Проектирование средств организации каналов передачи данных
_ 21.ВВЕДЕНИЕ
Развитие вычислительных сетей потребовало передачи при межмашин-
ном обмене данными больших объемов цифровой информации с высокой ско-
ростью и верностью.
Именно поэтому возникла проблема проектирования средств организа-
ции каналов передачи данных эффективно использующих пропускную способ-
ность существующих непрерывных каналов электросвязи и базирующихся на
современной технике и технологии цифровых интегральных схем.
Базовые функции по согласованию источников и приемников данных с
непрерывными частотно-ограниченными каналами возложена на 1устройства
1преобразования сигналов 0 (УПС), которые в значительной мере определяют
такие характеристики цифровых каналов, как скорость и верность. Поэ-
тому разработка УПС, обеспечивающих требуемые информационные характе-
ристики систем передачи сигналов данных между территориально удаленны-
ми оконечными пунктами, является одной из актуальных задач, входящих
в комплекс проблем технического обеспечения межмашинного обмена инфор-
мацией в вычислительных сетях.
_ 22.УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Основной задачей создания УПС было сделать такой "переводчик",
который позволил бы преобразовывать 1цифровой 0 сигнал, более понятный
ЭВМ или терминалу, в используемый в телеграфных, телефонных и неко-
торых других каналах связи 1аналоговый 0 сигнал.
Когда устройства ООД ( 1Оконечное Оборудование Данных 0 - им может
быть ЭВМ, терминал и пр.) обмениваются данными друг с другом с исполь-
зованием, например, телефонной линии, сигнал должен приспособиться к
ориентированному на речь аналоговому миру. Однако устройства ООД взаи-
модействуют посредством цифровых ( 1дискретных 0) сигналов. Форма цифрово-
го сигнала существенно отличается от формы аналогового сигнала. Сходс-
тво состоит в том, что сигнал непрерывен, повторяет самого себя и
периодичен, но он очень отличается тем, что дискретен - изменения
состояния (уровня электрического напряжения) очень резкие. ЭВМ и тер-
миналы используют цифровые, двоичные формы, поскольку полупроводни-
ковые транзисторы в своей основе - дискретные приборы с двумя состоя-
ниями.
Цифровая передача реализована в настоящее время во многих систе-
мах, к примеру - в 1локальных сетях 0, где машины не удалены на большое
расстояние, и есть возможность связать их общей шиной. Также она широ-
ко используется при непосредственной связи между компьютерами через
асинхронные порты (так называемые 1нуль-модемы 0). Цифровая передача име-
ет ряд явных преимуществ по сравнению с аналоговыми системами связи.
Однако аналоговые каналы все еще доминируют в местных системах подклю-
чения устройств ООД к каналам телефонных служб.
Различают несколько типов УПС :
- 3 Устройства преобразования сигналов телеграфного типа;
- 3 Устройства преобразования сигналов низкого уровня;
- 3 Модемы;
- 3 Автовызывные устройства (АВУ),
а также, возможно, некоторые другие, специфические, устройства.
В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто
используемые из них - 1 модемы 0, а также 1автовызывные устройства 0, как
возможное (и весьма ценное) дополнение (а для самых современных моде-
мов - неотъемлемая часть)
_ 23.МОДЕМ
В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьюте-
ра. Установив модем на свой компьютер, вы фактически открываете для
себя новый мир. Ваш компьютер превращается из обособленного компьютера
в звено глобальной сети.
Модем позволит вам, не выходя из дома, получить доступ к базам
данных, которые могут быть удалены от вас на многие тысячи километров,
разместить сообщение на 1BBS 0 (электронной доске обьявлений), доступной
другим пользователям, скопировать с той же BBS интересующие вас файлы,
интегрировать домашний компьютер в сеть вашего офиса, при этом (не
считая низкой скорости обмена данными) создается полное ощущение рабо-
ты в сети офиса. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями ( 1Rel 0-
1Com, FidoNet 0) можно принимать и посылать электронные письма не только
внутри города, но фактически в любой конец земного шара. Глобальные
сети дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать
во всевозможных конференциях, получать новости практически по любой
интересующей вас тематике.
Модем ( 1модулятор-демодулятор 0) является устройством, преобразующим
последовательные цифровые сигналы в аналоговые сигналы и наоборот.
Иначе говоря, модем обеспечивает цифровой/аналоговый интерфейс, позво-
ляющий двум устройствам общаться друг с другом посредством телефонной
сети. Он изменяет либо 1 амплитуду 0, либо 1частоту 0или 1фазу 0, чтобы пред-
ставить цифровые данные в виде аналоговых сигналов.
