/
Автор: Хелд Г.
Теги: компьютерные технологии оргсвязь информационные технологии телекоммуникации компьютерные сети техника связи передача данных
ISBN: 5-94723-472-6
Год: 2003
Текст
ТЕХНОЛОГИИ
ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ
Addison-Wesley
7-Е ИЗДАНИЕ
Г. ХЕЛД
лЬЙУ [^ППТЕР
UNDERSTANDING
DATA
COMMUNICATIONS
Seventh Edition
Gilbert Held
Книгу сканировали:
OKS
Grey
Kostya
и сканер Canon
Addison-Wesley
An imprint of Addison Wesley Longman, Inc.
Reading, Masachusetts • Harlow, England • Menlo Park, California
Berkley, California • Don Mills, Ontario • Sydney
Bonn • Amsterdam • Tokyo • Mexico City
КЛАССИКА COmPUTEA SCIENCE
Г. ХЕЛД
ТЕХНОЛОГИИ
ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ
7-Е ИЗДАНИЕ
С^ППТЕР
Москва - Санкт-Петербург Нижний Новгород • Воронеж
Ростов-на-Дону Екатеринбург Самара
Киев * Харьков - Минск
2003
ББК 32.988.02
УДК 681.324.06
Х36
Х36 Технологии передачи данных. 7-е изд. / Г Хелд —СПб Питер,
К. Издательская группа BHV, 2003. — 720 с. ил. — (Серия «Классика
computer science»).
ISBN 5-94723-472-6
В книге рассматриваются современные технологии передачи данных и перспективы их развития
Освещаются основные аспекты передачи информации, от структуры сетей до безопасности их
использования Представлены технологии, позволяющие существенно улучшить качество работы
отдельных пользователей, корпораций и государственных учреждений Издание содержит подроб-
ные сведения, необходимые для понимания функционирования различных систем передачи дан-
ных — от кабельных сетей до беспроводных спутниковых систем Книга предназначена как про-
фессионалам в области систем коммуникации, так и студентам технических специальностей
ББК 32 988 02
УДК 681 324 06
Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников рассматриваемых издательством как
надежные Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки издательство не
может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за
возможные ошибки связанные с использованием книги
ISBN 0-672-32216-1 (англ )
ISBN 5-94723-472-6
© Pearson Education, 2002
© ЗАО Издательский дом «Питер», 2003
Краткое содержание
Введение...............................................17
Глава 1. Обзор средств передачи данных...............19
Глава 2. Терминальные устройства......................57
Глава 3, Сообщения и каналы передачи.................99
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы.............132
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки
обслуживания.................................203
Глава 6. Технологии мультиплексирования..............281
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи . . 312
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок................355
Глава 9, Коммуникационное программное
обеспечение для ПК...........................394
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети.425
Глава 11. Локальные сети.............................460
Глава 12. Интернет ................................. 517
Г лава 13. Сеть ISDN..................................557
Глава 14. Асинхронный режим передачи..................576
Глава 15. Беспроводная передача сигналов..............598
Глава 16. Защита сетей...............................615
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей....632
Приложение А. Словарь терминов........................678
Приложение Б. Ответы на контрольные вопросы...........692
Алфавитный указатель..................................693
Содержание
Введение.........................................................17
Для кого предназначена эта книга.................................17
Об авторе.........................................................17
О технических редакторах..........................................18
Глава 1. Обзор средств передачи данных...........................19
Значение средств передачи данных.................................20
Первые системы передачи данных...................................21
Начало применения электричества...............................22
Телеграфная связь.............................................22
Системы передачи с двумя состояниями.............................24
Биты и байты..................................................24
Байты и октеты................................................26
Первые коммуникационные коды.....................................26
Важные определения............................................26
Код Бодо......................................................27
Современные коды.................................................29
Организации по стандартизации.................................29
Код EBCDIC....................................................30
Код ASCII.....................................................30
Символ ESC....................................................32
Телетайп.........................................................33
Передача данных с использованием компьютеров.....................34
50-е годы.....................................................34
60-е годы.....................................................35
70-е годы.....................................................36
80-е годы.....................................................37
90-е годы.....................................................38
Шлюзы.........................................................40
Мосты.........................................................40
Маршрутизаторы................................................40
Несогласованность в терминологии..............................41
В новом тысячелетии .......................................... 41
Многозадачные серверы.........................................42
Частные виртуальные сети......................................42
Передача речи с помощью IP-протокола..........................44
Революция в сфере обслуживания................................44
Разработка многофункциональных терминалов.....................45
Изменения в индустрии............................................46
Портативный компьютер.........................................47
Революция в индустрии телекоммуникаций........................47
Технологии будущего...........................................49
Содержание
7
Общие характеристики систем передачи данных ........................50
Форма и содержание информации....................................51
Интерфейс DTE-DCE................................................52
Резюме..............................................................53
Контрольные вопросы.................................................54
Глава 2. Терминальные устройства....................................57
Телетайп............................................................57
Коммуникации.....................................................58
Терминалы....................................................... 59
Телетайп и терминал ЭЛТ.............................................63
Принтеры последовательного действия................................ 64
Принтеры ударного действия...................................... 64
Принтеры безударного действия....................................65
Терминалы ЭЛТ....................................................67
ASCII-терминалы................................................. 67
Терминалы, не поддерживающие код ASCII...........................70
Специализированные терминалы.....................................73
Составные части терминала...........................................74
Эргономика.......................................................74
Клавиатура...................................................... 74
Дисплей..........................................................78
Использование ПК в качестве терминальных устройств..................79
Скорость передачи данных............................................82
Преимущества использования ПК в качестве терминального устройства... 83
Самый распространенный тип терминалов............................84
Методы передачи данных..............................................85
Последовательная и параллельная передача данных..................85
Асинхронная передача данных......................................88
Другие методы передачи...........................................93
Резюме..............................................................94
Контрольные вопросы.................................................95
Глава 3. Сообщения и каналы передачи................................99
Информация как параметр............................................ 100
Информационное содержимое символов..............................100
Применение избыточности в связи.................................101
Использование избыточности для компрессии данных................102
Закрытые среды передачи............................................102
Пара проводов...................................................102
Коаксиальный кабель.............................................107
Волновод........................................................108
Волоконно-оптические системы....................................108
Стандарты прокладки кабелей связи в зданиях.....................110
Открытые среды передачи............................................114
Радиоволны высокочастотного диапазона...........................114
Радиоволны ультракоротковолнового диапазона.....................115
Спутниковые системы передачи....................................117
Коммерческие спутники...........................................118
8
Содержание
Низкоорбитальные спутники.......................................118
Системы сотовой радиосвязи......................................118
Влияние полосы пропускания на характеристики канала передачи.......120
Вычисление пропускной способности канала........................120
Межсимвольная интерференция.....................................121
Требования к полосе пропускания....................................122
Аналоговые сигналы..............................................122
Цифровые сигналы................................................122
Многоканальные системы передачи....................................123
Частотное разделение каналов....................................123
Временное разделение каналов....................................123
Импульсно-кодовая модуляция.....................................124
Резюме.............................................................127
Контрольные вопросы................................................128
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы............................132
Почему невозможна непосредственная передача данных.................132
Решение проблемы передачи с помощью модема.........................133
Ограничения при использовании телефонных линий..................134
Интерфейсы модема...............................................135
Аналоговая модуляция...............................................136
Синусоидальные волны............................................136
Методы частотной модуляции, применяемые в низкоскоростных модемах . 139
Частотная манипуляция...........................................139
Стандарт V.21......................................................141
Модемы типа Bell System 212А и модемы V.22......................141
V.22bis.........................................................142
Характеристики и возможности модемов...............................143
Сжатие данных и стандарт V.42bis................................143
Ошибки при передаче сжатых данных...............................147
Обнаружение и исправление ошибок................................148
Протокол MNP....................................................149
Рекомендация V.42...............................................151
Стандарты коммуникационных интерфейсов.............................153
Интерфейсы RS-232 и V.24...........................................153
Конструкция интерфейса..........................................154
Описание сигналов...............................................155
Подмножество сигналов...........................................156
Примеры использования интерфейса RS-232 ......................... 160
Управление асинхронным модемом..................................162
Нестандартное использование RS-232............................. 165
Ограничения стандарта RS-232 .................................... 167
Другие интерфейсы..................................................170
Интерфейс «токовая петля».......................................170
Серия интерфейсов RS............................................171
ITUX.21.........................................................177
Интерфейсы USB и FireWire.......................................179
Работа асинхронного модема.........................................181
Асинхронный модем со встроенным автоответчиком..................181
Содержание
9
Полнодуплексные асинхронные модемы, используемые в частных линиях. . 183
Полудуплексные асинхронные модемы частных линий.................183
Интеллектуальные модемы............................................184
Типы команд.....................................................184
Набор команд модемов фирмы Hayes................................185
Пример: работа Hayes-совместимого модема .......................186
АТ-команды......................................................188
Регистры модема.................................................189
Просмотр и изменение установок модема..............................190
АТ-команды.........................................................191
АТ-команды, используемые в модемах почти всех производителей....193
Режим самотестирования модема...................................193
Петлевой контроль...............................................194
Факс-модемы........................................................195
Стандарт ITU-T Т.4..............................................195
Стандарт ITU-T Т.30.............................................195
Команды факс-модема.............................................196
Резюме.............................................................197
Контрольные вопросы................................................198
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача,
блоки обслуживания .............................................. 203
Синхронная передача сигналов.......................................203
Основные параметры устройств передачи...........................204
Передача синхронизационных данных...............................204
Как в одном боде уместить больше битов..........................205
Компоненты типичного синхронного модема............................205
Передатчик .....................................................206
Приемник........................................................209
Блок управления работой синхронного модема......................213
Стандарты и разработка модемов.....................................216
Модемы, поддерживающие скорость передачи 2400 бит/с.............216
Модемы, поддерживающие скорость передачи 4800 бит/с.............219
Модемы, поддерживающие скорость передачи 9600 бит/с.............222
Стандарт ITU-T V.32 ........................................... 228
Стандарт ITU-T V.32bis..........................................233
Стандарт ITU-T V.33 ........................................... 235
Стандарт ITU-T V.34 ........................................... 236
Высокоскоростные модемы............................................240
Стандарт ITU-T V.90 ........................................... 240
Преобразование сигналов при обычном соединении модемов..........241
Ограничения модемов.............................................242
Преодоление скоростного барьера.................................243
Стандарт ITU-T V.92 ........................................... 244
Модемы, предназначенные для работы в цифровых абонентских линиях . . 245
Оборудование АТС................................................249
Обработка сигналов..............................................249
Дискретная многотональная модуляция.............................250
Амплитудно-фазовая модуляция без несущей........................251
10
Содержание
Кабельные модемы................................................253
Управление доступом................................................259
Цифровая передача данных...........................................261
Линейное кодирование ...........................................261
Повторители.....................................................265
Нарушение биполярности..........................................266
Блоки обслуживания..............................................269
Интерфейс V.35 ................................................... 271
Резюме.............................................................274
Контрольные вопросы................................................275
Глава 6. Технологии мультиплексирования............................281
Совместное использование канала....................................281
Мультиплексирование с разделением частоты.......................282
Мультиплексирование с разделением времени.......................294
Статистическое мультиплексирование с разделением времени...........297
Работа STDM-мультиплексора......................................297
Коэффициент нагрузки............................................298
Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные.........................300
Методы оцифровки речи...........................................301
Адаптивная дифференциальная
импульсно-кодовая модуляция.....................................302
Оцифровка речи по технологии CVSD...............................303
Использование мультиплексоров речь/данные.......................304
Резюме.............................................................306
Контрольные вопросы................................................307
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые
линии связи........................................................312
Введение и исторические перспективы................................312
Основы волоконно-оптических систем.................................314
Закон Снеллиуса.................................................314
Структура оптического волокна...................................315
Полоса пропускания ............................................ 320
Затухание.......................................................321
Числовая апертура и максимальный угол ввода лучей в волокно.....323
Окна прозрачности...............................................323
Волоконно-оптические системы и их компоненты.......................324
Оптическое волокно..............................................324
Источники света.................................................324
Фотоприемники ................................................. 325
Системы связи......................................................326
Мультиплексирование по длине волны.................................328
Системы DWDM....................................................329
Другие компоненты DWDM..........................................332
SONET...........................................................333
Трансконтинентальные системы связи..............................336
Локальные сети..................................................338
Технология FTTH.................................................339
Содержание
11
Технология HFC и кабельные модемы...............................340
Спутниковые системы связи..........................................341
Основы спутниковых технологий...................................341
Системы множественного доступа..................................344
Резюме.............................................................348
Контрольные вопросы................................................349
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок...............................355
Протоколы и интерфейсы.............................................355
Элементы протокола.................................................357
Протоколы Teletypewriter и XMODEM..................................357
Контроль четности...............................................359
Эхоплекс........................................................361
Протокол XMODEM.................................................362
Протокол KERMIT.................................................369
Выбор протокола.................................................370
Сверточное кодирование.............................................371
Полудуплексные протоколы...........................................373
Протоколы канального уровня.....................................373
Коды передачи — наборы символов.................................375
Коды управления каналом связи...................................375
Последовательности кодов........................................377
Опрос и выбор...................................................377
Контроль ошибок.................................................377
Форматы сообщений...............................................379
Режим прозрачности текста.......................................381
Дуплексные протоколы...............................................382
Высокоуровневые процедуры управления линиями передачи данных .... 382
Управление синхронным каналом передачи данных...................386
Протокол DDCMP..................................................388
Резюме.............................................................389
Контрольные вопросы................................................390
Глава 9. Коммуникационное программное
обеспечение для ПК.................................................394
Функции коммуникационных программ..................................394
Операционная система и поддержка операционного окружения........395
Поддержка модема................................................395
Управление интерфейсом..........................................396
Управление потоком..............................................396
Скорость передачи данных........................................397
Каталог телефонных номеров......................................398
Служба удаленного доступа..........................................399
Инсталляция драйверов модема....................................400
Конфигурирование модема.........................................401
Настройка подключения для доступа к Интернету...................405
HyperTerminal...................................................409
Использование ProcommPlus.......................................412
12
Содержание
Программа ProcommPlus for Windows..................................416
Главное окно программы..........................................416
Каталог телефонных номеров......................................418
Альтернативные методы выполнения задач..........................418
Использование программы ProcommPlus for Windows.................419
Резюме.............................................................421
Контрольные вопросы................................................422
Глава 10. Архитектура глобальных сетей
и пакетные сети...................................................425
Эталонная модель взаимодействия открытых систем....................425
Уровни модели OSI...............................................426
Аналогия с телефонным разговором................................427
Многоуровневое представление протоколов............................428
Физический уровень..............................................428
Канальный уровень...............................................428
Сетевой уровень.................................................429
Пакетные сети......................................................429
Преимущества коммутации пакетов....................................430
Пакетные системы X.25 ............................................ 431
Канальный уровень...............................................432
Сетевой уровень.................................................433
Возможности сетей Х.25 ........................................ 433
Процедуры LAPB..................................................434
Процедуры пакетного уровня......................................436
Дополнительные службы..............................................442
Серия X рекомендованных стандартов.................................442
Взаимосвязь стандартов серии X..................................443
Сеть Frame Relay................................................444
Контроль перегрузки.............................................450
Новейшие разработки................................................453
Сравнение стоимости сетей..........................................453
Резюме.............................................................454
Контрольные вопросы................................................455
Глава 11. Локальные сети...........................................460
Обзор локальных вычислительных сетей...............................461
Передача данных в локальных сетях..................................461
Идеальная ЛВС......................................................463
Основные препятствия для создания идеальной ЛВС.................464
Модель OSI......................................................465
Стандарты ЛВС......................................................466
Управление логической связью....................................467
Дополнительное разделение на подуровни..........................468
CSMA/CD.........................................................469
Кольцевая сеть с передачей маркера Token-Ring...................469
Ethernet...........................................................470
Физический уровень Ethernet.....................................471
Интерфейс физического уровня....................................473
Содержание
13
Канальный уровень................................................474
Конфигурации сетей Ethernet......................................475
Правило топологии 5-4-3..........................................476
Другие сети Ethernet................................................476
10BASE-5.........................................................479
10BASE-2.........................................................480
10BASE-T.........................................................480
10BROAD-36 ..................................................... 481
Fast Ethernet.......................................................482
Разделение физического уровня....................................482
100BASE-T4.......................................................483
100BASE-TX.......................................................484
100BASE-FX.......................................................485
Повторители......................................................485
Gigabit Ethernet....................................................485
Среда передачи...................................................486
Работа уровня МАС................................................487
Пропускная способность...........................................489
10 Gigabit Ethernet.................................................490
Локальные сети с передачей маркера..................................490
Вычислительная сеть с присоединенными ресурсами ARCnet...........493
Кольцевая сеть с передачей маркера Token-Ring IBM................495
Расширение сети..................................................498
Сети FDDI...........................................................499
Топология сети...................................................499
Доступ к сети....................................................499
Устройства межсетевого обмена.......................................501
Мосты............................................................501
Маршрутизаторы...................................................504
Шлюзы............................................................505
Коммутаторы......................................................506
Функционирование коммутаторов в локальных сетях..................508
Резюме..............................................................510
Контрольные вопросы.................................................511
Глава 12. Интернет................................................ 517
История развития Интернета..........................................517
Прикладные службы...................................................518
Провайдеры интернет-услуг...........................................520
IP-адресация........................................................521
Подсети..........................................................524
Маска подсети....................................................525
Служба имен доменов..............................................527
Разрешение адреса................................................532
Протокол управления передачей.......................................533
Пользовательский протокол данных....................................536
Протокол контроля сообщений в сети Интернет.........................537
Поддержка последовательной передачи данных..........................538
Межсетевой протокол для последовательного канала.................539
14
Содержание
Протокол двухточечного соединения.............................. 539
Протокол передачи файлов.........................................540
Протокол Telnet..................................................543
TN3270 ......................................................... 545
Протокол передачи гипертекстовых файлов..........................545
Web-навигация ..................................................... 545
Интернет-приложения.................................................547
Передача оцифрованной речевой информации при помощи протокола IP . . . . 548
Виртуальная частная сеть............................................549
Резюме..............................................................551
Контрольные вопросы.................................................553
Глава 13. Сеть ISDN............................................... 557
Предпосылки создания ISDN...........................................557
Архитектура ISDN....................................................559
Базовый метод доступа............................................559
Метод основного доступа в ISDN...................................560
Стандарты реализации ISDN...........................................561
Характеристики сети..............................................562
Телефонное оборудование и интерфейс сети.........................563
Развитие сети ISDN..................................................565
Службы ISDN......................................................566
Стандарты SPID-кода..............................................566
Система цен.........................................................569
Дополнительные сферы применения ISDN................................570
Резюме..............................................................572
Контрольные вопросы.................................................573
Глава 14. Асинхронный режим передачи . .............................576
История развития....................................................576
Предпосылки развития и использования технологии ATM.................577
Архитектура.........................................................579
Способы подключения к сети..........................................581
Преимущества технологии ATM.........................................581
Маршрутизация ячеек ATM.............................................582
Эталонная модель протокола ATM......................................584
Физический уровень...............................................584
Уровень ATM......................................................585
Уровень адаптации ATM............................................585
AAL1.............................................................587
AAL2.............................................................588
AAL3/4...........................................................588
AAL5.............................................................589
Определения служб...................................................590
Эмуляция локальной сети.............................................591
Клиент LANE......................................................592
Сервер конфигурации LANE.........................................592
Сервер эмуляции локальной сети...................................592
Содержание
15
Сервер широковещательных и неизвестных сообщений..............593
Резюме..........................................................593
Контрольные вопросы.............................................594
Глава 15. Беспроводная передача сигналов........................598
Мобильная беспроводная связь....................................598
Развитие мобильной связи......................................599
Инфраструктура мобильных коммуникаций.........................599
Взаимодействие компонентов системы сотовой связи................600
AMPS..........................................................601
TDMA..........................................................602
PCS...........................................................603
GSM...........................................................604
CDMA..........................................................604
Доступ к Интернету............................................. 605
3G-ce™..........................................................606
Беспроводные локальные сети................................... 607
Методы передачи сигнала.........................................608
Типы сетей....................................................609
Наборы служб беспроводных локальных сетей.....................610
Применение беспроводных локальных сетей.......................611
Резюме..........................................................611
Контрольные вопросы.............................................612
Глава 16. Защита сетей........................................ 615
Предоставление права на доступ, аутентификация и регистрация
подключений.....................................................616
Блокировка доступа..............................................617
Шифрование данных...............................................617
Цифровые сертификаты............................................619
Уровень защищенных сокетов и протокол S-HTTP....................619
Защита с использованием маршрутизаторов.........................623
Списки доступа..................................................623
Стандартные списки доступа....................................624
Расширенные списки доступа....................................625
Защита сети с помощью брандмауэров..............................626
Резюме..........................................................628
Контрольные вопросы.............................................629
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей . . 632
Требования к сети...............................................632
Правильность передаваемых данных..............................633
Своевременность доставки данных...............................633
Защита........................................................635
TRIB..........................................................636
Сетевые устройства..............................................643
Устройства совместного доступа к модему.......................644
Аналоговые мосты..............................................644
16
Содержание
Заменители модемов...........................................645
Конвертеры протоколов ...................................... 645
Мосты........................................................645
Коммутаторы локальных сетей..................................647
Маршрутизаторы...............................................647
Шлюзы........................................................649
Соединение сетевых устройств....................................649
Локализация неисправностей......................................649
Применение петлевого контроля................................650
Устройства тестирования коммуникационных сетей...............651
Программные анализаторы сети.................................660
Восстановление нормальной работы сети...........................663
Количество неисправностей можно уменьшить....................663
Давайте жить дружно!.........................................664
Кто и за что отвечает........................................665
Стандарты сетевого администрирования............................665
SNMP.........................................................666
Протоколы SNMPv2 и SNMPv3....................................670
Удаленный мониторинг.........................................670
Резюме..........................................................673
Контрольные вопросы.............................................674
Приложение А. Словарь терминов..................................678
Приложение Б. Ответы на контрольные вопросы.....................692
Алфавитный указатель.......................................... 693
Посвящается моим студентам,
поддерживающим во мне желание обучать.
Введение
Жизнь современного общества тесно связана с системами передачи данных, и цель
настоящего издания — помочь читателю понять принципы их функционирования,
изучив структуру процесса обмена данными. В книге рассказывается, как работа-
ют различные устройства передачи информации, описываются средства, приме-
няемые для преобразования данных, а также рассматриваются новые технологии,
такие как цифровые абонентские линии и кабельные модемы, которые могут ко-
ренным образом изменить подход к работе в сетях. Читателям, осуществляющим
доступ к web-узлам при помощи обыкновенных модемов, будет интересно узнать,
что очень скоро появится возможность передавать и получать данные со скоро-
стью, во много десятков раз превышающей используемую в настоящее время.
В ближайшем будущем мы сможем посещать виртуальные музеи и лекции или,
скажем, за считанные секунды получать по сетям такие объемы информации, ради
которых ранее потребовалось бы как минимум совершить кругосветное путеше-
ствие. Мы сможем разговаривать со своими родителями, партнерами по бизнесу
или знакомыми, находящимися за сотни или тысячи миль от нас, и одновременно
видеть их так, как если бы они находились в наших гостиных или офисах. И все
эти замыслы можно будет реализовать с помощью не только компьютера, но и
простого мобильного телефона! А наше издание поможет вам в максимально сжа-
тый срок изучить этапы эволюции и технические аспекты функционирования
устройств передачи данных, способных сделать чудесный мир сетевых технологий
реальностью.
Для кого предназначена эта книга
Книга написана в виде сравнительного руководства для тех, кто изучает системы
передачи данных, и будет полезна как новичкам в этой области, так и профессио-
налам. Каждая глава заканчивается перечнем вопросов, призванных помочь читате-
лю проверить, насколько хорошо усвоен пройденный материал. Ответы на вопро-
сы приведены в конце книги.
Об авторе
Гилберт Хелд — известный лектор и автор более 50 книг, а также 400 статей по
персональным компьютерам и системам передачи данных. Он не раз выступал
с лекциями в университетах Буэнос-Айреса, Сантьяго, Хельсинки, Лондона,
18
Введение
Парижа и Тель-Авива, представлял свою страну на технических конференциях
в Москве и Иерусалиме. Гилберт стал единственным человеком, дважды полу-
чившим за свои технические труды награду Karp Award. Кроме того, ему были
вручены награды Американской ассоциации издательств (American Publishers
Association), журнала Federal Computer Week и нескольких федеральных агентств.
Научные степени Гилберт Хелд получил в Пенсильванском военном колледже,
Университете Нью-Йорка, а также в Американском университете. Гилберт чита-
ет несколько курсов в Колледже и Университете штата Джорджия, а в свободное
время занимается восстановлением «корветов» и альпинизмом.
О технических редакторах
Реймонд Сарч в течение 13 лет занимал должность старшего технического редак-
тора в издательстве McGraw-Hill. Здесь он редактировал журнал Data Commu-
nications, принимал участие в создании таких получивших широкую известность
книг, как Inside Х.25: A Manager's Guide-, Data Network Design Strategies; Cases in
Network Design и Integrating Voice and Data. Рей является соавтором трижды пере-
издававшейся книги Data Communications: A Comprehensive Approach (использует-
ся в качестве учебного пособия слушателями учебных заведений США, Велико-
британии и других стран), автором одной из статей в энциклопедии Encyclopedia
of Management.
После издательства McGraw-Hill Реймонд Сарч работал в издательстве Van
Nostrand Reinhold (преобразованном впоследствии в International Thomson Pub-
lishing, Inc.), Институте инженеров по электротехнике и электронике (Institute of
Electrical and Electronics Engineers, IEEE), издательстве Wiley (журнал Interna-
tional Journal of Network Management).
Глубокие знания в области инженерии пригодились Реймонду при работе над
руководствами по электронике и электротехнике для учителей средних школ.
Реймонд Сарч имеет степень бакалавра электротехники, которую он получил
в Колледже Нью-Йорка. В качестве инженера он работал в компаниях RCA, Lit-
ton Industries, Reeves Instrument и Western Union.
Марк Холл занимается техническим редактированием уже 13 лет, в течение
которых при его участии к печати было подготовлено более 160 изданий. Он яв-
ляется соавтором трех книг и автором множества руководств для учащихся и препо-
давателей. Марк имеет степень магистра компьютерных наук, с 1990 года является
дипломированным инженером по сетевым программным средствам — занимается
технологиями Novell CNE. Более 18 лет он дает частные консультации в области
создания и эксплуатации сетей.
Глава 1
Обзор средств передачи
данных
4- Значение средств передачи данных
4- Первые системы передачи данных
+ Системы передачи с двумя состояниями
+ Первые коммуникационные коды
+ Современные коды
4- Телетайп
+ Передача данных с использованием компьютеров
4 Изменения в индустрии
+ Общие характеристики систем передачи данных
Цель этой книги — рассказать, как работают системы передачи данных и их раз-
нообразные аппаратные и программные компоненты. Для этого мы рассмотрим
ряд компьютерных и коммуникационных технологий, знания о которых необхо-
димы для понимания принципа перемещения потоков данных между компьюте-
рами, находящимися как в одной локальной вычислительной сети, так и на разных
сторонах земного шара. Мы не ставим своей задачей научить вас конструировать
оборудование или писать программы для передачи данных между двумя компью-
терами. Наша цель - дать основные сведения, необходимые для понимания того,
как работают системы передачи данных. Здесь вы также найдете советы по созда-
нию соединения между персональным или профессиональным компьютером
и другим персональным компьютером, базой данных, информационной службой,
электронной доской объявлений, а также компьютером, который подключен к кор-
поративной сети или к Интернету.
Для того чтобы изучать средства передачи данных, вы должны иметь некото-
рое представление о телефонной линии связи, так как большинство систем пере-
дачи данных используют в этом качестве именно ее. Поэтому часть этой книги
посвящена телефонным сетям общего пользования и оборудованию, которое яв-
ляется интерфейсом между сетью и компьютером.
В данной главе описана история развития средств передачи данных, подчеркну-
та их исключительная роль в новом тысячелетии, а также дана общая характери-
стика систем передачи данных. Рассмотрены понятия бита, байта, системы передачи
20
Глава 1. Обзор средств передачиданных
с двумя состояниями и кода, которые часто упоминаются в книге. В последнем
разделе главы для иллюстрации того, как с появлением компьютеров изменилась
и возросла роль систем передачи данных, введена вымышленная оптовая бака-
лейная компания.
Значение средств передачи данных
Передача данных - это процесс обмена информацией в двоичной форме между
двумя и более точками. Этот процесс часто еще называют цифровой связью, так
как на сегодняшний день большая часть информации передается в цифровой
форме и циркулирует между компьютерами, между компьютерами и терминала-
ми, принтерами, а также другими периферийными устройствами. Данные могут
быть представлены в простейшей форме, двоичными цифрами 1 и 0, или в более
сложной, например символами клавиатуры. В любом случае цифры или символы
представляют информацию.
Средства передачи данных относятся к числу наиболее быстро развивающих-
ся. Параллельно со специализированными полупроводниковыми устройствами
для обработки сигналов и сжатия данных создаются разнообразные мультиме-
дийные приложения для передачи речи, данных и видеоинформации. Вы можете
говорить в микрофон, а ваш голос будет преобразовываться в цифровую форму,
разбиваться на пакеты и передаваться через Интернет без какой-либо дополни-
тельной платы, кроме той, которую вы платите ежемесячно за телефон и интер-
нет-провайдеру. В США и Европе видеоинформацию можно получать через те-
лефонную сеть, а доступ в Интернет - через систему кабельного телевидения.
Кроме того, существуют телефоны с памятью, оснащенные миниатюрными ви-
деокамерами на основе ПЗС (приборов с зарядовой связью), которые способны
передавать изображения, например сцены семейного отпуска или видеофильм о
новорожденном прямо из роддома. Таким образом, системы передачи данных ме-
жду терминальными устройствами и компьютерами могут применяться для пе-
ресылки речи, данных и видео.
В сетях с коммутацией пакетов постепенно происходит интеграция систем пе-
редачи голоса, видео и данных, однако эта проблема все еще остается открытой.
Одной из ключевых неразрешенных пока проблем является достижение качества
обслуживания (Quality of Service, QoS), которое обеспечивало бы сквозную транс-
портировку данных с минимальными задержками и постоянством потоков дан-
ных. Проблема QoS для сетей с коммутацией пакетов находится на этапе реше-
ния, но пройдет еще немало лет, прежде чем сети такого типа будут способны
передавать речь с высоким качеством.
Поскольку системы передачи данных играют значительную роль в современ-
ном мире, очень важно понять принципы, на которых они построены. Обычно
системы передачи данных используются в сфере бизнеса, но в последнее время
они все чаще находят применение в частной жизни. Передать информацию о бан-
ковском счете от центрального компьютера на электронную кассовую машину,
Первые системы передачи данных
21
выбрать платную кабельную телевизионную программу или загрузить игру с ком-
пьютерной доски объявлений на домашний компьютер - все это способны реали-
зовать системы передачи данных, ставшие неотъемлемой частью нашего быта.
Несомненно, многие читатели едва ли не каждый день сталкиваются с необходи-
мостью воспользоваться услугами средств передачи данных. Современное обще-
ство становится все более зависимым от систем передачи данных.
Первые системы передачи данных
Современные системы передачи данных для пересылки информации, представ-
ленной в виде знаков или символов, используют электрическое или электронное
оборудование. Электрические сигналы, радиоволны являются формами электро-
магнитной энергии. Но стоит упомянуть и о первых методах связи, таких как
клубы дыма сигнальных костров или, скажем, отражение света от ручного зерка-
ла. Ведь клубы дыма можно рассматривать как аналоги дискретных знаков, при-
меняемых в современных системах передачи.
Рис. 1.1. Первые средства передачи данных были
основаны не на электричестве
22
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Начало применения электричества
В результате открытия электричества появились новые возможности для созда-
ния средств передачи информации. Одно из первых предложений, опубликован-
ное в 1753 году в шотландском журнале, было простым, но требовало громоздко-
го оборудования. Идея заключалась в том, чтобы протянуть от города к городу
26 проводов — по одному проводу для каждой буквы алфавита. Швейцарский
изобретатель создал опытный образец системы, основанной на этом принципе, но
технология с использованием проводов в то время считалась неприемлемой для
широкого применения. Сложность прокладки 26 проводов для передачи 26 букв
алфавита свидетельствовала о том, что требуется более эффективный метод.
В 1833 году Карл Фредерик Гаусс изобрел код, основанный на матрице 5x5,
используемой для кодирования 25 букв (буквы I и} были объединены). Отправ-
ка сообщений производилась путем отклонения стрелки в пределах от одной до
пяти позиций вправо или влево. Первый набор отклонений указывал на строку,
а второй — на столбец матрицы. Данный метод вместо 26 линий позволял исполь-
зовать только одну.
Телеграфная связь
Важнейшее событие в области передачи данных произошло в XIX веке, когда аме-
риканец Сэмюел Финли Бриз Морзе изобрел электрический телеграф. Над идеей
использования электричества работали и другие изобретатели. Но только устрой-
ство Морзе, основанное на использовании возможностей человеческого мозга и
коммуникационного оборудования, получило столь широкое признание. Процесс
дешифрования основывался как на способности человека, получающего сообще-
ние, слышать, так и на знании им кода, предлагаемого Морзе.
Принцип работы телеграфной связи можно понять из рис. 1.2. Когда телеграф-
ный ключ в пункте А нажат, в устройстве протекает ток и в пункте Б якорь (под-
вижная часть электромеханического устройства) притягивается к катушке, изда-
вая при ударе о сердечник щелчок. Когда в пункте А ключ отпущен, электрическая
цепь размыкается, после чего в пункте Б якорь переводится пружиной в исходное
состояние, ударяясь при этом о другой сердечник с отличным от первого щелчком.
Таким образом, клопфер (слуховой телеграфный аппарат) генерирует два различ-
ных щелчка. Короткий промежуток времени между двумя последовательными
щелчками означает точку, длинный — тире. Код, подобный разработанному Мор-
зе, показан на рис. 1.3. Он представляет символы в виде комбинаций точек и тире.
На передающей стороне оператор преобразовывает символы, из которых состоит
сообщение, в комбинацию точек и тире. На приемной стороне оператор интер-
претирует точки и тире как символы; таким образом информация передается из
пункта А в пункт Б.
Существует мнение, что при разработке кода Морзе пользовался наборным
устройством, которое применялось для печати английских букв и цифр. По нему
ученый определил частоту использования того или иного символа. Морзе при-
своил короткие кодовые комбинации часто встречающимся символам и цифрам,
длинные — редко встречающимся. Этим объясняется то, что точка присвоена
Первые системы передачи данных
23
букве Е, которая по частоте употребления стоит на первом месте, а тире присвое-
но букве Т, которая стоит на втором месте.
Рис. 1.2. Принцип работы телеграфной связи
Рис. 1.3. Код Морзе используется и в наши дни
24
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Впервые Морзе испытал телеграф в 1832 году, но самая известная демонстра-
ция состоялась в 1844 году, когда Морзе из Вашингтона в Балтимор передал по
проводу сообщение «What hath God wrought!» («Чудны дела твои, Господи!»).
До изобретения телеграфа обычным способом связи была почта Pony Express,
поэтому более быстрый телеграф сразу же стал пользоваться успехом. Оборудо-
вание было простым и надежным; ключ и клопфер содержали только по одной
подвижной детали. Сильной и в то же время слабой стороной телеграфа, а также
единственной действительно сложной его частью являлся человеческий мозг, дру-
гими словами, работоспособность операторов, осуществлявших передачу и прием.
К началу Гражданской войны телеграфные линии уже охватили весь континент,
пересекая прерии и пустыни и соединяя Калифорнию с остальной частью Соеди-
ненных Штатов. Пока не изобрели телефон, что произошло примерно 30 лет спус-
тя, телеграфная индустрия была одной из самых больших и процветающих. Такого
рода услуги предоставлялись почти в каждом городе США. Прокладка трансат-
лантического кабеля между США и Францией в 1866 году положила начало созда-
нию международной телеграфной связи.
Системы передачи с двумя состояниями
Телеграф Морзе имеет не только историческое значение. Большая часть терми-
нов, относящихся к устройству Морзе, используется и по сей день. Для примера
рассмотрим понятия метки (mark) и паузы (space). Если бы прибор был устроен
таким образом, что бумага непрерывно двигалась бы под пишущей ручкой, при-
соединенной к якорю клопфера, то в момент притягивания якоря к катушке на бу-
маге появлялась бы метка. Таким образом, наличию тока в линии соответствова-
ла бы метка на бумаге, а его отсутствию — пробел. Термины «метка» и «пауза» до
сих пор используют в мировых стандартах, относящихся к сфере передачи дан-
ных, при описании величины тока в канале передачи.
Однако более важным, чем терминология, является принцип работы телегра-
фа - системы передачи с двумя состояниями. Телеграфный канал передачи мо-
жет находиться в одном из двух состояний: ток течет, ток не течет. При разработке
последующих систем передачи этот простой принцип применялся снова и снова.
Системы передачи с двумя состояниями являются самыми простыми и надежны-
ми. В качестве двух состояний могут выступать «включено» и «выключено» (те-
леграф), «плюс» и «минус» (электрический ток разной полярности), 1 и 0 (прин-
цип, который применяется в компьютерной технике) и т. д. Системы с двумя
состояниями являются по своей сути двоичными (см. ниже).
Биты и байты
В двоичной системе счисления используются только две цифры — 0 и 1. Одну
двоичную цифру (разряд) называют также битом". Состояния цифровой линии
(аналогичные метке и паузе) также можно представить с помощью битов, назна-
чив каждому из них значение 0 или 1.
* Бит — это фундаментальная единица информации, используемая в теории информации. Обозначает
количество информации, необходимое для различения двух равновероятных событий. —Примеч.ред.
