропускания и затухание.

Полоса пропускания линии связи представляет собой непрерывный диапазон частот, в котором отношение амплитуды выходного сигнала ко входному превышает заранее заданный предел (обычно 0,5). Следовательно, полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений. Ширина полосы пропускания, в наибольшей степени влияющая на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи, это разность между максимальной и минимальной частотами синусоидального сигнала в данной полосе пропускания. Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности.

Следует делать различия между шириной полосы пропускания и шириной спектра передаваемых информационных сигналов. Ширина спектра передаваемых сигналов это разность между максимальной и минимальной значимыми гармониками сигнала, т. е. теми гармониками, которые вносят основной вклад в результирующий сигнал. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет передаваться и приниматься приемником без искажений. В противном случае сигнал будет искажаться, приемник – ошибаться при распознавании информации, и, следовательно, информация не сможет передаваться с заданной пропускной способностью.

Затухание – это относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты.

Затухание А измеряется в децибелах (dB, дБ) и вычисляется по формуле:

где Рвых, Рвх – мощность сигнала соответственно на выходе и на входе линии.

Для приблизительной оценки искажения передаваемых по линии сигналов достаточно знать затухание сигналов основной частоты, т. е. частоты, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Более точная оценка возможна при знании затухания на нескольких частотах, близких к основной.

Пропускная способность линии связи – это ее характеристика, определяющая (как и ширина полосы пропускания) максимально возможную скорость передачи данных по линии. Она измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах (Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с).

Пропускная способность линии связи зависит от ее характеристик (АЧХ, ширины полосы пропускания, затухания) и от спектра передаваемых сигналов, который, в свою очередь, зависит от выбранного способа физического или линейного кодирования (т. е. от способа представления дискретной информации в виде сигналов). Для одного способа кодирования линия может обладать одной пропускной способностью, а для другого – другой.

При кодировании обычно используется изменение какого-либо параметра периодического сигнала (например, синусоидальных колебаний) – частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой, если в качестве такого сигнала используется синусоида. Если у принимаемой синусоиды не меняется ни один из ее параметров (амплитуда, частота или фаза), то она не несет никакой информации.

Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду (для синусоиды это количество изменений амплитуды, частоты или фазы) измеряется в бодах. Тактом работы передатчика называют период времени между соседними изменениями информационного сигнала.

В общем случае пропускная способность линии в битах в секунду не совпадает с числом бод. В зависимости от способа кодирования она может быть выше, равна или ниже числа бод. Если, например, при данном способе кодирования единичное значение бита представляется импульсом положительной полярности, а нулевое значение – импульсом отрицательной полярности, то при передаче поочередно изменяющихся битов (серии одноименных битов отсутствуют) физический сигнал за время передачи каждого бита дважды изменяет свое состояние. Следовательно, при таком кодировании пропускная способность линии в два раза ниже, чем число бод, передаваемое по линии.

На пропускную способность линии влияет не только физическое, но и так называемое логическое кодирование, которое выполняется до физического кодирования и состоит в замене исходной последовательности бит информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей дополнительными свойствами (например, возможностью для приемной стороны обнаруживать ошибки в принятых данных или обеспечивать конфиденциальность передаваемых данных путем их шифрования). Логическое кодирование, как правило, сопровождается заменой исходной последовательности бит более длинной последовательностью, что негативно сказывается на времени передачи полезной информации.

Существует определенная связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания . При фиксированном способе физического кодирования пропускная способность линии увеличивается с повышением частоты несущего периодического сигнала, так как это повышение сопровождается ростом информации, передаваемой в единицу времени. Но с повышением частоты этого сигнала увеличивается и ширина его спектра, который передается с искажениями, определяемыми полосой пропускания линии. Чем больше несоответствие между полосой пропускания линии и шириной спектра передаваемых информационных сигналов, тем больше подвергаются сигналы искажению и тем вероятнее ошибки в распознавании информации приемником. В итоге скорость передачи информации оказывается меньше, чем можно было предположить.

Клод Шеннон установил связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью независимо от принятого способа физического кодирования:

где С – максимальная пропускная способность линии (бит/с);

F – ширина полосы пропускания линии (Гц);

– мощность полезного сигнала;

– мощность шума (помехи).