Чтобы быть точным, определение 1модуляции 0 таково: это 1модификация
1частоты для представления данных 0. Эта частота называется 1несущей час-
1тотой 0. Данные, которые модулируют несущую (то есть данные, передава-
емые терминалом или ЭВМ) называются 1 модулирующим сигналом 0. Термин "мо-
дулирующий" относится обычно к немодулированному сигналу.
Модем видоизменяет сигнал несущей (амплитуду, частоту, или фазу)
для того, чтобы он мог нести модулирующий сигнал.
Модем с амплитудной модуляцией ( 1АМ-модем 0) меняет амплитуду своей
несущей в соответствии с последовательностью битов, которые должны
быть переданы. Обычно более высокая амплитуда представляет ноль, а бо-
лее низкая - единицу. Более распространенный модем - это 1ЧМ-модем 0 (мо-
дем с частотной модуляцией ).Здесь амплитуда сохраняется постоянной, а
меняется частота. Двоичная единица представлена одной частотой, а
двоичный ноль - другой частотой. Еще один тип модемов - это 1ФМ-модем
(модем с фазовой модуляцией). Этот модем, для того, чтобы предста-
вить изменение с 1 на 0 или с 0 на 1, резко меняет фазу сигнала.
Модем имеет два интерфейса (рис.1):
- Интерфейс между АПД и аналоговой линией;
- Многопроводный цифровой интерфейс между АПД и ООД.
_ 1Рис.1. 0 | ???
|-----------Сеть-----------???
???????????????? 4 Интерфейсный 0 |????????????? ???
? | ? 5 кабель 0 |? ? ???
? | С ? V.24/V.28 ?? ?? ? 4 Аналоговая 0 ???
? _ ЭВМ. | ?==================?? ?? _ Модем. ??????????????????
? | К ? ?? ?? ? 5 цепь 0 ???
? | ? 4 Цепи 0 |? ? ???
???????????????? 5 обмена 0 |????????????? ???
2ООД 0 | 2 АПД 0 ???
4Связной 0 | ???
5контроллер 0
1. 1Организации по стандартизации используют общепринятые аббревиату-
1ры АПД (DCE) для модема и ООД (DTE) для ЭВМ, терминала или любого дру-
1гого устройства отображения, подключенного к модему.
2. 1В обозначениях организаций по стандартам каждый проводник в мно-
1гопроводном цифровом интерфейсе называется "цепью обмена". "Цепь обме-
1на" используется для передачи данных, управления и синхронизации.
Работу модема можно легче представить, если рассматривать моду-
лятор и демодулятор, составляющие в модеме одно целое, в виде от-
дельных устройств. Будем рассматривать широко известное и простое
1двухпроводное соединение 0 ( также существует 14-проводное соединение 0 -
этот тип соединения используют,например, на АТС ).
При подключении модема к двухпроводной линии необходимо два про-
вода подключить сразу и к линейному выходу модема (модулятору), и к
линейному входу (демодулятору). Они подключаются не параллельно, а че-
рез 1гибридный трансформатор 0 (рис.2). В идеальном гибридном трансформа-
торе аналоговые сигналы из модулятора проходят через трансформатор в
двухпроводную линию, а аналоговые сигналы из линии проходят через
трансформатор в демодулятор. Однако в реальном гибридном трансформато-
ре возникает обратная связь в форме слабых аналоговых сигналов от мо-
дулятора к демодулятору. Гибридный трансформатор является частью моде-
ма. Два провода выводятся наружу в виде двухконтактной колодки или
двухжильного шнура и могут быть подключены непосредственно к телефон-
ной розетке.
_ 1Рис.2
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
??????? 4передача 0| ???????? ??????????? |
| ?????????????? мод. ?----?-? ? ? |
| С ? 5 данных 0| ????????----?-? ? ?-?------- 42-проводная
| ? | (*) ? ? ? ? | 5линия
| К ? 4 прием 0 | ????????----?-? ? ?-?-------
| ??????????????демод.?----?-? ? ? |
??????? 5 данных 0| ???????? ??????????? |
| Гибридный | (*) - 1 Нежелательная
| трансформатор | 1 обратная
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 связь.