Системы передачи с двумя состояниями
25
Двоичная система, как и десятичная, является позиционной. Однако в двоич-
ной системе в каждой позиции может находиться одна из двух цифр, а не из деся-
ти. Например, число 345,27 в десятичной системе счисления представляется как
3 сотни плюс 4 десятка плюс 5 плюс 2 десятых плюс 7 сотых. Вес позиции (едини-
ца разряда) — это степень числа 10.
345,27 = (3 х 100) + (4 х 10) + (5 х 1) + (2 х 1/10) + (7 х 1/100) =
= 3 х 102 + 4 х 101 + 5 х 10° + 2 х IO4 + 7 х 10 2
Обратите внимание на использование положительных и отрицательных пока-
зателей степени и не забывайте, что возведение любого числа в степень 0 дает 1.
Как видно их приведенного выше примера, в десятичной системе счисления осно-
вание равно 10, а единицами разрядов служат последовательные степени числа 10.
Аналогичным образом мы можем применить степени числа 2 в двоичной сис-
теме счисления. Здесь значение каждой последующей единицы разряда в два раза
больше, чем значение единицы, находящейся справа. Когда вы работаете с двоич-
ными числами, удобно иметь под рукой таблицу степеней числа 2. Значения для
показателей степени от 0 до 8 приведены в табл. 1.1, мы будем использовать их
при дальнейшем изложении материала. С помощью этой таблицы легко преобра-
зовать число из двоичной формы в десятичную. Например:
1101001 = 1 х 26 + 1 х 25 + 0 х 24 + 1 х 23 + 0 х 22 + 0 х 21 + 1 х 2° =
= 64 + 32 + 0 + 8 + 0 + 0 + 1 = 105
На основании данного метода был разработан другой способ преобразования
чисел из двоичной системы в десятичную. Он базируется на использовании зна-
чений единиц разрядов двоичного числа. В частности, если мы работаем с 8-раз-
рядным числом, то будем применять восемь значений, убывающих слева направо
(табл. 1.1).
Таблица 1.1. Степени числа 2
2" Единица разряда 9-разрядное двоичное число
2° 1 000000001
21 2 000000010
22 4 000000100
23 8 000001000
24 16 000010000
25 32 000100000
26 64 001000000
27 128 010000000
28 256 100000000
Для преобразования двоичного числа в десятичное можно произвести сложе-
ние значений единиц каждого ненулевого разряда. Так, в случае двоичного числа
10010011, сложив 128 +16 + 2 + 1, получим десятичное число 147.
Компьютеры работают более эффективно, если разрядность их регистров равна
степени числа 2 (2 бита, 4 бита, 8 бит, 16 бит и т. д.). Обычно используется группа
26
Глава 1. Обзор средств передачи данных
из 8 бит, которая называется байтом или октетом. Из табл. 1.1 видно, что с по-
мощью байта можно представить 28 (или 256) уникальных последовательностей
нулей и единиц.
Байты и октеты
На ранних этапах развития компьютерной техники, в 50-70-е годы XX века, для
представления символов в различных машинах использовались числа, содержа-
щие разное количество разрядов (битов). Для формирования одного символа или
байта применялось от 5 до 12 бит. Отсутствие стандартов относительно количест-
ва битов, составляющих байт, привело к появлению нескольких стандартов свя-
зи. В литературе для обозначения группы из 8 бит стали использовать термин
«октет». Хотя практически во всех современных компьютерах в качестве байта
применяется группа из 8 бит, большинство организаций по стандартизации про-
должают использовать термин «октет». В данной книге термины «байт» и «октет»
употребляются как синонимы, хотя в начальный период развития компьютерной
техники некоторые инженеры от столь легкомысленного применения терминов
получили бы сердечный приступ.
Первые коммуникационные коды
В общих чертах передачу данных можно описать как процесс преобразования ло-
гическим устройством цифр и символов в закодированную форму и наоборот.
В системе Морзе «логическими устройствами» являлись операторы, которые пре-
образовывали символы в точки и тире.
Даже опытные телеграфисты часто не справлялись с работой, поскольку она
была сложной и изнуряющей. Поэтому для кодирования символов начали ис-
пользовать механические и электрические устройства. Однако из-за разной дли-
тельности точек и тире автоматизировать процесс передачи и приема было прак-
тически невозможно. К тому же символы состояли из разного количества точек
и тире. Следовательно, требовался код, в котором каждый символ представлялся
бы одинаковым количеством информационных элементов одной и той же дли-
тельности.
Важные определения
Перед тем как двигаться дальше, ознакомьтесь с приведенными ниже определе-
ниями, знание которых необходимо для изучения коммуникационных кодов.
+ Коды — это стандартные (согласованные заранее) соотношения между сиг-
налами и символами. Коды, используемые в системах передачи данных,
уже определены и интегрированы в электронные схемы. Пользователю при-
ходится непосредственно иметь дело с кодами только в том случае, если он
согласовывает два устройства (такие как компьютер и принтер) от разных
производителей.
Первые коммуникационные коды
27
4 Символы — это буквы, цифры, пробелы, знаки пунктуации, а также другие
знаки, вводимые посредством клавиатуры. Системы передачи используют
управляющие символы, которые подлежат кодированию, но не выводятся
на экран и печать. Для ввода некоторых управляющих символов, в частно-
сти символов возврата каретки и табуляции, имеются отдельные клавиши
на клавиатуре (например, клавиши Return и Tab). Коды многих управляю-
щих символов, не представленных на клавиатуре, можно вводить путем на-
жатия клавиш в определенном сочетании. Так, одновременное нажатие
клавиш Ctrl и G генерирует управляющий код BEL (bell), который в про-
грамме может быть использован для передачи звукового сигнала оператору
терминала или персонального компьютера.
4 Сигналы ~ это то, что передается по каналу передачи и используется для
представления символов. Сигналами являются точки и тире в коде Морзе,
а также единицы и нули в последовательности
01000001010 0000001011 0111011011 0110001001
Данная последовательность представляет собой код, генерируемый при пе-
редаче символов А 7# от одного компьютера другому компьютеру или прин-
теру. Это код ASCII с контролем четности и одним стартовым и одним сто-
повым битами. Речь о нем пойдет в одной из следующих глав.
Информацию для машин и людей нужно представлять по-разному. Люди бы-
стро и уверенно распознают печатные символы, в то время как в машинах такую
функцию выполняют очень сложные и дорогостоящие устройства. С другой сто-
роны, машины, в отличие от людей, могут с легкостью обрабатывать длинные по-
следовательности двоичных цифр.
Код Бодо
Как говорилось ранее, код Морзе из-за разной длины кодовых комбинаций был
не пригоден для автоматического кодирования и декодирования символов. В на-
чале XX века, когда появилась потребность в замене операторов машинами, уже
существовало несколько подходящих для этого кодов. Самый известный из них
был изобретен в 1870 году французом Эмилем Бодо (его система кодирования
представлена на рис. 1.4). Поскольку каждый символ кодировался одинаковым
числом сигналов, такой код хорошо подходил для автоматического кодирования
и декодирования.
К сожалению, из-за низкого быстродействия электромеханических устройств
число используемых сигналов было ограничено пятью. Поэтому код предостав-
лял только 32 возможные комбинации. Этого было недостаточно для представле-
ния 26 букв алфавита, 10 десятичных цифр, всех знаков препинания и знака про-
бела. Чтобы преодолеть это ограничение, Бодо использовал два управляющих
символа смены регистра — символ переключения на регистр букв (LTRS) и сим-
вол переключения на регистр цифр (FIGS). Таким образом, с помощью данного
кода можно было представить все необходимые на то время символы. Кодовые
комбинации смены регистра представляют не печатные символы, а один из двух
рядов, каждый из которых содержит от 26 до 28 символов.
28
Глава 1. Обзор средств передачи данных
После приема кода переключения на регистр букв (11111) все последующие ко-
довые комбинации интерпретируются как буквы алфавита, а после приема кода
переключения на регистр цифр (11011) — как цифры и знаки препинания. Заметь-
те, что коды управляющих символов LTRS и FIGS, равно как и другие управляю-
щие символы и символ пробела, всегда интерпретируются одинаково, независи-
мо от того, в каком регистре находится машина. Хотя изобретение Бодо сразу не
внесло коренных изменений в телеграфию (операторам было сложно работать с
кодовыми комбинациями одинаковой длины), оно послужило основой для разра-
ботки стартстопного телеграфного аппарата (телетайпа).
Сигналы кода В регистре букв (LTRS) В регистре цифр (FIGS)
Стандартный международный телеграфный алфавит № 2 ССПТ, используемый в системе Telex Североамериканский набор символов для телетайпа
Старт 1 2 3 4 5 Стоп
А с С
• • • В ? ?
• С
D Кто Вы? $
Е 3 3
F Не регламентируется I
G Не регламентируется &
н Не регламентируется #
I 8 8
J Звонок Звонок
к ( (
L ) )
м
N
О 9 9
• р 0 0
• Q 1 1
• • R 4 4
S
т 5 5
и 7 7
• V = I
W 2 2
X / /
• Y 6 6
Z + .1
Пусто
• • • Переход в регистр букв (LTRS)
• • Переход в регистр цифр (FIGS)
Пробел
• Возврат каретки
• Переход на новую строку
Обозначение;
• — наличие сигнала
Рис. 1.4. Код телетайпа (5-разрядный)
Современные коды
29
Современные коды
Почти полвека связь основывалась на коде Бодо и его вариациях, однако они, не-
сомненно, оставляли желать лучшего. Отсутствие разницы между прописными
и строчными буквами было проблемой для работников газетной индустрии. Что-
бы различать прописные и строчные буквы, они изобрели 6-разрядный код. И это
был только один пример удовлетворения повседневных потребностей. Современ-
ные системы связи используют код, который представляет все печатные симво-
лы, а также осуществляет контроль над ошибками и форматирование. Под фор-
матированием подразумевается поддержка кодом таких операций, как переход на
новую строку и возврат каретки. Код должен давать возможность декодировать
сигнал независимо от правильности передачи или приема предыдущих порций
информации. Возможно, самым важным является то, что код должен быть рас-
ширяемым.
На протяжении 60-х годов было разработано множество кодов передачи. Сре-
ди них можно выделить три основных, перечисленных ниже.
Международный алфавит №2 С С ITT — простой 5-разрядный код, который
до сих пор используется для передачи телексных сообщений.
+ Код EBCDIC (Extended Binary-Coded-Decimal Interchange Code) — разра-
ботан IBM; применяется главным образом в синхронных системах связи
с мэйнфреймами.
♦ Код ASCII (American Standard Code Information Interchange) - утвержден
Национальным американским институтом стандартов (ANSI) и Междуна-
родной организацией по стандартизации (ISO).
Организации по стандартизации
Стандарты можно считать связующими элементами, обеспечивающими взаимо-
действие разных систем. Одной из самых важных организаций по разработке стан-
дартов является Международный консультационный комитет по телефонии и те-
леграфии (CCITT). Не так давно функции CCITT начал выполнять Комитет по
стандартизации Международного союза телекоммуникаций (1TU). Данная орга-
низация по установлению стандартов, являющаяся одной из групп ITU, стала
еще и специализированным агентством при ООН. Группа отвечает за разработку
стандартов связи, и в некоторых западноевропейских странах ее рекомендации
действуют как закон, хотя и не являются обязательными.
ISO — это неправительственная организация, имеющая статус консультатив-
ной в Совете по экономике и социальному обеспечению при ООН. Членами ISO
являются национальные организации по стандартизации более чем ста стран, и ее
задача соответствует девизу «способствовать развитию мировых стандартов с це-
лью облегчения международного обмена товарами и услугами». В США ведущей
организацией по созданию стандартов является ANSI. Данная некоммерческая
и неправительственная организация представляет Соединенные Штаты в ISO.
30
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Код EBCDIC
Когда появляется необходимость в стандартизации, применяются два подхода
к установлению стандартов. В первом случае один из производителей (домини-
рующий на рынке) может определить стандарт для собственного продукта, и ос-
тальные, более мелкие производители, а затем и целые страны могут также при-
нять этот стандарт. Примером этому служит IBM, создавшая 8-разрядный код
EBCDIC, который содержащит 256 символов. Возможно, было бы лучше, если
бы EBCDIC стал мировым стандартом, поскольку он включает почти все необхо-
димые символы. Однако только IBM и фирмы-производители IBM-совместимо-
го оборудования приняли EBCDIC. Поскольку EBCDIC преимущественно ис-
пользуется в больших IBM-совместимых компьютерных системах, в примерах
данной книги он почти не упоминается.
Код ASCII
Но чаще стандарты принимаются специальными комитетами, которые выполня-
ют функции форума по рассмотрению потребностей заинтересованных сторон и
нахождению компромисса. Аналогичным образом был создан 7-разрядный код
ASCII, который формально носит название стандарта ANSI ХЗ.4-1977. С помо-
щью ASCII можно представить 128 символов, но не все они выводятся на печать.
Этот код позволяет представить все буквы английского алфавита (прописные и
строчные), цифры от 0 до 9, знаки препинания, а также много других символов.
ASCII применяется практически во всех компьютерах и компьютерных системах.
ASCII-символы стандарта ANSI и соответствующие им коды представлены на
рис. 1.5. Сравните код ASCII с кодом Морзе (см. рис. 1.3) и 5-разрядным кодом
телетайпа (см. рис. 1.4). В коде Морзе каждому символу соответствует разное ко-
личество элементов (точек и тире); кроме того, он весьма ограничен — кодирует
только буквы, цифры и несколько знаков препинания. В 5-разрядном коде каж-
дому символу соответствует одинаковое число элементов, но прописные и строч-
ные буквы также не различаются.
Но ASCII не просто обеспечивает представление прописных и строчных букв,
в этом коде используется ряд правил, не очевидных на первый взгляд. Например,
для того чтобы преобразовать любую прописную букву алфавита (от А до Z)
в строчную, достаточно изменить с 0 на 1 значение 6-го разряда. Код ASCII, со-
стоящий из 7 разрядов, дает возможность представить 128 различных символов
(в отличие от 32 символов 5-разрядного кода).
На рис. 1.5 в двух крайних слева столбцах размещены непечатаемые управ-
ляющие символы. Они могут быть использованы для управления приемным уст-
ройством. В частности, символы возврата каретки (CR) и перевода строки (LF)
применяются при работе на пишущей машинке. К управляющим относятся так-
же символы перехода на начало следующей страницы (FF), оповещения (BEL),
горизонтальной (НТ) и вертикальной табуляции (VT). Они были созданы для ра-
боты с печатающими устройствами, хотя многие производители использовали их
для каких-то специфических целей. Символы смены регистра Shift In (SI) и Shift
Out (SO) применяются для переключения между английскими и национальными
Современные коды
31
наборами символов. Стандартами ANSI ХЗ.41-1974 и ХЗ.64-1979 в ASCII для еще
большей гибкости был добавлен символ ESC (от англ, escape — побег, выход).
Существуют также управляющие символы, которые служат для разграничения
текста (в частности, начало текста может быть отмечено символом STX, а его ко-
нец — символом ЕТХ). Управляющие символы преимущественно используются
при блочной, или синхронной, передаче данных. В следующих главах мы расска-
жем о них подробнее.
С появлением в 1981 году персонального компьютера фирмы IBM получила
широкое распространение разновидность кода ASCII, известная как расширен-
ный ASCII. Компьютеры IBM PC и совместимые с ними поддерживают 8-раз-
рядный код. Первые 7 бит определены стандартом ANSI. Дополнительный бит
увеличивает набор ASCII еще на 128 символов. Это позволяет разработчикам
программного обеспечения использовать коды для выполнения таких функций,
как маркировка конца абзаца, указание на применение полужирного текста в тек-
стовых процессорах и т. д.
Непечатаемые
управляющие
Примеры: символы
1000011 =с
0110011 =3
1010000 = Р
0110000 = О (нуль)
0100000 = SP (пробел)
Рис. 1.5. Код ASCII
32
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Символ ESC
Символ ESC указывает на то, что следующие за ним коды символов имеют спе-
циальное назначение. Все символы ESC-последовательности, расположенные в
строке за символом ESC, интерпретируются не как печатаемые, а как управляю-
щие, расширяя тем самым «стандартный» символьный ряд. Символ ESC делает
все коды символов доступными для управления терминалом. Благодаря ESC-no-
следовательностям стало возможным использование графических символов и сим-
волов нелатинского алфавита.
Из всех аппаратных средств от создания ESC-последовательности больше всего
«выиграли» терминал на основе электронно-лучевой трубки (далее — терминал
ЭЛТ) и персональный компьютер. Последовательный канал связи для терминала
и персонального компьютера такой же, как и для телетайпа, и обычно любой сим-
вол, полученный по этому каналу, отображается на терминале или экране мони-
тора. Однако разработчики стандарта ASCII не предвидели (а следовательно, не
оставили для этого соответствующий резерв) возможность создания функций уда-
ления символов и строк, а также эффектов визуализации, таких как негативное
изображение, подчеркивание, мерцание, доступных для терминалов ЭЛТ и мони-
торов компьютеров. Специально для ESC-последовательностей в 1979 году был
принят стандарт ANSI Х3.64. До этого каждый конструктор руководствовался
собственными соображениями. Например, для большинства видеотерминалов су-
ществует одна общая характеристика — абсолютная позиция курсора. Компью-
тер может послать терминалу команду разместить курсор в определенном месте
экрана. Данное свойство является очень важным для многих видов операций по
заполнению форм. К сожалению, ESC-последовательностей для определения по-
зиции курсора существует почти столько же, сколько и производителей термина-
лов. Даже в разных моделях одного и того же производителя могут применяться
разные ESC-последовательности.
Результатом такого «творческого» подхода к использованию символов стало
появление оборудования, принцип функционирования которого отличался от при-
нятого большинством мировых производителей. Примером может служить прин-
тер, который после приема символа возврата каретки автоматически осуществля-
ет перевод строки. Так как большинство компьютеров одновременно с символом
возврата каретки посылают еще и символ перехода на новую строку, то при печа-
ти из-за дополнительного перевода строки, производимого принтером, печатный
лист форматируется неправильно.
Для обеспечения совместимости терминалы и персональные компьютеры мно-
гих производителей явно или неявно поддерживают стандарт ANSI. Явную под-
держку осуществляют терминалы и персональные компьютеры, сконструирован-
ные с учетом необходимости работы в соответствии со стандартом ANSI Х3.64.
Неявную поддержку обеспечивают терминалы и персональные компьютеры, ко-
торые могут загружать программы и считывать содержимое некоторых запоми-
нающих устройств, поддерживающих стандарт ANSI Х3.64.
Скорее всего, IBM PC и совместимые с ними персональные компьютеры яв-
ляются самыми распространенными устройствами, поддерживающими стандарт
ANSI Х3.64. Данные компьютеры, работающие под управлением операционных
Телетайп
33
систем Microsoft MS-DOS, PC DOS, а также Microsoft Windows различных вер-
сий, могут быть сконфигурированы на использование драйвера устройств ANSI.SYS.
Он представляет собой файл на диске, который автоматически загружается в па-
мять при загрузке операционной системы. В большинстве компьютеров с опера-
ционными системами MS-DOS или PC DOS и жестким диском вам пришлось бы
отредактировать файл CONFIG.SYS, добавив строку DEVICE = C:\DOS\ANSY.SYS (предпо-
лагается, что драйвер находится в каталоге DOS на диске С). Драйвер устройств
ANSI.SYS автоматически активизируется при включении или перезагрузке систе-
мы. При выполнении этого файла компьютер функционирует как ANSI-совмес-
тимый терминал, обеспечивая, в частности, поддержку стандартных последова-
тельностей переключения кода.
Телетайп
Следующим (после телеграфа) этапом развития связи стало изобретение теле-
тайпа. Более чем полвека телетайпное оборудование являлось основным видом
неречевой связи. В середине 70-х годов телетайп с клавиатурой для ввода был
стандартным терминалом для компьютеров малой и средней величины. Многие
компании имели телетайпные сети национального и даже международного мас-
штаба. На сегодняшний день их заменили аппараты факсимильной связи, а также
частные и общедоступные компьютерные системы электронной почты.
В США существовали две национальные телетайпные сети общего пользова-
ния: TWX и служба Telex (в 80-х годах TWX присоединилась к Telex). Несколь-
ко телекоммуникационных компаний обеспечивают доставку сообщений Telex на
любой телетайп в США, а международные телекоммуникационные компании -
доставку их на любой телетайп мира. Telex (полное название — Teleprinter ex-
change) является полностью автоматизированной службой, работающей в режи-
ме реального времени, которая позволяет абонентам более чем 200 стран обмени-
ваться сообщениями в печатной форме. В 1998 году MCI открыла доступ к сети
Telex через Интернет. Он осуществляется посредством службы MCI Internet Te-
lex, позволяющей с любого компьютера, подключенного к Интернету, посылать
сообщения на любой терминал сети Telex.
Телетайп был основным видом связи на протяжении почти 50 лет, и именно
от него ведут свое происхождение большинство стандартов и терминов, иполь-
зуемых в низкоскоростных и асинхронных системах передачи данных. В главе 2
асинхронная связь описана более подробно. Сейчас же стоит отметить, что любой
передаваемый закодированный символ имеет идентификаторы начала и конца
операции. Хотя данная технология позволяет синхронизировать телетайпные при-
боры, находящиеся на расстоянии тысяч миль друг от друга, передача каждого
символа требует больших «накладных расходов».
Телетайпное оборудование имеет существенные ограничения по быстродейст-
вию, поскольку состоит из электромеханических узлов: требуется время на намаг-
ничивание соленоидов, включение и остановку моторов, включение и выключение
34
Глава 1. Обзор средств передачи данных
муфт. Все эти механические операции ограничивают максимальную скорость пе-
редачи информации посредством телетайпов значением примерно 30 знаков в се-
кунду. Международная сеть Telex работает даже медленнее — со скоростью около
10 знаков в секунду! Такая скорость слишком мала для эффективной связи меж-
ду компьютерами, даже при использовании современных принтеров или терми-
налов ЭЛТ.
Передача данных с использованием
компьютеров
Широкое применение компьютеров, начавшееся в начале 50-х годов, требовало
дальнейшего развития систем передачи данных. Компьютерные системы способ-
ны хранить и быстро обрабатывать большие объемы информации. Приемное и
передающее оборудование значительно усовершенствовалось по сравнению с теле-
тайпом, стало работать намного быстрее. Чем больше появлялось компьютеров,
тем более очевидной становилась необходимость связи между ними. Поскольку
это не требовало никакого электромеханического оборудования, то теоретически
данные могли пересылаться с очень высокими скоростями. Однако на практике
скорость ограничивалась средой передачи (в основном это была телефонная сеть
общего пользования), а точнее, доступной полосой пропускания, или диапазоном
частот.
50-е годы
Типичная компьютерная система 50-х годов, показанная на рис. 1.6, использовала
перфокарты для ввода информации, принтеры — для ее вывода и катушки с маг-
нитной лентой — для долговременного хранения. В таких системах длина линий
связи была сведена к минимуму, так как компьютер и устройства ввода-вывода
располагались близко друг к другу и соединялись короткими кабелями. Информа-
ция обрабатывалась по принципу «одновременно только одно задание, или пакет».
Рассмотрим такой пример. Бакалейная оптовая компания в течение дня могла
получать заказы как по почте, так и по телефону. В конце дня заказы записывались
на перфокарты, а затем собирались в пакеты. Данные с карт считывались компью-
тером для последующей обработки ночью. В ходе обработки компьютер мог вы-
полнять такие операции, как проверка счета заказчика. Если результат был удовле-
творительным, компьютер выдавал список товаров, которые на следующий день со
склада отправлялись заказчику. Стоимость заказа вычиталась из суммы, имею-
щейся на счету, затем печатались счет-фактура и различные складские квитанции.
Система работала хорошо, если не считать того, что служащий, принявший заказ,
никогда точно не знал, есть ли на складе нужные товары. Хотя каждое утро и про-
изводилась инвентаризация, в течение дня, во время приема заказов, у него не
было достоверных данных о количестве и ассортименте товаров.
Передача данных с использованием компьютеров
35
Рис. 1.6. Система обработки данных 50-х годов
60-е годы
Системы пакетной обработки данных, подобные упомянутым выше, являлись са-
мыми эффективными в отношении затрат компьютерного времени и стоимости
оборудования. Однако они были недостаточно эффективны в том смысле, что не
могли использоваться клерками, продавцами и другими служащими компании, не
имеющими специальных знаний и навыков; поэтому обслуживались такие систе-
мы, как правило, специалистами. Вследствие революции в области полупровод-
никовых технологий расходы на компьютерную логику и память резко уменьши-
лись, и это позволило скомпенсировать расходы на персонал.
В 60-х годах пакетную обработку данных с успехом заменила интерактивная
обработка (рис. 1.7). Например, в оптовой компании клерк принимал заказ по те-
лефону и сразу же через интерактивный терминал заносил его в компьютер. Не-
которые терминалы через параллельные интерфейсы были напрямую соединены
с компьютером, но большая их часть представляла собой телетайпные устройст-
ва, которые соединялись с компьютером через последовательный порт и отдель-
ный кабель.
После того как заказ был принят, компьютер проверял, имеются ли в наличии
заказанные товары. Если да, устанавливалась дата доставки, если нет, заказчику
сообщалось, что таких товаров на данный момент в ассортименте нет, и ему пре-
доставлялся выбор: либо отменить заказ, либо выбрать другой товар. Данный ме-
тод, хотя и был дороже пакетной обработки в отношении затрат компьютерного
времени и оборудования, делал оптовую бакалейную компанию более конкурен-
тоспособной, поскольку она предоставляла клиентам лучший сервис.
36
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Рис. 1.7. Система обработки данных 60-х годов
70-е годы
Определенные изменения в процессе обработки данных произошли и в 70-х годах.
К главным компьютерам, которые находились в центральных офисах оптовых
компаний, стали подсоединять другие компьютеры, часто называемые мини-ком-
пьютерами (рис. 1.8). Интерактивные терминалы приема заказов не обязательно
должны были находиться в одной комнате с компьютером; они могли быть распо-
ложены на другом этаже, в другом здании или даже в другом городе. К концу де-
сятилетия не только в частных домах, но и в офисах на рабочих местах служащих
появились еще меньшие компьютеры, называемые микрокомпьютерами или пер-
сональными компьютерами (ПК). Через них служащие могли связаться с глав-
ным компьютером. Торговые агенты компаний начали использовать портативные
компьютерные терминалы. Они могли принять заказ непосредственно в офисе
заказчика и отправить его по обычной телефонной линии на главный компьютер.
Средства передачи данных теперь использовались во многих сферах деятель-
ности. В 50-х годах никто даже и представить себе не мог такого количества обо-
рудования — множество компьютеров, терминалов, каналов связи, используемых
отдельными фирмами; все это делало бизнес более эффективным.
Передача данных с использованием компьютеров
37
Рис. 1.8. Система обработки данных 70-х годов
80-е годы
Предположим, что по мере развития рассматриваемая нами оптовая компания
сама начала производить некоторые продукты питания, Она организовала тор-
говлю в Калифорнии, Техасе и Флориде. Поскольку торговый бизнес велся пре-
имущественно на северо-востоке, большая часть складских помещений размеща-
лась в Нью-Джерси, Пенсильвании и Огайо, а офисы по продажам - в Чикаго,
Филадельфии и Нью-Йорке, Штаб-квартира компании также находилась в Нью-
Йорке.
С продвижением деятельности компании на юг и запад страны ее система связи
потребовала расширения. Для обмена информацией между офисом в Нью-Йорке
и филиалами в Техасе и Калифорнии компания решила использовать сравни-
тельно новую на то время спутниковую связь (рассматривается в главе 7). Через
спутник можно было связываться и с другими пунктами, однако для обмена ин-
формацией с Флоридой, Чикаго и Филадельфией компания (по ряду причин) ис-
пользовала арендованные наземные линии. Мелкие офисы, находящиеся в штатах,
охваченных деятельностью компании, были объединены сетью низкоскоростных
терминалов телетайпного типа. Сеть предоставляла возможность принимать зака-
зы, а также обеспечивала связь с главным офисом. Торговые агенты компании
по-прежнему пользовались портативными терминалами, которые благодаря тех-
нологическим достижениям стали более компактными и многофункциональными.
На рис. 1.9 изображен терминал, который применялся на протяжении 80-х годов.
38
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Рио. 1.9. Телетайп TI 703KSR
С середины 80-х годов недорогие персональные компьютеры стали еще более
доступными для широкого применения, многие руководители приобретали их
для своих фирм. Хотя первоначально персональные компьютеры предназнача-
лись для работы с табличными и текстовыми процессорами, их начали интегри-
ровать в корпоративные сети связи. Некоторые персональные компьютеры заме-
нили терминалы ЭЛТ и начали выполнять функции как терминалов, так и
устройств локальной обработки данных. Другие компьютеры объединялись по-
средством локальных вычислительные сетей (ЛВС, соответствующая аббревиа-
тура на английском — LAN), которые предоставляли пользователям возможность
совместного доступа к периферийным устройствам, а также позволяли обмени-
ваться электронными сообщениями внутри сети.
За период с середины 1981 по 1987 год было выпущено десять миллионов
IBM PC и совместимых с ними компьютеров. В 1987 году исходную модель IBM
PC заменил компьютер Personal System/2 Model 30. Основные компоненты ком-
пьютерной системы IBM PC изображены на рис. 1.10.
90-е годы
В 80-х годах у многих организаций, которые широко использовали персональные
компьютеры, появилась потребность в обмене информацией. Кроме того, многим
пользователям ПК требовался доступ к корпоративным мини-компьютерам и мэйн-
фреймам, что еще больше увеличивало необходимость связи между компьютерами
разных типов.
Передача данных с использованием компьютеров
39
Рис. 1.10. Система IBM PC 80-х годов
Допустим, в описанной выше оптовой компании ПК были установлены в тор-
говых офисах Чикаго, Филадельфии и Нью-Йорка. С их помощью решались раз-
личные задачи: производилась работа с табличными и текстовыми процессорами,
осуществлялась поддержка небольших баз данных, содержащих информацию о
продажах и маркетинге. Однако было очевидно, что продуктивность заметно уве-
личится, если пользователи ПК смогут общаться друг с другом. Поэтому в каж-
дом офисе организовывалась собственная локальная сеть: устанавливались сете-
вые адаптеры и программное обеспечение, прокладывался кабель. Сети такого
типа позволяли людям, находящимся в пределах одного здания или комплекса
зданий, обмениваться данными друг с другом, совместно использовать перифе-
рийное оборудование (например, лазерные принтеры и плоттеры), иметь доступ
к общим программам и базам данных, хранящимся на ПК повышенной производи-
тельности, называемом сервером.
По мере развития компании ее служащие начали понимать, что LAN (ЛВС)
представляют собой лишь изолированные островки информации, которые было
бы неплохо как-то соединить. В конце 80-х и в 90-х годах некоторые производи-
тели представили новые системы для межсетевого обмена данными, которые
включали аппаратное и программное обеспечение, позволяющее различным ло-
кальным сетям взаимодействовать между собой. Благодаря таким соединениям
информацией могли обмениваться как устройства, находящиеся в одной ЛВС,
так и устройства, относящиеся к различным локальным сетям. Чтобы воспользо-
ваться преимуществами данной технологии, компании устанавливали такие уст-
ройства, как шлюзы, мосты и маршрутизаторы.
40
Г лава 1. Обзор средств передачи данных
Шлюзы
Шлюзы позволяют персональным компьютерам корпоративной сети осуществ-
лять доступ к мэйнфрейму. В случае нашей вымышленной компании мэйнфрейм
выполняет функции центрального хранилища больших баз данных и сложных
программ, которые не могут быть запущены на ПК. Например, в базе данных (в ко-
торой хранится информация о товарных запасах, счетах заказчиков, ценах) может
содержаться от сотен до тысяч миллиардов символов, в то время как ПК могут
хранить только несколько миллиардов символов.
Что касается мощных приложений, то компания начала использовать мэйн-
фрейм для выполнения программ, которые оптимизировали графики доставки,
анализируя при этом тысячи переменных. Пользователи ПК могут получить ре-
зультаты выполнения программы, запущенной на мэйнфрейме, через шлюз; вы-
полнение такой программы на ПК заняло бы 10-20 ч, в то время как мэйнфрейм
делает это за 15 мин.
Мосты
Мосты предназначены для передачи данных между двумя локальными сетями,
они дают возможность пользователям разных сетей обмениваться сообщениями,
файлами данных и программами, В ЛВС мост проверяет адрес пункта назначе-
ния потока данных, определяя, относится ли получатель к данной ЛВС. Если да,
то мост становится прозрачным для данных, предназначенных этому получателю.
Если адрес получателя не имеет отношения к данной ЛВС, мост, используя средст-
ва связи, передает данные на удаленную локальную сеть, где другой мост произ-
водит обработку данных аналогичным образом.
Маршрутизаторы
Персонал компании в случае необходимости мог получить доступ к информации
о складских запасах, подключившись через ПК к локальной сети того или иного
склада. Поскольку складов у компании много, при использовании только мостов
пришлось бы организовывать ячеистую сеть с множеством протяженных линий.
К счастью, разработанные к тому времени маршрутизаторы позволили приме-
нять меньшее количество линий связи. Маршрутизаторы проверяют адрес назна-
чения и направляют данные по соответствующему каналу.
На рис. 1.11 приведена схема взаимодействия мостов, маршрутизаторов и шлю-
зов, соединяющих различные сетевые устройства. В данном примере пара мостов
соединяет две ЛВС торговых офисов, а маршрутизатор используется для обеспе-
чения связи между офисной ЛВС и локальными сетями многочисленных складов.
Шлюз обеспечивает механизм доступа пользователей ЛВС к мэйнфрейму. Факти-
чески с помощью сложного аппаратного и программного обеспечения пользова-
тель ПК, подключенного к ЛВС, которая изображена в верхней части рисунка,
должен иметь возможность через мост подключаться к ЛВС в нижней части ри-
сунка и через шлюз получать доступ к мэйнфрейму. Это и есть главная задача, ре-
шаемая при организации межсетевого взаимодействия
Передача данных с использованием компьютеров
41
Рис. 1.11. Организация межсетевого взаимодействия с помощью мостов,
маршрутизаторов и шлюзов
Несогласованность в терминологии
Вначале устройство, направляющее данные из одной сети в другие при организа-
ции межсетевых взаимодействий, называлось шлюзом. И хотя сегодня подобное
устройство называют маршрутизатором, в справочных системах многих версий
Windows оно по-прежнему упоминается как шлюз. Однако основная задача шлю-
за — осуществлять преобразование форматов данных, обеспечивая тем самым воз-
можность доступа к мэйнфрейму через ПК. В нашей книге мы опишем функции
современных маршрутизаторов и шлюзов, а также расскажем о том, как конфигу-
рируются ПК для обмена данными с устройствами, называемыми шлюзами, даже
если на самом деле это маршрутизаторы.
В новом тысячелетии
Накануне нового тысячелетия оптовая компания осознала, что Интернет являет-
ся эффективным механизмом экономического роста, что он сокращает расходы
на относительно дорогие арендуемые каналы связи, которые используются для
обмена информацией между географически разнесенными точками. С целью уве-
личения своей популярности компания подключилась к Интернету. В ЛВС кор-
поративных штаб-квартир и нескольких региональных офисов были установлены
web-серверы, предоставляющие этим локальным сетям доступ к Интернету. Изна-
чально web-серверы просто содержали данные о компании, список региональных
представительств, а также позволяли действительным и потенциальным клиентам
42
Глава 1. Обзор средств передачи данных
заполнять формы запросов на дополнительную информацию. По мере дальней-
шего расширения компании стало очевидно: чтобы сохранить конкурентоспособ-
ность, необходимо автоматизировать как можно больше операций. Используя соот-
ветствующее программное обеспечение, установленное на web-серверах, компа-
ния теперь может принимать заказы прямо через Интернет.
Многозадачные серверы
С целью расширения своей деятельности компания начала использовать многоза-
дачные серверы (в том числе компьютеры IBM серии AS/400 Е, рис. 1.12), мощ-
ность которых может наращиваться по мере роста интернет-бизнеса. AS/400 — это
самая популярная на сегодняшний день многопользовательская компьютерная
бизнес-система. В мире используется более полумиллиона такого рода систем. Се-
рия AS/400 Е поддерживает как протоколы Интернета, так и протоколы локаль-
ных сетей, работает с операционными системами Microsoft Windows NT и Win-
dows 2000, а также Novell NetWare, что создает общую аппаратную платформу,
обеспечивающую поддержку множества различных приложений.
Рис. 1.12. Масштабируемая компьютерная система позволяет пользователю
наращивать возможности сервера без замены ранее разработанных
программ (публикуется с разрешения корпорации IBM)
Частные виртуальные сети
Вначале в компании функционировали отдельные сети. Через одну сеть арендуе-
мых линий связи взаимодействовали корпоративные ЛВС, а вторая сеть арендуе-
мых линий предоставляла этим ЛВС доступ к Интернету. При этом штаб-кварти-
ры и региональные представительства имели возможность обрабатывать заказы,
Передача данных с использованием компьютеров
43
поступившие непосредственно через Интернет. Сетевой администратор компа-
нии каждый месяц проверял счета за арендуемые линии, и через некоторое время
стало очевидным, что содержание двух сетей обходится слишком дорого. Так как
большая часть трафика, передаваемого внутри частной сети компании по арен-
дуемым линиям связи, не чувствительна к временным задержкам (поскольку это
в основном файлы и электронная почта), было решено использовать Интернет
в качестве частной виртуальной сети (Virtual Private Network, VPN). VPN обес-
печила взаимодействие локальных сетей, разнесенных территориально, доступ
к web-серверам компании, навигацию персонала по Всемирной паутине и выпол-
нение им заданий, связанных с использованием возможностей Интернета. Конеч-
но, при передаче корпоративных данных по открытой сети возникает риск несанк-
ционированного доступа к информации. Поэтому любая организация, решившая
использовать Интернет в качестве частной виртуальной сети, должна позаботиться
об установке брандмауэров, выполняющих аутентификацию и шифрование дан-
ных или поддержку протокола защиты данных.