Как следует из этого соотношения, не существует теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания. Однако на практике повысить пропускную способность линии за счет значительного увеличения мощности передатчика или уменьшения мощности шума на линии довольно трудно и дорого. К тому же влияние этих мощностей на пропускную способность ограничено не прямо-пропорциональной зависимостью, а логарифмической.

Большее практическое применение получило соотношение, найденное Найквистом:

где М – количество различных состояний информационного параметра передаваемого сигнала.

В соотношении Найквиста, используемом также для определения максимально возможной пропускной способности лини связи, в явном виде не учитывается наличие шума на линии. Однако его влияние косвенно отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Например, для повышения пропускной способности линии можно было при кодировании данных использовать не 2 или 4 уровня, а 16. Но если амплитуда шума превышает разницу между соседними 16-ю уровнями, то приемник не сможет устойчиво распознавать передаваемые данные. Поэтому количество возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала и шума.

По формуле Найквиста определяется предельное значение пропускной способности канала для случая, когда количество состояний информационного сигнала уже выбрано с учетом возможностей их устойчивого распознавания приемником.

Помехоустойчивость линии связи – это ее способность уменьшать на внутренних проводниках уровень помех, создаваемых во внешней среде. Она зависит от типа используемой физической среды, а также от средств линии, экранирующих и подавляющих помехи. Наиболее помехоустойчивыми, малочувствительными ко внешнему электромагнитному излучению, являются волоконно-оптические линии, наименее помехоустойчивыми – радиолинии, промежуточное положение занимают кабельные линии. Уменьшение помех, обусловленных внешними электромагнитными излучениями, достигается экранизацией и скручиванием проводников.

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи дан­ных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) являет­ся термин канал связи (channel).

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через кото­рые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следую­щие:

§ проводные (воздушные);

§ кабельные (медные и волоконно-оптические);

§ радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и вися­щие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии исполь­зуются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехоза­щищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коак­сиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой. Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара мед­ных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Суще­ствует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельно­го телевидения и т. п.

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радио­каналов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция, а также диапазонах сверхвысо­ких частот (СВЧ или microwaves).

В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты использу­ют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выпол­няется.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются воло­конно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территори­альных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей.

Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотноше­нием качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя - например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользова­телем сети.

Даже при рассмотрении простейшей сети, состоящей всего из двух машин, можно увидеть многие проблемы, присущие любой вычислительной сети, в том числе проблемы, связанные с физической передачей сигналов по линиям связи , без решения которой невозможен любой вид связи.

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код . Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр 1 и 0, например, потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю - другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной или одной полярности.

Аналогичные подходы могут быть использованы для кодирования данных и при передаче их между двумя компьютерами по линиям связи. Однако эти линии связи отличаются по своим электрическим характеристикам от тех, которые существуют внутри компьютера. Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности , а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует передачи импульсов с меньшей скоростью (чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались и импульс успел дорасти до требуемого уровня).

В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных , а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, - модуляцию (рис. 3). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.

Для преобразования данных из одного вида в другой используются модемы. Термин «модем» - сокращение от слов модулятор/демодулятор. Двоичный ноль преобразуется, например, им в сигнал низкой, а единица - высокой частоты. Другими словами, преобразуя данные, модем модулирует частоту аналогового сигнала (рис. 4).

На способ передачи сигналом влияет и количество проводов в линиях связи между компьютерами.

Передача данных может происходить происходит параллельно (рис. 5) или последовательно (рис. 6).

Для сокращения стоимости линий связи в сетях обычно стремятся к сокращению количества проводов и из-за этого используют не параллельную передачу всех бит одного байта или даже нескольких байт, как это делается внутри компьютера, а последовательную, побитную передачу, требующую всего одной пары проводов.

При соединении компьютеров и устройств используются также три различных метода, обозначаемые тремя различными терминами. Соединение бывает: симплексное, полудуп­лексное и дуплексное (рис. 7).

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются лишь в одном направлении. Полудуплексное соединение позво­ляет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время, и, наконец, дуплексное соединение, это когда данные следуют в обоих направлениях одновременно.

Рис. 7. Примеры потоков данных.

Другим важным понятием является переключение (коммутация) соединения.

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефон­ных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую (т.е. постоянное соединение) физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. По­этому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети.