_ 24.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОРУДОВАНИИ
_4.1. Каналы
Простейшей сетью, в которой используются модемы, является двух-
точечный канал, в котором два модема соединены с помощью одной линии
связи. В примере (рис.3) "канал" соединяет ООД-ЭВМ с ООД-терминалом, в
то время, как "линия" соединяет АПД-модем с другим АПД-модемом. Поэ-
тому "канал" состоит из "линии" и двух модемов.
_ 1Рис.3. 0 |--------------Сеть---------------|
| | _ 4Терминал
??????????? |????????? ?????????| ???????????
? | С ? ?? ? 4Аналоговая цепь 0 ? ?? ? С | ?
? _ЭВМ. | ????????? _Модем. ????????/ /???????? _Модем. ???????? | _ Т. ?
? | К ? ?? ? ? ?? ? К | ?
??????????? |????????? 4 Двухточечная 0 ?????????| ???????????
2ООД 0 | 2 АПД 0 5 линия 0 2 АПД 0 | 2 ООД
| |
При выборе модема важное значение имеет тип связи, обеспечивае-
мый комбинацией модема с линией. Дуплексный канал позволяет передавать
одновременно последовательные данные в обоих направлениях, в то время,
как полудуплексный - в каждый момент времени только в одном из двух.
Существует также симплексный канал, где данные передаются всегда толь-
ко в одном направлении. Передаваться могут отдельные знаки, блоки
данных или последовательности битов/знаков, используемые в протоколах
канала данных.
При скоростях передачи до 20 Кбит/с большинство модемов использу-
ют интерфейс V.24/V.28 МККТТ (или, аналогичный, RS-232-C ) осущест-
вляемый с помощью 25-контактного гнездового разъема на задней стенке
модема. При скоростях передачи от 48 до 168 Кбит/с требуются широкопо-
лосные модемы, которые используют интерфейс V.35 МККТТ, осуществляемый
с помощью 34-контактного разъема на задней стенке модема.
_4.2. О синхронизации
При скоростях передачи до 20 Кбит/с используются три основных ти-
па модемов:
- 3 Асинхронный модем 0(только для асинхронной передачи).
Эти модемы являются низкоскоростными и работают в режиме
асинхронной стартстопной позначной передачи. Они не генерируют сигна-
лов синхронизации. Кстати, это именно те модемы которые мы привыкли
видеть возле своих PC, ведь все COM-порты персональных компьютеров,
отвечающие стандарту RS-232-C, асинхронные.
- 3 Синхронные модемы 0(для синхронной передачи).
Эти модемы работают в режиме синхронной блоковой передачи и
генерируют сигналы синхронизации. Чаще используются на больших маши-
нах.
- 3 Асинхронно-синхронные модемы 0(для асинхронной и синхронной пе-
редачи).
Эти синхронные модемы при использовании специальных форматов
знаков могут работать в режиме асинхронной стартстопной передачи дан-
ных. Общее число бит в стартстопном знаке должно быть от 8 до 11.Модем
удаляет стартстопные биты перед передачей и восстанавливает их после
приема. Модемы этого типа генерируют сигналы синхронизации и имеют
встроенный 1асинхронно-синхронный преобразователь 0.
Асинхронные модемы могут работать с любой скоростью передачи в
пределах установленных для них скоростей. Синхронный и асинхронно-
-синхронный модемы могут работать только с фиксированными скоростями
передачи.
_4.3. Модемы с коррекцией ошибок.
Чтобы избежать ошибок, возникающих вследствие шумов в линии,
используются:
- асинхронные модемы для двухточечной связи, которые обеспечива-
ют отдельный асинхронный канал с коррекцией ошибок. Они используют
протокол типа ARQ и хранят в буферной памяти переданные данные до тех
пор, пока не получат подтверждение или запрос на повторную передачу
от принимающего модема.
- синхронные модемы, работающие со скоростями от 9600 до 19200
бит/с, использующие " 1перекрестную модуляцию 0" для прямой коррекции
ошибок синхронных данных. Эта модуляция основана на использовании за-
щитной системы чередующихся (перекрестных) избыточных кодов в потоке
передаваемой информации. Избыточные коды позволяют приемному устройс-
тву выбрать те данные, которые наиболее точно соответствуют передан-
ным оригиналам.
_4.4. Устройства сжатия данных
Имеющиеся устройства сжатия данных выполнены в виде отдельных
блоков или встроены в синхронные модемы. Они используют адаптивные ал-
горитмы для сжатия данных перед передачей и восстановления после прие-
ма. Они могут работать с байт-ориентированными или с бит-ориентирован-
ными синхронными протоколами или с асинхронными данными. Степень сжа-
тия лежит в пределах от 1/2 до 1/3. Например, 19200 бит/с могут быть
посланы (или приняты) модемом, работающим со скоростью 9600 бит/с.