Большинство интернет-провайдеров берут плату со своих клиентов только за
скорость передачи и/или объем пересылаемой информации, то есть при использо-
вании Интернета стоимость услуг не зависит от расстояния. Ежемесячная плата
за арендуемые линии зависит как от скорости передачи, так и от их протяженно-
сти. Таким образом, замена арендуемых линий связи на VPN выгодна с экономи-
ческой точки зрения.
На рис. 1.13 показан принцип использования Интернета в качестве VPN для
организации взаимодействия локальных сетей компании, одна из которых рас-
положена в Лос-Анджелесе, а другая — в Нью-Йорке. Данная система позволяет
фактическим и потенциальным клиентам компании иметь доступ к серверам, на-
ходящимся в разных сетях.
Рис. 1.13. Использование Интернета в качестве частной виртуальной сети (VPN)
44
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Интернет имеет ячеистую структуру, в которую входят сотни тысяч сетей. Дан-
ные разбиваются на небольшие блоки, называемые пакетами, и могут переда-
ваться от источника к получателю различными маршрутами. Поэтому вместо од-
ной конкретной линии связи, проложенной между двумя пунктами, в Интернете
используются разные маршруты. Таким образом, на момент соединения образу-
ется так называемый виртуальный путь, который состоит из занимаемых на дан-
ный момент линий передачи данных. Поскольку любой человек, имеющий дос-
туп к Интернету, может попытаться подсоединиться к вычислительному обору-
дованию компании, в качестве меры защиты в каждой локальной сети установлен
брандмауэр. А так как передаваемый через Интернет трафик может быть перехва-
чен на промежуточных узлах, брандмауэр к тому же выполняет функцию шифро-
вания данных, которые передаются между сетями компании.
Передача речи с помощью IP-протокола
В последнее время все больше обращает на себя внимание технология VoIP, кото-
рая существенно уменьшает расходы на связь, обеспечивая возможность передачи
речи через Интернет (естественно, с использованием его IP-протокола). Техно-
логия, называемая IP-телефонией, дает возможность пользователям домашнего
Интернета общаться между собой с помощью серверов обработки речи. Так как
данный механизм предоставляет новые услуги и уменьшает расходы на телеком-
муникации, он очень быстро нашел применение в сфере бизнеса, образования,
в различных правительственных и частных учреждениях. Вместо того чтобы щел-
кать на значке и посылать электронное сообщение в службу поддержки для полу-
чения помощи, теперь пользователь, имеющий мультимедиакомпьютер и соот-
ветствующее программное обеспечение, на нужном сайте щелкает на значке теле-
фона и непосредственно разговаривает с работником службы поддержки.
Сегодня существует возможность, используя специальное программное обес-
печение, получить через Интернет доступ к шлюзам. Шлюз представляет собой
устройство, к которому с одной стороны подключаются телефонные линии, а с
другой — IP-сеть (например, Интернет). Такие шлюзы обеспечивают связь меж-
ду Интернетом и общей телефонной сетью. Речь пользователя ПК, говорящего
в микрофон, дискретизируется и оцифровывается, а затем в виде пакетов переда-
ется на шлюз, где вновь преобразовывается в речевую форму. Прежде чем IP-те-
лефония станет полностью пригодной для использования в бизнесе, должен ре-
шиться вопрос о согласовании и стандартизации аппаратных средств. Однако уже
сейчас ее следует включить в список технологий, которые в скором будущем по-
лучат широкое распространение.
Революция в сфере обслуживания
Развитие коммуникаций оказало влияние не только на сферу бизнеса. За послед-
ние несколько лет произошла настоящая революция в сфере обслуживания. Благо-
даря современным коммуникациям люди могут выполнять большой объем повсе-
дневной работы, пользуясь, скажем, электронной почтой (это может быть отправка
Передача данных с использованием компьютеров
45
корреспонденции) или Интернетом (оплата счетов), и экономить при этом как
время, так и средства. Например, каждый месяц за плату в 20 долларов вы можете
отправлять столько электронных писем, сколько захотите, и, кроме того, имеете
возможность путешествовать по Всемирной паутине. Для сравнения: отправка
письма первого класса стоит 34 цента, и оно идет к получателю от трех до пяти
дней, в то время как электронное письмо доходит практически мгновенно. Если
вы ежемесячно будете отправлять не менее 59 электронных писем, то экономия
на почтовых расходах позволит вам бесплатно пользоваться Интернетом.
Когда число пользователей Интернета, применяющих для работы по комму-
тируемым линиям модемы, возросло до десятков миллионов, появился термин
«World Wide Wait». Причиной этого стало заметно возросшее время на отображе-
ние web-страницы, содержащей один или более графических объектов. Поскольку
это было связано с передачей большого количества символов, на отображение од-
ной web-страницы могло уходить от 15 до 30 с. Для решения данной проблемы
были разработаны модемы типа DSL (Digital Subscriber Line) и кабельные моде-
мы. Оба устройства предоставляют высокоскоростной доступ в Интернет и назы-
ваются широковещательными модемами.
Разработка многофункциональных
терминалов
В последнее время персональные компьютеры стали активно применяться и в ка-
честве многофункциональных терминалов. Дополнительное аппаратное и про-
граммное обеспечение превращает персональный компьютер в рабочую станцию
ЛВС, стандартный терминал мэйнфрейма или, скажем, факс. Благодаря графиче-
скому пользовательскому интерфейсу (Graphical User Interface, GUI) таких опера-
ционных систем, как Microsoft Windows, вы можете легко переключаться между
приложениями, а также одновременно запускать два и более приложения. Напри-
мер, можно запустить программу по работе с таблицами, а в это время получать
или передавать факс.
Персональный компьютер способен функционировать как многофункциональ-
ный терминал благодаря наличию специализированных микропроцессоров и ин-
тегральных схем. Эта технология позволяет одному или нескольким чипам выпол-
нять операции, которые раньше требовали десятков и сотен микросхем. Произво-
дители разработали платы, которые вставляются в слот расширения системного
блока компьютера и увеличивают его функциональные возможности. На рис. 1.14
вы видите плату факс-модема, которая позволяет ПК передавать и принимать
факсы, а также обмениваться цифровыми данными с другими компьютерами.
Для того чтобы оценить, насколько возросла роль ПК в области передачи дан-
ных, проследим за развитием его функциональных возможностей. Тактовая час-
тота процессора выпущенного в 1981 году первого IBM PC была равна примерно
5 МГц, последовательный порт передавал данные на внешний модем со скоро-
стью 9600 бит/с, а сам компьютер хранил данные на флоппи-диске диаметром
51/4 дюйма и емкостью 360 Кбайт.
46
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Рис. 1.14. Плата адаптера факс-модема
Сегодня компьютер Micron Electronics Millennium может быть оснащен про-
цессором Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1 ГГц, его последовательный порт
поддерживает скорость передачи 115 200 бит/с. Кроме того, компьютер содержит
жесткий диск, 3,5-дюймовый флоппи-дисковод и Zip-дисковод. Жесткий диск
имеет емкость 20 Гбайт, флоппи-диск - 1,44 Мбайт, Zip-диск может хранить до
250 Мбайт данных. Такое увеличение производительности процессоров и емко-
сти накопительных устройств в персональных компьютерах требует увеличения
скорости работы передающего оборудования. Несколько лет назад типичный элек-
тронный документ содержал около тысячи знаков, сегодня же многие пользова-
тели размещают внутри документов рисунки, фотографии и другие графические
объекты, что значительно увеличивает их объем, а следовательно, вызывает до-
полнительные требования к хранению и передаче данных. Необходимость в пере-
сылке подобных документов электронным способом стала еще одной предпосыл-
кой для увеличения скорости передачи данных.
Изменения в индустрии
Меняется не только аппаратное и программное обеспечение. Компьютерная ин-
дустрия, равно как и телекоммуникационная, претерпела такие изменения, какие
еще 20 лет назад невозможно было и представить. Стремительное развитие мини-
компьютеров, микропроцессоров для персональных компьютеров и программи-
руемых контроллеров создало условия для того, чтобы вычислительная техника
перестала быть непомерно дорогой. Такие производители мэйнфреймов, как IBM,
UNISYS и Amdahl, были потеснены на рынке или даже поглощены другими ком-
паниями (в том числе Texas, Apple, AST, Compaq, Dell и Hewlett-Packard), которые
никогда ранее не занимались производством компьютеров. Заинтересованность
Изменения в индустрии
47
в средствах связи возрастала по мере того, как увеличивалось число людей, ис-
пользующих компьютеры для получения и обработки данных. Ввод в эксплуата-
цию спутниковых, а затем волоконно-оптических линий связи позволил расши-
рить диапазон передаваемых частот, а следовательно, увеличить скорость передачи
данных.
Портативный компьютер
Благодаря достижениям в области миниатюризации комплектующих портатив-
ных компьютеров современный ноутбук имеет жесткий диск емкостью от 2 до
8 Гбайт, цветной дисплей, способен осуществлять обмен данными и весит менее
4 фунтов. Современные ноутбуки дают возможность директорам, коммивояже-
рам, студентам и преподавателям работать как дома, так и во время поездок, пре-
доставляют доступ к информационным службам и корпоративным сетям. Возвра-
щаясь к примеру с бакалейной компанией, можно сказать, что теперь торговые
агенты во время беседы с клиентом могут проверить наличие товара, внести заказ
и подтвердить его отправку.
Несмотря на ограниченные возможности по расширению аппаратной части
ноутбуков, некоторые производители приняли во внимание потребность пользо-
вателей обмениваться данными как во время работы в офисе, так и во время пере-
мещения. На рис. 1.15 изображено устройство, представляющее собой комбинацию
Ethernet-адаптера и платы факс-модема. Торговый агент компании, посещая кли-
ентов, работает с модемным блоком адаптера, а возвращаясь офис, подсоединяет
ноутбук к локальной сети Ethernet корпорации.
Рис. 1.15. Комбинированный адаптер позволил оптимизировать средства связи ноутбука
Революция в индустрии телекоммуникаций
Революция в области компьютерных технологий и передачи данных сопровож-
далась существенными структурными изменениями в телекоммуникационной
48
Глава 1. Обзор средств передачи данных
индустрии. В результате разделения компании Bell System в 1984 году исчезла
почти вековая монополия на телефонную связь. Впервые другие фирмы смогли
не только конкурировать с этими в области предоставления услуг дальней связи,
но и продавать оборудование, обеспечивающее взаимодействие с телефонными
сетями, включая средства передачи данных.
Эти два фактора — появление ПК на основе микропроцессоров и рост конку-
ренции в компьютерной и телекоммуникационной индустрии - привели к ог-
ромным изменениям и стремительному прогрессу в области связи. Кроме того,
компьютерные и телекоммуникационные технологии теперь теснее связаны друг
с другом. В примере с бакалейной компанией 80-90-х годов трудно сказать, где
заканчивались телекоммуникации и начиналась компьютерная техника. Как рас-
сматривать портативный терминал торгового агента и ПК менеджера - как сред-
ство связи или как компьютер? Правильный ответ: как то и другое, потому что
к их задачам относятся и передача, и обработка информации.
В новом тысячелетии работа торговых агентов, выезжающих в командировки,
стала во многом эффективнее благодаря наличию сотовых телефонов. Кроме то-
го, торговые агенты имеют возможность пользоваться персональными цифровыми
помощниками (Personal Digital Assistant, PDA), с помощью которых можно со-
ставлять графики, создавать списки «что нужно сделать», фиксировать расходы,
а также, задействовав сотовый телефон или беспроводное соединение, обмени-
ваться электронными сообщениями. Однако применение двух или трех отдельных
устройств, которые нужно соединять между собой с помощью кабеля или подклю-
чать к стационарным устройствам, уже считается вчерашним днем. В 2001 году
компания Samsung выпустила устройство, получившее название PDA-телефон.
Этот сотовый телефон-компьютер (рис. 1.16) поддерживает два стандарта сотовой
связи и операционную систему для карманных компьютеров. Новинка позволяет
применять адресную книгу, планировщик, список «что нужно сделать», инженер-
ный калькулятор и т. д. Кроме того, торговый агент имеет возможность с помо-
щью кабеля подсоединить к телефону персональный компьютер и, используя его
большой экран, вводить данные в PDA.
Рис. 1.16. PDA-телефон объединяет в себе функции
карманного компьютера и сотового телефона
Изменения в индустрии
49
Технологии будущего
Наблюдая за развитием компьютерных технологий, можно с большой степенью
точности прогнозировать направление дальнейших разработок в области связи.
Так, сегодня многие организации в своих локальных сетях производят замену
мэйнфреймов на системы типа клиент-сервер. В ходе этого процесса приложения
переносятся с больших компьютеров на малые. Кроме того, в корпоративных ба-
зах данных наряду с текстовой и цифровой информацией все чаще хранятся изо-
бражения; для обучения персонала используются специальные мультимедиапро-
граммы; к электронным письмам добавляются преобразованные в цифровую фор-
му речевые сообщения. Была также предложена технология, основанная на приме-
нении программируемых терминалов со встроенной памятью для запуска прило-
жений через сетевое соединение. Данные устройства, называемые сетевыми ПК,
могут загружать Java-апплеты и программы Windows и выполнять приложения,
реализуя тем самым функции относительно дорогого стандартного ПК.
У всех перечисленных выше приложений имеется общая черта: они предъяв-
ляют намного более строгие требования к передаче и хранению информации, чем
обычные текстовые приложения. Для заполнения экрана текстовыми данными
требуется 80x24 (1920) 8-разрядных символов, в то время как изображение на
мониторе VGA с разрешением 640x480 пикселов и 256 цветами требует для хра-
нения 640x480x8/8 (307 200) символов. Это означает, что на передачу такого ри-
сунка уходит в 100 раз больше времени, чем на передачу текста, занимающего це-
лый экран. Так как терпение людей не может возрасти в 100 раз, легко предполо-
жить, что скоро появятся новые системы передачи, предназначенные для работы
с компьютерными мультимедиаприложениями.
Фактически по такому сценарию развиваются как локальные, так и глобальные
сети. Внедрение технологий FDDI (Fiber Distributed Data Interface), Fast Ethernet
и Vg-Any LAN позволило организациям построить локальные сети со скоростью
передачи 100 Мбит/с. Для сравнения: такие распространенные технологии, как
Ethernet и Token-Ring, обеспечивают передачу данных со скоростью соответст-
венно 10 и 16 Мбит/с. Утверждение в 1998 году стандарта Gigabit Ethernet при-
вело к десятикратному увеличению скорости передачи в ЛВС. В настоящее вре-
мя ведется разработка стандарта lOGbps Ethernet, что позволит еще в десять раз
увеличить данный показатель. В сфере глобальных сетей, которые обеспечивают
связь между территориально разнесенными областями, появилась новая техно-
логия асинхронной передачи информации (Asynchronous Transfer Mode, ATM),
которая также получила широкое признание.
Проводятся испытания по внедрению в абонентские каналы, которые соеди-
няют абонентов с точкой входа в телефонную сеть общего пользования, техноло-
гии DSL (Digital Subscriber Line). Такая технология, обеспечивающая мегабито-
вые скорости передачи, успешно применяется в DSL-модемах, которых в США
насчитывается более пяти миллионов. Несмотря на то что поначалу DSL рекла-
мировалась как механизм высокоскоростного доступа в Интернет для частных
и бизнес-абонентов, она потенциально может обеспечить передачу видеоданных,
составив, таким образом, конкуренцию кабельному телевидению. С другой сто-
роны, были проведены испытания кабельных модемов, которые предоставляют
50
Глава 1. Обзор средств передачи данных
абонентам доступ к Интернету со скоростью до 30 Мбит/с. Результаты эксперимен-
тов оказались настолько успешными, что лишь в 2002 году в США в эксплуатацию
было введено более семи миллионов таких модемов. Еще одна технология, ATM,
рассчитана на передачу данных, речи, видео со скоростью до 2,488 Гбит/с.
В современных компьютерно-коммуникационных системах вы можете совмес-
тить оборудование от разных производителей, имеющее разные габариты и ха-
рактеристики. Одной из целей этой книги является описание способов объедине-
ния оборудования разных типов таким образом, чтобы оно могло согласованно
работать в одной системе.
Общие характеристики систем
передачи данных
В общем виде система передачи данных состоит из трех блоков: передатчика (на-
зываемого также источником данных), тракта передачи (обычно называемого ка-
налом, реже — линией связи) и приемника. В двухсторонних (полудуплексных)
системах передачи данных приемник и передатчик могут меняться ролями. Это
означает, что одно и то же оборудование может и принимать, и передавать дан-
ные. Поэтому для простоты представим систему передачи данных между точками
А и Б (рис. 1.17) в виде схемы, состоящей из семи компонентов:
• f терминальное оборудование (Data Terminal Equipment, DTE) в пункте А;
• f интерфейс между DTE и оконечным оборудованием (Data Communications
Equipment, DCE) в пункте А;
DCE в пункте А;
канал связи между пунктами А и Б;
• f DCE в пункте Б;
интерфейс между DCE и DTE в пункте Б;
♦ DTE в пункте Б.
В данной схеме в роли DTE может выступать терминальное устройство или
компьютер; в качестве DCE при использовании аналогового канала может слу-
жить модем, а при использовании цифрового канала — устройство обработки дан-
ных (Data Service Unit, DSU).
Теперь нам будет проще объяснить принципы функционирования различных
блоков системы передачи данных как с аппаратной, так и с программной точки
зрения. В системе передачи данных DTE может выполнять функции приемника,
передатчика или того и другого. Используя DCE и тракт передачи, DTE передает
и/или принимает данные. В качестве оконечного оборудования могут выступать
терминалы ЭЛТ, телетайпы, персональные компьютеры, препроцессоры и другие
устройства, которые передают и принимают данные. Функцией системы связи яв-
ляется обеспечение обмена полезной информацией между точками А и Б. Устрой-
ство DTE может непосредственно использовать полученную информацию либо
обрабатывать ее и отображать в приемлемой для человека форме.
Общие характеристики систем передачи данных
51
ПунктА
Пункт Б
Терминалы на ЭЛТ,
телетайпы,
персональные
компьютеры
и принтеры
Интерфейс DTE-DCE
Интерфейс DTE-DCE
б
Рис. 1.17. Универсальная система передачи данных, состоящая из семи компонентов:
а — блок-схема; б — иллюстрация
Форма и содержание информации
DCE и канал связи обеспечивают перемещение данных из точки А в точку Б.
Причем содержание передаваемой информации для них не имеет никакого значе-
ния; это могут быть расценки фондовой биржи, компьютерная игра или послед-
ние новости для тети Марты.
В связи с этим возникает вопрос: какова разница между формой и содержанием
передаваемой информации? Формой информации может быть, например, текст,
содержащий сообщение о том, что богатый дядя только что оставил вам в наслед-
ство миллион долларов. Ясное дело, что пока информация принимается правиль-
но, пользователю намного более интересно ее содержание, чем механизм переда-
чи. (Конечно, вы были бы разочарованы, если бы в действительности дядя оста-
вил вам только сто долларов, но из-за ошибок при передаче телеграмма извещала
о том, что вы унаследовали миллион долларов.)
Сама по себе система передачи заботится только о правильной передаче ин-
формации из пункта А в пункт Б, она вообще не работает с содержимым инфор-
мации. Это означает, что когда в данной книге говорится о правильности, то под-
разумевается только то, что полученная информация имеет форму, идентичную
переданной. Если кто-то дал оператору телеграфа сообщение о том, что ваш дядя
оставил вам в наследство миллион, когда на самом деле он оставил только сто
долларов, то неточность информации, вероятно, не будет следствием ошибки опе-
ратора или коммуникационного оборудования.
52
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Протокол - это набор правил и процедур, выполняемых при передаче данных
аппаратным и программным обеспечением. Одна из основных его задач — обеспе-
чить обнаружение ошибок передачи. Протоколы могут быть простыми (передача
персональными компьютерами дополнительного контрольного бита) или сложны-
ми, как в спутниковых системах связи, которые передают дополнительную ин-
формацию, позволяющую на приемной стороне не только обнаружить ошибки,
но и исправить их. При этом пользователю кажется, что приемник находится
с DTE в одном помещении, а не на расстоянии, скажем, в 50 000 миль от него.
Интерфейс DTE-DCE
Об интерфейсе DTE-DCE мы уже упоминали несколько раз. Он включает в себя
схему ввода-вывода в DCE и DTE, разъемы и соединительные кабели. В большин-
стве систем этот интерфейс соответствует стандарту RS-232, утвержденному Ас-
социацией электронной индустрии (Electronic Industries Association, EIA) США.
(RS-232, как и остальные стандарты, рассматривается в главе 4.) Последователь-
ный интерфейс стандарта RS-232 и его модификации находят все более широкое
применение в области передачи данных. Стандарт RS-232 определяет правила,
согласно которым данные перемещаются через интерфейс DTE-DCE и, в конеч-
ном счете, между точками А и Б. Термин «последовательный» означает, что в ка-
ждый момент времени через интерфейс передается один бит.
Терминальное оборудование играет очень важную роль в процессе передачи
данных между точками А и Б. Элементарные функции ввода-вывода очень важны,
однако сегодня программируемые электронные терминалы могут выполнять ряд
сложных функций, целью которых является обеспечение лучшего качества и точ-
ности передачи данных. Современный интерфейс довольно прост (два или четыре
провода интерфейса RS-232 предпочтительнее 24 проводов, используемых в па-
раллельном интерфейсе), поэтому сформировать последовательность электриче-
ских сигналов, передаваемых через такой интерфейс, не является проблемой.
В этой главе канал связи не рассматривается, хотя он и является ключевым эле-
ментом системы передачи. Разнообразные электрические характеристики канала
(полоса пропускания, скорость распространения сигналов различных частот и др.)
обычно указываются в спецификациях, которые часто прилагаются к тарифам те-
лефонных компаний. Вы практически никак не можете управлять каналом связи
(кроме как дать отбой или повторно набрать номер). Коммуникационное обору-
дование нечувствительно к целому ряду погрешностей, и, пока скорость передачи
данных не слишком велика, с каналом связи не возникает никаких проблем.
Таким образом, пока речевой канал между точками А и Б исправен, для вас не
имеет особого значения то, как он работает. Стандартный речевой канал пред-
ставляет собой телефонную линию, которая обычно используется для речевой
связи (телефонного разговора). Фундаментальной проблемой передачи данных
является передача цифровой информации с помощью оборудования, предназна-
ченного для речевой (аналоговой) связи. В главе 4 рассматривается модем - раз-
новидность DCE, применяемого для преобразования цифровых данных в анало-
говую форму с целью передачи их по телефонному каналу.
Резюме
53
Резюме
♦ Чтобы закодировать информацию каким-либо стандартным кодом, необ-
ходимо преобразовать ее в форму, приемлемую для передачи по сущест-
вующей телефонной сети, переслать ее без ошибок из одного пункта в дру-
гой и на приемной стороне, выполнив обратную операцию, восстановить
исходную форму информации.
♦ Канал связи — это средство, с помощью которого соединяются два пункта.
Обычно это речевой телефонный канал, предоставляемый телефонной ком-
панией. Канал может быть занят только на время соединения (коммути-
руемый канал) или постоянно (выделенный канал).
♦ Терминальное оборудование (DTE) состоит из источника данных на одной
стороне и приемника данных на другой стороне.
4- Оконечное оборудование (DCE) — это оборудование, предназначенное для
преобразования данных; оно расположено между DTE и каналом связи.
Модем, разновидность DCE, преобразует данные в аналоговую форму для
передачи по речевому каналу.
♦ Интерфейс RS-232 — это комплекс кабельных средств и электронных схем,
обеспечивающий взаимодействие DTE и DCE. Хотя существуют и другие
стандартные интерфейсы, RS-232 является самым распространенным.
♦ Информация, передаваемая между двумя пунктами, может быть такой же
простой, как команда включения лампочки индикатора, или такой же слож-
ной, как команды рисования цветного изображения на экране дисплея ЭЛТ.
В обоих случаях система передачи заботится только о передаче информа-
ции без ошибок между двумя точками. Она не несет ответственность за
данные и не влияет на их содержимое.
♦ Система межсетевого взаимодействия включает в себя аппаратное и про-
граммное обеспечение, которое позволяет обмениваться информацией уст-
ройствам, находящимся в разных ЛВС или компьютерных системах.
♦ Протоколом называют правила передачи информации между двумя точка-
ми. Этот документ содержит, в частности, ответы на такие вопросы: что де-
лать, если при передаче произошла ошибка, как определить, готов ли прием-
ник принять информацию.
♦ Локальная вычислительная сеть (LAN) позволяет взаимодействовать уст-
ройствам, находящимся в одном здании или комплексе зданий. Глобальная
вычислительная сеть (WAN) позволяет взаимодействовать устройствам,
которые расположены в одном или разных городах.
♦ Принятый в 1996 году закон о реформе в сфере телекоммуникаций позво-
лил телефонным компаниям предлагать услуги по предоставлению видео
по заказу, а также другие услуги, традиционно оказываемые операторами
кабельного телевидения. Операторы кабельного телевидения сейчас имеют
возможность предоставлять услуги телефонной связи.
54
Глава 1. Обзор средств передачи данных
Контрольные вопросы
1. Что из перечисленного ниже не является примером передачи данных? Вы-
берите один из вариантов ответа:
а) телетайп печатает последние известия;
б) компьютер передает данные на другой компьютер;
в) банковский автомат проверяет с помощью компьютера остаток на счету;
г) коммивояжер сообщает в офис по телефону информацию о заказах.
2. Системы передачи с двумя состояниями лучше систем с одним состояни-
ем, потому что:
а) они могут непосредственно взаимодействовать с аналоговой телефон-
ной сетью;
б) их компоненты проще, дешевле и более надежны;
в) люди лучше воспринимают информацию в двоичном виде;
г) они удешевляют междугородные звонки.
3. Какая из перечисленных ниже систем счисления не является позицион-
ной? Выберите один из вариантов ответа:
а) римская (MCMXXXVII);
б) двоичная (01111110);
в) десятичная (1492);
г) шестнадцатеричная (ЗА2В).
4. Какому десятичному числу соответствует двоичное число 10110010? Вы-
берите один из вариантов ответа:
а) 128;
б) 192;
в) 178;
г) 176.
5. При кодировании на один символ всегда отводится:
а) 8 бит;
б) 7 или 8 бит;
в) заранее согласованное между отправителем и получателем количество
битов;
г) такое же количество битов, как и во всех современных компьютерах.
6. Код Бодо:
а) был изобретен братьями Марком и Спейсом Бодо;
б) при печати чисел нуждается в символе смены регистра;
в) для предоставления всех возможных комбинаций использует символы
смены регистра;
Контрольные вопросы
55
г) является первым кодом передачи по телефонной сети общего пользова-
ния в Европе.
7. Стандарт ASCII:
а) является второй версией стандарта ASC;
б) включает в себя 128 символов, из которых 32 — управляющие;
в) является сокращенным вариантом 8-разрядного кода EBCDIC;
г) используется только в США и Канаде.
8. Расширенный код ASCII:
а) добавляет дополнительные разряды к стандарту ASCII;
б) добавляет 128 дополнительных символов к стандарту ASCII;
в) удваивает количество битов кода на каждый символ;
г) добавляет указанные вами символы.
9. ESC-последовательности:
а) начинаются символом ESC;
б) используются для переключения между кодами ASCII и EBCDIC;
в) начинаются символом возврата каретки.
10. Принципиальное различие между пакетной обработкой данных и обработ-
кой в реальном масштабе времени заключается в том, что:
а) при обработке в реальном масштабе времени компьютерные ресурсы ис-
пользуются более эффективно;
б) для пакетной обработки применяются телетайпы, а для обработки в ре-
альном масштабе времени — терминалы ЭЛТ;
в) при пакетной обработке транзакции группируются, а при обработке
в реальном масштабе времени они выполняются по мере поступления.
И. Принципиальное отличие между характеристиками сегодняшних и буду-
щих компьютерных приложений заключается в том, что:
а) новые приложения будут применять графику, для передачи которой по-
требуется меньше времени;
б) за счет широкого использования передачи речи уменьшится необходи-
мость в передаче текста.
в) будущие приложения будут нуждаться в дополнительной памяти для
хранения данных, что приведет к увеличению времени передачи.
12. Основным предназначением моста является:
а) соединение персональных компьютеров с ЛВС;
б) организация взаимодействия двух ЛВС;
в) организация доступа к мэйнфрейму;
г) соединение компьютеров, которые обслуживают склады товаров, нахо-
дящиеся в разных городах.
56
Глава 1. Обзор средств передачи данных
13. Технология, позволяющая частной сети иметь доступ к Интернету, назы-
вается:
а) виртуальной линией;
б) восстановлением канала;
в) виртуальной частной сетью (VPN);
г) брандмауэром.
14. DCE и DTE:
а) это цифровое оконечное оборудование и цифровое терминальное обо-
рудование соответственно;
б) соединены по 2- или 4-проводной схеме;
в) это модем и компьютер или терминал соответственно.
15. Правильность и точность содержимого передаваемого сообщения:
а) контролируется модемом;
б) зависит от отправителя и получателя, а не от системы передачи;
в) гарантируется при использовании цифровых технологий.
16. Закон о реформах в области телекоммуникаций 1996 года способствовал:
а) возникновению конкуренции среди компаний;
б) развитию двухпроводных служб связи;
в) применению цифровых средств связи.
Глава 2
Терминальные устройства
♦ Телетайп
♦ Телетайп и терминал ЭЛТ
4- Принтеры последовательного действия
♦ Составные части терминала
♦ Использование ПК в качестве терминальных устройств
♦ Скорость передачи данных
♦ Методы передачи данных
В системах передачи данных используется разнообразное оборудование и раз-
личное программное обеспечение. Данная глава посвящена той части системы пе-
редачи, которая находится непосредственно у пользователя, - терминалу. Боль-
шинство терминалов, применявшихся до середины 80-х годов, делились на две
категории: телетайпные терминалы и терминалы на основе электронно-лучевых
трубок (ЭЛТ). Телетайпы - это электромеханические устройства, передающие
и принимающие данные электронным способом. Они имеют клавиатуру для вво-
да данных, которые отображаются путем воспроизведения печатных символов на
бумаге. Терминал ЭЛТ также имеет клавиатуру, но знаки и символы, представ-
ляющие информацию, формируются в нем с помощью электронного луча.
В начале 90-х годов вместо телетайпов и терминалов ЭЛТ в качестве терми-
нального оборудования уже использовались персональные компьютеры. В сере-
дине 90-х прогресс в производстве полупроводниковых приборов и дисковых на-
копителей привел к широкому распространению карманных компьютеров и но-
утбуков. Можно с уверенностью сказать, что карманный компьютер в будущем
станет такой же обычной вещью, как бумажник. Эти устройства, подобно настоль-
ным персональным компьютерам, также являются современными терминалами,
способными производить «интеллектуальную» обработку данных. В этой главе
рассматриваются как устаревшие телетайпные терминалы и более новые терми-
налы ЭЛТ, так и компоненты персональных компьютеров, позволяющие настоль-
ным компьютерам, ноутбукам и карманным компьютерам выполнять функции
многозадачных коммуникационных терминалов.
Телетайп
Устройство, изобретенное для замены телеграфа Морзе, носит название телетайп.
Фактически это был специализированный телеграф, использующий 5-разрядный
символьный код. На рис. 2.1 изображен один из первых телетайпов. Название
58
Глава 2. Терминальные устройства
устройства происходит от названия корпорации Teletype Corporation — самого
крупного производителя подобного оборудования в США.
Рис. 2.1. Один из первых телетайпов
Телетайп может быть классифицирован как устройство с низкоскоростным
принтером последовательного действия. Хотя клавиатура и является важным ком-
понентом большинства телетайпов, ее наличие не обязательно для соответствия
данному определению.
Коммуникации
В телетайпах применяется стартстопная асинхронная передача данных, широко
используемая в последовательных интерфейсах. Данная технология является са-
мой простой, но в то же время и самой неэффективной.
Скорость передачи телетайпа намного меньше той, которую обеспечивает те-
лефонная линия. В Северной Америке наиболее распространенными скоростями
телетайпов являются 75 и 110 бит/с, в остальном мире — 100 и 200 бит/с. Между-
народная телетайпная сеть (Telex) и многие европейские линии обеспечивают
скорость передачи данных не более 50 бит/с.
Телетайпы формируют сигналы путем простого включения и выключения
электрического тока или изменения его полярности. Величина тока равна 20 или
60 мА, а оборудование называется оборудованием с токовой петлей. Независимо
от того, какой метод используется — включение-выключение тока или изменение
его полярности — телетайпы являются двоичными системами передачи с двумя
состояниями. Одно состояние представляет двоичную единицу, другое - двоич-
ный ноль. Таким образом, передаваемые символы это не что иное, как последова-
тельности двоичных цифр. В большинстве современных телетайпов использует-
ся внешний интерфейс, соответствующий стандарту RS-232, в то время как схема
Телетайп
59
с токовой петлей до сих пор может применяться в качестве внутреннего интер-
фейса. В США наиболее распространенной является униполярная передача дан-
ных. Биполярная передача используется преимущественно в Европе. Сигналы,
циркулирующие в схеме с токовой петлей, и стандарт RS-232 рассматриваются
в главе 4.
Терминалы
Все существующие телетайпы можно подразделить на два типа: с клавиатурой
(Keyboard Send-Receive, KSR) и без клавиатуры (Receive-Only, RO). Обычная
скорость печати телетайпа - от 10 до 30 символов в секунду, или от 100 до 300 слов
в минуту, что намного превышает скорость набора текста оператором. Однако,
поскольку большая часть времени работы терминала тратится на вывод инфор-
мации, а не на ввод команд, определяющих, какую информацию выводить, всегда
желательно использовать как можно более быстродействующий печатающий ме-
ханизм. Поэтому существуют телетайпы со скоростью печати более 120 символов
в секунду.
Обычно пользователь телетайпа вводит данные с помощью клавиатуры. Вход-
ные данные с целью контроля приема посимвольно передаются обратно (этот
процесс называется эхом) от компьютера к принтеру и выводятся на печать по
мере их приема. Таким образом, осуществляется постоянное копирование как
входных, так и выходных данных. Несмотря на то что так функционируют мно-
гие телетайпы, существует несколько их видов, выполняющих только прием и пе-
чать данных, а следовательно, не требующих клавиатуры.
Область применения телетайпов
Классической сферой применения телетайпов можно считать интерактивные се-
ансы связи с компьютером в режиме разделения времени или, скажем, работу с
электронной доской объявлений. Здесь малая скорость обработки не столь замет-
на, как в других приложениях, поскольку большая часть времени проводится за
размышлениями, а не в ожидании ответа.
Начиная с 60-х годов и до конца 70-х телетайпы широко использовались в ре-
гиональных сетях служб прогноза погоды. В таких сетях прогноз погоды и другая
связанная с ним информация широковещательно передавались с центрального
компьютера на телетайпы, соединенные с ним посредством арендуемых каналов.
Информация всегда пересылалась только с компьютера на телетайп, обратного
ответа не требовалось. Таким образом, это был первый случай применения теле-
тайпов типа RO.
Современные телетайпы
В более современных телетайпах, один из которых показан на рис. 2.2, использу-
ются разнообразные технологии и скорости печати. Эти устройства обладают та-
кими свойствами и возможностями, как программируемое управление форматиро-
ванием, печать строчных и прописных букв, заменяемые шрифты, реверсивная
печать, устанавливаемые символьные и строчные интервалы, индикаторы стату-
са, портативность и дополнительные клавиши.
60
Глава 2. Терминальные устройства
Рис. 2.2. Телетайп TI 820 KSR
На протяжении 70-х годов производители с целью уменьшения затрат на раз-
работку, конструирование и производство одновременно с предоставлением до-
полнительных функциональных возможностей внедряли в телетайпное оборудо-
вание микропроцессоры, которые могли быть полезны как торговым компаниям,
так и частным пользователям. Специализированные телетайпы вскоре оконча-
тельно будут заменены микропроцессорными, поскольку новые приложения будут
устанавливаться путем перепрограммирования процессора на выполнение раз-
личных задач. Кроме того, с точки зрения пользователя, микропроцессорная тех-
нология является более экономной, так как уменьшение затрат производителя
сказывается и на потребителе.
Несколько новых видов телетайпов нашли применение за пределами традици-
онного рынка сбыта (Telex и частная телетайпная сеть). Большинство из них яв-
ляются специализированными устройствами, как, например, портативный печа-
тающий терминал, часто используемый деловыми людьми, которые нуждаются в
компактном, легком (от 3 до 5 фунтов), портативном терминале.
Портативные терминалы
Быстрое снижение стоимости и уменьшение размеров портативных компьютеров
привели к тому, что на сегодняшний день с их помощью можно выполнять все
функции, которые ранее возлагались на портативные терминалы. Такие порта-
тивные компьютеры могут не только обмениваться данными с большими корпо-
ративными компьютерами, но и предоставляют возможность деловым людям со-
ставлять заметки и письма, а также анализировать бизнес-решения с помощью
программ для работы с электронными таблицами. Связанные с корпоративным
компьютером портативные терминалы также способны выполнять все названные
функции, однако персональный компьютер решает подобные задачи в автономном
Телетайп
61
режиме, что позволяет избежать сеансов дальней связи. Кроме того, на сегодняш-
ний день благодаря достижениям в разработке факс-модемов, снабженных слотом
PC Card, люди имеют возможность при помощи портативных компьютеров от-
правлять электронные письма, путешествовать по сети Интернет или обмени-
ваться данными с корпоративным мэйнфреймом, оставаясь дома или находясь в
дороге.