Переключение соединения позволяет аппаратным средствам сети разделять один и тот же физический канал связи между многими устройствами. Два основных способа переключения соединения - пере­ключение цепей и переключение пакетов.

Переключение цепей создает единое непрерывное соединение между двумя сетевыми устройствами. Пока эти устройства взаимодействуют, ни одно другое не сможет воспользоваться этим соединением для передачи собственной инфор­мации - оно вынуждено ждать, пока соединение не освободится.

Простой пример переключателя цепей - переключатель типа А-В, служащий, чтобы два компьютера соединить с одним принтером. Чтобы один из компьюте­ров мог печатать, вы поворачиваете тумблер на переключателе, устанавливая непрерывное соединение между компьютером и принтером. Образуется соеди­нение типа «точка-точка». Как изображено на рисунке, только один компьютер может печатать в одно и то же время.

Рис. 6Переключение цепей

Большинство современных сетей, включая Интернет, используют переключение пакетов. Программы передачи данных в таких сетях делят данные на кусочки, называе­мые пакетами. В сети пакетной коммутации данные могут следовать одновременно одним пакетом, а могут - в нескольких. Данные прибудут в одно и тоже место назначения, несмотря на то, что пути, которыми они следовали, могут быть совершенно различны.

Для сравнения двух видов соединения в сети, предположим, что мы прервали канал в каждом их них. Например, отключив принтер от менеджера на рис. 6 (переставив тумблер в положение В), вы лишили его возможности печатать. Соединение с переключением цепей требует наличия непрерывного канала связи.

Рис. 7. Переключение пакетов

Наоборот, данные в сети с переключением пакетов могут двигаться различными путями. Это видно на рис. 7. Данные необязательно следуют одной дорогой на пути между офисным и домашним компьютерами, разрыв одного из каналов не приведет к потере соединения - данные просто пойдут другим маршрутом. Сети с переключением пакетов имеют множество альтернативных маршрутов для пакетов.

Коммутация пакетов - это техника коммутации абонентов, которая была специ­ально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика.

Суть проблемы заключается в пульсирующем ха­рактере трафика , который генерируют типичные сетевые приложения. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просмат­ривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вооб­ще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер - и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отно­шению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может составлять 1:50 или 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут использоваться и будут недоступны другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения раз­биваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакета­ми. Сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п.

Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мега­байт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Пакеты транспортируются в сети как независи­мые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это дается в сетях с коммутацией каналов. При этом способе время взаимодействия пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов. Тем не менее, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в едини­цу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике ком­мутации каналов.

Обычно при равенстве предоставляемой скоро­сти доступа сеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть.

Каждая из этих схем (коммутация каналов (circuit switching) или коммутация пакетов (packet switching)) имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосроч­ным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммута­ции пакетов, как более гибкой и универсальной.

Сети с коммутацией каналов хорошо приспособлены для коммутации данных с постоянной скоростью, когда единицей коммутации является не отдельный байт или пакет данных, а долговременный синхронный поток данных между двумя абонентами.

Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим пользователем сети. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы - передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п.

Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период[ времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, меряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов.

Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются телефонные сети общего пользования, локальные сети, сеть Internet.

Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы.

Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого . При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора. Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как с помощью обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных.

Асинхронная и синхронная передачи. При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня всегда поддерживают побитовую синхрони­зацию между приемником и передатчиком.

Однако при плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синх­ронизации на уровне байт.

Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств, ко­торые генерируют байты данных в случайные моменты времени. Так работает кла­виатура дисплея или другого терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером.

В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сиг­налами «старт» и «стоп». Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы, во-первых, известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта..

Асинхронным описанный режим называется потому, что каждый байт может быть несколько смещен во времени относительно побитовых тактов предыдущего байта

Задачи надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, в вычислительных сетях решает определенный класс оборудования. В локальных сетях это сетевые адаптеры, а в глобальных сетях - аппаратура передачи данных, к которой относятся, например, рассмотренные модемы. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи, проверяет правильность передачи по контрольной сумме и может выполнять некоторые другие операции.

Контрольные вопросы:

3. Какие линии связи используются в компьютерных сетях?

4. Какие линии связи являются наиболее перспективными?

5. Как передаются двоичные сигналы в сети? Что такое модуляция?