_4.5. Автовызывные устройства
Ручной метод установки соединения при передаче данных через теле-
фонную сеть общего пользования заключается в том, что первый абонент
вручную набирает номер телефона второго человека. Он, в свою очередь,
отвечает на вызов, снимая телефонную трубку, после чего, связь меж-
ду этими абонентами считается установленной. После словесного удосто-
верения, что связь установлена правильно, оба человека нажимают
кнопки "данные" на своих телефонных аппаратах (или модемах), чтобы
включить модемы в линию ТФОП.
Вместо набора телефонного номера вручную при установке соединения
для передачи данных может быть использована ЭВМ, автоматически наби-
рающая нужный номер. Это называется операцией автовызова, которая до
недавних пор требовала специального программного обеспечения и обору-
дования.
Оборудование состояло из специального интерфейса ЭВМ ( 1интерфейс
1автовызова 0 V.25) и отдельного устройства автовызова, подключенного,
как показано на (рис.4)
_ 1Рис.4. 0 ????????????
?????2-пр.модем???????
? ???????????? ?
???? ?
?????????????????????? ????????????????????? ?
? |г| АСИ ? 4Серия 100 0 ?? ? ? ?
? |л|V.24/V.28 ???????????? ?? Устройство ????????
? 2 ЭВМ 0 |а| RS-232C ? ? автовызова ? 4 Линия основания
? _(ООД). |в|? ? ? ? ? ? ? =====?????????????????
? |н| АСИ ? 4Серия 200 0 ? ????????????? ? 5 аппаратуры
? |ы|V.25/V.28 ???????????? ???блок набора?? ? (ЛОА)
? |й| RS-233C ? ?? ????????????? ?
?????????????????????? ?????????????????????
4Связной 0 АПД
5контроллер
Ситуация с АВУ изменилась после появления модемов с возмож-
ностью 1автовызова 0. ЭВМ, подключенная к одному из таких модемов, ис-
пользует единственный интерфейс V.24/V.28 (RS-232-C) и для оперативно-
го автовызова, и для передачи данных. Первые модемы с автовызовом бы-
ли асинхронными и использовали процедуры для автовызова, предложенные
поставщиками модемов. Новая рекомендация V.25 bis стандартизует проце-
дуру автовызова для асинхронно-синхронных модемов с возможностью авто-
вызова.
Некоторые синхронные модемы содержат встроенную схему автомати-
ческого вызова, которая устанавливает дополнительное соединение через
ТФОП с целью резервирования. Процедура включается при обнаружении мо-
демом повреждения в линии. Эта операция называется 1операцией автовосс-
1тановления 0.
Для окончательного установления связи между машинами, оборудова-
ние в месте назначения обычно пересылает автоматический ответ на авто-
вызов со стороны вызывающей аппаратуры.
* * *
В заключение можно сказать, что уже сейчас появились современные
многофункциональные модемы, которые объединяют в себе практически все
достижения в области компьютерной связи. Характерным примером такого
принципиально нового подхода могут служить довольно мощные и совершен-
ные модемы американской фирмы ZyXEL - одного из мировых лидеров в про-
изводстве средств коммуникации. Типичный модем ZyXEL - интеллектуаль-
ный (то есть практически полностью контролируемый и управляемый компь-
ютером, и заодно умеющий определять наиболее оптимальную скорость об-
мена данными перед сеансом связи во избежание ошибок, которые могут
возникнуть при слишком большой скорости передачи из-за случайных помех
на линии), большой диапазон допустимых скоростей обмена, а также при-
менение техники сжатия позволяет считать этот модем наиболее быстрым и
универсальным. Одновременно с этим наличие определенных внутренних
устройств и различных обслуживающих программ обеспечивает возможность
использования модема ZyXEL и в качестве факса, и в качестве автоответ-
чика(на плате имеется встроенный динамик), и даже в качестве определи-
теля номера. Одним словом, модемы постепенно превращаются из обычных
УПС в маленькие, но мощные рабочие станции на телефонных линиях.
Список Литературы :
Ю.Блэк "Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, инерфейсы";
В.И.Васильев и др. "Методы и средства организации каналов переда-
чи данных";
Ф.Дженнингс "Практическая передача данных:модемы,сети,протоколы;
"Вычислительные машины, системы и сети" Учебник под редакцией
А.П.Пятибратова;
Руководство по модему ZyXEL U-1496E.