Первые портативные компьютеры более уместно было бы назвать переносны-
ми, поскольку их вес колебался в переделах от 20 до 30 фунтов. К счастью как для
совершающих поездки руководителей, так и для студентов и служащих, работаю-
щих дома, благодаря достижениям в разработке интегральных схем и дисковых
накопителей в конце 80-х-начале 90-х годов появились три новых типа персо-
нальных компьютеров: дорожный компьютер (лэптоп), ноутбук и карманный пер-
сональный компьютер (КПК).
4- Дорожный компьютер (иногда его называют лэптопом - от английского
laptop) можно расположить на коленях (lap), обычно он весит меньше
12 фунтов и помещается в небольшой плоский чемоданчик (кейс).
4 Ноутбук по размерам приблизительно соответствует большому блокноту
(notepad), легко помещается в кейс и весит менее 4 фунтов.
4 КПК, или палмтоп (palmtop), может поместиться в ладонь (palm) либо в кар-
ман и обычно весит менее 2 фунтов.
Портативные компьютеры трех указанных типов, обеспечивая высокую ско-
рость обработки и мобильность, могут выполнять большинство вычислительных
функций, свойственных обычному персональному компьютеру.
Главными недостатками портативных компьютеров являются уменьшенная по
сравнению со стандартной клавиатура, при работе с которой для выполнения не-
которых функций требуется нажатие нескольких клавиш (вместо одной, как у
обычного компьютера), а также малый размер дисплея. Несмотря на заметный
прогресс, достигнутый за последнее десятилетие в области разработки компью-
терных экранов, до сих пор в некоторых портативных компьютерах, чтобы вос-
принимать информацию с дисплея, нужно смотреть на него под определенным
углом. Это обусловлено физическими особенностями жидкокристаллических дис-
плеев, применяемых в портативных компьютерах.
В конце 90-х годов был освоен выпуск дисплеев с активной матрицей, которая
существенно улучшает качество восприятия информации (их также называют
TFT-мониторами). Однако на большинство из них нужно смотреть под прямым
углом к поверхности, в противном случае теряется четкость изображения. Еще
одной проблемой, связанной с портативными компьютерами, является относи-
тельно небольшое время работы от батарей — после трех-четырех часов функцио-
нирования требуется их подзарядка. Хотя этого и достаточно для большинства
людей, летающих самолетами, однако у тех, кто пользуется услугами междуна-
родных авиалиний, возникают некоторые проблемы.
На рис. 2.3 изображены палмтоп Hewlett-Packard HP95XL и соединенный
с ним факс-модем U.S. Robotics Worldport (U.S. Robotics - филиал корпорации
3COM Corporation). HP95XL был самым первым палмтопом, поступившим
в широкую продажу. В своем постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) он
62
Глава 2. Терминальные устройства
содержит программу для работы с электронными таблицами корпорации Lotus
Development Corporation. Факс-модем Worldport предоставляет пользователю
возможность отправлять и получать сообщения в виде текста или факса. Размеры
HP95XL и Worldport таковы, что каждый из них может поместиться на ладони
человека. Таким образом, и компьютер, и модем указанных моделей относятся к
устройствам типа КПК (палмтоп).
Рис. 2.3. Палмтоп HP95XL, соединенный с факс-модемом U.S. Robotics Worldport
В начале 90-х годов появился новый тип вычислительных устройств, потенци-
ально способный совершить революцию в области передачи информации. Такое
устройство, называемое персональным цифровым помощником (Personal Digital As-
sistant, PDA), представляет собой КПК со встроенным модемом для передачи дан-
ных и факсимильных сообщений через сотовую телефонную сеть. Таким образом,
пользователю нет необходимости подключать устройство к телефонной сети обще-
го пользования. Для людей, совершающих поездки, это очень удобно, так как во
многих гостиницах, мотелях и аэропортах подключить портативный компьютер
к гнезду телефонной линии бывает весьма затруднительно или даже невозможно.
На рубеже нового тысячелетия был выпущен органайзер (электронная запис-
ная книжка) ЗСош Palm III (рис. 2.4), который стал очень популярным в конце
90-х годов. С помощью органайзера ЗСош Palm III за счет использования техно-
логии 3Com’s HotSync можно установить связь с ПК или даже с корпоративным
сервером. Благодаря модему сотовой связи данное устройство используется биз-
несменами для получения биржевых котировок в режиме реального времени, для
отправки и получения электронной почты и даже для предоставления отчетов
о расходах, сделанных во время поездок. В 2000 году Palm отделилась от ЗСОМ
и стала самостоятельной компанией Palm Inc.
В то время как КПК Phillips NINO и Everex Freestyle в качестве операционной
системы используют сокращенную версию Microsoft Windows (Windows СЕ),
Телетайп и терминал ЭЛТ
63
органайзер Palm III имеет собственную операционную систему с открытой архи-
тектурой. Конкурируя с Palm, Microsoft несколько раз выпускала новую опера-
ционную систему для PDA. Последняя версия этой ОС носит название Windows
for Pocket PC. На сегодняшний день такие компании, как Compaq Computer и
Hewlett-Packard, выпускают Pocket PC PDA с сокращенными версиями Micro-
soft Word и Excel. Причем и Palm OS, и устройства, использующие Windows,
поддерживают беспроводную электронную псчгу. Кроме того, некоторые типы
приложений предоставляют через PDA доступ к Интернету. Все это позволяет бес-
проводным PDA конкурировать с сотовыми PDA-телефонами (см. рис. 1.16) и
обычными сотовыми телефонами. Как PDA, так и сотовые телефоны поддержи-
вают протокол WAP (Wireless Application Protocol), который позволяет получать
доступ к специализированным web-узлам, рассчитанным на работу с терминала-
ми, имеющими малые дисплеи.
Рис. 2.4. Органайзер Palm Pilot III используется как для отправки
и получения электронной почты во время поездок, так и для
доступа к обычному ПК или корпоративному серверу
Телетайп и терминал ЭЛТ
К недостаткам телетайпов относятся низкая скорость, слабые возможности форма-
тирования данных и относительно низкая надежность. Телетайпы обрабатывают
данные намного медленнее, чем терминалы ЭЛТ; даже самая большая скорость
печати телетайпов не сравнится со скоростью вывода данных на экран терминала
ЭЛТ (300 или 1200 символов в секунду). Поскольку телетайпы были созданы для
обмена сообщениями, они не способны выполнять сложные функции редактиро-
вания и форматирования данных. С помощью телетайпа трудно создать форму,
64
Глава 2. Терминальные устройства
а такие методы подачи текста, как мерцание, подсветка и другие подобные эффек-
ты визуализации, доступные терминалу ЭЛТ, в телетайпе вообще невозможны.
Хотя телетайпы достаточно надежны, они тем не менее являются электромехани-
ческими устройствами, что приводит к их износу; узлы телетайпов необходимо
периодически регулировать. Терминалы ЭЛТ являются более надежными, по-
скольку имеют меньше составных частей, большинство из которых неподвижны.
Принтеры последовательного действия
Телетайпные терминалы используют принтеры последовательного действия (или
символьные принтеры), называемые так потому, что они печатают в каждый мо-
мент времени один символ. Устройства данного типа можно разделить на две ка-
тегории: принтеры ударного действия, которые для воспроизведения изображе-
ния символа механически ударяют по бумаге, и принтеры безударного действия,
воспроизводящие изображения символов другими способами. Принтеры ударного
действия, в свою очередь, делятся на две подкатегории: выводящие полностью
сформированные символы, создаваемые по единому образцу, и матричные прин-
теры, которые создают изображения символов из отдельных точек. Телетайпы
безударного действия формируют символы с помощью электротеплового, струй-
ного или лазерного метода.
Принтеры ударного действия
Все механизмы, применяемые в принтерах ударного действия, имеют общую по-
лезную особенность: они выводят полностью сформированные символы одина-
кового стиля. Кроме того, все они способны делать копии с помощью копиро-
вальной бумаги. Однако они имеют и общие недостатки: низкую скорость печати
и сложность механических узлов. Независимо от того, каким образом символ вы-
гравирован на печатающем узле, сначала его следует расположить непосредст-
венно перед барабаном, а затем для воспроизведения изображения необходимо
выполнить удар печатающего узла через красящую ленту о бумагу. Максималь-
ная скорость печати такого принтера составляет всего 120 символов в секунду,
кроме того, его работа сопровождается сильным шумом.
Печатающие механизмы ударного действия могут содержать один из следую-
щих узлов:
♦ съемную шарообразную головку, аналогичную используемым в электриче-
ских пишущих машинках компании IBM;
4- ромашку — сменный плоский печатающий диск, похожий на цветок, на
«лепестках» которого выгравированы символы;
4 рычажный механизм;
4 металлическую ленту с выгравированными на ней символами;
4 вращающийся барабан с символами.
Принтеры последовательного действия
65
Из-за вышеупомянутого ограничения в скорости принтеров ударного дейст-
вия производители были вынуждены искать методы ее кардинального повыше-
ния. Поиски привели к разработке матричных принтеров. Таким образом был
достигнут баланс между ухудшением качества печатаемых символов и заметным
увеличением скорости печати (до 180 символов в секунду и более). Механизм,
который непосредственно наносит изображение на бумагу, называют печатаю-
щей головкой. Она состоит из блока иголок (обычно их 9, но для улучшения каче-
ства печати применяют и 24 иглы). Каждая игла вставляется в специальные на-
правляющие и подпружинивается. Для того чтобы напечатать точку, игла должна
совершить «укол» (резкое движение по направляющим в сторону красящей лен-
ты, при этом игла немного выступает за переднюю поверхность головки, по кото-
рой скользит красящая лента), прижать ленту к бумаге и вернуться в исходное
положение. При печати весь этот процесс происходит так быстро, что соприкос-
новение с бумагой носит характер удара, благодаря чему игла отскакивает от уп-
ругого бумагоопорного ролика. Принтеры данного типа обеспечивают почти ти-
пографское качество печати. Хотя матричный принтер и состоит из сравнительно
небольшого количества подвижных частей, из-за ударов иглами во время печати
символов его печатающая головка изнашивается довольно быстро.
Матричные телетайпы обычно дешевле, чем выполняющие те же функции те-
летайпы, генерирующие полностью сформированные символы. На сегодняшний
день качество печати матричных принтеров с большим разрешением удовлетво-
ряет требованиям большинства пользователей телетайпов. Кроме того, благодаря
возможности управлять отдельными иглами на печатающих головках многие
матричные принтеры поддерживают различные стили символов и позволяют ото-
бражать графические данные.
Еще одним фактором, повлиявшим на увеличение быстродействия телетай-
пов, стала разработка печатающей головки, для которой характерны двунаправ-
ленная печать и логическое управление перемещением. Такая головка может пе-
чатать при перемещении в обоих направлениях (слева направо и справа налево).
Схема логического управления перемещением определяет кратчайшее расстоя-
ние по горизонтали для перехода головки на следующую строку. Таким образом,
одна строка текста на странице печатается при движении головки слева направо,
а другая — при ее перемещении справа налево и т. д. Такой способ, реализован-
ный как в принтерах, которые генерируют полностью сформированные символы,
так и в матричных принтерах, исключает необходимость тратить время на пол-
ный возврат каретки при переходе на новую строку.
Принтеры безударного действия
Телетайпы безударного действия для воспроизведения изображения используют
электронные, оптические и химические технологии. Некоторые методы печати
были разработаны на основе ксерографических и факсимильных телекоммуника-
ционных технологий. Другие же созданы специально для приложений, требую-
щих высоких скоростей печати (более 2000 строк в минуту). Существуют также
принтеры, разработанные для специфических целей, например для обеспечения
бесшумной печати.
66
Глава 2. Терминальные устройства
Одной из технологий, используемых в безударных принтерах, является элек-
тротепловая печать. Печатающая головка с помощью матрицы игл локально на-
гревает термочувствительную бумагу. Тепло вызывает химическую реакцию,
в результате которой образуется матрица точек, формирующих символ. Это бес-
шумный и эффективный метод, однако для его применения требуется специаль-
ная бумага.
На рис. 2.5 схематически представлена технология, основанная на использова-
нии картриджа с чернилами, при которой для формирования символа на бумагу
наносятся электрически заряженные чернильные капли. Отклоняющие заряжен-
ные пластины направляют заряженные чернильные капли, размещая таким обра-
зом на бумаге точку. Данный процесс напоминает управление потоком электронов
в электронно-лучевой трубке. Благодаря тому что переключение между емкостя-
ми с различными цветными чернилами управляется электронными приборами,
принтер способен производить мгновенное изменение цветов. Струйные принте-
ры сначала были относительно дорогими, однако за последние несколько лет их
стоимость существенно снизилась.
В лазерных принтерах изображения «записываются» лазерным лучом на вра-
щающийся барабан, а затем переносятся на бумагу. Лазерный луч фокусируется
в крошечную точку и сканирует поверхность чувствительного к свету барабана со
специальным покрытием. Сканирующий луч формирует изображение, которое
затем переносится на бумагу. Плотность печати может достигать 2400x2400 то-
чек на квадратный дюйм.
По сравнению с принтерами ударного действия принтеры безударного дейст-
вия более надежны, поскольку содержат меньше механических частей. Недостат-
ком таких принтеров является их неспособность печатать одновременно более
одного экземпляра, а к достоинствам, безусловно, относятся скорость, бесшум-
ность и надежность. Вследствие перехода к крупносерийному производству прин-
теров безударного действия их стоимость резко упала за последние годы.
Рис. 2.5. Базовая технология струйной печати
Принтеры последовательного действия
67
Терминалы ЭЛТ
Терминалы ЭЛТ также называются видеотерминалами (Video Display Terminal,
VDT). Изначально терминалы ЭЛТ были разработаны в качестве альтернативы
телетайпным терминалам. С их появлением (это произошло в 1965 году) в облас-
ти средств передачи данных произошла своеобразная революция. С этого момен-
та телетайп стал всего лишь интерфейсным устройством. После появления инте-
гральных схем, объединяющих в одном кремниевом чипе множество логических
элементов, цены на терминалы ЭЛТ снизились, хотя для рядового пользователя
они все еще оставались недоступными. Следующим этапом было изобретение
микропроцессора, который заменил множество интегральных схем и обусловил
дальнейшее снижение цен. В результате появился высококачественный, высоко-
эффективный и относительно недорогой терминал ЭЛТ, который мог купить да-
же рядовой пользователь. На рис. 2.6 изображен терминал ЭЛТ, применяемый
для деловых целей.
Рис. 2.6. Терминал ЭЛТТ1 931
ASCII-терминалы
В компьютерной индустрии термин ASCII применяется обычно к терминалу ЭЛТ,
который функционирует без отдельного контроллера, использует код ASCII,
а также передает и принимает данные в асинхронном режиме. Этот термин поя-
вился вместе с терминалами ЭЛТ («стеклянными телетайпами»), разработанны-
ми для замены терминалов телетайпа Teletype ASR 33/35. ASCII-терминалы до
сих пор описываются как TTY- или Teletype-совместимые, ведь среди ASCII-тер-
миналов есть как низкоэффективные эмуляторы телетайпа (например, ADM-3),
так и терминалы с электронной памятью, позволяющие работать в многооконном
режиме.
68
Глава 2. Терминальные устройства
Все терминалы ЭЛТ обладают следующими тремя общими свойствами:
4- их клавиатура позволяет набирать все символы алфавитно-цифрового кода;
4 монитор на основе ЭЛТ может отображать все символы данного кода;
♦ они способны обмениваться данными с удаленным компьютером.
Терминалы ЭЛТ делятся на три категории: терминалы ввода-вывода, «ум-
ные» и программируемые. Разумеется, функции терминалов, соответствующих
названным категориям, отчасти перекрываются, однако несмотря на это данные
устройства можно классифицировать следующим образом.
4 Терминалы ввода-вывода являются Teletype-совместимыми; они выполня-
ют очень ограниченное число функций — иногда только ввод данных с кла-
виатуры и отображение их на дисплее. Они самые дешевые, однако часто
разница в цене между ними и «умными» терминалами не соответствует
разнице в характеристиках и производительности. Эти терминалы содер-
жат ЭЛТ, память, видеодисплей и клавиатуру. Терминалы ввода-вывода
нескольких типов производятся до сих пор; фактически все выпускаемые
сегодня терминалы ЭЛТ управляются микропроцессором, подпадая, таким
образом, под определение «умные». Микропроцессорные чипы сейчас сто-
ят всего несколько долларов, что намного меньше стоимости заменяемых
ими логических схем.
+ «Умные» терминалы могут выполнять более сложные функции, такие как
редактирование и форматирование данных. Пользователь имеет возмож-
ность настраивать терминал для выполнения конкретных приложений, осу-
ществлять ввод данных с применением ограниченного программирования
(обеспечивающего, например, форматирование, задание параметров или про-
верку вводимых данных).
♦ Программируемые (или интеллектуальные) терминалы поддерживают раз-
личное программное обеспечение. Производители выпускают для них опе-
рационные системы (ассемблеры, компиляторы или интерпретаторы),
стандартные программы (например, утилиты ввода-вывода и эмуляторы
протоколов), а также некоторые приложения (например, для ввода данных
или редактирования текста). Программируемые терминалы предоставляют
средства для хранения программ и имеют память большего объема для хра-
нения текста.
Микропроцессоры
Микропроцессорные программы («зашитые программы») находятся в ПЗУ или
в программируемом ПЗУ (ППЗУ). Если они размещаются в ПЗУ, то изменять
выполняемые терминалом функции нельзя, а вот содержащиеся в ППЗУ рези-
дентные программы предоставляют такую возможность. ПЗУ обоих типов мож-
но заменить путем удаления старого чипа и установки нового, однако этот метод
редко применяется на практике. Помимо управления основными функциями
терминала, микропроцессор осуществляет эмуляцию протоколов, определяет ко-
ды символов, набранных с клавиатуры, обеспечивает выполнение специальных
Принтеры последовательного действия
69
функций и т. и. Кроме того, микропроцессор может быть запрограммирован на вы-
полнение новых функций, замедляя таким образом моральное старение терминала.
Терминал с микропроцессором может не только отображать буквенные и циф-
ровые символы, но и с помощью озвучивания, негативного представления (тем-
ные знаки на светлом фоне), мерцания, изменения уровней яркости, а также ком-
бинации этих эффектов предоставляет возможность выделить некоторые симво-
лы. Одной из самых привлекательных особенностей таких терминалов является
их способность отображать предопределенную форму, в которую оператор может
вносить какие-то данные.
Многие терминалы ЭЛТ могут отображать символы удвоенного размера,
и большинство из них имеют набор символов для создания форм. Некоторые из
них способны воспроизводить определенные графические изображения, например
гистограммы и секторные диаграммы, представляющие объемы продаж, доходы,
расходы, складские запасы. Но, с другой стороны, интерактивная и инженерная
графика — это узкоспециализированная область, требующая применения совер-
шенно других терминалов с высокой разрешающей способностью.
Программируемые терминалы и персональные
компьютеры
Термины «программируемый» и «терминал» имеют точные определения. Однако,
когда один из них или их сочетание используется для описания класса оборудо-
вания, становится очень трудно точно объяснить их значение. В 1979 году в попу-
лярном периодическом издании было дано определение программируемому тер-
миналу, согласно которому он характеризовался как терминал, позволяющий
изменять локально размещенные файлы и хранить прикладные пользовательские
программы. Данное определение породило некоторые разногласия, поскольку та-
кой терминал, помимо своих основных функций, должен был выполнять и другие,
перечисленные ниже:
4- поддерживать не менее одного языка программирования общего назначения;
4 предоставлять возможность ввода программ с помощью клавиатуры;
4 обеспечивать доступ к программам и извлечение их из памяти компьютера,
а также выполнение программ непосредственно на терминале.
Многие программируемые терминалы сами обрабатывают данные, что стано-
вится возможным благодаря их способности выполнять перечисленные выше
функции. Все программируемые терминалы оснащены встроенной оперативной
памятью, благодаря чему пользователи могут хранить и выполнять программы.
Размер такой памяти колеблется в пределах от 1 Кбайт (в ней может храниться
только очень маленькая программа) до 512 Кбайт (в такой памяти может содер-
жаться большая программа или данные большого объема). Многие, хотя и не все,
программируемые терминалы способны работать с накопителями на гибких маг-
нитных дисках (НГМД) и имеют жесткий диск или картридж.
Не правда ли, программируемый терминал, оснащенный НГМД, жестким дис-
ком, памятью, операционной системой и поддерживающий какой-либо язык про-
граммирования, напоминает персональный компьютер? Произошла революция
70
Глава 2. Терминальные устройства
на рынке сбыта терминалов. Персональные компьютеры быстро вытеснили тер-
миналы ввода-вывода и ранние модели «умных» терминалов. Терминалы же пе-
реключились на выполнение специализированных задач. Сейчас персональные
компьютеры стоят на столах большинства служащих офисов, используются как ав-
тономно, так и в сети, работают в среде клиент-сервер (где ПК является компью-
тером-клиентом) или совместно с главной вычислительной машиной. Файлы
в любой момент могут быть загружены, выгружены или обработаны на таком
компьютере. Все это стало возможным благодаря современным средствам пере-
дачи данных и микропроцессорной технике.
Программы эмуляции терминала
Программное обеспечение, позволяющее компьютеру функционировать в каче-
стве терминала при обмене данными с приложениями мэйнфрейма, называется
эмулятором терминала. Такие программы дают возможность ПК обмениваться
данными с приложениями мэйнфрейма, разработанными специально для терми-
налов определенных типов.
В зависимости от используемой программы эмуляции персональный компью-
тер может заменить терминал того или иного типа. Рассмотрим, например, струк-
туру, объединяющую в себе мэйнфреймы Hewlett-Packard (HP) и IBM. Програм-
ма эмуляции терминалов HP 2645 и IBM 3270 позволяет компьютеру эмулировать
терминальные устройства Hewlett-Packard и IBM, обеспечивая таким образом
доступ к двум разным компьютерным системам* ориентированным на работу
с двумя специфическими терминалами.
Терминалы, не поддерживающие код ASCII
В данном разделе рассматриваются терминалы ЭЛТ, не поддерживающие код
ASCII, а также некоторые специализированные терминалы, в которых исполь-
зуются дисплеи других типов. Самыми распространенными из них являются тер-
миналы пакетной, или кластерной, обработки данных.
Различия между интерактивными терминалами
и терминалами пакетной обработки данных
Средства взаимодействия терминальных устройств, включая персональные ком-
пьютеры, делятся на две основные категории: интерактивные и пакетной обра-
ботки данных. Они соответствуют различным типам задач, выполняемым компью-
тером. Интерактивные средства связи поддерживают диалоговый режим работы
запрос-ответ, интерактивный ввод данных и другие аналогичные функции. Сред-
ства пакетной обработки обеспечивают дистанционный ввод заданий или дистан-
ционный доступ в пакетном режиме. При дистанционном вводе заданий терми-
нальное устройство действует как удаленная консоль центрального компьютера,
давая пользователю возможность загружать и выполнять приложения. При дис-
танционном доступе в пакетном режиме терминал функционирует как дистанци-
онное устройство ввода-вывода для приложений, выполняемых на главном ком-
пьютере.
Принтеры последовательного действия
71
Причиной таких различий является неодинаковая эффективность при выпол-
нении разных задач. Интерактивный терминал, созданный для работы в режиме
асинхронной посимвольной передачи, не эффективен ни при передаче больших
блоков данных, характерных для пакетного режима, ни при контроле ошибок
в передаваемой информации. В то же время использовать удаленный терминал
пакетной обработки данных только для того, чтобы один-единственный пользова-
тель с помощью клавиатуры запрашивал у главного компьютера какие-то конкрет-
ные данные и затем получал ответ, совершенно нецелесообразно.
Несмотря на то, что на протяжении 60-х и 70-х годов широко применялись
терминалы пакетной обработки данных, персональные компьютеры также оказы-
вали влияние на использование терминальных устройств данного типа. В 80-х годах
широкое распространение персональных компьютеров стало поводом для разра-
ботки аппаратного и программного обеспечения, позволяющего ПК многих ти-
пов работать в качестве терминалов дистанционного ввода заданий.
Терминалы пакетной обработки данных
Поскольку при дистанционном вводе большое количество данных вводится с кла-
виатуры, следует обратить внимание на использование систем пакетной обработ-
ки данных. В системах крупномасштабной обработки данных управление многими
периферийными устройствами, в том числе терминалами ЭЛТ, осуществляется,
как правило, централизованно, одним управляющим блоком. Данные, вводимые
с помощью клавиатуры, хранятся в буфере для последующей их передачи. Дан-
ные, пересылаемые в виде единого блока, передаются на главный компьютер на-
много быстрее, чем при посимвольном вводе с телетайпа и ASCII-терминала
ЭЛТ. Помимо устройств ввода и хранения данных, а также контроллеров система
пакетной обработки данных должна содержать принтеры и запоминающее уст-
ройство большой емкости. Такая архитектура характерна для современных сис-
тем обработки данных. Широко известным примером такой архитектуры являет-
ся терминал IBM серии 3270.
Терминал IBM серии 3270
IBM 3270, по существу, не является терминалом, но он относится к устройствам,
предназначенным для пакетной передачи данных. В 1971 году с внедрением этих
терминалов рынок синхронных терминалов кардинально изменился. Терминалы
первого поколения, снятые с производства в 1982 году, содержали блоки управ-
ления 3271/3272, дисплейный терминал 3275, дисплей 3277, а также принтеры
3284/3286/3288. В 1977 году номенклатура продукции расширилась: появились
блок управления 3274, устройство управления дисплеем 3276, дисплей 3278 и
принтеры 3287/3289. В 1979 году были созданы цветные дисплеи и принтеры. В 1983
году IBM осуществила долгожданные изменения и улучшения серии 3270. Были
выпущены дисплейный терминал 3178, новый блок управления 3274, информаци-
онная панель 3290, а также терминальный мультиплексор 3299.
В 1986 году, спустя несколько лет после внедрения терминалов серии 3274,
IBM объявила о создании блока управления 3174. Данное устройство напомина-
ет персональный компьютер, поскольку его функциональные возможности могут
расширяться при помощи специализированных адаптеров. Блок 3174 может
72
Глава 2. Терминальные устройства
выполнять три дополнительные функции: осуществлять поддержку асинхронно-
го ASCII-терминала, преобразование протоколов, а также заменить интерфейсы
для сетей Ethernet и Token Ring. Последние два интерфейса обеспечивают доступ
устройств сетей Ethernet и Token Ring к мэйнфрейму через терминал 3174, кото-
рый в данном случае выполняет функции шлюза.
Мультиплексор 3299 обычно используется для уменьшения числа кабелей,
соединяющих терминалы с блоком управления, когда расстояние между ними
превышает несколько сотен футов.
Серия 3270 включает в себя терминал с цветным дисплеем типа 3179, цветной
графический терминал 3279G, монохромные терминалы 3180 и 3191, а также цвет-
ные терминалы 3192 и 3194. Последние два запомнились благодаря своему ди-
зайну и компактности, поскольку по сравнению с первыми терминалами серии
3270 они занимали небольшую площадь на рабочем столе.
IBM выпустила целый ряд продуктов, позволяющих персональным компью-
терам взаимодействовать с терминалами серии 3270. Самыми важными из них
являются новый блок управления и платы адаптеров, которые устанавливаются в
слоты расширения ПК. Адаптеры обеспечивают непосредственное подключение
персонального компьютера к блоку управления, благодаря которому ПК функцио-
нирует как терминал 3270. Пользователи персональных компьютеров, имеющих
подобную конфигурацию, могут передавать файлы и выполнять локальную обра-
ботку данных, чего не позволяют делать обычные терминалы типа 3270. Как было
сказано выше, блок управления 3174 может функционировать в качестве шлюза
для сетей Ethernet или Token Ring. Данное свойство позволяет пользователю
IBM PC соединяться с терминалом 3174, являющимся шлюзом локальной сети
Ethernet или Token Ring. Другие персональные компьютеры могут соединяться
с ПК, выполняющим функции шлюза, и таким образом получать доступ к ло-
кальной сети.
Разработав интерфейс к ПК, IBM поставила себя в затруднительное положе-
ние. Серия 3270 имела успех на протяжении довольно большого периода времени;
сейчас же она встретила жесткую конкуренцию со стороны персональных компью-
теров, которые выпускаются именно IBM! Применение ПК в большинстве ком-
паний стало скорее правилом, чем исключением.
Многие другие фирмы-производители продукции, совместимой с терминала-
ми 3270, также вынуждены конкурировать с фирмами, производящими персо-
нальные компьютеры. Чтобы оставаться конкурентоспособными на рынке «со-
вместимых по разъему» устройств, такие компании традиционно выпускают
устройства, сочетающие низкие цены и улучшенные характеристики, а также со-
кращают сроки их поставки. Кроме производителей оборудования, совместимого
с терминалами 3270, несколько поставщиков ASCII-терминалов благодаря при-
менению технологии преобразования протоколов также пытаются завоевывать
данный рынок. В сетях асинхронные терминалы серии 3270, оснащенные «чер-
ными ящиками», которые преобразуют асинхронные данные в синхронные, мо-
гут заменить синхронные терминалы. Данные устройства позволяют ASCII-тер-
миналам выполнять функции терминалов 3270. Преимущество такой стратегии
заключается в том, что ASCII-терминалы значительно дешевле, чем их аналоги
серии 3270.
Принтеры последовательного действия
73
Выполняемые блоком управления 3174 функции существенно расширились
благодаря его способности к взаимодействию с ЛВС. При этом компанией IBM
было предоставлено право использовать ее технологии для сетей с терминалами
3270, включая поддержку стандартизированной архитектуры клиент-сервер. Это,
в свою очередь, привело к тому, что многие организации продолжают использо-
вать сети с терминалами серии 3270 и в новом тысячелетии.
На рис “2.Л изображена схема передачи данных в современных сетях с терми-
налами 3270. Здесь блок управления 3174 предоставляет компьютерам локаль-
ной сети и непосредственно подключенным к нему терминалам доступ к мэйн-
фрейму. В конце 80-х-начале 90-х годов во многих организациях терминалы 3270,
непосредственно соединенные с блоком управления 3174, были заменены персо-
нальными компьютерами. Процессор передачи данных (связной процессор) 3745
представляет собой специализированный «мини-компьютер», осуществляющий
обработку передаваемых данных. Таким образом осуществляется разгрузка мэйн-
фрейма, который теперь имеет возможность сосредоточиться только на выполне-
нии приложений.
Рис. 2.7. Схема передачи данных в современных сетях с терминалами 3270
Специализированные терминалы
Большинство производимых сегодня терминалов включают в себя клавиатуру
и монитор на основе ЭЛТ. Популярность такой комбинации обусловлена ее гиб-
костью, поддержкой большого количества символов, а также относительно низкой
ценой. Для удовлетворения различных специфических потребностей были разра-
ботаны оптические автоматы считывания штрих-кодов, блоки речевого ответа,
портативные терминалы, а также телефоны с тональным набором номера. Кроме
того, на сегодняшний день в системах передачи данных применяются такие уст-
ройства, как кассовые аппараты, портативные терминалы для управления запаса-
ми продукции на складе и т. п. Согласно определению DTE/DCE, все они являются
терминалами.
74
Глава 2. Терминальные устройства
Поддержка компанией IBM стека протоколов TCP/IP
Поддержка процессорами передачи данных IBM стека протоколов TCP/IP явля-
ется одной из причин бурного роста количества пользователей Интернета. Лю-
бой ПК с операционной системой Windows 95 или более поздней, поддерживаю-
щий стек протоколов TCP/IP, может применять программу эмулятора терминала
3270 и тем самым получить доступ к мэйнфрейму, который находится в данной
или удаленной ЛВС. Наблюдая за ростом популярности ПК, использующих ОС
Windows, а также за постоянным снижением цен на программное обеспечение
для эмуляторов терминалов, можно с уверенность сказать, что дни терминалов
3270 сочтены.
Составные части терминала
Итак, вы уже ознакомились со многими типами терминалов. Пришло время под-
робнее рассмотреть составные части стандартного терминала ЭЛТ. Все, о чем бу-
дет рассказываться далее, характерно и для персонального компьютера, поскольку
он является интеллектуальным терминалом. Однако сначала нам следует разо-
браться с одним из специальных терминов, используемых при разработке и про-
изводстве терминалов. Речь пойдет об эргономике.
Эргономика
Согласно стандартам ANSI, эргономика характеризуется как «научная дисципли-
на, изучающая физические характеристики и особенности поведения человека
в рабочей среде, а также такие факторы окружающей среды, как атмосфера, теп-
ло, свет и звук».
Производители терминалов осознали необходимость использования достиже-
ний эргономики при разработке оборудования. Тенденция к производству «дру-
жественных к оператору» терминалов зародилась в Европе, и европейские произ-
водители до сих пор занимают в этой области лидирующее положение. Благодаря
эргономике появились такие устройства, как наклонная клавиатура, а также дис-
плеи с зеленым и янтарным свечением.
Клавиатура
На сегодняшний день в большинстве дисплейных терминалов используется съем-
ная клавиатура. Обычно она подключается к консоли терминала, а в персональ-
ных компьютерах — с помощью спиралеобразного кабеля — к системному блоку.
Кабель такого типа длиной от 3 до 6 футов позволяет оператору во время работы
с терминалом разместить клавиатуру так, как ему удобно. К настоящему времени
разработана беспроводная клавиатура, где вместо кабеля используется инфра-
красный порт, предоставляющий еще большую свободу перемещения клавиатуры.
Составные части терминала
75
Для удобства работы важны наклон и толщина клавиатуры. Большинство со-
временных типов клавиатуры являются либо наклонными (с клавишами со ско-
шенной поверхностью), либо имеют изменяющийся угол наклона (в пределах от
5° до 15°)- Многие клавиатуры имеют рельефные клавиши, увеличивающие ско-
рость ввода данных. С помощью сигнала динамика ПК может осуществляться оз-
вучивание нажатия клавиш пользователем. Как и множество других эргономиче-
ских решений, эти характеристики не являются приоритетными при выборе того
или иного терминала, но они демонстрируют стремление производителей созда-
вать оборудование, отвечающее современным требованиям.
Раскладка клавиатуры
Раскладка клавиатуры разрабатывается прежде всего исходя из эргономических
соображений. На рис. 2.8 изображена раскладка печатающего устройства IBM
Selectric, которая фактически является стандартной. Клавиатура с таким распо-
ложением клавиш имеет название QWERTY (это первые шесть букв верхнего
ряда). Правда, она далека от идеальной. Данная клавиатура (очень похожая на
клавиатуру пишущей машинки) была разработана для первых механических пе-
чатающих устройств с целью расположения молоточков с буквами таким образом,
чтобы уменьшить вероятность заклинивания рычагов. Из-за такого расположения
клавиш оператор осуществляет набор не быстрее первых машинисток. В 90-х годах
XIX века существовало более сотни разнообразных раскладок, так как чуть ли не
каждая компания, выпускающая печатные устройства, использовала клавиатуру
собственного стандарта. Широкое распространение получили клавиатуры Crandall
(ZPRCHMI), American (CJPFUBL), Hall (KBFGNIA) и Morris (XVGWSLZ).
Было предпринято множество попыток улучшить раскладку клавиатуры. В от-
дельных случаях рядом располагались буквы, из которых состояли часто исполь-
зуемые слова. Август Дворак предложил разместить пять гласных букв под одной
рукой, а пять чаще всего используемых согласных — под другой. Кроме того, суще-
ствовали круглые и полукруглые клавиатуры, клавиатуры с шестью или даже од-
ним длинным рядом. В 1875 году была реализована идея использовать клавиши
Shift (до этого заглавные и строчные буквы размещались на разных клавишах).
Несмотря на бесчисленные попытки улучшить раскладку, производственным
стандартом остается клавиатура QWERTY. Можно заметить, что клавиатура
IBM Selectric (рис. 2.8), клавиатура системы IBM PC Convertible, выпущенной в
50-х годах (рис. 2.9), а также клавиатура, разработанная в 80-х годах, имеют до-
вольно схожие раскладки. Уже на протяжении тридцати лет структура клавиату-
ры QWERTY остается прежней. Изменения касаются лишь введения новых слу-
жебных клавиш на клавиатуре PC Convertible: это Alt, Ctrl, Print Screen, клавиши
управления курсором, функциональные клавиши и т. п. В настоящее время раз-
личия между клавиатурами персональных компьютеров заключаются в размеще-
нии функциональных клавиш (они могут быть расположены в ряд в верхней час-
ти клавиатуры или двумя столбцами в ее левой части), в наличии или отсутствии
цифровой клавишной панели, а также в расположении клавиш управления кур-
сором.
76
Глава 2. Терминальные устройства
Рис. 2.8. Раскладка клавиатуры печатающего устройства IBM Selectric
Рис. 2.9. Раскладка клавиатуры портативного компьютера IBM PC Convertible
Программируемые клавиатуры
Вы, должно быть, полагаете, что оператор не имеет другого выхода, кроме как
приспособиться к стандартному расположению клавиш, поскольку оно жестко
фиксировано. Однако для нескольких видов терминалов и компьютеров многие
производители в качестве стандартного или дополнительного оборудования пре-
доставляют клавиатуры с альтернативной раскладкой (включая раскладку Дво-
рака). И, что более важно, клавиатуры многих типов являются программируемы-
ми. Со стороны процессора нажатие клавиши — это всего лишь замыкание одного
из контактов. Процессор определяет местоположение клавиши (номер ее строки
и столбца в матрице), а затем отыскивает в памяти соответствующий ей адрес
Составные части терминала
77
в таблице адресов. Таким образом, раскладку клавиатуры можно изменить путем
перепрограммирования таблицы адресов. Процесс изменения расположения кла-
виш больше известен как изменение раскладки клавиатуры. Эта возможность по-
зволяет персональному компьютеру функционировать в качестве специализиро-
ванного терминального устройства, например в качестве терминала 3270, который
помимо клавиш стандартной клавиатуры содержит более 20 дополнительных.