6. Для чего используется модем?

7. Что такое последовательная и параллельная передача данных?

8. Что такое симплексное, полудуп­лексное и дуплексное соединение?

9. Что такое коммутация соединения?

10. Какие существуют два основных способа коммутации соединения?

11. Что такое пакетная коммутация и в чем ее преимущество?

12. Когда целесообразно использовать коммутацию каналов?

13. Поясните понятия асинхронной и синхронной передачи данных?

1. связь

   Линейное монтажное приспособление, не обладающее собственной устойчивостью, работающее на растяжение и сжатие.

   Строительная терминология
2. связующий

   орф.
   связующий
   

3. СВЯЗЬ

   (англ. connection, relation, relationship) - взаимообусловленность существования объектов, явлений, действий, разделенных в пространстве и/ или времени. С выявления устойчивых и необходимых...

   Большой психологический словарь
4. связь

   СВЯЗЬ , связи , о связи , в связи и (с кем-чем-нибудь быть) в связи , ·жен.
   1. То, что связывает
   зависимость, обусловленность. «...Связь науки и практической деяьности, связь теории и практики
   их единство должно стать путеводной звездой партии пролетариата.» Сталин. Причинная связь . Логическая связь
   Установить связь между явлениями. Связь между частями целого. Эти вопросы стоят в связи между собой
   Нельзя сомневаться во взаимной связи этих вопросов. Есть несомненная связь между биографией

   Толковый словарь Ушакова
5. в связи

   с чем. Книжн. Вследствие чего-либо, по причине чего-либо, ввиду чего-либо. Припадки тоски в связи
   в связи с тем, что ему вот-вот придётся исчезнуть из Верного (Д. Фурманов. Мятеж).
   

   Фразеологический словарь Фёдорова
6. на связи

   нареч, кол-во синонимов: 3 алло 67 говорите 14 слухаю 12

7. со связями

   прил., кол-во синонимов: 2 наворотный 12 навороченный 31

   Словарь синонимов русского языка
8. связа

   сущ., кол-во синонимов: 2 обуза 17 стеснение 34

   Словарь синонимов русского языка
9. связи

   сущ., кол-во синонимов: 13 блат 8 близкое знакомство с влиятельными людьми 1 взаимоотношения 6 знакомства 8 крыша 49 лапа 18 маза 15 отношения 6 подписка 7 рука 49 рычаги 5 своя рука 4 узы 13

   Словарь синонимов русского языка
10. связь

    хранения и передачи информации. Вначале связь осуществлялась с помощью гонцов, передававших сообщения
    передаваться в письменном виде. Это положило начало почтовой связи , которая вплоть до изобретения
    оптического телеграфа в кон. 18 в. оставалась единственным видом связи . Возможности связи существенно
    электрическая проводная связь ). В 1832 г. П. Л. Шиллинг создал первый пригодный для практического
    аппарат (телеграфная связь ). А. Г. Белл в 1876 г. изобрёл телефонный аппарат, открыв тем самым эру

    Техника. Современная энциклопедия
11. в связи с

    орф.
    в связи с (чем)
    

    Орфографический словарь Лопатина
12. связь

    и, предл. о связи , в связи и в связи , ж.
    1.
    Взаимные отношения между кем-, чем-л.
    Связь
    между промышленностью и сельским хозяйством. Связь науки и производства. Торговые связи . Хозяйственная связь
    районов. Родственные связи .
    Взаимная зависимость, обусловленность.
    Причинная связь .
    □
    Мы хотим
    только сказать, --- что все науки находятся между собою в тесной связи и что прочные приобретения одной
    В. Классовского.
    Связь творчества Петрова-Водкина с традициями древнерусской живописи очевидна.
    Л. Мочалов

    Малый академический словарь
13. связующий

    СВЯЗУЮЩИЙ -ая, -ее.
    1. Книжн. Связывающий, соединяющий. Быть связующим звеном между кем-, чем-л
    Улавливать связующую нить событий.
    2. Спец. Служащий для связывания, соединения отдельных частиц. С-ее вещество. С-ие материалы.
    

