Проектирование средств организации каналов передачи данных
я_я21.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 я1устройства
я1преобразования сигналовя0 (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.
я_я22.УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Основной задачей создания УПС было сделать такой "переводчик" ,
который позволил бы преобразовывать я1цифровойя0 сигнал , более понятный
ЭВМ или терминалу , в используемый в телеграфных , телефонных и неко-
торых других каналах связи я1аналоговыйя0 сигнал.
Когда устройства ООД (я1Оконечное Оборудование Данныхя0 - 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 (я1дискретныхя0) 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 я1локальных сетяхя0 , 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 я1нуль-модемыя0). 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 :
-я3 Устройства преобразования сигналов телеграфного типа;
-я3 Устройства преобразования сигналов низкого уровня;
-я3 Модемы;
-я3 Автовызывные устройства (АВУ),
а также, возможно, некоторые другие, специфические, устройства.
В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто
используемые из них -я1 модемыя0, а также я1автовызывные устройствая0, как
возможное (и весьма ценное) дополнение (а для самых современных моде-
мов - неотъемлемая часть)
я_я23.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 я1BBSя0 (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 (я1Relя0-
я1Com, FidoNetя0) 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 (я1модулятор-демодуляторя0) 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 либоя1 амплитудуя0 , либо я1частоту я0или я1фазу я0, чтобы пред-
ставить цифровые данные в виде аналоговых сигналов.
Чтобы быть точным , определение я1модуляциия0 таково: это я1модификация
я1частоты для представления данныхя0. Эта частота называется я1несущей час-
я1тотойя0. Данные , которые модулируют несущую (то есть данные , передава-
емые терминалом или ЭВМ) называютсяя1 модулирующим сигналомя0. 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 (я1АМ-модемя0) 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 я1ЧМ-модемя0 (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 я1ФМ-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.
я_я1Рис.1я.я0 | °±І
|-----------Сеть-----------°±І
ЪДДДДДДДДДДВДДДї я4 Интерфейсный я0 |ЪДДДДДДДДДДДї °±І
і | і я5 кабель я0 |і і °±І
і | С і V.24/V.28 ЪВ Вґ ія4 Аналоговаяя0 °±І
і я_ ЭВМ я. | Г==================ґГ іі я_ Модем я. ГДДДДДДДДДДДДДД°±І
і | К і АБ Бґ і я5 цепья0 °±І
і | і я4 Цепи я0 |і і °±І
АДДДДДДДДДДБДДДЩ я5 обмена я0 |АДДДДДДДДДДДЩ °±І
я2ООД я0 | я2 АПДя0 °±І
я4Связной я0 | °±І
я5контроллеря0
1. я1Организации по стандартизации используют общепринятые аббревиату-
я1ры АПД (DCE) для модема и ООД (DTE) для ЭВМ, терминала или любого дру-
я1гого устройства отображения , подключенного к модему.
2. я1В обозначениях организаций по стандартам каждый проводник в мно-
я1гопроводном цифровом интерфейсе называется "цепью обмена". "Цепь обме-
я1на" 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
я1двухпроводное соединениея0 ( также существует я14-проводное соединениея0 -
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 я1гибридный трансформаторя0 (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.
я_я1Рис.2
Ъ Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д ї
ЪДДДДДї я4передачая0| ЪДДДДДДї ЪДДДДДДДДДї |
| ГДДДДДДДДДЕДДґ мод. і----і-± і і |
| С і я5 данных я0| АДДДДДДЩ----і-± і ±-і------- я42-проводная
| і | (*) і і ± і | я5линия
| К і я4 прием я0 | ЪДДДДДДї----і-± і ±-і-------
| ГДДДДДДДДЕДДДґдемод.і----і-± і і |
АДДДДДЩ я5 данных я0| АДДДДДДЩ АДДДДДДДДДЩ |
| Гибридный | (*) -я1 Нежелательная
| трансформатор | я1 обратная
А Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Щ я1 связь.
я_я24.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОРУДОВАНИИ
я_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.
я_я1Рис.3я.я0 |--------------Сеть---------------|
| | я_я4Терминал
ЪДДДДДВДДДї |ЪДДДДДДДї ЪДДДДДДДї| ЪДДДВДДДДДї
і | С і Ъґ і я4Аналоговая цепья0 і Гї і С | і
і я_ЭВМя. | ГДДДДДДґі я_Модемя. ГДДДДДДД/ /ДДДДДДДґ я_Модемя. іГДДДДДґ | я_ Т я. і
і | К і Аґ і і ГЩ і К | і
АДДДДДБДДДЩ |АДДДДДДДЩя4 Двухточечная я0 АДДДДДДДЩ| АДДДБДДДДДЩ
я2ООД я0 | я2 АПД я0 я5 линия я0 я2 АПД я0 | я2 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.
я_4.2. О синхронизации
При скоростях передачи до 20 Кбит/с используются три основных ти-
па модемов:
-я3 Асинхронный модем я0(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.
-я3 Синхронные модемы я0(для синхронной передачи).
Эти модемы работают в режиме синхронной блоковой передачи и
генерируют сигналы синхронизации. Чаще используются на больших маши-
нах.
-я3 Асинхронно-синхронные модемы я0(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 я1асинхронно-синхронный преобразователья0.
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.
я_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 "я1перекрестную модуляциюя0" 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.
я_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.
я_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 ( я1интерфейс
я1автовызовая0 V.25) и отдельного устройства автовызова , подключенного ,
как показано на (рис.4)
я_я1Рис.4я.я0 ЪДДДДДДДДДДї
ЪДДДґ2-пр.модемГДДДДДї
і АДДДДДДДДДДЩ і
АДДї і
ЪДДДДДДДВДВДДДДДДДДДДї ЪДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДї і
і |г| АСИ ія4Серия 100я0 ЪЕ і і і
і |л|V.24/V.28 ГДДДДДДДДДАЕ ДД Устройство ЪДДЕДДДЩ
і я2 ЭВМ я0 |а| RS-232C і і автовызова ія4 Линия основания
і я_(ООД)я. |в|Д Д Д Д Д ґ і =====±ДДДДДДДДДДДДДДДД
і |н| АСИ ія4Серия 200я0 і ЪДДДДДДДДДДДї і я5 аппаратуры
і |ы|V.25/V.28 ГДДДДДДДДДЪЕ ДДґблок набораГЩ і (ЛОА)
і |й| RS-233C і АЕ АДДДДДДДДДДДЩ і
АДДДДДДДБДБДДДДДДДДДДЩ АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
я4Связной я0 АПД
я5контроллер
Ситуация с АВУ изменилась после появления модемов с возмож-
ностью я1автовызовая0. 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 я1операцией автовосс-
я1тановленияя0.
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.