Благодаря сочетаниям Shift+функциональная клавиша клавиатура ПК, состоящая
из 101 клавиши, может заменить клавиатуру терминала 3270, содержащую 120
и более клавиш.
Цифровая клавишная панель
Большинство терминалов в виде дополнительного 10-клавишного устройства со-
держат цифровую панель с цифрами от 0 до 9, что позволяет осуществлять более
быстрый ввод цифровых данных. Обычно сюда включают и такие клавиши, как
+, и -. Цифровая панель располагается отдельно от основной клавиатуры, ее
функции могут выполнять сочетания алфавитных клавиш основной клавиатуры.
Применение клавиш основной клавиатуры для набора цифр требует использова-
ния обеих рук. При помощи цифровой панели ввод чисел осуществляется быст-
рее, поскольку производится одной рукой.
Специальные клавиши
Помимо алфавитных и цифровых клавиш клавиатуры терминалов включают ряд
специальных клавиш. К сожалению, не существует определенного стандарта на
их состав и количество. К специальным относятся:
♦ клавиша Ctrl (Control), позволяющая вводить все или только некоторые
управляющие символы ASCII;
♦ клавиша Tab (обычно является программируемой);
+ клавиша Esc;
♦ клавиши управления курсором;
+ программируемые функциональные клавиши (F1-F12).
На сегодняшний день многие терминалы имеют более 100 клавиш, однако да-
леко не всегда они расположены оптимальным образом. Например, клавиши управ-
ления курсором иногда размещают не ромбом, а в одном ряду. Дополнительные
клавиши лучше объединить в логические группы и разместить отдельно от ос-
новной клавиатуры. В противном случае существует вероятность нажатия их по
ошибке, что может привести к неприятным последствиям.
Альтернативные устройства ввода
Такие технологии и устройства, как световое перо, сенсорный экран, графический
планшет, мышь (устройство управления курсором), а также речевой ввод явля-
ются альтернативой клавиатуре при вводе данных некоторых типов. Сторонники
подобных устройств полагают, что в скором будущем они полностью заменят
клавиатуру. Однако удобная и эргономичная клавиатура, а также дисплей вряд
ли «сойдут с арены» в ближайшие годы.
78
Глава 2. Терминальные устройства
Дисплей
В данной книге дисплеи (мониторы) ЭЛТ, включая мониторы персональных ком-
пьютеров, упоминались чаще, чем любая другая составная часть терминала или
ПК. Исследования показали, что у людей, которым приходится подолгу работать
на компьютере, наблюдаются такие нарушения, как ухудшение зрения, головные
боли, боль в пояснице, головокружение, тошнота, а также нервные расстройства.
Производители дисплеев ЭЛТ должны уделять внимание таким вопросам, как
предотвращение ухудшения зрения и утомляемость. Большинство дисплеев ЭЛТ
с целью уменьшить излучение оснащены защитными экранами. По этой же причи-
не широко применяются шарнирные приспособления. Они позволяют оператору
расположить экран под удобным углом. Немаловажными факторами также явля-
ются цвет люминофора и размер отображаемых на экране символов. В США ис-
пользуются такие цвета люминофора, как белый, зеленый и янтарный; самым по-
пулярным из них, вероятно, является зеленый.
В большинстве современных терминалов применяется технология растрового
представления символов. Чем больше точек отводится на один символ, тем лучше
качество его отображения. На протяжении многих лет стандартом являлся размер
шрифта 5x7 точек. Однако сегодня широкое распространение получили символы
размером 7x7, 7x9 и 9x11 точек. Некоторые производители с целью уменьшения
мерцания и улучшения четкости изображения применяют технологию быстрого
обновления экрана и прогрессивную развертку. Размер символов зависит от раз-
мера экрана, а также от формата изображения. На экране 15-дюймового дисплея
символы выглядят более крупными, чем на экране 12-дюймового; при 80-сим-
вольной длине строки символы также выглядят больше, чем при использовании
120-символьного формата. Кроме того, существуют дисплеи с возможностью двой-
ного увеличения высоты и ширины символов, они разработаны не для обычного
применения, а для выделения важных данных.
Большинство терминалов ЭЛТ отображают 24 текстовые строки, в каждой из
которых размещается до 80 символов. Некоторые дисплеи ЭЛТ также отобража-
ют 25-ю строку, используемую для отображения меток, текущего состояния и
другой служебной информации. Строка состояния иногда отображается при не-
гативном изображении.
Отображение видеоданных в память
В большинстве ASCII-терминалов применяется технология отображения видео-
данных в память. Это позволяет микрокомпьютеру записывать в видеопамять
данные и считывать их из нее таким же образом, как и из обычной, поскольку для
видео и обычной памяти используется единое адресное пространство. Единствен-
ное различие состоит в том, что любой символ, хранящийся в видеопамяти, отобра-
жается на экране.
В 8-разрядном микропроцессоре для адресации памяти используются 2 байта
(16 бит); таким образом, он может непосредственно адресовать 216, или 65536, яче-
ек памяти. Если в каждой ячейке хранится один символ (так оно обычно и бывает)
и разрешение экрана позволяет отобразить 24 строки из 80 символов, то для видео-
памяти требуются 1920 ячеек. Если память, выделяемая для программ, ограничена
Использование ПК в качестве терминальных устройств
79
63 615 адресуемыми ячейками, то под видеопамять выделяют ячейки, имеющие
адреса с 63 615 по 65 535.
Если в левом верхнем углу дисплея отображается символ из первой ячейки
видеопамяти (63 615), то в находящейся рядом справа позиции отображается со-
держимое следующей ячейки (63 616) и т. д. Таким образом, если первая ячейка
содержит символ J, вторая - О, третья — Н, а четвертая — N, то в левом верхнем
углу экрана ЭЛТ будет отображено слово J OHN.
Дисплеи с отображением видеоданных в память являются быстродействую-
щими и недорогими. Поскольку набор символов преобразуется в точки на дис-
плее с помощью технологии поиска по таблице соответствия, то также существу-
ет возможность переопределять символы путем изменения табличных значений
(если таблица является доступной для пользователя). Перемещая данные или,
что еще лучше, изменяя начальный адрес, в видеопамяти можно легко осуществ-
лять такие функции, как вставка и удаление строк, прокрутка и т. п. Главным не-
достатком видеопамяти является то, что она занимает место, отведенное для хра-
нения программ. При использовании терминалов такая проблема обычно не воз-
никает, а в современных компьютерах видеопамять размещается отдельно. Кроме
того, современная видеопамять чаще осуществляет побитовое, а не посимвольное
отображение, которое обсуждалось ранее в этой главе. При побитовом отображе-
нии параметры каждой точки, отображаемой на экране, хранятся в отдельной
ячейке памяти. Именно благодаря этому могут функционировать графические
дисплеи с высокой разрешающей способностью, однако для них требуется видео-
память большого объема.
Другие типы дисплеев
Помимо дисплеев ЭЛТ, которые являются на сегодня самыми распространенными,
существуют и другие устройства для отображения информации. Это полупровод-
никовые устройства, используемые в терминалах IBM серии 3290: светоизлучаю-
щие диоды, жидкокристаллические дисплеи, плазменные (газоразрядные) мат-
рицы. Хотя данные устройства и обеспечивают очень четкое изображение, на се-
годня лидирующие позиции все-таки занимают дисплеи ЭЛТ.
Использование ПК в качестве
терминальных устройств
Широкое распространение персональных компьютеров привело к тому, что мно-
гие организации приняли их в качестве стандарта для терминальных устройств.
В 80-х годах некоторые корпорации, включая несколько авиакомпаний, для ис-
пользования в качестве систем заказа, работающих в реальном масштабе време-
ни, приобрели десятки тысяч персональных компьютеров. Другие организации
используют ПК как для эмуляции терминала, так и для локальной обработки
данных, а также совместно со стандартными терминалами. Персональный ком-
пьютер подключается к локальной сети с помощью соответствующего адаптера
и сетевого кабеля. При таком способе соединения персональный компьютер
80
Глава 2. Терминальные устройства
функционирует как рабочая станция локальной сети Независимо от решаемых
прикладных задач соответствующее аппаратное и программное обеспечение пер-
сонального компьютера могут обеспечить характеристики, недоступные стандарт-
ному терминалу
На рис 2 10 изображен персональный компьютер IBM PS/2 Model 30, осна-
щенный клавиатурой и графическим монитором Данная модель схожа с другими
ПК семейства PS/2, так как имеет встроенный последовательный порт К этому
порту, расположенному на задней панели системного блока, подключается мо-
дем. При загрузке соответствующего программного обеспечения компьютер мо
жет функционировать как асинхронный терминал.
Рис. 2.10. Компьютер IBM Personal System/2 Model 30
Плата адаптера
Функциональные возможности компьютера можно наращивать, вставляя в сло-
ты расширения системного блока платы адаптеров различных типов Например,
адаптер внутреннего факс-модема дает пользователю возможность принимать
и отправлять как текстовые, так и факсимильные сообщения
IBM и третьи фирмы-производители выпускают платы адаптеров различных
типов, предназначенные для синхронной передачи данных При помощи адапте-
ров некоторых типов персональный компьютер может быть непосредственно
подсоединен к блокам управления IBM 3174 и 3274 Благодаря программе эмуля-
ции терминала компьютер может функционировать как терминал серии 3278 или
3279, предоставляя пользователю доступ к находящимся на мэйнфрейме прило-
жениям Платы адаптеров других типов могут превращать компьютер в терминал
с пакетной обработкой данных
Многие современные операционные системы, такие как Microsoft Windows,
Unix, Linux и IBM OS/2, позволяют легко переключаться между приложениями,
Использование ПК в качестве терминальных устройств
81
использующими разные платы адаптеров. Например, сначала с помощью про-
граммы электронной почты, применяющей плату сетевого адаптера, можно по-
слать сообщение в другую локальную сеть. Затем можно переключиться на про-
грамму обмена данными с удаленной электронной доской объявлений, для работы
которой требуется плата внутреннего модема. Возможно, самым привлекатель-
ным в использовании плат адаптеров является то, что они превращают компью-
тер в многофункциональный терминал. Оснащенный соответствующим аппарат-
ным и программным обеспечением ПК может функционировать как рабочая
станция локальной сети, эмулировать торговый терминал, функционировать как
терминал удаленной пакетной обработки данных, а также выполнять другие свя-
занные с телекоммуникациями функции.
Плата сетевого адаптера
Среди плат коммуникационных адаптеров, вероятно, самой популярной являет-
ся плата сетевого адаптера (предназначенная для локальных сетей). На рис. 2.11
показаны четыре платы сетевых адаптеров семейства ЗСош Fast EtherLink. Лю-
бой из них поддерживает скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с, а также
обладает свойством автоматического согласования, благодаря которому адаптер
без вмешательства человека может приспосабливаться к скорости передачи дан-
ных сети, в которой работает компьютер. Главное различие между упомянутыми
выше адаптерами заключается в том, что они поддерживают разные шины. Один
адаптер поддерживает 16-разрядную шину ISA (Industry Standard Architecture),
другой - 32-разрядную EISA (Extended ISA), остальные рассчитаны на работу
с шиной PCI (Personal Computer Interface), обеспечивающей самую большую ско-
рость передачи между ЛВС и ПК. Сегодня адаптеры PCI являются неотъемлемым
компонентом серверов, поддерживающих высокие скорости передачи данных.
Рис. 2.11. Сетевые адаптеры семейства ЗСот Fast EtherLink, предназначенные
для работы в сетях Ethernet со скоростью передачи 10 или 100 Мбит/с
82
Глава 2. Терминальные устройства
Скорость передачи данных
Поскольку компьютерные приложения стали выполнять больше операций с гра-
фическими файлами, для локальных сетей больших организаций, насчитываю-
щих сотни и тысячи компьютеров, скорость передачи 100 Мбит/с стала недоста-
точной. Потребность в повышении скорости привела к появлению технологии
Gigabit Ethernet, обеспечивающей скорость передачи 1 Гбит/с — в десять раз боль-
шую, чем стандартная для технологии Fast Ethernet.
Поскольку в работающей ЛВС переход на новую скорость передачи данных
невозможно выполнить мгновенно, обновление устройств локальной сети проис-
ходит поэтапно. Обычно сначала адаптеры Gigabit Ethernet устанавливаются на
серверы, так как они являются самыми загруженными устройствами локальной
сети. Однако и серверы не обязательно должны обновляться одновременно. Для
обеспечения удобства администрирования ЛВС некоторые производители вы-
пускают платы Ethernet, которые одновременно поддерживают скорости 10, 100
и 1000 Мбит/с. Одно из таких устройств — сетевой адаптер Hewlett-Packard
1000Base-T - представлено на рис. 2.12. Для индикации скорости передачи сете-
вого адаптера используются светодиоды.
Рис. 2.12. Сетевой адаптер Hewlett-Packard 1000Base-T поддерживает
скорости 10 Мбит/с, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с
Платы модемов
К середине 90-х годов благодаря применению лэптопов, ноутбуков, палмтопов
и PDA миллионы людей, находящихся вне своих офисов, получили возможность
обмениваться электронной почтой, подсоединяться к корпоративным мэйнфрей-
мам, работать с документами, проверять наличие товара, составлять отчеты и т. п.
Наравне с миниатюризацией компьютерного оборудования важную роль сыгра-
ли достижения в технологии производства модемов, благодаря которым послед-
ние уменьшились до размера кредитной карточки.
На рис. 2.13 показана плата модема Courier PC фирмы U.S. Robotics, обеспе-
чивающая скорость передачи 28 000 бит/с, а также возможность оправки и прие-
ма факсимильных сообщений. Данный модем соответствует стандарту Type II
PC Card и может быть вставлен в слот расширения большинства современных
Скорость передачи данных
83
портативных компьютеров. Несколько лет назад скорость передачи 28 000 бит/с
соответствовала последним достижениям техники, однако уже в 2000 году моде-
мы V.90 могли обеспечить скорость потока выходных данных 33 600 бит/с,
а входных — 44 400 бит/с. Выпущенный в 2001 году модем V.92 при определен-
ных условиях мог обеспечить скорость передачи данных 44 400 бит/с в обоих на-
правлениях. Характеристики и способы применения модемов будут рассмотрены
в главе 5.
Применение портативного компьютера, снабженного платой модема, и сото-
вого телефона обеспечивает неограниченные возможности обмена информацией.
Достижения в области компьютерных и телекоммуникационных технологий из-
менили образ жизни людей и принципы организации их рабочих мест. Для одних
людей благодаря возможности обмена информацией «на ходу» офис превратился
в виртуальное понятие. Другие получили возможность работать в удобном для
себя режиме. Так, студенты теперь не должны рано вставать по выходным дням
для того, чтобы получить доступ к университетскому компьютеру.
Рис. 2.13. Плата модема Courier PC фирмы U.S. Robotics
Преимущества использования ПК в качестве
терминального устройства
Благодаря применению ПК в качестве терминального устройства производители
аппаратного и программного обеспечения смогли добиться максимальной эффек-
тивности использования ресурсов. Например, ПК одновременно с проведением се-
анса интерактивного взаимодействия его оператора с мэйнфреймом может при-
нимать и обрабатывать видеоинформацию, а часть его памяти используется для
хранения данных, предназначенных для вывода на принтер.
Дополнительным преимуществом применения ПК в качестве терминального
устройства является его способность к расширению и обновлению. Например,
84
Глава 2. Терминальные устройства
большинство персональных компьютеров могут быть быстро оснащены дополни-
тельной памятью. Что же касается способности к обновлению, то во многих ПК
для улучшения параметров выводимых на экран изображений применяется пла-
та специального адаптера, которая вставляется в слот расширения на системной
плате. При переходе на новый стандарт плата старого адаптера просто вынимает-
ся, а на ее место устанавливается новая.
Самый распространенный тип терминалов
Благодаря бурному развитию аппаратного и программного обеспечения, а также
достижениям в области телекоммуникаций ПК стал самым распространенным
типом терминала. Поскольку к персональным компьютерам относятся настоль-
ные системы, лэптопы, ноутбуки, палмтопы, а также PDA, нельзя говорить о ка-
ком-то определенном стандарте. Персональный компьютер каждого из перечис-
ленных типов содержит микропроцессор и программное обеспечение, которые
позволяют обрабатывать данные различных типов, а также осуществлять взаимо-
действие с другими компьютерами.
Как видно из рис. 2.14, экран дисплея ноутбука с операционной системой Win-
dows 2000 может представлять данные, находящиеся на других компьютерах.
Windows является многозадачной операционной системой, благодаря чему поль-
зователь может одновременно выполнять несколько задач.
Рис. 2.14. В Windows 2000 одновременно запущены три задачи
Методы передачи данных
85
На рис. 2.14 показан экран компьютера, на котором одновременно запущены
три задачи, при этом каждая из них представлена в отдельном окне. В самом
большом окне, с заголовком Wp, выполняется приоритетная задача — формирова-
ние электронного сообщения. В левом верхнем углу в фоновом окне отображают-
ся значки устройств данного ПК, а в последнем окне происходит интерактивный
сеанс взаимодействия с удаленным компьютером посредством программы Pro-
comm Plus. Переключение между окнами осуществляется нажатием кнопки мы-
ши. Хотя пользователь одновременно может работать только в одном окне, он
имеет возможность переключаться с одной операции, такой как пересылка фай-
ла, на другую и, например, продолжать набирать текст. Такие операционные сис-
темы, как Windows 95, 98, Me, 2000 и ХР фирмы Microsoft, а также Unix являют-
ся многозадачными и позволяют пользователю начинать следующую операцию
без завершения предыдущей.
Методы передачи данных
Взаимодействие терминалов с компьютерами, периферийными устройствами, а так-
же другими терминальными устройствами осуществляется посредством передачи
данных. Существует два метода передачи данных: параллельная и последователь-
ная передача.
Последовательная и параллельная
передача данных
Обычно передача данных между компьютерами и терминалами осуществляется
за счет скачкообразного изменения напряжения в канале связи. При параллель-
ной передаче информация пересылается по группе линий (то есть передаются 8 бит
данных одновременно), при последовательной — по одной линии. На рис. 2.15
представлены сигналы, передаваемые при параллельной и последовательной пе-
редаче данных.
При параллельной передаче каждый бит кода символа передается по отдель-
ной линии. Когда на соответствующей линии присутствуют все биты, по допол-
нительной линии передается сигнал, называемый стробом, который сигнализиру-
ет приемнику о том, что биты очередного символа сформированы и могут быть
приняты. Обычно параллельная передача данных применяется в том случае, ко-
гда компьютер и взаимодействующие с ним цифровые устройства находятся на
расстоянии нескольких футов. На больших расстояниях из-за дороговизны про-
кладки большого количества проводов, а также из-за сложности организации пере-
сылки и получения импульсных сигналов параллельная передача невыгодна.
Последовательная передача применяется при передаче данных на большие рас-
стояния. Преобразование группы битов в последовательность и наоборот осуще-
ствляется с помощью сдвиговых регистров. Последовательная передача называ-
ется синхронной, если точно определен момент отправки и приема каждого бита.
Однако последовательная передача называется асинхронной, если синхронизация
каждого из передаваемых символов осуществляется независимо от других.
86
Глава 2. Терминальные устройства
Строб
Линия синхронизации
Стартовый бит
Метка---------------1
Столовый бит
О 1
а
О
О О
Пауза -
б
Рис. 2.15. Различные методы передачи ASCII-символа К с контролем четности:
а — параллельная передача; б — последовательная передача
Синхронизация
Выполнение тактовой синхронизации является обязательным условием передачи
и успешного приема данных, однако с ней связана одна из фундаментальных про-
блем, возникающих при передаче данных. Несмотря на то что передатчик и при-
емник имеют генераторы тактовых импульсов одинаковой частоты, для декоди-
рования данных приемник должен тем или иным образом определить (выделить)
тактовую частоту передатчика более точно. Рассмотрим последовательность пе-
редаваемых по линии битов. В случае, соответствующем рис. 2.16, а, приемник
перенастраивает свой тактовый генератор на использование перехода с 1 на 0 для
определения стартового бита (то есть настраивается на синхронизацию по заднему
фронту), а затем определяет середину интервала времени прохождения бита. Из
рис 2.16, б видно, что хотя тактовый генератор приемника имеет немного боль-
шую частоту, это не приводит к возникновению ошибки, поскольку строб попада-
ет в интервал времени прохождения бита.
На рис. 2.16, в представлена еще одна ситуация. Здесь частота тактового гене-
ратора приемника настолько меньше тактовой частоты передатчика, что во время
Методы передачи данных
87
прохождения четвертого бита строб не генерируется вообще; таким образом, на
выходе возникает ошибка. Для предотвращения возникновения ошибки система
передачи должна обеспечивать синхронизацию приемника.
с 1
Данные 1 ----------- —
на входе р
приемника Q т
1 1
Стробы I 1 I *
приемника ! | I |
Принятые q 1
данные
б
С 1 2 3 4
Данные 1 ' & Г”" Г"“
на входе р
приемника q т
Стробы
приемника
Принятые
данные
C-I2345678
Данные 1 — J ... .... .......
на входе
приемника Q
Стробы
приемника
Принятые
данные
Рис. 2.16. Асинхронная передача данных: а — строб попадает в середину
интервала времени прохождения каждого бита; б — генератор
тактовой частоты приемника имеет несколько большую
частоту; а — генератор тактовой частоты приемника
имеет слишком низкую частоту
Кадровая синхронизация
Следующим этапом после тактовой синхронизации является кадровая синхрони-
зация. Она используется при асинхронной передаче. Каждый символ задается би-
тами (флагами) начала и конца передачи. Можно сказать, что на приведенной
выше иллюстрации (рис. 2.16) представлен случай символьной синхронизации,
так как символы, получаемые приемником, имеют флаги начала и конца (старто-
вый и стоповый биты). Используемая при асинхронной передаче кадровая син-
хронизация рассматривается в следующем разделе. Методы кадровой синхрони-
зации, применяемые в синхронных системах передачи, описаны в главе 5.
88
Глава 2. Терминальные устройства
Асинхронная передача данных
Средства асинхронной передачи данных использовались еще до появления элек-
тронных систем; в них применялись электромеханические устройства. В таком
случае было весьма трудно синхронизировать работающие на разных концах ли-
нии электромеханические устройства. Проблема тактовой и кадровой синхрони-
зации была решена путем пересылки стартового бита перед началом передачи
символа. Если все же электромеханические устройства работали с сильно разли-
чающимися скоростями, то с каждым принятым символом происходило все боль-
шее отклонение тактовой частоты, а следовательно возникала очередная ошибка.
В низкоскоростном телетайпном коде для передачи одного символа использова-
лось лишь 5 бит, поскольку при большем их количестве резко возрастала вероят-
ность возникновения ошибки.
Представьте работу оператора, набирающего символы на клавиатуре телетай-
па. Каждый такой символ при его передаче по линии начинается со стартового
бита и заканчивается одним или двумя стоповыми. Признаком окончания пере-
дачи символа является метка, в качестве которой используется положительное
(или, в некоторых случаях, отрицательное) напряжение в линии. Оно присутст-
вует здесь до начала пересылки следующего импульса. Когда в линию передается
стартовый бит, приемник переходит в рабочее состояние, осуществляя таким об-
разом синхронизацию с передатчиком.
Электромеханический метод
При электромеханическом методе для определения синхронизированным прием-
ником момента приема символа используются импульсы тока. Рисунок 2.17 ил-
люстрирует принцип работы стартстопного телетайпного аппарата. В передающем
и приемном устройствах якорь А при включении стартовой электромагнитной
муфты начинает вращаться электромотором с постоянной скоростью. При этом
он последовательно замыкает контакты Б, находящиеся на внешнем кольце,
с внутренним токопроводящим кольцом, соединенным с линией передачи. На ри-
сунке показано положение якоря, соответствующее моменту окончания передачи.
Ток батареи передатчика протекает через контакт СТОП внешнего кольца, якорь,
внутреннее кольцо, а затем по линии к приемнику. Когда он протекает через реле
приемника, цепь стартовой электромагнитной муфты размыкается, якорь прием-
ника перестает вращаться и приемник переходит в состояние бездействия.
Предположим, что оператор передающего устройства нажал на клавиатуре кла-
вишу Н. В соответствии с таблицей 5-разрядных кодов, представленной на рис. 1.4,
для кодирования символа Н выполняется замыкание контактов 3 и 5, а также
контакта включения муфты. При этом якорь передатчика начинает вращаться
против часовой стрелки. Якорь подключает к внутреннему кольцу (а следова-
тельно, и к линии передачи) контакты в следующем порядке: СТАРТ, 1, 2, 3, 4, 5,
СТОП. Заметьте, что через контакты 1, 2 и 4 ток не протекает.
Методы передачи данных
89
Передающее устройство
Принимающее устройство
Рис. 2.17. Электромеханическое стартстопное кодирование и декодирование
Как только якорь передатчика попадает на контакт СТАРТ, происходит размы-
кание цепи «источник питания передатчика—линия—реле приемника». Катушка
реле приемного устройства перестает притягивать контакт, и ток от источника
питания приемника начинает протекать через его якорь и катушку муфты. При
этом муфта включается и якорь приемника начинает вращаться приблизительно
с той же скоростью, что и якорь передатчика. Когда якорь передатчика соединя-
ется с контактом 3, через цепь «линия—реле приемника» протекает ток. Катушка
реле приемника намагничивается, и ток протекает через якорь, контакт 3 и ка-
тушку магнита 3.
Аналогично включается и магнит 5. В результате устройство вывода приемника
формирует букву Н. Когда якорь передатчика соединяется с контактом СТОП,
якорь приемника замыкает контакт В, через катушку магнита печати течет ток, и на
печать выводится буква Н. Затем оба якоря переходят в состояние покоя и оста-
ются там до момента, когда передатчик будет готов к пересылке нового символа.
Следует отметить, что контакты СТАРТ и СТОП выполняют специальные
функции: они начинают и останавливают вращение якоря приемника. Можно
с определенностью сказать, что если бы якоря приемника и передатчика враща-
лись с разной скоростью, то из-за отсутствия их синхронизации происходило бы
неправильное декодирование символов. Это, как упоминалось ранее, является
причиной того, что код Бодо ограничен пятью разрядами.
При стартстопной передаче пересылка нового символа может начинаться
в любое время после того, как был принят стоповый бит предыдущего символа.
Время между передачей символов не определено, синхронизация выполняется во
время пересылки одного символа. По этой причине было бы более уместным назы-
вать данную технологию самосинхронизирующейся или технологией с внутренней
90
Глава 2. Терминальные устройства
синхронизацией, а не асинхронной, что означает полное отсутствие синхрониза-
ции. (Причиной же того, что данная технология называется асинхронной, являет-
ся отсутствие согласованности между приемником и передатчиком, а точнее, от-
сутствие тактовой синхронизации в канале передачи.)
Электронная схема приема
На смену первым электромеханическим телетайпным устройствам пришли пол-
ностью электронные. Благодаря их устойчивой синхронизации для кодирования
стало возможным использовать 8-разрядный код. На рис. 2.18 изображена элек-
тронная схема приема асинхронного потока данных, закодированных 8-разряд-
ными числами. Здесь применяется тактовый генератор с частотой в 16 раз больше,
чем частота передачи символов входящего потока данных. Такая частота исполь-
зуется для как можно более точного определения перехода с 1 на 0 (стартового
бита). Схема определения момента перехода с 1 на 0 отпирает схему обнаруже-
ния стартового бита. Подсчитываются 8 тактов генератора (половина длительно-
сти бита), и затем линия проверяется на присутствие логического нуля. Если
проверка дает отрицательный результат, то предполагается, что переход с 1 на О
произошел из-за помех в линии, схема обнаружения стартового бита запирается,
и никаких дальнейших действий не производится.
Фпаг передачи
сформированного
символа
Рис. 2.18. Схема асинхронного приемника
Если на линии по-прежнему находится напряжение логического нуля, значит,
по ней передается правильный стартовый бит. Запускается счетчик, который де-
лит частоту тактового генератора на 16 для генерации синхроимпульсов, произ-
водящих смещение содержимого сдвигового регистра на один бит при приеме но-
вого бита. Отсчет проводится строго в середине интервала длительности бита.
Смещение синхроимпульсов относительно середины интервала длительности бита
можно уменьшить путем увеличения частоты тактового генератора в 32 или даже
Методы передачи данных
91
в 64 раза по сравнению с частотой следования импульсов. Однако при использо-
вании более высоких частот синхронизации требуется соответственно увеличить
емкость счетчиков схемы. В сдвиговый регистр для преобразования из последо-
вательного кода в параллельный поступает группа из 8 бит. Затем компьютеру
или контроллеру посылается соответствующий флаг, сигнализирующий о том, что
символ принят. Получив флаг, компьютер посылает сдвиговому регистру разре-
шение на пересылку хранящихся в нем 8 бит для обработки.
При использовании только сдвигового регистра возникает следующая проблема.
Так как символы поступают в сдвиговый регистр непрерывно, компьютер должен
считать полученный символ за очень короткое время — время прихода стоповых
битов. В этом случае простым решением является применение дополнительного
(буферного) регистра для временного хранения информации. Данные из сдвиго-
вого регистра поступают в буферный регистр. Когда набор из 8 бит, составляю-
щих символ, будет сформирован, установится флаг присутствия символа буфер-
ного регистра. После этого он будет готов к передаче символа в компьютер,
а сдвиговый регистр — к приему нового символа. На рис. 2.19 изображена схема
приемного устройства с двумя регистрами. Существуют ситуации, при которых
очередной символ не может быть обработан, поскольку из регистра не считан
предыдущий. В результате происходит переполнение буфера. При переполнении
большинство приемных устройств перезаписывают новый символ поверх старого
(старый символ теряется) и дают компьютеру сигнал о возникновении ошибки.
К компьютеру
Рис. 2.19. Интерфейс с двумя регистрами
Стоповые биты и ошибки синхронизации
При использовании интерфейса с двумя регистрами интервал времени между по-
ступлениями стоповых битов не больше, чем время считывания компьютером од-
ного символа. Таким образом, для проверки стопового бита (иногда называемого
девятым битом) на наличие логической 1 отводится достаточно времени. Стопо-
вый бит может находиться в состоянии логического 0 из-за следующих ситуаций:
неисправен канал связи, в приемнике произошел сбой синхронизации, передаю-
щая станция посылает специальный сигнал. При возникновении одной из выше-
перечисленных ситуаций на асинхронный приемник посылается сигнал появле-
ния ошибки.
92
Глава 2. Терминальные устройства
Ошибка может также произойти в случае, когда приемник не в состоянии оп-
ределить, какие нули в тракте передачи являются стартовыми битами, а какие -
просто информационными. Если по какой-то причине приемник воспримет ин-
формационный бит как стартовый, то следующие за ним 8 бит будут трактовать-
ся как символ. Поскольку данные 8 бит в действительности являются частями
двух разных символов (включают конец одного и начало другого), то следующий
за ними девятый бит будет информационным, а не стоповым. Если он равен 0, то
схема контроля обнаружит ошибку. Так как кадровая синхронизация — это про-
цесс решения того, какая группа из 8 бит составляет символ, то такая ошибка на-
зывается ошибкой кадровой синхронизации.
Универсальный асинхронный приемопередатчик
Описанная выше электронная схема реализована в виде большой интегральной схе-
мы (БИС), известной как универсальный асинхронный приемопередатчик (Univer-
sal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART). В режиме передачи UART преоб-
разовывает параллельные потоки данных, принимаемые от компьютера, в один
последовательный поток и затем, в соответствующие моменты времени, передает
его на последовательный интерфейс. Кроме того, UART при передаче символа
добавляет в поток стартовый и столовый биты, а также (хотя это и не является
обязательным) биты контроля четности. В режиме приема UART удаляет из вхо-
дящего потока стартовые и стоповые биты, а также биты контроля четности, раз-
бивает его на символы и затем передает полученные символы на компьютер. Ме-
тод использования битов контроля четности для обнаружения ошибок описан
в главе 8.
Благодаря использованию UART, размеры которого не превышают ногтя боль-
шого пальца руки, теперь каждый персональный компьютер, от настольного до
PDA, может быть оснащен последовательным портом. В современных компьютерах
UART размещается на материнской плате и физически присоединяется к разъе-
му интерфейса последовательного порта. Хотя большинство читателей называет
последовательным портом только 9- или 25-контактный разъем, в действитель-
ности всю работу по преобразованию параллельного потока данных в последова-
тельный выполняет именно UART.
Самые первые IBM PC, выпущенные в 1981 году, были оснащены платой по-
следовательного интерфейса, которая включала в себя асинхронный последова-
тельный приемопередатчик National Seraiconductor 8250 UART. Материнские пла-
ты компьютеров, выпущенных на протяжении 80-х и в начале 90-х годов, были
оснащены UART, которые не имели встроенного буфера. Это обстоятельство огра-
ничивало скорость передачи данных величиной 19 200 бит/с. Дальнейшее увели-
чение скорости приводило к потере данных. На сегодняшний день большинство
компьютеров и модемов, имеющих платы адаптеров, оснащены более совершенны-
ми UART 16550. Данный UART содержит встроенный 16-байтовый буфер, позво-
ляющий осуществлять безошибочную передачу данных с более высокой скоростью.
Модель 16550 обеспечивает скорость передачи до 115 200 бит/с, что позволяет
использовать ее с современными модемами, которые поддерживают сжатие дан-
ных со средним коэффициентом 4:1. Поскольку на многих компьютерах, выпу-
щенных в середине 90-х годов, установлена UART 8250, для более эффективного
Методы передачи данных
93
использования высокоскоростных модемов следует заменить эту схему более но-
вой. Вместо приемопередатчика 8250 можно применить более производительный
UART 16550. Если UART 8250 является съемным (не впаянным), то чип 16550
легко вставляется в контактное гнездо. Существует и альтернативное решение:
использовать плату адаптера современного модема со встроенным UART 16550.
Другие методы передачи
Поскольку большинство терминалов и компьютерных приложений работают
в режиме асинхронной передачи данных, этот вид передачи является самым рас-
пространенным. В больших системах и сетях используются иные методы передачи
данных. Объясняется это тем, что со стартстопными кодами связано 20 % «на-
кладных расходов»: из 10 переданных битов только 8 являются информационны-
ми. Однако это не стало проблемой для многих интерактивных приложений, в
которых больше времени тратится на изучение информации, отображаемой на
экране, чем на передачу файла, к примеру, содержащего 500 000 символов (4 млн.
битов), со скоростью 28 800 или 56 000 бит/с.
Еще одной проблемой является механизм проверки ошибок. Раньше пользо-
ватель, передающий данные, должен был визуально выискивать ошибки, глядя
на экран монитора. В случае ошибки пользователь осуществлял повторный набор
части данных, где она возникала. Подобная процедура абсолютно неприменима
при передаче больших файлов, а также при больших скоростях. Несмотря на то
что используемые при этом протоколы рассчитаны на асинхронную передачу с
низкой вероятностью ошибки, подобные средства связи ориентированы на пере-
сылку данных относительно небольшого объема. Приложения, требующие высо-
коскоростной передачи больших объемов данных, нуждаются в ином методе пе-
редачи. Такой метод был разработан, это так называемая синхронная передача.
При синхронной передаче данных стартовые и стоповые биты не используются.
Символы передаются группами, называемыми блоками. Для обеспечения доста-
точного количества переходов 0-1 или 1-0 тактового генератора приемника в на-
чале каждого блока, а также внутри него помещаются специальные синхронизи-
рующие символы. Обнаружение ошибок в каждом блоке осуществляется автома-
тически. Если происходит ошибка, блок передается повторно. Данная технология
также влечет за собой дополнительные расходы. Однако расходы значительно со-
кращаются (они намного меньше 20 %), если длина блока больше нескольких де-
сятков символов. На рис. 2.20 проведено сравнение методов синхронной и асин-
хронной передачи последовательности символов.
Помимо асинхронной и синхронной передачи существуют и другие методы син-
хронизации. Сегодня в некоторых компьютерных сетях используется изохронная
передача данных. В отличие от методов асинхронной и синхронной передачи здесь
синхронизация обеспечивается сетью, а не DCE или DTE. Синхронная и изо-
хронная передача детально рассмотрены в главе 5.
94
Глава 2. Терминальные устройства
।
s
а
Пробел
SYN SYN STX 1 S ь т н Е Ь в 0 0 к ь R ЕТХ вес все
Символы
управления
передачей
Символы
управления
передачей
Рис. 2,20. Сравнение методов передачи данных:
а — асинхронная передача; б — синхронная передача
Резюме
4- По сравнению с телетайпными устройствами терминалы ЭЛТ обладают
большей скоростью отображения и расширенными возможностями форма-
тирования, способны осуществлять такие операции, как мерцание и выде-
ление текста, они более надежны.
4 Телетайп, как и любое современное терминальное устройство, может быть
отнесен к устройствам двоичных систем передачи данных.
4 При последовательной печати принтер в каждый момент времени выводит
только один символ. Существуют принтеры ударного и безударного дейст-
вия. Принтеры ударного действия выводят полностью сформированные сим-
волы либо формируют символы с помощью матрицы точек. В принтерах
безударного действия обычно применяются термические, оптические или
химические технологии.
+ Терминалы ЭЛТ делятся на три категории: ввода-вывода, программируе-
мые и «умные». Терминалы ввода-вывода по своим характеристикам (не
считая скорости печати) схожи с телетайпами. Программируемые терми-
налы используют встроенные языки программирования, а также могут хра-
нить и выполнять различные программы. «Умные» терминалы предостав-
ляют следующие возможности: редактирование, форматирование, мерцание
и выделение текста.
+ Современные терминалы разрабатываются с учетом эргономических тре-
бований к цвету, размеру символов, поверхности экрана, а также к форме,
наклону и раскладке клавиатуры.