    Толковый словарь Кузнецова
14. Связь

    по направлениюдеиствия (прямые и обратные), по типу процессов, к-рые определяет данная связь
    различают: генетическую (причинно-следственную) связь ; функциональную связь (связь между зависимыми
    процессами); объемную связь (между объектами, составляющими множество), субстанциональную связь
    между свойствами вещи и самой вещью как целым); связь преобразования (между не поддающимися непосредственному
    прямые и обратные связи . Лит.: Эйсман А.А. Заключение эксперта (Структура и научное обоснование). М., 1967.
    

    Криминалистическая энциклопедия
15. связующий

    С/вяз/у́/ющ/ий.

    Морфемно-орфографический словарь
16. Связь

    1. Металлическая полоса или деревянный брус (1), пронизывающие каменную кладку и противодействующие распору сводов.
    2. Тип русской избы (1), при котором два жилых помещения объединяются через сени в прямоугольный объем.
    (Термины российского архитектурного наследия. Плужников В.И., 1995)

    Архитектурный словарь
17. в связи с чем

    в связи с чем союз
    Употребляется при присоединении придаточной части (в которой содержится

    Толковый словарь Ефремовой
18. связующий

    связующий прил.
    1. Связывающий, объединяющий что-либо.
    2. Служащий для связывания, соединения отдельных частиц.
    

    Толковый словарь Ефремовой
19. связующий

    прил., кол-во синонимов: 10 вяжущий 16 единительный 5 игрок 61 клейкий 10 липкий 28 объединяющий 29 посредствующий 5 связывающий 34 склеивающий 9 соединяющий 80

    Словарь синонимов русского языка
20. связа

    См. связывать

    Толковый словарь Даля
21. Связь

    (хим.)
    см. Строение химическое или Структура.

    Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
22. СВЯЗУЮЩИЕ

    СВЯЗУЮЩИЕ , вещество или два вещества, обладающие способностью скреплять между собою предметы
    Природные связующие , обычно называющиеся КЛЕЯМИ, вырабатываются путем кипячения шкур животных, костей
    связующим относятся ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА с отвердителем, вступающим с нею в реакцию, а также ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ и ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СМОЛЫ.
    

    Научно-технический словарь
23. связующие

    СВЯЗУЮЩИЕ
    непрерывные фазы, обеспечивающие связность дискретных элементов или частиц наполнителя

    Химическая энциклопедия
24. СВЯЗИ

    СВЯЗИ - в строительных конструкциях - элементы каркаса здания (сооружения) - обеспечивающие
    его пространственную жесткость, а также устойчивость основных (несущих) конструкций. Система связи обычно

25. связь

    СВЯЗЬ -и, предл. о связи , в связи и в связи ; ж.
    1. Отношение взаимной зависимости, обусловленности
    связи друг с другом. // Последовательность, согласованность, стройность (в мыслях, изложении и т.п
    Воспоминания проносились друг за другом без всякой связи . Добивался отточенности и связи фраз.
    2
    между партнёрами. Тесные, деловые, взаимовыгодные связи двух стран. Дружеские, родственные, любовные
    семейные связи . Налаживать, укреплять, развивать, разрывать связи между странами. Поддерживать с. с семьёй

    Толковый словарь Кузнецова
26. в связи с

    в связи с предл. с твор. см. в связи со
    Употребляется при указании на причинные отношения, взаимную

    Толковый словарь Ефремовой
27. связь

    Сцепление, соединительное звено
    Сцепление мыслей, понятий – ассоциация идей
    см. >> союз
    см. также -> влиятельная связь
    

    Словарь синонимов Абрамова
28. Связи

    В строительных конструкциях, соединительные элементы, обеспечивающие устойчивость основных (несущих) конструкций Каркаса и пространственную жёсткость сооружения в целом.

29. связь

    устройства, сети узлов и каналов (линий) связи . В зависимости от характера применяемых средств делится
    Одним из видов связи является также традиционная почта, доставляющая из одного места в другое
    печать. Проводные виды связи : телеграф (изобретён в 1844), телефон (1876) и его разновидности (телетайп
    телефакс); беспроводные: радио (1895), телевидение (1923), сотовая связь (мобильные
    радиотелефоны), спутниковые системы связи , глобальные навигационные системы; смешанный вид: компьютерные сети

    География. Современная энциклопедия
30. СВЯЗЬ

    СВЯЗЬ , см. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ .
    