+ Благодаря применению плат адаптеров различных типов и соответствую-
щего программного обеспечения коммуникационные возможности персо-
нальных компьютеров существенно улучшились.
4 При последовательной передаче в каждый момент времени передается один
символ и передача осуществляется по одной линии. При параллельной
Контрольные вопросы
95
передаче каждый бит передается по собственной линии, и все группы би-
тов передаются одновременно.
+ В системах связи правильное декодирование сигнала обеспечивается за счет
как тактовой, так и кадровой синхронизации. Тактовая синхронизация обыч-
но осуществляется с помощью специальных импульсов. При кадровой син-
хронизации в поток данных добавляются специальные биты и символы.
+ При асинхронной передаче каждый символ ограничен стартовым и стопо-
вым битами и передается независимо от других. Данный метод передачи
применяется телетайпами и терминалами ASCII.
+ Приемопередатчик UART принимает от компьютера данные в параллель-
ной форме, разбивает принятый поток на кадры (добавляет стартовые и
стоповые биты) и затем осуществляет последовательную передачу данных.
+ При синхронной передаче данных передаваемые символы разбиваются на
группы, называемые блоками. В каждый блок помещаются специальные
синхронизирующие символы.
Контрольные вопросы
1. Телетайп:
а) предназначен только для печати на удаленном узле, а не для ввода дан-
ных;
б) обеспечивает высокоскоростные режимы работы при передаче и вводе
данных, а также осуществляет управление форматированием;
в) имеет принтер для вывода и может быть оснащен клавиатурой для ввода.
2. Принтеры ударного действия:
а) для отображения символа осуществляют удар через красящую ленту по
бумаге;
б) имеют картридж с чернилами и термическое устройство;
в) быстро устаревают.
3. «Стеклянный телетайп»:
а) является терминалом ЭЛТ новейшей разработки;
б) назван так потому, что имеет схожий с телетайпом интерфейс;
в) разработан для применения совместно с волоконно-оптическими сис-
темами передачи.
4. Электромеханический телетайп:
а) для согласования скоростей приемника и передатчика использует слож-
ный механический буфер;
б) для синхронизации передающего и приемного оборудования использу-
ет стартстопный код;
в) сегодня применяется редко.
96
Глава 2. Терминальные устройства
5. ASCII-терминалы — это терминалы:
а) использующие код EBCDIC для синхронной передачи;
б) использующие код ASCII для синхронной передачи;
в) использующие код ASCII для асинхронной передачи;
г) имеющие клавиатуру с раскладкой, применяемой в США.
6. Что из нижеперечисленного является недостатком лэптопов и ноутбуков?
Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) рельефная клавиатура;
б) ограниченный угол зрения, под которым нужно смотреть на экран;
в) портативность;
г) вес.
7. Терминалы 3270 — это:
а) асинхронные терминалы компании IBM;
б) терминалы синего цвета;
в) синхронные терминалы, взаимодействующие с устройством группового
контроля IBM.
8. Сетевая технология IBM 3270 стала распространенной благодаря:
а) комитету по стандартизации;
б) широкому использованию мэйнфреймов;
в) обеспечению взаимодействия локальных сетей;
г) применению графических терминалов.
9. Многозадачные терминалы — это:
а) терминалы с последовательным портом;
б) компьютеры с последовательным и параллельным портами;
в) терминалы с UART;
г) компьютеры с дополнительным сетевым аппаратным и программным
обеспечением.
10. В какой из фраз определено различие между тактовой и кадровой синхро-
низацией? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) тактовая синхронизация применяется по отношению к отдельным би-
там, а кадровая — к символам;
б) тактовая синхронизация используется при последовательной передаче,
а кадровая — при параллельной;
в) тактовая синхронизация в основном применяется в асинхронных сис-
темах, а кадровая — в синхронных.
11. Клавиатура QWERTY:
а) до сих пор считается основной раскладкой клавиатуры;
б) самая распространенная клавиатура, но это не значит, что самая лучшая;
в) это редко встречающаяся раскладка.
Контрольные вопросы
97
12. Дисплей с размещением видеоданных в памяти:
а) взаимодействует с электромеханическим телетайпом;
б) имеет преимущество перед другими дисплеями, так как при функцио-
нировании не нуждается в части основной памяти;
в) позволяет процессору осуществлять непосредственную адресацию ви-
деопамяти.
13. Главное различие между клавиатурами персональных компьютеров заключа-
ется в:
а) использовании раскладок, отличных от QWERTY:
б) наличии клавиши Shift;
в) размещении функциональных клавиш, а также в присутствии или от-
сутствии цифровой панели;
г) размещении цифровых клавиш.
14. Принтеры последовательного действия:
а) используются для передачи информации о ценах на зерно;
б) более быстродействующие и предоставляют большую гибкость, чем тер-
миналы ЭЛТ;
в) печатают в каждый момент времени один символ;
г) обычно используют последовательный интерфейс.
15. Принтеры безударного действия:
а) обычно не так шумны, как принтеры ударного действия;
б) позволяют делать копии с помощью копировальной бумаги;
в) печатают полностью сформированные символы.
16. Терминалы ЭЛТ:
а) являются наиболее широко используемыми устройствами ввода-вывода;
б) обеспечивают гибкость при отображении и позволяют осуществлять фор-
матирование;
в) обычно не управляются микропроцессором.
17. Программируемые терминалы:
а) пришли на смену персональным и профессиональным компьютерам;
б) предоставляют большую гибкость и стоят дешевле;
в) постепенно вытесняются персональными и профессиональными ком-
пьютерами.
18. Многозадачные операционные системы позволяют:
а) одновременно отображать на экране несколько окон;
б) компьютерам обмениваться между собой данными;
в) использовать UART;
г) одновременно выполнять несколько задач.
98
Глава 2. Терминальные устройства
19. Эргономика:
а) используется при разработке интерфейса (например, терминала) типа
человек- машина;
б) является разделом эргоэкономики телекоммуникаций;
в) для передачи данных по линиям определенного типа использует трех-
уровневое эрго-кодирование.
20. Различие между последовательной и параллельной передачей данных за-
ключается в:
а) разном количестве битов, используемых для передачи одного символа;
б) том, что они применяются при синхронной и асинхронной передаче,
соответственно;
в) использовании, соответственно, одной или нескольких линий для пере-
дачи данных.
21. Дисплеи с размещением видеоданных в памяти:
а) применяются для представления графики, требующей высокой разре-
шающей способности монитора;
б) используют обычную память для хранения графических данных в сим-
вольной форме;
в) осуществляют побитовое отображение графических данных.
22. Асинхронная передача данных:
а) менее эффективна, но более проста в реализации, чем синхронная;
б) обеспечивает намного большую скорость, чем синхронная передача;
в) является вторым названием изохронной передачи.
23. Системы передачи, использующие один буфер:
а) более эффективны, чем системы с двумя буферами;
б) менее эффективны, чем не использующие буферизацию;
в) позволяют затрачивать очень мало времени на выгрузку из регистра
поступающих символов.
24. Современные клавиатуры:
а) имеют большое количество дополнительных специализированных кла-
виш;
б) имеют раскладку пишущей машинки и несколько дополнительных кла-
виш;
в) имеют раскладку Дворака.
Глава 3
Сообщения и каналы
передачи
+ Информация как параметр
4 Закрытые среды передачи
4- Открытые среды передачи
4 Влияние полосы пропускания на характеристики канала передачи
4 Требования к полосе пропускания
4 Многоканальные системы передачи
В данной главе подробно описаны возможные типы сообщений и среды их пере-
дачи, а также рассмотрены факторы, влияющие на характеристики различных
сред передачи и причины, по которым некоторые из них позволяют передавать
сигналы с большей скоростью (имеют большую полосу пропускания), чем ос-
тальные
Передача информации предполагает наличие следующих четырех компонентов
(рис 3 1)
4- передаваемого сообщения (информации),
4 отправителя,
4 среды (или канала передачи), пригодной для пересылки данного сообщения,
4 получателя.
£рЁДА передачи.
Он сказал «Пожалуйста»
СООБЩЕНИЕ
ПОЛУЧАТЕЛЬ
Рис. 3.1. Элементы, необходимые для передачи информации
100
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Информация как параметр
Информацию можно определить как числовой параметр, выражающий энтропию
результатов проводимого эксперимента. Такое определение применимо к пере-
сылке сообщений. Предположим, что имеется машина, способная передавать толь-
ко два символа — At и А2. Можно сказать, что эксперимент заключается в точном
распознавании двух символов (А] и А2), передаваемых с одной машины на дру-
гую. Принимающая машина получает только один из символов. Таким образом,
числовым параметром эксперимента является единица информации, позволяю-
щая осуществлять один из двух равновозможных вариантов выбора. Такой пара-
метр, или единица информации, обычно называется битом и имеет два возмож-
ных значения, а именно 0 и 1. Если данные значения используются для представ-
ления А) и А2, то символ Ai может быть представлен битом со значением О,
а символ А2 — битом со значением 1. Количество битов, представляющих символ,
равно 1, однако по-прежнему необходим метод выбора требуемого бита. Машина,
использующая лишь два символа, нуждается в однобитовом коде и малопригодна
для передачи данных.
А теперь представьте машину, которая может использовать 128 символов (на-
пример, стандартный набор ASCII-символов). Здесь число эквивалентных выбо-
ров равно 128, а количество битов для представления одного из 128 символов
равно семи (см. табл. 1.1). Понятно, что если передаваемые сведения могут быть
представлены набором эквивалентных символов, то количество информации, ис-
пользующейся для представления одного символа, обязательно зависит от обще-
го числа битов.
В частности, стандартный набор ASCII-символов является полезным для рас-
познавания передаваемой информации, поскольку он позволяет выбрать 1 из 128
ASCII-символов, используя только одну группу из 8 бит (байт) — общепринятый
способ формирования символов (в данном случае восьмой бит не используется).
Расширенный набор ASCII-символов, включающий все 8 бит, поддерживает
представление 256 символов, увеличивая таким образом в два раза количество
ASCII-символов.
Информационное содержимое символов
Во многих информационных системах частота употребления отдельных символов
очень различается. Хорошим примером этому служит английский язык — в сооб-
щениях, написанных на английском, вероятность встретить букву е в 12 раз боль-
ше, чем вероятность встретить букву .s. Такое неравномерное использование
свойственно и отдельным буквосочетаниям, а также словам. Это означает, что в
любой среде распространения информации каждый из 128 символов ASCII (или
256 символов расширенного ASCII) тоже не является равновозможным.
В 1949 году Клод Шеннон опубликовал книгу «Математическая теория свя-
зи», в которой рассказывается о неопределенности, или количестве нарушений
нормальной работы системы, называемом энтропией. Энтропия может рассмат-
риваться также как мера случайности. Она, как вы вскоре поймете, играет очень
важную роль в области связи как при проверке точности поступающих сообщений,
Информация как параметр
101
так и в механизме уменьшения физического размера сообщений при сохранении
их значений.
Энтропия набора равновозможных символов (например, цифр 0-9 в таблице
случайных чисел) — это логарифм по основанию 2 от общего числа символов
в наборе. Энтропия английского алфавита, содержащего 26 букв и знак пропуска,
log2(27) = 4,76 бита на символ. Из-за неравномерного использования букв анг-
лийского языка Шеннон оценил его энтропию как 1,3 бита на символ.
Поскольку вероятность употребления каждого символа английского алфавита
различна, его энтропия рассчитывается следующим образом:
П= -(Pilog2Pi + P21og2P2+ ... PJog2P,+... + P2Glog2P2G)
где — это вероятность употребления г-го символа английского алфавита. За-
метьте, что для представления энтропии математики используют символ Н.
Для любого кода или языка приведенную выше формулу можно представить
в таком виде:
1=1
где п — число возможных символов языка или кода.
При расчете энтропии Шеннон обнаружил, что избыточность английского
языка равна 70 %. Таким образом, если в английском тексте каждая вторая буква
потеряна или изменена в результате помех или искажения, существует возмож-
ность его полного восстановления. Очевидно, что потребность в избыточности
возникает при использовании среды передачи с помехами. (В данной книге под
шумом и помехами подразумевается электрический шум — посторонний элек-
трический сигнал.)
Применение избыточности в связи
Возникает вопрос, как энтропия реально используется в системах передачи дан-
ных. Почти все применяемые на сегодняшний день системы передачи для контро-
ля процесса приема информации используют избыточные коды. Избыточность
может заключаться просто в повторной передаче исходного сообщения, но по-
вторная передача является неэффективной, несмотря на простоту реализации.
Поэтому для создания избыточной информации применяются специальные тех-
нологии, которые преобразуют сообщение по алгоритму, известному как отпра-
вителю, так и получателю. Отправитель во время передачи формирует избыточ-
ную информацию и посылает ее вместе с сообщением, а на принимающей стороне
избыточная информация отделяется от сообщения и проверяется. Данная схема
изображена на рис. 3.2. Контроль, как правило, осуществляется в узле каждого
соединения, входящего в канал передачи. Данный процесс, а также его современ-
ные вариации подробно рассмотрены в главе 10.
102
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Рис. 3.2. Узлы контроля ошибок
Использование избыточности
для компрессии данных
Компрессия (сжатие) данных является еще одной сферой, в которой энтропия
играет важную роль. Поскольку она определяет среднее число битов, составляю-
щих один символ, то применяется производителями программного и аппаратного
обеспечения при разработке разнообразных алгоритмов компрессии данных.
Например, для передачи каждого символа английского языка нет необходимо-
сти использовать 8 бит, поскольку энтропия алфавита равна 1,3 бита на символ.
В таких случаях с целью увеличения объема передаваемой информации за едини-
цу времени перед началом передачи применяют один или несколько алгоритмов
компрессии, тем самым временно уменьшая избыточность. Почти все современ-
ные модемы имеют встроенные механизмы компрессии данных.
Закрытые среды передачи
Физические каналы (среды) передачи данных бывают двух видов: открытые и за-
крытые. В закрытом канале распространение сигналов ограничено данным кана-
лом, и, за исключением небольших утечек, сигнал не покидает среду передачи.
К числу закрытых сред передачи относятся пара проводов, коаксиальный кабель,
волновод, волоконно-оптический кабель.
Пара проводов
Самым простым примером закрытой среды передачи является пара проводов,
обеспечивающая двустороннее распространение электрических сигналов. В пер-
вых телеграфных системах обычно в качестве второго провода использовалась
земля (рис. 3.3, а). С целью уменьшения влияния шума и степени затухания (ос-
лабления мощности) сигнала вдоль линии связи размещались повторители (уси-
лители). Но эта схема была далекой от оптимальной, ведь земля не всегда являет-
ся хорошим проводником. Кроме того, такой канал связи чувствителен к элек-
тромагнитным полям, наводимым молниями. Поэтому для уменьшения потерь
стали использовать два провода (рис. 3.3, б). Но поскольку линия в этом случае
Закрытые среды передачи
103
не согласована с землей, почти все устройства, генерирующие шум, являются при-
чиной возникновения в ней помех (наводок). Вот почему для существенного
уменьшения уровня шума в канале связи стала применяться согласованная двух-
проводная линия (рис. 3.3, в).
в
Рис. 3.3. Виды проводных схем передачи: а — несогласованная однопроводная схема;
б — несогласованная двухпроводная схема; в — согласованная двухпроводная схема
Наиболее широко используются закрытые среды передачи, состоящие из скру-
ченных вместе пар проводов — в одном кабеле может быть от 4 до 3000 таких пар.
Поскольку провод функционирует как антенна, существуют технологии уменьше-
ния электромагнитных помех. Именно поэтому большая часть проводов экрани-
рована, а некоторые переплетаются друг с другом с определенным шагом. Такое
переплетение уменьшает влияние электромагнитных помех. Размеры провода
варьируют в пределах от 16 AWG (American Wire Gauge — американский калибр
проводов), когда его диаметр составляет 0,05082 дюйма, до 26 AWG, с диаметром
0,01594 дюйма. AWG обратно пропорционален диаметру провода, поэтому наи-
меньший AW G соответствует наибольшему диаметру и наоборот. В современных
кабелях каждый провод помещен в полиэтиленовую или поливинилхлоридную
(ПВХ) изоляцию, однако до сих пор используется и большое количество устарев-
ших кабелей, где изолятором служит бумага.
104
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
В табл. 3.1 приведены сравнительные характеристики кабелей, AWG которых
колеблются в диапазоне от 10 до 26. Заметьте, что по мере увеличения AWG
удельное сопротивление кабеля также возрастает, следовательно, с уменьшением
диаметра провода электронам становится «труднее» по нему перемещаться. Это
напоминает поток воды, движущийся по трубам разного диаметра.
Благодаря большому диаметру проводов и относительно большому расстоя-
нию между ними двухпроводная воздушная линия связи обладает низким коэф-
фициентом затухания в области речевого спектра частот. Воздушная линия с диа-
метром проводов 0,104 дюйма характеризуется коэффициентом затухания 0,07 дБ
на милю, в то время как в многожильном кабеле для витой пары с диаметром про-
водов 0,03589 дюйма в речевом спектре частот коэффициент затухания равен 1 дБ
на милю.
Таблица 3.1. Характеристики кабелей по системе AWG
Номер AWG Диаметр, дюймы Диаметр, мм Удельное сопротивление, Ом/км
10 0,101 2,588 3,3
12 0,080 2,053 5,2
14 0,064 1,628 8,3
16 0,050 1,291 13,2
18 0,040 1,024 20,9
20 0,031 0,811 33,3
22 0,025 0,643 53,0
24 0,022 0,573 84,2
26 0,016 0,404 133,9
При увеличении частоты резко возрастает затухание сигнала в витой паре,
а также увеличиваются перекрестные наводки в соседних парах кабеля. Макси-
мально возможная частота передававемого сигнала по симметричному кабелю
без применения специальных технологий равна примерно 1 МГц.
Влияние индуктивности
Хотя это не кажется очевидным, добавление в симметричный кабель катушек ин-
дуктивности позволяет уменьшить его затухание в спектре речевых частот. Полное
сопротивление линии (имеется в виду сопротивление переменному току) возрас-
тает, следовательно, сигнал данной мощности может быть передан при меньшей
силе тока, но большем уровне напряжения. В результате этого потери при после-
довательном подключении катушки уменьшаются, а при параллельном — увели-
чиваются.
Добавление катушек индуктивности в симметричную сеть называется пупи-
низацией’ или загрузкой, а такая цепь — пупинизированной или загруженной.
Пример эффекта пупинизации показан на рис. 3.4. Здесь приведены характери-
стики обычной непупинизированной пары проводов 19 AWG и такой же, но пу-
пинизированной (катушки с индуктивностью 88 мГн размещены по всей длине
кабеля с интервалом 6000 футов — такой кабель называется пупинизированной
* По имени американского физика и электротехника М. Пупина. — Примеч. ред.
Закрытые среды передачи
105
парой 19Н-88). Причем видно, что затухание пупинизированной линии меньше,
чем непупинизорванной, и с увеличением частоты до определенного предела ме-
няется очень медленно. Данный предел называется пороговой точкой или поро-
говой частотой.
Примерно с 1900 года пупинизация стала применяться для уменьшения зату-
хания сигналов в воздушных линиях связи большой протяженности, поскольку
усилителей сигналов тогда еще не существовало.
Электронные усилители
После того как в 1914 году в качестве усилителя был применен триод де Фореста,
необходимость в пупинизации линий большой протяженности отпала, поскольку
теперь потери можно было компенсировать при помощи электронного усиления.
На местных же линиях большой протяженности (телефонная станция — абонент)
пупинизация используется до сих пор, так как требует меньших затрат, чем при-
менение активных компонентов, используемых в качестве усилителя. Однако
применение пупинизации в местных сетях отрицательно сказывается на передаче
высокочастотных сигналов, что вызывает затруднения при предоставлении неко-
торых видов телефонных услуг.
В 1883 году Томас Эдисон открыл выпрямляющий эффект термоэлектронной
вакуумной трубки, в которой поток электронов излучается раскаленным вещест-
вом. Изобретенное Эдисоном устройство состоит из двух элементов: катода (из-
лучающее вещество) и анода. Однако до 1904 года принцип работы электроваку-
умного диода оставался невостребованным.
Затем английский инженер и физик Джон Амброз Флеминг по заказу компа-
нии Wireless Telegraph Со приспособил диод для работы в качестве демодулятора
106
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
(детектора) телеграфного сигнала. В 1906 году Ли де Форест разработал для диода
третий элемент, называемый управляющей сеткой, создав таким образом триод.
С 1912 года в качестве усилительных элементов стали использоваться электриче-
ские цепи на основе триодов.
Витая пара
Отдельного рассмотрения требует такой тип среды передачи, как витая пара. Он
используется и в местных телефонных сетях (соединяет аппарат абонента и теле-
фонную станцию), и в ЛВС. Существует два вида витой пары: экранированная
(Shielded Twisted Pair, STP) и неэкранированная (Unshielded Twisted Pair, UTP).
Поначалу в кабелях для уменьшения электромагнитных наводок каждая пара про-
водов обматывалась свинцовой фольгой. В первых ЛВС в основном использовал-
ся кабель STP, но поскольку UTP значительно дешевле, сейчас в большинстве
локальных сетей применяется неэкранированный кабель. Начало использования
витой пары в качестве среды передачи речи датируется XIX веком.
В любой включающей витую пару системе передачи частота появления оши-
бочных битов зависит от способности приемника отличать сигнал от шума. Отно-
шение амплитуды сигнала к уровню шума называется отношением сигнал/шум.
В витой паре это отношение зависит от величины переходного затухания на ближ-
нем конце (Near-End CrossTalk, NEXT), а также от величины линейного затуха-
ния кабеля.
Переходное затухание на ближнем конце
Переходное затухание на ближнем конце (NEXT) обусловлено электромагнитным
взаимодействием передающей и принимающей пар проводов. При передаче дан-
ных по одной паре некоторая часть энергии сигнала попадает на принимающую па-
ру, создавая таким образом помехи. Так как непосредственно у источника переда-
ваемый сигнал имеет наибольшую мощность, переходные помехи становятся
максимальными в месте соединения кабеля и адаптера локальной сети, а потом,
при дальнейшем продвижении сигнала по кабелю, резко уменьшаются. Этим и
объясняется применение термина «на ближнем конце». В речевом спектре частот
переходные помехи оказывают неблагоприятное влияние на качество сигнала.
Связано это с тем, что из-за изношенных проводов у основания телефонной труб-
ки часть разговора «перетекает» в провод, соединенный с приемником трубки.
Рисунок 3.5 иллюстрирует влияние переходных помех на ближнем конце. Ма-
тематически величина переходного затухания на ближнем конце (Agx) может быть
выражена следующим образом:
AgK= 201ogio(Lho/U2o)
где Ию ~ уровень напряжения сигнала на передающей стороне, a U20 — уровень
напряжения на принимающей паре во время передачи сигнала по передающей паре.
Передача
Место
соединения
Рис. 3.5. Переход сигнала с передающей пары на принимающую
Закрытые среды передачи
107
Линейное затухание
Линейное затухание характеризует уменьшение мощности сигнала при переме-
щении от передатчика к приемнику.
Линейное затухание витой пары (Лл) рассчитывается по формуле:
Ал = 20 Iog10(CWCAi)
где Ult — уровень напряжения сигнала на приемной стороне.
Коаксиальный кабель
Чтобы удешевить телефонные услуги, необходимо обеспечить возможность осу-
ществлять в одной линии не один, а несколько телефонных разговоров (разговор-
ных трактов). Для решения этой задачи был создан коаксиальный кабель. В свое
время телефон был изобретен благодаря проводимым над «тональным телегра-
фом» экспериментам Александра Белла, который пытался передавать по линии
одновременно несколько телеграфных сигналов. Для того чтобы увеличить коли-
чество данных, передаваемых по одной линии, требуется увеличить ее полосу
пропускания (то есть способность переносить большее количество частот). По-
скольку для витой пары граничная частота приблизительно равна 1 МГц, она не
подходит для этих целей, а значит, требуются иные технологии.
Во время протекания переменного тока по проводнику происходит несколько
интересных и важных явлений. Одно из них - одновременное возникновение во-
круг проводника электрического и магнитного полей. Магнитное поле наводит
сигналы в соседних проводниках (в теории связи подобные сигналы называются
перекрестными помехами). Но если один из пары проводников является «зем-
лей» и окружает другой проводник (рис. 3.6), то излучаемые при этом электриче-
ское и магнитное поля могут быть заключены внутри внешнего проводника — это
так называемый эффект самоэкранирования.
(жила)
Рис. 3.6. Коаксиальный кабель
Такая среда передачи называется коаксиальным кабелем, поскольку оба про-
водника имеют общую ось (axis). Эти кабели целесообразно применять на частотах
108
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
более 100 кГц. Однако на низких частотах толщина «скин-слоя» поля сравнима
с диаметром внешнего проводника, а следовательно, экранирование становится
неэффективным. В коаксиальном кабеле резистивные потери пропорциональны
квадратному корню из значения частоты. Таким образом, коаксиальный кабель
используется на частотах до 2 ГГц, а некоторые его марки работают на частотах
до 10 ГГц.
Волновод
Если частота передачи достаточно высока, то электрическая и магнитная состав-
ляющие сигнала могут распространяться в свободном пространстве (не требует-
ся сплошной проводник). Для того чтобы сигнал распространялся в нужном на-
правлении с наименьшими помехами и потерями, иногда используют волновод.
Обычно волноводы применяют на частотах от 2 до 110 ГГц для соединения
сверхвысокочастотных (СВЧ) передатчиков и приемников с антеннами. В волно-
воды под повышенным давлением закачивается сухой воздух или чистый азот.
Это делается с целью снижения влажности, поскольку в СВЧ-диапазоне она су-
щественно увеличивает затухания. Поперечное сечение первых волноводов было
прямоугольной формы, однако сегодня обычной практикой стало изготовление
волноводов круглой формы (рис. 3.7). Хотя волноводы и могут применяться для
передачи высокочастотных сигналов большой мощности, в новых системах пере-
дачи в основном используется волоконно-оптический кабель.
Рис. 3.7. Круглые волноводы
Волоконно-оптические системы
Современные коммуникационные системы предназначены для передачи высоко-
частотных сигналов, поэтому важным параметром среды является ее полоса про-
пускания. Применение для передачи бинарных сигналов стеклянных волокон по-
казало, что такие волокна могут быть использованы в широкополосных системах.
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) имеют ряд достоинств. Низ-
кие по сравнению с симметричным и коаксиальным кабелем потери мощности
при передаче позволяют значительно увеличить расстояние между повторителя-
ми. Опытным путем было выяснено, что ВОСП без использования повторителей
Закрытые среды передачи
109
при передаче данных на расстояние до 75 миль со скоростью 40 Гбит/с характе-
ризуются гораздо меньшей частотой возникновения ошибок, чем системы на ос-
нове высококачественного коаксиального кабеля. Основные преимущества ВОСП
перечислены ниже.
♦ Так как по оптическому кабелю распространяются световые лучи, передача
данных производится в спектре видимых частот. Длина волны одномодово-
го оптического волокна равна 1,2 мкм, что соответствует частоте 800 ТГц
(800 триллионов герц). Использование таких частот позволяет передавать
данные со скоростью 20 000 Мбит/с на расстояния до 100 км.
♦ Волоконно-оптические кабели не излучают энергию, не проводят электри-
чество и являются неиндуктивными. Они не подвержены влиянию пере-
ходных помех и электромагнитных полей, наводимых ударами молнии,
и вполне безопасны с точки зрения прослушивания устройствами индук-
тивного съема.
♦ Поскольку по волоконно-оптическому кабелю передается световая энер-
гия, он может быть проложен во взрыво- и пожароопасных местах, таких
как нефтехранилища, элеваторы, а также в местах, где прокладка электри-
ческого кабеля невозможна или представляет потенциальную опасность.
♦ Оптические кабели меньше, легче и дешевле, чем металлические кабели
с соответствующей полосой пропускания. Экономически выгодно проло-
жить несколько дополнительных кабелей в качестве резерва и для будуще-
го наращивания.
Поперечный срез волоконно-оптического кабеля показан на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Оптический пятиволоконный кабель, предназначенный для прокладки в грунте
110
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Одной из первых ВОСП, разработанных для коммерческого использования,
была система оптической связи AT&T FT3, которая могла одновременно обеспе-
чить до 80 000 двунаправленных разговорных трактов. Кабель, использовавшийся
в данной системе, имел диаметр 0,5 дюйма и содержал 144 волокна. Каждая пара
волокон обеспечивала скорость передачи 90 Мбит/с, а общая скорость составля-
ла примерно 6000 Мбит/с. В системе передачи для каждого действующего волок-
на имелось запасное волокно (стопроцентное резервирование), переключение на
которое автоматически происходило при уменьшении уровня сигнала. Волокон-
но-оптические системы более подробно описаны в главе 7.
Стандарты прокладки кабелей связи в зданиях
Наряду с параметром AW G, определяющим диаметр проводника, для витой пары
существуют стандартизованные параметры передачи информации. Принимая во
внимание необходимость стандартизации структуры кабелей для передачи речи
и данных внутри зданий, Организация электронной промышленности (Electronic
Industries Association, EIA) совместно с Ассоциацией предприятий средств связи
(Telecommunications Industry Association, TIA) разработали стандарт EIA/TIA-568,
определяющий различные параметры прокладки, начиная с прокладки магист-
рального кабеля, соединяющего распределительные шкафы с аппаратной, и за-
канчивая горизонтальной прокладкой, выполняемой с целью подсоединения ра-
бочих мест отдельных пользователей к распределительным щиткам. Данный
стандарт наравне с параметрами прокладки магистральных и горизонтальных ка-
белей описывает различные типы коннекторов, используемых совместно с раз-
ными видами кабелей связи.
Прокладка магистрального кабеля
Стандартом EIA/TIA-568 определены четыре типа магистральных кабелей. Срав-
нительные характеристики этих кабелей, в частности их максимально возможная
длина, приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Характеристики магистральных кабелей стандарта EIA/TIA-568
Тип кабеля Максимальная длина кабеля, м (футы)
Неэкранированная витая пара (UTP), 100 Ом 800 (2624)
Экранированная витая пара (STP), 150 Ом 700(2296)
Толстый коаксиальный, 50 Ом 500 (1640)
Многомодовое оптическое волокно, 62,5/125 мм 2000(6560)
Магистральный кабель является основой локальной сети и соединяет сетевые
устройства, называемые концентраторами. Причем концентраторы могут нахо-
диться как на одном, так и на разных этажах. Таким образом, магистраль включает
в себя и горизонтальную, и вертикальную прокладку. Горизонтальная прокладка
обеспечивает подключение отдельной рабочей станции к порту концентратора.
Закрытые среды передачи
111
Так как большинство концентраторов расположено в распределительных шка-
фах или щитах, стандартом EIA/TIA-568 регулируется и система прокладки ка-
беля от распределительного шкафа к рабочему месту пользователя. Схема про-
кладки кабелей внутри здания приведена на рис. 3.9.
Этаж п + 1
Этаж п
Рис. 3.9. Схема прокладки кабелей
Горизонтальная прокладка
Согласно стандарту EIA/TIA-568, горизонтальный кабель соединяет распредели-
тельные шкафы или щиты с рабочим местом пользователя. Горизонтальная про-
кладка производится в соответствии с теми же стандартами, что и магистральная
прокладка, правда, вместо толстого коаксиального кабеля используется тонкий.
Кроме того, длина кабеля (от распредилительного шкафа до устройства на рабо-
чем месте пользователя) ограничена 90 м, что позволяет использовать для под-
ключения рабочей станции к розетке соединительный шнур или ответвительный
кабель длиной до 10 м. Таким образом, общая максимальная длина горизонталь-
ного кабеля может достигать 100 м.
Последнее ограничение на длину кабеля характерно для многих технологий
локальных сетей, основанных на использовании неэкранированной витой пары
(UTP). Принимая во внимание, что ЛВС различных типов поддерживают разные
скорости передачи, стандарт EIA/TIA-568 классифицировал UTP по пяти кате-
гориям. Перечень этих категорий приведен в табл. 3.3.
Анализируя содержимое таблицы, можно заметить, что UTP категорий 3, 4 и 5
обеспечивают скорость передачи, приемлемую для различных сетевых технологий.
UTP категории 3 обычно применяется в сетях Ethernet и Token Ring 4 Мбит/с, ка-
тегории 4 используется, как правило, в сетях Token Ring 16 Мбит/с, категории 5
112
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
поддерживает Ethernet 10 и 100 Мбит/с, а также сети ATM 155 Мбит/с. (Более
подробно технологии ЛВС рассмотрены в главе 11.)
Таблица 3.3. Категории UTP стандарта EIA/TIA-568
Категория Описание
1 Низкоскоростная (до 65 кбит/с) передача речи и данных; в ЛВС не применяется
2 3 4 5 Передача данных со скоростью до 1 Мбит/с Передача сигналов в диапазоне до 16 МГц Передача сигналов в диапазоне до 20 МГц Передача сигналов в диапазоне до 100 МГц
Частота или скорость передачи сигналов, поддерживаемая каждой из категорий,
обусловливает предельные значения параметра NEXT и линейного затухания.
Их предельные значения для UTP категорий 3, 4 и 5 приведены в табл. 3.4. Как
следует из таблицы, UTP категории 3 поддерживает частоту передачи сигналов не
выше 16 МГц, a UTP категории 4 — частоту не выше 20 МГц.
Таблица 3.4. Предельные значения параметра NEXT и линейного затухания
для UTP категорий 3, 4 и 5
Частота, МГц Категория 3 Категория 4 Категория 5
NEXT, дБ Линейное затухание, дБ NEXT, дБ Линейное затухание, дБ NEXT, дБ Линейное затухание, дБ
1,0 4,2 39,1 2,6 53,3 2,5 60,3
4,0 7,3 29,3 4,8 43,3 4,5 50,6
8,0 10,2 24,3 6,7 38,2 6,3 45,6
10,0 11,5 22,7 7,5 36,6 7,0 44,0
16,0 14,9 19,3 9,9 33,1 9,2 40,6
20,0 — — 11,0 31,4 10,3 39,0
25,0 — — — — 11,4 37,4
31,2 — — — — 12,8 35,7
62,5 — — — — 18,5 30,6
100,0 — — — — 24,0 27,1
Необходимость в увеличении скорости передачи, возникшая после внедрения
технологии Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с), привела к разработке нескольких но-
вых категорий кабелей. В мае 2000 года TIA опубликовала новый стандарт «Спе-
цификация характеристик передачи для четырехпарного кабеля — приложение 5».
Данный стандарт является дополнением к стандарту UTP категории 5, а определяе-
мый им кабель относится к категории 5е (Enhanced Category 5).
Кабель категории 5е имеет отличные от категории 5 предельные значения NEXT
и линейного затухания. Например, UTP категории 5е на частоте 10 МГц имеет
предельное значение NEXT 6,3 дБ, а на частоте 100 МГц — 21,60 дБ. UTP катего-
рии 5 (см. табл. 3.4) на частотах 10 и 100 МГц характеризуется параметрами
NEXT, равными 7,0 и 24,0 дБ соответственно. Кроме того, кабель категории 5е
Закрытые среды передачи
113
обеспечивает нормальную работу при более высоком линейном затухании. На
частоте 10 МГц допускается затухание не более 47,30 дБ, а на частоте 100 МГц -
до 30,0 дБ. В то время как кабель категории 5 может поддерживать передачу речи
и данных на скоростях до 155 Мбит/с, категория 5е обеспечивает скорости до
250 Мбит/с. В технологии Gigabit Ethernet для обеспечения скорости передачи
1 Гбит/с используются четыре пары UTP категории 5е.
Требуют рассмотрения еще два разрабатываемых стандарта кабеля категории 6
и категории 7. Первый из них, как и его предшественники, представляет стандарт
для неэкранированной витой пары, а второй — для экранированной.
Для кабеля категории 6 уровни переходных помех и затухания определены
вплоть до частоты 200 МГц. Для категории 7 в проекте стандарта определена час-
тота 600 МГц; один из производителей, используя специальный коннектор, обес-
печивает частоту передачи по STP порядка 1 ГГц, хотя для решения большинства
современных задач достаточно возможностей, предоставляемых кабелем катего-
рии 6.
Наиболее важные характеристики кабелей категорий 5е, 6 и 7 приведены
в табл. 3.5. Отметим, что аббревиатура PS в выражении PS NEXT означает сум-
марную мощность (power sura) уровней шума, генерирующегося множеством ис-
точников помех. NEXT представляет собой сумму всех значений NEXT, возни-
кающих между каждой парой кабеля и тремя остальными парами, и является ос-
новным параметром для полнодуплексной Gigabit Ethernet. Хотя параметры для
кабеля категории 7 до конца не определены, можно предположить, что ко време-
ни окончательного формирования спецификации они будут заданы и для часто-
ты 600 МГц.
Таблица 3.5, Сравнительные характеристики разрабатываемых кабельных стандартов
Характеристика Категория 5е Категория 6 Категория 7
Количество пар 4 4 4
Экран Нет Нет Есть
Коннектор RJ-45 RJ-45 Новый
Линейное затухание, дБ, при частоте:
10 МГц 47,30 56,60 Не определено
100 МГц 30,00 39,90 Не определено
200 МГц — 34,80 Не определено
600 МГц — — Не определено
NEXT, дБ, при частоте:
10 МГц 6,30 6,40 Не определено
100 МГц 21,60 21,60 Не определено
200 МГц — 31,80 Не определено
600 МГц — — Не определено
продолжение#
114
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Таблица 3.5. (продолжение)
Характеристика Категория 5е Категория 6 Категория 7
PS NEXT, дБ, при частоте: 10 МГц 44,00 54,00 Не определено
100 МГц 27,00 37,10 Не определено
200 МГц — 31,90 Не определено
600 МГц — — Не определено
Открытые среды передачи
Атмосфера, океан, комическое пространство - все это примеры открытых сред
передачи. Здесь электромагнитные сигналы, излучаемые источником, свободно
распространяются в разные стороны. Открытые среды используются во многих
радиочастотных системах передачи. Главной особенностью таких сред является
то, что сигнал передатчика распространяется во всех направлениях, если только
не существует ограничений. Чем дальше сигнал удалаяется от источника (чем
большую площадь покрывает), тем больше он теряет энергии. Таким образом,
с расстоянием уровень сигнала непрерывно уменьшается. Кроме того, сигнал
подвергается воздействию естественных помех, которые накладываются на него.
Радиоволны высокочастотного диапазона
Диапазон радиочастот, который составляет примерно 3-30 МГц, называется вы-
сокочастотным (ВЧ) или коротковолновым (КВ). Согласно международным со-
глашениям, KB-диапазон отводится для использования специальными службами,
такими как мобильная (воздушная, морская и наземная) связь, радиовещание,
радионавигация, любительское радио, космические средства связи и радиоастро-
номия. Волны KB-диапазона в большей мере подвержены влиянию помех, чем
волны в других диапазонах частот, однако они могут распространяться на боль-
шие расстояния при меньшей мощности излучения.
Излучаемые антенной волны KB-диапазона распространяются двумя путями:
одни — по поверхности Земли, другие — отражаясь поочередно от ее поверхности
и различных слоев ионосферы. Волны первого типа применяются для связи на
расстояния до 400 миль (хорошо распространяются по поверхности воды), а волны
второго типа используются для передачи на расстояния до 4000 миль.
В KB-диапазоне данные передаются следующими методами: в виде незатухаю-
щих колебаний (Continues Wave, CW) со скоростью около 15 бит/с и с использо-
ванием однополосной модуляции (Single SideBand, SSB) со скоростью 75 бит/с.
Более высокочастотные сигналы (до 19 200 бит/с) преобразуются модемами
в стандартные аналоговые сигналы речевой частоты (Voice Frequency, VF) с ши-
риной полосы 3 кГц, а затем передаются при помощи систем ВЧ-связи в КВ-диа-
пазоне.
Открытые среды передачи
115
Радиоволны ультракоротковолнового диапазона
Вышки с большими параболическими антеннами, которые часто можно видеть
в сельской местности, являются усилительными пунктами ультракоротковолно-
вых (УКВ) систем передачи, иначе называемых радиорелейными системами пе-
редачи. Данные системы обладают следующими достоинствами:
4 избавляют от необходимости обеспечивать прямую видимость между от-
дельными вышками;
4- благодаря высоким рабочим частотам становится возможной высокоскоро-
стная передача информации;
4 для установки такой вышки необходим лишь небольшой участок земли;
4 поскольку длина волны мала, антенна подходящего размера способна фо-
кусировать сигнал в луч, благодаря чему уровень сигнала на приемной сто-
роне остается высоким (сигнал не требует промежуточного усиления).
Использование радиорелейных систем ухудшает качество передачи, поэтому
приходится уменьшать расстояние между усилительными пунктами. УКВ-сигна-
лы обладают и рядом отрицательных свойств:
4 плохо проникают через твердые тела и гасятся дождем, снегом, туманом;
4 отражаются от плоских проводящих поверхностей, скажем, от воды и строе-
ний из металла;
4 преломляются в атмосфере (поэтому не исключено, что луч, переместив-
шийся на расстояние, превышающее расстояние прямой видимости, будет
принят «чужой» антенной).
Несмотря на перечисленные недостатки, в США радиорелейные системы пе-
редачи до конца 80-х годов обеспечивали пересылку значительной части теле-
фонного и телевизионного трафика; они успешно применяются и сейчас. С нача-
ла 80-х годов большинство компаний, предоставляющих услуги дальней связи,
проложили десятки тысяч миль волоконно-оптического кабеля. Для осуществле-
ния дальней связи в основном стали использоваться не УКВ-системы, а волокон-
но-оптические системы передачи.
Согласно международным соглашениям частоты УКВ-диапазона используют-
ся для разных целей. В табл. 3.6 показано распределение частот, используемых
в США.
Большинство радиорелейных систем для передачи сигналов используют час-
тотную модуляцию (ЧМ), но некоторые системы способны передавать цифровые
сигналы. В США существуют две такие системы: AT&T 3A-RDS, работающая на
частоте 11 ГГц, и AT&T DR-18, работающая на частоте 18 ГГц. Система AT&T
3A-RDS осуществляет передачу сигналов DS3 со скоростью 44,736 Мбит/с, а сис-
тема AT&T DR-18 передает сигналы DS4 со скоростью 274,176 Мбит/с. Далее
в этой главе сигналы DS3 и DS4, состоящие из нескольких низкоскоростных сиг-
налов, будут рассмотрены более детально.
116
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Таблица 3.6. Распределение частот, используемых в радиорелейных системах
передачи
Сфера применения Частота, ГГц
Военный сектор 1,710-1,850
Зарезервированный диапазон 1,850-1,990
Студийная передача 1,990-2,110
Коммерческие организации 2,110-2,130
Зарезервированный диапазон 2,130-2,150
Коммерческие организации 2,160-2,180
Зарезервированный диапазон 2,180-2,200
Зарезервированный диапазон 2,500-2,690
Коммерческие организации и спутниковая связь (передача данных со спутников на наземные станции) 3,700-4,200
Военный сектор 4,400-4,990
Военный сектор 5,250-5,350
Частные компании и спутниковая связь (передача данных с наземных станций на спутники) 5,925-6,425
Зарезервированный диапазон 6,575-6,875
Студийная передача 6,875-7,125
Частные компании и спутниковая связь (передача данных спутников на наземные станции) 7,250-7,750
Частные компании и спутниковая связь (передача данных с наземных станций на спутники) 7,900-8,400
Коммерческие организации 10,7-11,7
Зарезервированный диапазон 12,2-12,7
Абонентское телевидение 12,7-12,95
Студийная передача 12,95-13,2
Военный сектор 14,4-15,25
Коммерческие организации 17,7-19,3
Наземные радиорелейные системы работают по схеме «точка-точка». Это озна-
чает, что информационный сигнал целенаправленно передается параллельно зем-
ной поверхности от одной УКВ-антенны к другой. Угол излучения УКВ-антенны
не превышает 5° и является функцией от частоты передачи и размера антенны.
Таким образом, в радиорелейных системах осуществляется узконаправленная
передача, что особенно удобно в том случае, если информация предназначается
для одного получателя (например, при телефонном разговоре). Когда же инфор-
мация должна передаваться ко многим получателям одновременно (например,
при телевещании), применяются спутниковые системы передачи.
Открытые среды передачи
117
Спутниковые системы передачи
Упрощенная модель спутниковой системы передачи показана на рис. 3.10. Спут-
ник включает секции усиления, приема и передачи, называющиеся транспонде-
рами и обрабатывающие конкретные частоты. Каждый из 12 транспондеров (на
спутниках, запущенных до 1980 года, их двенадцать, на тех спутниках, которые
выведены на орбиту позже, — больше) имеет полосу пропускания 36 МГц. Узел
связи, называемый наземной станцией, посылает на спутник узконаправленный
пучок УКВ-лучей. Спутник выполняет функции ретранслятора. Транспондер при-
нимает сигнал от конкретного передатчика, усиливает его и повторно передает на
Землю, но на другой частоте. Нужно отметить, что каждая наземная станция пе-
редает сигнал только на один транспондер какого-то определенного спутника,
в то время как спутник может отсылать сигнал всем наземным станциями, нахо-
дящимся в его зоне обслуживания.
Юг х—
—► Север
Рис. 3.10. Спутниковая система передачи
Спутниковые системы осуществляют передачу сигналов нескольких типов.
Так, одновременно могут передаваться телевизионные программы со стандарт-
ной полосой частот 6 МГц, а также данные по мультиплексированным 64-кило-
битовым телефонным каналам и высокоскоростным каналам передачи. Цифро-
вая частная спутниковая система Satellite Business System (интегрированная
в систему Hughes Network Systems) основана на спутниках, каждый из которых
оснащен 10 транспондерами, способными передавать цифровые данные со скоро-
стью 43 Мбит/с.
118
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Коммерческие спутники
Коммерческие спутники располагаются на высоте 35 900 км (22 300 миль) над
экватором на геостационарной орбите. Это означает, что они вращаются вокруг
земной оси с постоянной скоростью в направлении, совпадающем с направлени-
ем вращения Земли, что позволяет им постоянно находиться над одной и той же
точкой. Следовательно, отпадает необходимость в изменении направлений на-
земных антенн. Угол обзора геостационарного спутника равен почти 120°. Теоре-
тически три равномерно размещенных над экватором спутника могут покрыть
земную поверхность от 60° северной широты до 60° южной широты. На практике
угол покрытия достигает лишь 110°, поскольку наземные антенны должны иметь
наклон относительно горизонтальной поверхности не менее 5°.
Низкоорбитальные спутники
Низкоорбитальные спутники, введенные в эксплуатацию в середине 90-х годов,
являются относительно новым видом систем спутниковой связи. Ожидается, что
в течение ближайших нескольких лет данные системы приобретут большую попу-
лярность. Размещение спутника на низкой орбите позволяет существенно умень-
шить мощность передаваемого с наземной станции сигнала. В свою очередь, сиг-
нал, регенерируемый низкоорбитальным спутником, чтобы дойти до приемника,
вовсе не должен обладать такой мощностью, как сигнал геостационарного спут-
ника. Поэтому для приема сигнала низкоорбитального спутника с таким же уров-
нем мощности, как у геостационарного спутника, можно использовать приемное
устройство намного меньших размеров. Обычно низкоорбитальные спутники
применяются для двунаправленной пейджинговой связи, международной сото-
вой связи и т. д.
Низкоорбитальный спутник облетает Землю за несколько часов, поэтому для
обеспечения непрерывного обслуживания определенной зоны требуется большое
количество таких спутников.
Одним из примеров низкоорбитальных спутниковых систем является спутни-
ковая система глобальной сотовой связи Iridium. Она включает 66 спутников,
поддерживающих международную сотовую связь, обеспечивая ретрансляцию вы-
зова с одного спутника на другой до тех пор, пока вызов не будет принят тем
спутником, который обслуживает наземную станцию, покрывающую зону пункта
назначения. Подобная технология довольно сложна в реализации, что является
причиной высокой стоимости разговоров. Кроме того, телефоны Iridium несколь-
ко громоздки и для поддержания связи должны находиться в пределах прямой
видимости спутника. Хотя намерения разработчиков данной системы и достойны
похвалы, она смогла заполучить лишь очень небольшое число абонентов, и толь-
ко контракт с Министерством обороны США спас ее в свое время от полного бан-
кротства.
Системы сотовой радиосвязи
Американцы демонстрируют неугасимое желание общаться друг с другом в любом
месте и в любое время. Создается впечатление, что не существует такого места, где
не был бы установлен телефон либо терминал. Так как американцы много времени
Открытые среды передачи
119
проводят за рулем автомобиля, очень широкое применение нашли мобильные те-
лефоны и терминалы. Каждый телефонный разговор занимает отдельный радиока-
нал, а поскольку раньше число каналов было ограничено, потребность в телефон-
ных каналах намного превысила количество имеющихся для этого радиочастот.
В 1982 году была создана технология, позволяющая повторно использовать кана-
лы, что особенно важно для крупных городов, где проживает огромнейшее коли-
чество пользователей. Первые испытания новой технологии, которая получила
название сотовой системы связи, были проведены в Чикаго. Данная система пре-
доставила большое число каналов мобильной связи. К концу 80-х годов в США
сотовая связь стала использоваться повсеместно.
На рис. 3.11 представлена упрощенная схема организации сотовой связи. Пло-
щадь крупного города и его пригородов разбивается на несколько ячеек, называемых
сотами, каждая из которых обслуживается базовой станцией (БС) с маломощ-
ным передатчиком и соответствующим ему приемником. Радиоканалы поддер-
живают передачу речи и данных со скоростью до 14,4 кбит/с. Количества каналов
в каждой соте вполне достаточно для обслуживания прогнозированного числа
абонентов, находящихся в зоне работы данной соты в любой момент времени. Ко-
гда абонент делает звонок, его мобильное устройство автоматически занимает
свободный канал в данной соте, а после того как он покидает соту, базовая стан-
ция соты автоматически переключает его на канал той соты, в которую он пере-
местился, причем для абонента переключение с одного канала на другой остается
совершенно незаметным. Соединение происходит через базовую станцию и центр
коммутации. Центр коммутации соединяет вызывающего абонента через радио-
канал с другим мобильным абонентом или через телефонную сеть общего пользо-
вания (ТФоП) с абонентом, имеющим стационарный телефонный аппарат.
В главе 15 подробно рассмотрены такие технологии сотовой связи, как анало-
говая мобильная связь (Analog Mobile Phone Service, AMPS), множественный
доступ с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA)
и множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Mul-
tiple Access, CDMA).
Рис. 3.11. Каждая сота содержит базовую станцию
120
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Влияние полосы пропускания
на характеристики канала передачи
Все существующие каналы передачи имеют ограниченную полосу пропускания.
Причинами такого ограничения являются как физические свойства канала, так
и необходимость в предотвращении воздействия других источников, создающих
помехи (в таком случае полоса пропускания уменьшается преднамеренно). Что-
бы добиться максимального экономического эффекта, следует обеспечить макси-
мально высокую пропускную способность канала системы передачи.
Вычисление пропускной способности канала
Клод Шеннон сформулировал теорему и вывел формулу для расчета максималь-
ной пропускной способности идеального канала, недостатками которого являют-
ся конечная полоса пропускания и случайным образом распределенный по этой
полосе шум. Формула выглядит следующим образом:
С = W х log2[l + (P/N)] (бит/с)
Здесь Р — мощность сигнала в канале (Вт), А — мощность шума за пределами
канала (Вт), W - полоса пропускания канала (Гц).
Пренебрегая остальными ограничениями, приведем несколько типовых харак-
теристик аналогового канала речевой частоты (КРЧ): W = 3000 Гц, Р = 0,0001 Вт
(-10 дБм), У= 0,0000004 Вт (-34 дБм). Согласно формуле Шеннона, значение С
можно рассчитать следующим образом:
3000 х 1о§г(1 + 250) > 24000 (бит/с)
Из-за множества неучтенных теоремой Шеннона ограничений реальный ка-
нал всегда имеет меньшую полосу пропускания. К тому же, идеальных модулято-
ров и демодуляторов не существует. Тем не менее, используя теорему Шеннона,
можно рассчитать верхний теоретический предел пропускной способности кана-
ла. Важно отметить, что из-за функции log2 с увеличением W полоса пропускания
канала С возрастает быстрее, чем с увеличением отношения P/N.
Читатели, знакомые с последним поколением модемов, зададутся вопросом,
каким образом обеспечивается скорость исходящего потока 33,6 кбит/с, когда,
согласно теореме Шеннона, максимальная скорость должна быть равна 24 000 бит/с.
Ответить на данный вопрос можно, проанализировав полосу пропускания таких
модемов. График амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала речевой
частоты представлен на рис. 3.12.
На уровне 0 дБ ширина полосы пропускания близка к 3000 Гц, однако с пони-
жением уровня амплитуды полоса пропускания постепенно повышается, что дает
возможность применять более высокие скорости передачи.
Влияние полосы пропускания на характеристики канала передачи
121
Рис. 3.12. Амплитудно-частотная характеристика канала речевой частоты
Межсимвольная интерференция
Одной из причин того, что пропускная способность канала меньше рассчитанной
согласно теореме Шеннона, является межсимвольная интерференция. Когда в ка-
нал с ограниченной полосой пропускания поступает прямоугольный импульс
(рис. 3.13), из-за ограниченной ширины спектра «углы» импульса сглаживаются,
вследствие чего появляются посторонние сигналы (выбросы на фронтах импуль-
са). Данные сигналы накладываются на предыдущие и последующие импульсы,
а это приводит к неверной интерпретации сигнала на приемной стороне.
Выбросы на фронтах
накладываются
на передаваемые сигналы
Рис. 3.13. Импульсная характеристика канала с ограниченной полосой пропускания
Американский физик-электрик и изобретатель Гарри Найквист (1889-1976),
проанализировав проблему межсимвольной интерференции, определил импульс
идеальной колоколообразной формы, обеспечивающий наименьшие потери. Кро-
ме того, Найквист провел теоретические исследования в области дискретизации
аналоговых сигналов для представления их в бинарной форме. Согласно теореме
Найквиста, аналоговый сигнал, дискретизированный с частотой, в два раза боль-
шей максимальной частоты его спектра, может быть полностью восстановлен на
приемной стороне. Так, сигнал со спектром частот 0-4 кГц может быть полностью
восстановлен на приемной стороне, если частота его дискретизации равна 8 кГц.
122
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Требования к полосе пропускания
Скорость и качество передаваемой информации зависят от полосы пропускания
среды передачи.
Аналоговые сигналы
Телекоммуникационная система функционирует в соответствии с законом Пар-
кинсона: скорость передачи данных возрастает до тех пор, пока не будут исчерпа-
ны все возможности. В связи с этим можно вспомнить, что первые компьютерные
модемы работали со скоростью 300 бит/с, а современные — 56 кбит/с, но мало
кто из пользователей скажет, что этого достаточно.
Полнодуплексные 300-битовые (работающие со скоростью 300 бит/с) модемы
используют две полосы частот, каждая из которых занимает 300 Гц. Таким обра-
зом, из доступной полосы частот в 3000 Гц используется только 600 Гц. 1200-би-
товые модемы также функционируют в полнодуплексном режиме и задействуют
большую часть полосы КРЧ. Следовательно, за один и тот же период времени они
способны передать в четыре раза больший объем информации, чем 300-битовые
модемы. В современных модемах, работающих со скоростью более 9600 бит/с, при-
меняется сложная аппаратура эхокомпенсации, позволяющая осуществлять пе-
редачу и прием по одной паре проводов. Благодаря сложной аппаратуре обработ-
ки сигнала современные модемы, используя КРЧ, осуществляют передачу дан-
ных со скоростью до 33 600 бит/с. Относительно новый тип модемов, в котором
выполняется только одно аналого-цифровое преобразование, поддерживает ско-
рость передачи до 56 000 бит/с, но требует прямого подключения к высокоскоро-
стной сети. Кроме того, применение скорости 56 кбит/с возможно только в одном
направлении — максимальная скорость передачи в обратном направлении равна
33 600 бит/с. Эта версия модема получила название V.90. Модемы версии V.92 по-
зволяют осуществлять передачу данных в линию со скоростью 44 000 бит/с. О мо-
демах версий V.90 и V.92 подробно рассказано в главе 5.
Цифровые сигналы
Передача сигналов в бинарной форме требует гораздо большей полосы пропуска-
ния, чем передача эквивалентных аналоговых сигналов. Например, для передачи
24 аналоговых каналов РЧ требуется полоса пропускания 96 кГц (24 х 4). На пе-
редачу этих же 24 каналов в цифровой форме при использовании стандарта Т1
отводится полоса 776 кГц, которая более чем в 8 раз превышает полосу, требую-
щуюся для передачи аналоговых сигналов. Однако преимущества, получаемые
при передаче сигналов в цифровой форме, с лихвой компенсируют потребность
в большей полосе пропускания. Главным достоинством цифровой передачи явля-
ется возможность регенерации импульсов, то есть замена искаженных импульсов
новыми, что приводит к меньшему по сравнению с аналоговой передачей количе-
ству ошибок, поскольку при передаче аналогового сигнала используются усили-
тели, которые увеличивают как амплитуду сигнала, так и уровень шумов.
Многоканальные системы передачи
123
Многоканальные системы передачи
В общем случае многоканальная система передачи — это механизм передачи сиг-
налов от нескольких источников по одному физическому каналу связи. При этом
полоса пропускания канала между источниками сигнала может распределяться
двумя способами: по частоте или по времени.
Частотное разделение каналов
Полоса пропускания канала может быть разбита на части, в каждой из которых
будут передаваться сигналы от нескольких источников. Это принцип частотного
разделения каналов (ЧРК). ЧРК, ранее являвшееся основной технологией маги-
стральных сетей ТФоП, до сих пор используется в некоторых простых системах
передачи. Начиная с 1980 года операторы телекоммуникационных услуг вложи-
ли десятки миллиардов долларов, переводя свою инфраструктуру на цифровые
технологии; в результате почти все системы передачи с ЧРК были заменены сис-
темами с временным разделением каналов (ВРК). Более подробно принципы ЧРК
и ВРК будут рассмотрены в главе 6. Самым простым примером системы переда-
чи с ЧРК является стандартный низкоскоростной (300 бит/с) модем, который
разбивает спектр канала РЧ на две части — одну для приема и одну для передачи.
(Данный подход подробнее описан в главе 6.)
Электронные механизмы, реализующие ЧРК, называются системами переда-
чи с ЧРК. Данные системы осуществляют передачу так называемых несущих час-
тот, которые модулируются информационным сигналом. В табл. 3.7 дан перечень
стандартных систем с ЧРК, применяемых в ТФоП.
Таблица 3.7. Системы передачи с ЧРК
Название группы Количество каналов РЧ Диапазон частот, кГц
Канал РЧ 1 0-4
Первичная (Group) 12 60-108
Вторичная (Supergroup) 60 312-552
Третичная (Mastergroup) 600 564-3084
Супергруппа (Jumbogroup) 3 600 564-17 548
Временное разделение каналов
Другим методом разделения полосы пропускания канала передачи является пе-
редача сигнала каждого источника в периодически повторяющиеся короткие ин-
тервалы времени. Данная технология носит название временного разделения кана-
лов (ВРК). Она применяется для передачи двоичных сигналов, представляющих
собой импульсные последовательности нулей и единиц. Длительность импуль-
сов, переносящих полезную информацию, может быть очень непродолжитель-
ной, поэтому через цифровой канал можно передать очень большое количество
таких импульсов.
124
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
Исходный сигнал из аналогового может быть преобразован в цифровую форму
(телефонный разговор) или сразу представлен в цифровой форме. Электронные
системы, реализующие ВРК, называются системами передачи с ВРК. Параметры
цифровых систем передачи приведены в табл. 3.8. Технология ВРК, а также прин-
ципы работы мультиплексора Т1, применяемого в цифровых системах передачи
стандарта DS1, подробно рассмотрены в главе 6.
Стандарты цифровых систем передачи описывают типы сигналов и соответст-
вующие им цифровые линии. Например, по линии Т1 передаются цифровые сиг-
налы DS1. Заметьте, что самый низкоскоростной стандарт DS1 включает в себя
24 канала РЧ и поддерживает скорость передачи 1,544 Мбит/с. Хотя DS1 являет-
ся самым низкоскоростным стандартом в иерархии цифровых скоростей, в систе-
мах передачи применяются и еще более низкие скорости передачи. Чтобы по-
нять, чем это объясняется, следует ознакомиться со специальной литературой.
Таблица 3.8. Стандарты цифровых систем передачи
Стандарт Количество каналов Скорость передачи данных, Мбит/с
DS1 24 1,544
DS2 96 6,312
DS3 672 44,736
DS4 4 032 274,176
Импульсно-кодовая модуляция
В Северной Америке линии связи Т1 обычно описываются стандартом DS1. Стан-
дарт разработан для уменьшения количества кабелей связи в больших городах
и представляет собой механизм одновременной передачи данных 24 цифровых
телефонных каналов по одному кабелю. Данные каждого телефонного канала
преобразуются в цифровую форму с помощью технологии, называемой импульс-
но-кодовой модуляцией (ИКМ). Аналоговый речевой сигнал оцифровывается со
скоростью 64 кбит/с. Для того чтобы отличать один телефонный разговор от дру-
гого, в поток Т1 помещаются специальные биты цикловой синхронизации. Эти
биты передаются со скоростью 8000 бит/с и содержат управляющую информа-
цию, информацию об обнаружении ошибок, а также сведения о возможностях ка-
нала. Суммарная скорость 24 каналов, каждый из которых передается со скоро-
стью 64 кбит/с, составляет 1,536 Мбит/с. Но поскольку в поток Т1 добавляется
служебная информация, его суммарная скорость равна 1,544 Мбит/с.
Каждый речевой канал стандарта DS1 называется цифровым каналом нулево-
го уровня или DS0. Это самый низкоскоростной канал, используемый телеком-
муникационными компаниями для прямого подключения к линиям Т1. Кроме
того, телекоммуникационные компании, применяя технологию ВРК, могут пере-
давать информацию со скоростью 2,4 или 56 кбит/с. При этом низкоскоростные
сигналы объединяются в стандартный 64-килобитовый цифровой канал, кото-
рый добавляется в поток линий Т1. Именно по этому принципу в Северной Аме-
рике строится магистральная инфраструктура передачи речи, данных и видео.
Многоканальные системы передачи
125
Четыре потока DS1 с помощью специального устройства — мультиплексора
М12 — объединяются в поток DS2, скорость которого составляет 6,312 Мбит/с.
Поток DS2 осуществляет передачу 96 каналов DS0. В свою очередь, 28 потоков
DS1 с помощью мультиплексора М13 или 7 потоков DS2 с помощью мультип-
лексора М23 могут быть объединены в поток DS3, скорость передачи в котором
равна 274,176 Мбит/с. Транспортировка потока DS3 осуществляется через
сеть ТЗ. Кроме того, 6 потоков DS3 с помощью мультиплексора М34 могут быть
объединены в поток DS4. В то время как сети стандарта Т1 и ТЗ используются
в коммерческих целях, потоки DS2 и DS4 предназначены только для внутреннего
применения телекоммуникационными компаниями.
Передача данных по речевым каналам
Изначально каналы Т1 использовались с целью уменьшения количества кабелей
и кабельных сооружений при прокладке линий в больших городах. Поскольку
применение подобных средств передачи дало весьма ощутимый эффект, AT&T и
другие телекоммуникационные компании в течение 80-х годов провели тарифи-
кацию этой технологии для коммерческих организаций и правительственных уч-
реждений. Службы низкоскоростной передачи данных, в том числе использовав-
шаяся в 70-х годах Dataphone Digital Service (DDS), стали предшественниками
общедоступных служб Т1.
DDS — это служба, предоставляющая арендуемые линии связи для передачи
данных со скоростями 2,4; 4,8; 9,6; 19,2 и 56 Кбит/с. Кроме того, в некоторых го-
родах ею предоставляются коммутируемые 56-килобитовые линии.
Аренда одного канала Т1 в 4-8 раз дороже, чем аренда одного канала DDS со
скоростью 56 кбит/с. Но поскольку пропускная способность первого канала бо-
лее чем в 24 раза превышает пропускную способность 56-килобитового канала
DDS, многие компании, использующие для соединения своих офисов и филиалов
большое количество линий последнего, вскоре полностью перешли на стандарт Т1.
Кроме того, стандарт Т1 позволяет задействовать общий канал для передачи ре-
чи, данных и видео. Уже к началу 90-х годов каналы стандарта Т1 образовывали
основу почти всех корпоративных и правительственных сетей. А к концу 90-х го-
дов для десятков тысяч локальных сетей коммерческих организаций, учебных за-
ведений и правительственных агентств линии Т1 стали основным механизмом
доступа в Интернет.
Усеченный стандарт Т1
Если говорить о трафике, предоставляемом телекоммуникационными компания-
ми, то многие организации были недовольны разницей между максимальной ско-
ростью, поддерживаемой DDS, и скоростью потока Т1. Учитывая то, что органи-
зации используют только часть полосы пропускания Т1, телекоммуникационные
компании в начале 90-х годов выпустили стандарт FT1 (Fractional Т1 — дроб-
ный Т1). На сегодняшний день большинство таких компаний предоставляют
службу FT1, которая обеспечивает скорость передачи данных от 64 кбит/с до
768 кбит/с, с шагом приращения 64 кбит/с. Хотя организации и подписывают кон-
тракт на услугу, соответствующую спецификации FT1, телекоммуникационные
компании, как правило, от АТС до здания заказчика прокладывают линию Т1.
Данные заказчика размещаются в потоке DS0, предусмотренном контрактом.
126
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
На рис. 3.14 показан фрагмент иерархии цифровых мультиплексоров, исполь-
зуемых для транспортировки потоков FT1 и Т1 между городами. На АТС инди-
видуальные каналы с данными абонентов выделяются из одних потоков Т1 и по-
мещаются в другие потоки Т1. Таким образом, в потоке Т1 используется почти
каждый (или даже все) из 24 каналов DS0. Далее потоки Т1 мультиплексируются
в потоки ТЗ или Т4, следовательно, по магистральным линиям связи осуществля-
ется передача данных 672 или 4032 речевых каналов соответственно.
Абоненты
Мультиплексирование
В табл. 3.9 приведены ежемесячные тарифы 1998 года компании AT&T на ус-
луги службы FT1 (скорость передачи от 56 кбит/с до 155 Мбит/с), предоставляе-
мые по межстанционному каналу связи. В таблице отсутствует информация по
скорости 155 Мбит/с, поскольку этот тариф устанавливается индивидуально для
каждого заказчика. Также следует отметить, что в 1994 году AT&T изменила та-
рифы на арендуемые линии, и теперь вместо ежемесячной платы за каждую милю
кабеля взимается арендная плата просто за использование линии. А в табл. 3.10
для сравнения приведена информация о ежемесячной плате за арендуемые ли-
нии со скоростью передачи 56 или 64 кбит/с, а также линии Т1 для пяти пар го-
родов. Как видите, увеличив плату в 7-8 раз, клиент получит канал, полоса про-
пускания которого будет шире в 24 раза.
Таблица 3.9. Тарифы компании AT&T на услуги службы FT1
Скорость передачи данных Ежемесячная плата за милю кабеля, доллары
56/64 кбит/с 128 кбит/с 256 кбит/с 512 кбит/с 768 кбит/с 1,544 Мбит/с 4,6 Мбит/с 7,7 Мбит/с 45 Мбит/с 475 854 1636 2956 3992 5462 17 323 27 553 52 181
Резюме
127
Таблица 3.10. Ежемесячные тарифы компании AT&T на частные
линии 56/64 кбит/с и Т1
Пара городов Расстояние, мили Ежемесячная плата, доллары
56/64 кбит/с Т1
Атланта—Чикаго 584 1094,33 8422,69
Нью-Йорк—Сан-Диего 2415 1620,67 16 390,78
Нью- Йорк—Атланта 745 1130,51 9147,20
Нью-Йорк—Сиэтл 2406 1655,39 16 861,96
Атланта—Эри 621 1202,36 8154,99
Тарифы, приведенные в табл. 3.9 и 3.10, являются ориентировочными. Мно-
гие компании, в том числе AT&T, предоставляют своим постоянным клиентам
ряд скидок, благодаря чему ежемесячная плата за использование линии связи мо-
жет быть существенно снижена.
Резюме
+ Информация — это числовая величина, определяющая энтропию системы.
•f Такие символы, как буквы, имеют информационное содержание. Разные
символы характеризуются разной частотой употребления.
+ Избыточность системы определяет вероятность повторения того или иного
символа.
+ В системах передачи избыточность применяется с целью обнаружения
и исправления ошибок при передаче.
+ При разработке алгоритмов сжатия данных используется энтропия набора
символов, или алфавита.
+ Сигналы могут распространяться как в управляемых, так и в неуправляе-
мых средах передачи.
+ Добавление индуктивности в симметричную линию связи называется пу-
пинизацией. Пупинизация применяется для уменьшения высокочастотно-
го затухания симметричной пары.
+ Стандарт EIA/TIA-568 описывает параметры кабелей, используемых для
соединения оборудования, находящегося в распределительных шкафах,
и терминалов пользователей.
+ На сегодняшний день самым распространенным типом кабеля для ЛВС яв-
ляется витая пара категории 5. В сетях Gigabit Ethernet используется витая
пара категории 5е.
+ В системах передачи вероятность возникновения ошибки в первую оче-
редь зависит от способности приемника отделять полезный сигнал от шума
в линии.
128
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
4 Низкоорбитальные спутники, оснащенные маломощными передатчиками,
могут применяться для пейджинговой и международной сотовой связи.
♦ В волоконно-оптических системах передачи сигналы передаются в виде
световых лучей. Данные системы обеспечивают широкую полосу пропус-
кания и защиту данных от большинства внешних помех.
4- Полоса пропускания канала, отношение сигнал/шум и межсимвольная ин-
терференция являются факторами, ограничивающими скорость передачи.
4- Целесообразность применения той или иной цифровой системы передачи
определяется имеющейся в наличии полосой пропускания и экономиче-
скими расчетами.
Контрольные вопросы
1. Мера неопределенности системы символов называется:
а) полосой пропускания;
б) потерями;
в) энтропией;
г) шагом квантования.
2. Переплетение проводов в витой паре:
а) уменьшает электромагнитные наводки;
б) увеличивает скорость передачи данных;
в) используется вместо пупинизации;
с) из-за высокой стоимости не применяется.
3. Избыточность определяет:
а) скорость передачи системы;
б) вероятность, с которой повторяется тот или иной символ;
в) временной интервал между двумя сбоями в системе;
г) стоимость системы.
4. Если энтропия алфавита равна 4 битам на символ, то теоретически можно
разработать схему сжатия, в соответствии с которой:
а) происходит уплотнение двух 8-битовых символов в один;
б) для представления каждого символа отводится на 2 бита меньше;
в) происходит преобразование одного 8-битового символа в два 4-битовых;
г) для представления каждого бита отводится на 2 символа меньше.
5. Какое из следующих утверждений справедливо для определения диаметра
кабеля по стандарту AWG:
а) наибольший номер AWG соответствует кабелю наибольшего диаметра;
б) наименьший номер AWG соответствует кабелю наименьшего диаметра;
Контрольные вопросы
129
в) наибольший номер AWG соответствует кабелю наименьшего диаметра;
г) значение номера AWG пропорционально сопротивлению кабеля.
6. Значение переходного затухания на ближнем конце (NEXT) максимально:
а) на приемной стороне;
б) на передающей стороне;
в) на разъеме принимающей стороны;
г) в 33-м витке кабеля.
7. Примером закрытой среды передачи является:
а) коаксиальный кабель;
б) волновод;
в) волоконно-оптический кабель;
г) все перечисленное выше.
8. При пупинизации в линию связи добавляются:
а) резисторы;
б) конденсаторы;
в) пули;
г) катушки индуктивности.
9. Проводники коаксиального кабеля имеют:
а) одинаковый диаметр;
б) общую ось;
в) одинаковое сопротивление;
г) ваш вариант ответа.
10. Волоконно-оптический кабель применяется:
а) для маршрутизации;
б) в пожаро- и взрывоопасных местах;
в) для натяжения коннекторов;
г) для мобильной видеосвязи.
И. Частотный диапазон волоконно-оптического кабеля составляет:
а) 20 МГц;
б) 200 МГц;
в) 2 ГГц;
г) 800 ТГц.
12. Стандарт EIA/TIA-568:
а) определяет параметры конструкций зданий;
б) устанавливает параметры кабелей;
в) описывает методы монтажа зданий;
г) был разработан Electrical Integration Association.
130
Глава 3. Сообщения и каналы передачи
13. Максимальная длина кабеля, соединяющего оборудование в распредели-
тельном шкафу и терминал пользователя, при горизонтальной прокладке
по стандарту EIA/TIA-568 равна:
а) 100 футов;
б) 90 метров;
в) 100 метров;
г) 90 футов.
14. Наиболее широко в ЛВС применяется витая пара категории:
а) 7;
б) 2;
в) 1;
г) 5.
15. В сетях Gigabit Ethernet используется медный кабель категории:
а) 5;
б) 5е;
в) 2;
г) 1.
16. Термин PS NEXT означает:
а) сумму значений NEXT между каждой парой кабеля и тремя остальны-
ми парами;
б) сумму значений NEXT нечетных пар кабеля;
в) сумму значений NEXT четных пар кабеля;
г) имя изобретателя NEXT (Paul Smith).
17. Укажите количество путей распространения волн KB-диапазона, излучае-
мых антенной:
а) два;
б) четыре;
в) один;
г) множество.
18. Низкоорбитальные спутники:
а) позволяют использовать маломощные передатчики;
б) являются геостационарными спутниками;
в) поддерживают земной шар;
г) разработаны для поддержки мобильного телевидения.
19. Площадь, которую покрывает радиолуч спутника, называется:
а) шириной луча;
б) круговой поляризацией;
Контрольные вопросы
131
в) зоной обслуживания;
г) квадратурой.
20. В сотовой системе связи при перемещении из зоны действия одной соты
в другую:
а) абонент посылает запрос базовой станции о предоставлении ему новой
соты;
б) абонент не замечает перемещения;
в) базовая станция производит поиск нового абонента;
г) посылается радиосигнал доктору Споку.
21. Передача двоичных сигналов требует:
а) меньшей полосы пропускания, чем при передаче аналоговых сигналов;
б) большей полосы пропускания, чем при передаче аналоговых сигналов;
в) такой же полосы пропускания, как при передаче аналоговых сигналов;
г) лицензию федерального авиационного агентства.
22. Стандартная цифровая мультиплексная система первого уровня в Север-
ной Америке имеет скорость передачи:
а) 2,048 Мбит/с;
б) 44,736 Мбит/с;
в) 1,544 Мбит/с;
г) 9600 бит/с.
23. Сколько потоков DS1 объединяются в поток DS3:
а) 24;
б) 672;
в) 14;
г) 28.
24. Сколько потоков DS2 объединяются в поток DS3:
а) 24;
б) 28;
в) 7;
г) 14.
25. Передача данных по речевым каналам (Dataphone Digital Service):
а) является наиболее перспективной технологией;
б) обеспечивает большую скорость передачи, чем служба FT1;
в) из-за низкой стоимости услуг FT1 в будущем может быть полностью
вытеснена данной технологией;
г) обеспечивает большую скорость передачи, чем линия связи Т1.