    Научно-технический словарь
31. в связи с тем

    в связи с тем, что союз
    Употребляется при присоединении придаточной части сложноподчиненного

    Толковый словарь Ефремовой
32. в связи со

    в связи со предл. с твор.
    см. в связи с
    

    Толковый словарь Ефремовой
33. связа

    связа ж. местн.
    То, что связывает, обременяет; обуза.
    

    Толковый словарь Ефремовой
34. связь

    связь ж.
    1. Взаимные отношения между кем-либо, чем-либо.
    || Общность, взаимопонимание, внутреннее

    Толковый словарь Ефремовой
35. связующий

    Связующий , связующая , связующее , связующие , связующего , связующей , связующего , связующих связующему , связующей , связующему , связующим , связующий , связующую , связующее , связующие , связующего связующую , связующее , связующих , связующим , связующей , связующею , связующим , связующими , связующем связующей , связующем , связующих , связующ, связующа, связующе, связующи, связующее , посвязующее, связующей , посвязующей

    Грамматический словарь Зализняка
36. связующий

    СВЯЗ’УЮЩИЙ, связующая , связующее (·книж.). прич. ·действ. наст. вр. от связывать, то же, что связывающий. Связующее звено. Связующие нити.
    

    Толковый словарь Ушакова
37. СВЯЗЬ

    СВЯЗЬ - в философии - взаимообусловленность существования явлений, разделенных в пространстве
    и во времени. Связи классифицируют по объектам познания, по формам детерминизма (однозначные
    связь (связь порождения, связь преобразования) - по направлению действия (прямые и обратные
    по типу процессов, которые определяет данная связь (связь функционирования, связь развития, связь
    управления) - по содержанию, которое является предметом связи (связь , обеспечивающая перенос вещества

    Большой энциклопедический словарь
38. связующий

    СВЯЗУЮЩИЙ , ая, ее (книжн.). Связывающий, соединяющий. Связующее звено.
    

    Толковый словарь Ожегова
39. связи

    Широкие ~

    Словарь русской идиоматики
40. связи

    связь (связи )
    (иноск.) - дружба, знакомство (интимные отношения)
    Ср. "Без друзей, да без связи
    местечка. Он не обладал никакими способностями и не имел никаких связей .
    Тургенев. Собака.
    

    Фразеологический словарь Михельсона
41. до связи

    нареч, кол-во синонимов: 12 ариведерче 15 бай 26 будь здоров 83 бывай 31 до встречи 39 до свидания 58 до скорого 25 прощай 39 свидимся 18 созвон 1 счастливо 57 удачи 19

    Словарь синонимов русского языка
42. Связь

    и обратных (см. Обратная связь ). Методология Структурализма возникает как результат осознания
    29; Зиновьев А. А., К определению понятия связи , «Вопросы философии», 1960, №8; Новинский
    И. И., Понятие связи в марксистской философии, М., 1961; Щедровицкий Г. П., Проблемы методологии системного
    что положило начало почтовой связи (См. Почтовая связь ), которая в течение рабовладельческих и феодальных
    см. Проводная связь ). Создателем электрического телеграфа (1832) был П. Л. Шиллинг. В 1837 С. Морзе

    Большая советская энциклопедия
43. связь

    орф.
    связь , -и
    

    Орфографический словарь Лопатина
44. связи

    связи мн.
    Знакомство с влиятельными лицами.
    

    Толковый словарь Ефремовой
45. связь

    СВЯЗЬ , и, о связи , в связи и в связи , ж.
    1. (в связи ). Отношение взаимной зависимости
    обусловленности, общности между чем-н. С. теории и практики. Причинная с.
    2. (в связи ). Тесное общение между кем
    чем-н. Дружеская с. Укреплять международные связи .
    3. (в связи и в связи ). Любовные отношения
    сожительство. Любовная с. Быть в связи с кем-н.
    4. мн. Близкое знакомство с кем-н., обеспечивающее
    поддержку, покровительство, выгоду. Иметь связи во влиятельных кругах. Большие связи .
    5. (в связи

    Толковый словарь Ожегова
46. связь

    См. связывать

    Толковый словарь Даля
47. связующий

    ая, -ее. книжн.
    1.
    прич. наст. от связывать.
    2. в знач. прил.
    Служащий для связи , соединения чего-л.
    Связующее вещество. Связующее звено.
    

    Малый академический словарь

1. связь

   1) bağ, alâqa
   связь теории с практикой - nazariyenen ameliyat arasındaki bağ (alâqa)
   2) (тесное
   общение) alâqa, bağ, munasebet
   дружеские связи - dostane munasebetler
   3) alâqa
   телеграфная связь - telegraf alâqası
   без связи - bağsız
   

   Русско-крымскотатарский словарь
2. связь

   1) (отношение, соединение) katena (-), mapatanisho мн., mfungamano (mi-), muambatano (mi-), mwambisho (mi-), ufungamano ед., uhusiano (ma-), mwamali (mi-), muoano (mi-) перен.;
   свя́зи - mafungamano мн., maingiliano мн.

   Русско-суахили словарь
3. связь

   связка, связь
   връзка ж
   - телефонная связь
   - в связи с...
   

   Русско-болгарский словарь
4. в связи с

   Because of, in view of, in connetion with, in connexion with, in light of, owing to, as a result of, on the grounds of in connection with

5. в этой связи Полный русско-английский словарь
6. связи Русско-монгольский словарь
7. в связи с тем

   V souvislosti s tím

   Русско-чешский словарь
8. связей Русско-чешский словарь
9. в связи с

   В связи с
   בְּהֶקשֵר ל-; לְרֶגֶל
   

   Русско-ивритский словарь
10. связующее ПО Полный русско-английский словарь
11. связующий Русско-литовский словарь
12. связь

    Jungtis (-ies) (3) (хим.)
    sąraiša (1) (техн.)
    sąryšis (1)
    ryšys (4)
    sąsaja (1)

    Русско-литовский словарь
13. в связи с...

    в связ {}и{} с...
    във връзка с...
    

    Русско-болгарский словарь
14. Связь Русско-турецкий словарь
15. связующий

    Прич. 1. bağlayıcı; 2. məc. əlaqələndirən.

    Русско-азербайджанский словарь
16. связи

    мн. ч.
    (общение, отношения) Beziehungen pl; Kontakte pl (контакты)
    культурные связи - kulturelle Beziehungen
    международные связи - internationale Kontakte
    

    Русско-немецкий словарь
17. в связи с

    The rules are worked out in connection with the multiplication of negative numbers.
    It is important to consider these findings in the context of the evolutionary relationship of life on our planet to the presence of mercury.

18. в этой связи

    V této souvislosti

    Русско-чешский словарь
19. быть в связи Русско-чешский словарь
20. и связь Русско-чешский словарь
21. в связи

    (вследствие) por causa de, por motivo de; (по случаю чего-л) por ocasião

    Русско-португальский словарь
22. связующий

    кнжн
    de ligação; agregativo
    - связующее звено
    

    Русско-португальский словарь
23. связь

    relações fpl; (связность) ligação f, coerência f; тех ligadura f
    
    - в связи
    

    Русско-португальский словарь
24. связующее

    Lep
    lepidlo
    pojidlo
    pojivo
    spojivo

    Русско-чешский словарь
25. связи

    Сущ.; мн. ties

    Полный русско-английский словарь
26. связь

    Кого-чего с кем-чем сущ. жен. рода
    биол.
    зв"язок імен. чол. роду

    Русско-украинский словарь
27. связь

    I
    см. двусторонняя связь
    II
    см. нарушать связи ; образование поперечных связей ; разрыв связей
    расщепление связей ; соединение с тройными связями
    III
    см. тж. взаимосвязь; зависимость между; тесная
    связь ; устанавливать взаимосвязь между
    Ship-to-ship and ship-to-shore communications ...
    In very

    Русско-английский научно-технический словарь
28. связь

    f
    1) yhteys
    2) yhteys, liikenne, viestintä
    телефонная связь - puhelinyhteys
    средства связи
    viestivälineet, yhteysvälineet
    3) pl связи yhteydet
    культурные связи - kulttuuriyhteydet
    
    в связи с этим - tämän yhteydessä
    

    Русско-финский словарь
29. связующим Русско-чешский словарь
30. связи

    мн
    (знакомства) relações fpl; empenhes mpl; (блат) pistolão m fam bras; (любовная) ligação f (amorosa); (средства сообщения) telecomunicações fpl; воен ligações e transmissões

    Русско-португальский словарь