Глава 4
Асинхронные модемы
и интерфейсы
4- Почему невозможна непосредственная передача данных
4- Решение проблемы передачи с помощью модема
4- Аналоговая модуляция
4- Стандарту.21
4- Характеристики и возможности модемов
4- Интерфейсы и стандарты сигнализации
4- Интерфейсы RS-232 и V.24
4- Другие интерфейсы
4- Работа асинхронного модема
4- Интеллектуальные модемы
4- Просмотр и изменение установок модема
4- АТ-команды
4- Факс-модемы
Итак, вы уже ознакомились с форматами данных (кодированием), источниками,
передающими данные (терминалами), и средами передачи и теперь имеете доста-
точно знаний для того, чтобы понять, как именно передаются данные. В этой главе
рассмотрены следующие темы: интерфейс между терминалом и оконечным обо-
рудованием канала передачи данных (DTE/DCE), работа модема, наборы его ко-
манд, обнаружение и исправление ошибок, сжатие данных, протокол MNP, ис-
пользование микропроцессоров в интеллектуальных модемах.
Почему невозможна непосредственная
передача данных
Причины того, почему при передаче данных невозможно обойтись без модемов,
рассматривались в главе 3. Е1апомним, что в коммутируемой телефонной сети ис-
пользуются различные методы и среды передачи, однако телефонные провода
применяются только на том участке пути сигнала, который соединяет оборудова-
ние АТС с телефоном или модемом пользователя. Как уже говорилось в главе 3,
Решение проблемы передачи с помощью модема
133
после фильтрации и усиления сигнал за пределами АТС передается по каналу,
нижняя граница полосы частот которого составляет 300 Гц, верхняя — 3400 Гц
(рис. 4.1). Для передачи данных на участке от оконечного оборудования термина-
ла до АТС используются импульсы постоянного тока. Частота (точнее, спектр
частот) этого сигнала находится за пределом нижней границы полосы пропуска-
ния (300 Гц). Значит, в виде последовательности импульсов (первоначальная
форма передачи) данные не могут быть переданы дальше АТС. Фактически при
использовании в местной линии связи вы не сможете передать данные даже на
это расстояние.
Решение проблемы передачи
с помощью модема
Телефонная сеть была разработана и оптимизирована для передачи аналоговых
сигналов речевого диапазона, поэтому для того чтобы по ней можно было передать
данные не только на АТС, но и далее, импульсы сигнала нужно преобразовать
в форму, пригодную для передачи по телефонному каналу. Именно эту функцию и
выполняет модем — в нем единицы и нули потока данных, поступающего от DTE,
преобразуются в аналоговые сигналы определенных тонов, частота которых не
выходит за границы требуемого диапазона (300-3400 Гц). Следовательно, модем
можно рассматривать как довольно сложное устройство, обеспечивающее интер-
фейс между терминалом и аналоговым каналом.
На стороне передатчика импульсы, принимаемые от DTE, преобразовываются
в тональные сигналы и передаются по телефонному каналу. При получении сиг-
нала приемником выполняются обратные действия — тональные сигналы преоб-
разовываются в импульсы, которые передаются DTE пункта назначения. Таким
образом, сначала на передающем модеме для формирования аналогового сигнала
выполняется модуляция синусоидального сигнала несущей частоты импульсами.
Затем сигнал передается по телефонному каналу. На принимающем модеме ана-
логовый сигнал демодулируется, то есть производится восстановление из него
134
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
первоначальных импульсов напряжения (единиц и нулей). После этого данные
импульсы передаются DTE пункта назначения (более подробно процедура моду-
ляции рассматривается в следующем разделе). Термин «модем» образован из двух
слов: «модулятор» и «демодулятор». Обратите внимание на то, что модем изме-
няет не сами данные, а форму электромагнитного сигнала, приспосабливая его
для передачи данных в соответствующей среде. В интеллектуальных модемах име-
ется блок памяти ROM, в котором записана встроенная программа, предназна-
ченная для управления микропроцессором модема и обработки данных перед их
модуляцией. Поэтому если в каких-либо статьях или книгах вы встретите фразу
«модем работает с данными», трактуйте ее как «процессор работает с данными» —
это будет более корректно. (О сжатии данных, используемом в современных ин-
теллектуальных модемах, мы поговорим в этой главе далее.)
В одной из последующих глав книги мы рассмотрим модемы, работающие на
основе новой технологии, которая получила название цифровая абонентская ли-
ния (Digital Subscriber Line, DSL). Модемы этого типа позволяют передавать сиг-
налы по двухпроводным телефонным линиям, соединяющим DTE с АТС, на час-
тотах до 1 МГц. При использовании этой технологии можно по-прежнему переда-
вать речь или модулированный сигнал, применяя полосу частот речевого диапа-
зона - от 300 Гц до 4 кГц. Сигналы оставшегося диапазона частот (выше 4 кГц)
демодулируются на АТС и передаются через цифровую сеть, минуя коммутируе-
мую телефонную сеть. Внедрение такой технологии позволяет увеличить ско-
рость передачи данных до 8-10 Мбит/с и не требует при этом модификации
имеющейся коммутируемой телефонной сети общего пользования (в которой для
соединения сотен миллионов домов с телефонной сетью применяется обыкно-
венный двухпроводной кабель). DSL-модемы работают в более широком диапа-
зоне частот и поэтому часто упоминаются как широкополосные модемы. Они по-
зволяют достичь больших скоростей приема и передачи данных, чем модемы,
включаемые в обычный телефонный канал.
Ограничения при использовании
телефонных линий
Кроме ограничений, связанных с полосой пропускания, существуют ограниче-
ния, относящиеся к телефонным линиям. Они оказывают влияние на конструк-
цию модема и характерны для любых систем, предназначенных для работы с ана-
логовыми сигналами. Суть этих ограничений состоит в том, что при передаче на
частотах, находящихся ближе к центру полосы пропускания, наблюдается мень-
ше искажений, чем при передаче на частотах, расположенных около границ диа-
пазона. В высокоскоростных модемах под один канал отводится почти вся полоса
частот речевого диапазона, а в качестве несущих (в частности, в Северной Амери-
ке) применяются частоты порядка 1700—1800 Гц, поскольку они находятся почти
в центре полосы пропускания речевого диапазона. Для нормальной работы низ-
коскоростных модемов не требуется вся полоса частот, поэтому они могут ис-
пользовать несколько несущих частот речевого диапазона, находящихся посреди-
не полосы пропускания.
Решение проблемы передачи с помощью модема
135
При работе с телефонными линиями приходится учитывать еще одно ограни-
чение, согласно которому не все частоты можно применять для передачи сигна-
лов. В телефонной сети между коммутирующими станциями (узлами) по каналу
связи передается как информация, так и управляющие сигналы. В ходе этого про-
цесса, который называется внутриканальной межузловой сигнализацией, исполь-
зуются тональные сигналы, передаваемые на частотах речевого диапазона. В мо-
деме нельзя применять эти частоты для передачи данных, поскольку устройства
управления сетью могут интерпретировать их как управляющие сигналы с ката-
строфическими последствиями для уже установленного соединения.
Интерфейсы модема
У модема имеется два интерфейса: один с телефонной сетью, а другой с DTE.
Первый интерфейс значительно проще второго, поскольку через него данные пе-
редаются и принимаются только по двум проводам, которые называют штырем
(tip) и кольцом (ring). Происхождение этих названий связано с формой контактов
соединительных шнуров, используемых на телефонных коммутаторах. Один из
этих контактов находится на самом кончике штекера, которым заканчивается
шнур (это штырь), а другой имеет форму кольца и расположен чуть ниже перво-
го. Для соединения двух абонентов оператор телефонного коммутатора вставляет
штекер в гнездо требуемой линии, в результате контакты штекера замыкаются
с соответствующими контактами гнезда и соединение устанавливается. Телефон-
ные коммутаторы такого типа впервые появились еще в начале прошлого века и в
настоящее время уже не встречаются, однако для названий проводов телефонной
линии по-прежнему применяются старые термины. Можно смело сказать, что до
тех пор, пока работа модема будет связана с такими понятиями, как напряжение,
ток, мощность, а также с определенными (устанавливаемыми телефонными ком-
паниями) правилами использования частот, телефонный канал можно будет рас-
сматривать как транспортную магистраль, по которой аналоговые сигналы пере-
даются из одного места в другое.
Интерфейс между модемом и DTE более сложен, его параметры определяются
стандартами, которые будут рассмотрены в этой главе далее. При установлении
соединения между терминалами требуется соблюдение определенных процедур,
которые зависят от используемого протокола и являются его составной частью.
Прежде всего, между DTE и модемом передающей стороны должна быть уста-
новлена связь (осуществлен обмен управляющей информацией). DTE посылает
модему сигнал о том, что оно хочет передать какие-то данные, а модем, в свою
очередь, запрашивает у модема принимающей стороны, расположенного на дру-
гом конце канала, готов ли он к приему данных. Поскольку в большинстве случаев
в модемах отсутствуют блоки памяти для хранения данных, модем принимающей
стороны должен узнать у своего терминала (DTE), готов ли он к приему. Такой
обмен управляющей информацией между устройствами часто называется руко-
пожатием. (Еще одним примером рукопожатия является процесс обмена моде-
мами информацией о своих характеристиках, в результате которого выполняется
согласование скорости передачи данных.) Когда передающий модем получает
подтверждение о том, что принимающий модем и DTE прослушивают линию, он
136
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
информирует об этом передающее DTE, и оно начинает пересылать данные моде-
му для модуляции и передачи. Модем принимающей стороны демодулирует по-
ступающий сигнал и передает восстановленные данные принимающему DTE.
При использовании полудуплексной связи (когда в каждый конкретный мо-
мент времени данные передаются только в одном направлении) передатчику после
завершения отправки данных нужно получить ответ (подтверждение о приеме)
противоположной стороны. Поэтому в данном случае осуществляется «разворот»
канала, в процессе которого выполняется большая часть процедуры рукопожатия,
заключающейся в согласовании параметров передачи в противоположном направ-
лении. Такая последовательность действий производится при каждой смене на-
правления передачи. Если связь дуплексная (данные можно передавать в обоих на-
правлениях одновременно), то для передачи используются две несущие частоты и
процедура рукопожатия необходима только при установлении соединения.
Аналоговая модуляция
Модуляцией называется процесс изменения некоторых параметров передаваемого
сигнала, позволяющий представить с помощью этих изменений пересылаемые
данные соответственно среде передачи. Так, передача сигналов азбуки Морзе с
помощью карманного фонарика выполняется путем его включения и выключе-
ния, то есть посредством модуляции светового луча. В данном случае изменяе-
мым свойством является интенсивность луча света. (Аналогично, изменяя интен-
сивность светового луча, можно передавать двоичные данные. Так, если для пред-
ставления единицы использовать яркий свет, а для представления нуля — туск-
лый, то изменяемым, модулируемым, свойством будет яркость светового луча.)
Синусоидальные волны
На рис. 4.2 изображена синусоидальная волна, которая может быть использована
в модеме в качестве несущей. Синусоидальные волны лежат в основе многих фи-
зических явлений, их легко описать с помощью математических функций.
Французский физик Фурье обнаружил, что любую последовательность им-
пульсов, звуков, напряжений или других сигналов можно разложить на отдель-
ные синусоидальные волны различной частоты и амплитуды. Это означает, что
человеческую речь, передаваемую по воздуху или телефонным проводам, можно
также разложить на отдельные синусоидальные волны. Разложение Фурье — это
базовый метод, применяемый при анализе характеристик коммуникационных ка-
налов, а также передающих, принимающих и воспроизводящих устройств.
Основными параметрами синусоидальной волны являются частота и ампли-
туда (рис. 4.2, а). Частота определяется количеством полных колебаний в секунду
и измеряется в герцах (Гц). Если происходит одно полное колебание в секунду,
то частота такого процесса равна 1 Гц. Под амплитудой сигнала, которая в данном
случае измеряется в вольтах, может пониматься положительное или отрицательное
напряжение между основанием и вершиной волны, напряжение между верхней
и нижней вершинами волны либо среднеквадратичное значение напряжения.
Аналоговая модуляция
137
Напряжение
б
Рис. 4.2. Синусоидальная волна: а — амплитуда и частота; б — фаза
Еще одним важным параметром синусоидальной волны является фаза. Но так
как данный параметр описывает смещение между пиками двух синусоидальных
волн, он имеет смысл только при сравнении волны с другой синусоидальной вол-
ной той же частоты. Поскольку период синусоидальной волны составляет 360°,
то сдвиг фаз между такими волнами можно измерять в градусах (рис. 4.2, б). Ам-
плитуды двух сравниваемых волн, в отличие от их частот, могут быть разными.
Поскольку с помощью таких параметров, как частота, амплитуда и фаза, мож-
но полностью охарактеризовать синусоидальную волну, при модулировании не-
сущей с целью передачи информации от одного модема к другому можно изме-
нять только эти показатели. Поэтому во всех модемах выполняется модуляция
амплитуды, частоты или фазы либо модуляция нескольких этих параметров од-
новременно.
На рис. 4.3 показано, как три метода модуляции используются для передачи
одной и той же последовательности нулей и единиц. Обратите внимание на то,
что каждый из этих методов по-разному влияет на параметры несущей электро-
магнитной волны. При модуляции импульсы преобразовываются в сигнал пере-
менного тока, частоты которого соответствуют речевому диапазону, что позволяет
138
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
передавать данные по телефонным каналам. В действительности простая ампли-
тудная модуляция не используется для передачи данных, поскольку такой сигнал
подвержен воздействию постороннего электромагнитного излучения, что приво-
дит к появлению ошибок передачи. В низкоскоростных модемах применяется час-
тотная модуляция, в высокоскоростных модемах — фазовая, а в модемах, которые
способны передавать данные в каналах речевого диапазона с наивысшей на сего-
дняшний день скоростью, используются фазовая и амплитудная модуляции од-
новременно.
а
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
в
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
3
Рис. 4.3. Методы аналоговой модуляции: а — несущий сигнал;
б — амплитудная модуляция; в — частотная модуляция;
г — фазовая модуляция
Аналоговая модуляция
139
Методы частотной модуляции, применяемые
в низкоскоростных модемах
Рассмотрим работу стандартного низкоскоростного модема, передающего сигна-
лы со скоростью 0-300 бод. Как видно из рис. 4.4, в данном случае полоса частот
разделена на две подполосы, для того чтобы обеспечить одновременную передачу
в обоих направлениях. Такая передача называется дуплексной и предполагает, что
для каждого модема, участвующего в обмене данными, в любой момент времени
доступна часть полосы частот речевого диапазона.
Однако не стоит представлять дуплексную передачу как разговор двух людей
по телефону, при котором оба говорят одновременно и как-то пытаются в этой
мешанине слов понять друг друга. В отличие от простого телефонного разговора,
при использовании для передачи данных модемов полоса частот разбивается на
две подполосы, в результате чего передаваемые и принимаемые данные отделя-
ются друг от друга.
Разбиение полосы выполняется при установке одного из модемов в режим вы-
зова, а другого — в режим ответа. Эта операция осуществляется путем установки
переключателей, расположенных на модемах, или посредством команд, которые
передают модемам подключенные к ним DTE. Такие термины, как «режим вызо-
ва» и «режим ответа», появились в те времена, когда низкоскоростные модемы ис-
пользовались в коммутируемых линиях. Вызывающий модем обычно находится
в режиме вызова, а вызываемый — в режиме ответа (логично, не правда ли?). Тон
отвечающего модема, соответствующий логической 1 (высокотональный свист,
слышимый при ответе модема), отключает любые эхоподавители, которые могут
быть задействованы в канале, поскольку их работа оказывает влияние на процесс
передачи данных.
Частотная манипуляция
Как следует из рис. 4.4, в режиме вызова модем передает 0 (паузу) на частоте
1070 Гц, а 1 (метку) — на частоте 1270 Гц. Модем, работающий в режиме ответа,
также передает 0 и 1, но на частотах 2025 и 2225 Гц соответственно. Этот тип мо-
дуляции называется частотной манипуляцией (Frequency-Shift Keying, FSK). При
таком режиме работы на передающем модеме поочередно выполняется включе-
ние и выключение передатчика. При передаче 0 он включается, генерирует сиг-
нал на назначенной для 0 частоте и выключается, при передаче 1 выполняется та
же последовательность действий, но генерируемый сигнал имеет другую частоту.
При прослушивании телефонной линии, по которой низкоскоростные модемы
передают данные, кодированные методом частотной модуляции, слышится вибри-
рующий звук, образуемый при смене частот.
Если в режиме вызова модем передает 0 на частоте 1070 Гц, а 1 на частоте
1270 Гц, возникает вопрос: на каких частотах он принимает 0 и 1? Для совмести-
мости с модемом, который работает в режиме ответа и передает 0 и 1 на частотах
2025 и 2225 Гц, модем, находящийся в режиме вызова, принимает данные на этих
же частотах. Аналогично, для совместимости с модемом в режиме вызова, модем,
140
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
работающий в режиме ответа, принимает 0 и 1 на частотах 1070 и 1270 Гц соот-
ветственно.
Рис. 4.4. Частоты, используемые при дуплексной передаче со скоростью 300 бод
Рассмотренный выше FSK-модем больше известен как устройство типа Bell
System ИЗ. Поскольку в этих модемах один бит информации представляется
единичным сигналом определенной частоты, скорость передачи битов в данном
случае равна скорости, с которой устройство способно передавать единичные сиг-
налы. Далее из материалов этой, а также следующей глав вы узнаете, что конст-
рукторы модемов разработали ряд технологий, позволяющих передавать боль-
ший объем информации. Это технологии, в которых используется кодирование
2-, 3- и 4-битовых последовательностей в одном сигнале. Модемы, поддерживаю-
щие такие технологии, могут передавать данные с большими скоростями без зна-
чительного увеличения скорости передачи единичных сигналов (что может при-
вести к наложению символов в результате воздействия предыдущего сигнала на
следующий). Первоначально все модемы, которые можно было подключать к ком-
мутируемой телефонной сети, изготавливались компанией Bell System. Со време-
нем другие производители также получили возможность продавать модемы для
коммутируемой сети, однако за период монопольного положения на рынке ком-
пания Bell System успела продать столько модемов, что новые производители бы-
ли вынуждены делать модемы, совместимые с продуктами компании Bell System.
FSK является достаточно несложным и экономичным методом модуляции, ко-
торый надежно работает в телефонных каналах при невысоких скоростях переда-
чи данных. Чтобы понять, почему он не пригоден для работы с большими скоро-
стями, давайте вернемся к рис. 4.4. Для работы на больших скоростях передачи
требуется большая полоса пропускания, поскольку в этом случае между подполо-
сами, назначенными для передачи значений 0 и 1, должен быть оставлен доволь-
но большой частотный промежуток. Увеличивая скорость передачи, а значит,
и промежутки между подполосами и частотами, вы скоро столкнетесь с ситуаци-
ей, когда используемые частоты будут выходить за пределы диапазона частот те-
лефонного канала. То есть вам понадобится полоса пропускания, которая шире
доступной. Поэтому для передачи данных на больших скоростях в модемах ис-
пользуются некоторые виды фазовой модуляции, которая из всех трех методов
аналоговой модуляции требует наименьшей полосы пропускания.
Стандарт V.21
141
Стандарт V.21
Международный консультативный комитет по телефонной и телеграфной связи
(CCITT), который в настоящее время более известен как Международный теле-
коммуникационный союз (ITU-T), разработал серию стандартов, определяющих
работу модемов. Она получила название V-серии, поскольку в обозначениях всех
стандартов, относящихся к работе модемов, применяется префикс «V».
При создании стандарта V.21, определяющего работу FSK-модемов, было вы-
двинуто требование — избежать совпадения рабочих частот с управляющими час-
тотами, используемыми в европейских телефонных сетях. Поэтому модемы, со-
ответствующие этому стандарту, для передачи 0 и 1 в режимах вызова и ответа
применяют иные частоты, чем модемы типа Bell System ИЗ. Модем V.21 в режиме
вызова для передачи 1 и 0 использует частоты 980 и 1180 Гц, а в режиме ответа —
частоты 1650 и 1850 Гц соответственно. Вследствие такого различия рабочих час-
тот модемы Bell System ИЗ и V.21 являются несовместимыми.
Модемы типа Bell System 212А и модемы V.22
До середины 1980-х годов пользователи модемов типа Bell System ИЗ при первой
же возможности старались заменить их модемами Bell System 212А. Причина по-
пулярности последних заключалась в том, что один такой модем как бы включал
два модема. На скоростях передачи до 300 бит/с в модеме 212А применяется FSK-
модуляция, при которой используются частоты, назначенные для модемов Bell
System ИЗ. При передаче на скорости 1200 бит/с в нем используется относи-
тельная фазовая модуляция (Differential Phase-Shift Keying, DPSK). При DPSK-
модуляции в одном сигнале кодируется 2 бита данных (дибит), поэтому рабочая
скорость передачи сигналов модема, известная также как модуляционная или бо-
довая скорость, составляет 600 бод, то есть равна половине скорости передачи
данных (информационной скорости) — 1200 бит/с. В табл. 4.1 приводятся значе-
ния сдвига фазы, используемые для представления 2-битовых последовательно-
стей при фазовой манипуляции в модемах типа 212А.
Таблица 4.1. Значения сдвига фазы, применяемые в модемах типа 212А
для представления 2-битовых последовательностей
Дибит Сдвиг фазы, град
00 90
01 0
10 180
11 270
Работая со скоростью 1200 бит/с, модем типа 212А может передавать данные
как асинхронно, так и синхронно. Будучи соединен с компьютером, он может
принимать данные, передаваемые как со скоростью 300 бит/с, так и со скоростью
1200 бит/с, и это является одним из главных преимуществ модемов данного типа.
142
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Стандарт V.22 аналогичен стандарту 212А, когда речь идет о работе модема на
скорости 1200 бит/с. Однако при использовании меньшей скорости передачи дан-
ных эти два стандарта не совместимы. Вторая рабочая скорость модема типа V.22
составляет 600 бит/с, в то время как у модема типа 212А она равна 300 бит/с.
Кроме того, различаются методы модуляции, используемые этими модемами при
передаче данных на малых скоростях. Так, в модемах типа 212А при скорости пе-
редачи 300 бит/с осуществляется частотная модуляция, а в модемах типа V.22
при скорости передачи 600 бит/с — двухпозиционная относительная фазовая мо-
дуляция. К счастью, модемы типа V.22 используются в основном в Европе, а мо-
демы типа 212А — большей частью в Северной Америке. Однако американский
бизнесмен, который в средине 1980-х годов путешествовал по Европе с ноутбу-
ком, оснащенным встроенным модемом, не мог произвести через телефонную сеть
обмен данными со своими европейскими партнерами. Та же участь постигла евро-
пейского бизнесмена, прибывшего в Северную Америку.
V.22bis
В конце 1980-х годов в Европе и Северной Америке широкое распространение
получили модемы типа V.22bis (bis — вторая версия). Это были первые модемы,
которые могли применяться для обмена данными между пользователями, нахо-
дящимися в разных точках земного шара. Рекомендации стандарта V.22bis послу-
жили основой для разработки модемов, которые позволяли осуществлять через
коммутируемую телефонную сеть асинхронную передачу данных со скоростью
2400 бит/с. Конструкция этих модемов также предусматривает возможность ав-
томатического перехода на более низкую скорость передачи - за счет примене-
ния методов модуляции, характерных для модемов V.22. Однако при работе мо-
демов V.22bis в этом режиме возникает проблема совместимости, поскольку они
изготавливаются по разным технологиям.
В Соединенных Штатах подавляющее большинство модемов типа V.22bis соот-
ветствует спецификациям Bell System 212А, которые определяют работу модемов
при автоматическом переходе на более низкую скорость передачи, то есть при вы-
полнении операции fallback. Речь идет об использовании DPSK-модуляции на ско-
рости 1200 бит/с и FSK-модуляции на скорости 300 бит/с. В большинстве европей-
ских модемов типа V.22bis операция fallback выполняется в соответствии со специ-
фикациями стандарта V.22, которые предусматривают использование на скоро-
сти 600 бит/с двупозиционной относительной фазовой модуляции. Следовательно,
в режиме fallback при работе с наименьшей скоростью модемы типа V.22bis, изго-
товленные для использования в Северной Америке, не совместимы с аналогич-
ными модемами, предназначенными для Европы. Однако при выборе модема
следует учитывать не только совместимость при различных рабочих скоростях,
но и наличие поддерживаемых модемом дополнительных возможностей, которые
могут отсутствовать у модема противоположной стороны.
Характеристики и возможности модемов
143
Характеристики и возможности модемов
Ботгьттгинство современных модемов имеет встроенные дополнительные функции,
число которых в зависимости от модели колеблется от 30 до 100. Хотя некоторые
из них характерны только для продуктов конкретного производителя, большин-
ство функций и возможностей, таких как поддержка нескольких методов модуля-
ции, соответствуют требованиям существующих де-факто и де-юре стандартов.
В частности, все современные модемы, предназначенные для коммутируемой те-
лефонной сети, поддерживают сжатие данных и механизм обнаружения и исправ-
ления ошибок.
Сжатие данных и стандарт V.42bis
Двумя наиболее распространенными встроенными функциями, которые приме-
няются в современных модемах, предназначенных для коммутируемых телефонных
сетей, являются сжатие данных (методы LZW и стандарт V.42bis), а также обна-
ружение и исправление ошибок. Фактически модемы, выполняющие сжатие дан-
ных, работают на различных скоростях передачи данных, поскольку скорость пе-
редачи зависит от используемого модемом алгоритма сжатия. В качестве примера
рассмотрим сжатие последовательности символов ACCOUNTbbbbbbbAMOUNT,
в которой b означает символ пробела. Эта последовательность символов пред-
ставляет собой заголовки двух столбцов бухгалтерского отчета, в котором столб-
цы данных обычно разделены пробелами. Если для обозначения выполненного
сжатия пробелов (символов пробела) модем использует специальный символ Sc,
то между модемами будет передана последовательность символов ACCOUNTSc7
AMOUNT. Символ Sc в этой последовательности означает, что было произведено
сжатие символов пробела, а число 7 указывает, сколько именно символов пробе-
ла было заменено символом Sc. С помощью этой информации принимающий мо-
дем может восстановить данные.
Однако в последовательности передаваемых символов может встретиться пара
символов S и с, которые являются частью данных, а не специальным символом Sc,
обозначающим сжатие. Чтобы принимающий модем воспринимал эти символы
как данные, передающий модем при обнаружении пары символов Sc добавляет
в передаваемую последовательность еще одну такую пару. Таким образом, если
модем принял от терминала поток данных XYZScABC, то по телефонному каналу
он передаст следующую последовательность символов: XYZScScABC. На прини-
мающем модеме при обнаружении первого специального символа Sc проверяется
следующий символ. Если им окажется не число, а еще один такой же символ, мо-
дем отбросит второй символ и восстановит первоначальный поток данных.
До 1990 года в большинстве модемов, выполняющих сжатие данных, исполь-
зовались самые различные алгоритмы. Поэтому увеличение пропускной способ-
ности канала за счет их применения также было различным, однако в среднем
скорость передачи данных устройством удваивалась. В 1990 году организация
ITU-T опубликовала рекомендацию V.42bis, согласно которой на всех модемах
предлагалось использовать модифицированный алгоритм сжатия Лемпела-Зива.
144
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
К началу 1991 года эта технология сжатия данных была одобрена более чем два-
дцатью производителями и в настоящее время реализована в большинстве интел-
лектуальных модемов. Такое признание алгоритм сжатия Лемпела-Зива получил
не только потому, что он стал стандартным, но и потому, что он является наибо-
лее эффективным из имеющихся на сегодняшний день.
Однако несмотря на все достоинства стандарта сжатия данных V.42bis, кото-
рый применяется в более чем 50 миллионах коммутируемых модемов, была раз-
работана новая спецификация сжатия, получившая название V.44. Она определяет
метод сжатия данных, который первоначально разрабатывался для спутниковой
связи и позволял максимально использовать доступную полосу пропускания.
Спецификация V.44 рекомендует один из вариантов алгоритма сжатия Лемпела-
Зива, который известен как алгоритм Л емпела-Зива-Джеффа-Хиза (LZJH). Ожи-
дается, что со временем V.44 заменит предыдущий стандарт, утвержденный ITU.
Упомянутому выше методу сжатия могут составить конкуренцию следующие
два метода: MNP класса 5 и MNP класса 7. В течение 1980-х годов компания Mi-
crocom Corporation, которая теперь является собственностью компании Compaq
Computer Corporation, продала лицензии на право использования алгоритма сжа-
тия данных MNP класса 5 более чем пятидесяти производителям модемов. Впо-
следствии компания Microcom с таким же успехом продала лицензии на метод
MNP класса 7. В результате к моменту принятия стандарта сжатия данных
V.42bis было произведено и реализовано достаточно большое количество MNP-
модемов. Такая ситуация привела к тому, что большинство производителей мо-
демов стали делать свои продукты совместимыми как со стандартом MNP, так и
со стандартом V.42bis. В итоге современные модемы поддерживают два метода
сжатия, что делает их совместимыми как со старыми модемами, в которых приме-
няется только метод сжатия MNP, так и с новыми модемами, поддерживающими
оба метода сжатия (MNP и V.42bis) или только один метод (V.42bis). Метод сжа-
тия MNP рассматривается в этой главе далее.
Алгоритм LZW
Профессоры израильского университета Technion Абрахам Лемпел и Якоб Зив
разработали алгоритм сжатия строки, который впоследствии был модифициро-
ван их английским коллегой Терри Велчем. Созданный в результате совместных
усилий алгоритм, который назвали LZW (по первым буквам фамилий его созда-
телей), стал основой стандарта сжатия V.42bis, поэтому в настоящем разделе ос-
новное внимание уделено рассмотрению именно этого алгоритма.
Согласно кодировке ASCII, в двоичном представлении с помощью 8 бит мож-
но закодировать 256 символов, коды которых в десятеричном представлении
имеют значения от 0 до 255. Эти символы (вернее, их коды) изначально заносят-
ся в словарь программы, реализующей алгоритм LZW. Во время работы програм-
ма посимвольно перебирает строку, подлежащую сжатию и передаче. При этом
выполняется такая последовательность действий.
1. Считываемый символ добавляется в формируемую строку. Если получен-
ная строка уже присутствует в словаре, проверяется следующий символ.
Характеристики и возможности модемов
145
2. Если полученной строки в словаре нет, передается предыдущая сформиро-
ванная строка, а новая заносится в словарь.
Таким образом, считываемые символы используются для формирования от-
сутствующих в словаре строк, длина которых с каждым выполнением цикла сжа-
тия увеличивается. Если обнаруживается, что такой последовательности симво-
лов в словаре еще нет, последняя сформированная строка передается на выход,
а новая строка добавляется в словарь. Для указания положения строки в таблице
строк словаря в алгоритме LZW используется числовой код. Если сформирован-
ную строку условно назвать префиксом, а считываемый символ — суффиксом, то
работу алгоритма можно описать следующим образом:
префикс + суффикс = новая строка
После формирования новой строки суффикс становится префиксом:
префикс = суффикс
В качестве примера рассмотрим, как с помощью алгоритма LZW выполняется
сжатие строки ababc, которая была передана модему терминалом. Вначале каждо-
му символу словаря назначается числовое кодовое значение, соответствующее
десятеричному представлению этого символа в кодировке ASCII. То есть кодовое
значение символа а равно 97, кодовое значение символа b — 98 и т. д.
В соответствии с алгоритмом LZW, при первой выполняемой операции (пер-
вом цикле) принимается, что префиксом является пустая строка, которую мы
обозначим символом /. Поэтому при выполнении первой операции первый счи-
тываемый символ а добавляется к пустой строке, в результате чего формируется
новая строка а. Поскольку а присутствует в словаре, на выход ничего не переда-
ется. Далее, согласно алгоритму, суффикс становится префиксом — а становится
префиксом при формировании новой строки (этот этап сжатия строки ababc ото-
бражен в первой строке табл. 4.2).
Следующим шагом выполнения алгоритма LZW является считывание из стро-
ки ввода второго символа — Ь, который становится суффиксом. В ходе его обра-
ботки он добавляется к префиксу а, и в результате образуется новая строка ab.
Этой строки нет в словаре программы, поэтому вступает в силу второе правило,
согласно которому на выход передается последняя сформированная строка а, ко-
довое значение которой равно 97, а новая строка ab добавляется в словарь. Ранее
уже говорилось, что для представления символов в кодировке ASCII использует-
ся 8 бит, что позволяет работать с 255 символами. Из этого следует, что новым
строкам можно присвоить кодовые значения, которые будут больше 255 (256 и т. д.)
и которые в двоичном представлении требуют большего количества битов. Пер-
воначальный размер лексемы, используемый для представления новых строк, со-
гласовывается модемами во время процесса согласования, выполняемого в соот-
ветствии со стандартом V.42bis.
Однако вернемся к рассмотрению процесса сжатия. Символ Ь, который был
суффиксом при формировании строки ab, стал префиксом для следующей опера-
ции (это отображено в третьей строке табл. 4.2).
146
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Далее считывается следующий символ — а, который тут же используется как
суффикс при создании новой строки Ьа. Поскольку этой строки нет в словаре, на
выход передается предыдущая строка из числа еще не переданных, Ь, кодовое зна-
чение которой равно 98 (в соответствии с кодировкой ASCII). Заметьте, что сфор-
мированная перед этим строка ab была добавлена в словарь, а не отправлена на
выход. При добавлении в словарь строки Ьа ей присваивается следующий код —
257, а символ а, который был суффиксом при формировании этой строки, при
выполнении следующей операции становится префиксом, что отражено в четвер-
той строке табл. 4.2. Затем считывается очередной (четвертый) символ строки
ввода — Ь, при добавлении которого в качестве суффикса к предыдущей строке
(а) образуется новая строка ab. Однако поскольку она уже была добавлена в таб-
лицу строк (словарь), на выход ничего не передается, а сама строка становится
префиксом при создании следующей строки.
Данный этап процесса сжатия отражен в пятой строке табл. 4.2: сформирован-
ная на предыдущем этапе строка ab, которая ранее была занесена в таблицу строк,
стала префиксом при создании следующей строки, а последний символ с стал
суффиксом. Полученная новая строка abc отсутствует в словаре, поэтому на выход
передается последняя сформированная и не переданная строка — ab, точнее, переда-
ется присвоенное ей кодовое значение — 256. Символ с становится префиксом
для создаваемой очередной строки, но так как он является последним символом
строки ввода, его кодовое значение (99) передается на выход.
Таблица 4.2. Сжатие строки ababc в соответствии с алгоритмом LZW
Префикс Суффикс Новая строка Выход
f А А —
а В ab 97
ь А Ьа 98
а В ab —
ab С abc 256
С F С 99
Параметры сжатия
Стандарт V.42bis не только определяет необходимость использования LZW в каче-
стве алгоритма сжатия, но и регламентирует некоторые параметры выполнения
сжатия (например, объем словаря), а также методы очистки словаря. При этом од-
ни параметры согласовываются во время установки соединения с модемом, а дру-
гие, скажем, очистка словаря, — непосредственно во время сеанса передачи.
Следующий алгоритм сжатия данных, V.44, представляет собой один из вари-
антов алгоритма LZW, поэтому он часто упоминается как LZJH. В результате се-
рии тестирований, проведенных производителями модемов, обнаружилось, что
при обработке ряда тестовых файлов алгоритм V.44 обеспечивает степень сжа-
тия на 12-230 % больше, чем алгоритм V.42bis (в среднем на 25 %), что эквива-
лентно повышению рабочей скорости модема на четверть. Этот алгоритм сжатия
Характеристики и возможности модемов
147
рекомендован новым стандартом V.92 (подробнее о нем рассказывается в главе 5)
для использования в модемах коммутируемых линий, что способствовало увели-
чению скорости передачи данных такими модемами до 300 кбит/с. Столь сущест-
венное повышение производительности сделало их конкурентоспособными по срав-
нению с цифровой абонентской линией (DSL) и кабельными модемами.
ПРИМЕЧАНИЕ -------------------------------------------------------------
За более подробной информацией о технологиях сжатия данных и их применении можно
обратиться к книге Джильберта Хелда «Data and Image Compression, 4th Edition», выпущен-
ной издательством John Wiley & Sons в 1996 году. В этой книге объясняются принципы ра-
боты пятнадцати алгоритмов сжатия, а также приводятся тексты программ (написанных
на языках BASIC и C++), которые могут быть использованы для сжатия и восстановления
данных.
Ошибки при передаче сжатых данных
Сжатие позволяет увеличить пропускную способность систем передачи данных,
но если один или более битов будут переданы с ошибкой, это может привести
к очень печальным последствиям при восстановлении потока данных. Следова-
тельно, применение методов сжатия данных неразрывно связано с использовани-
ем методов обнаружения и исправления ошибок.
В качестве примера покажем, к чему может привести ошибка при передаче по-
следовательности символов АААААААА. Предположим, что алгоритм сжатия пре-
дусматривает замену строки, которая включает более трех одинаковых символов,
последовательностью, состоящей из следующих элементов: специального символа,
означающего, что было выполнено сжатие, числа, указывающего, сколько симво-
лов заменено, и символа, который образует строку, подлежащую сжатию. Предпо-
ложим, что специальный символ, означающий использование сжатия, представлен
последовательностью битов 11111111, а символА — последовательностью 01000001.
Ниже демонстририруется, к чему может привести ошибка всего лишь в одном
символе переданной последовательности битов. Так, на рис. 4.5, а показана первона-
чальная последовательность, состоящая из восьми символов А. На рис. 4.5, б вы ви-
дите последовательность символов, полученную после сжатия, — Sc8A, где Sc —
это специальный символ, с помощью которого принимающему модему указыва-
ется, что было выполнено сжатие. Двоичное представление передаваемой после-
довательности символов дано на рис. 4.5, в. Фактически с помощью этой последо-
вательности длиной 24 бита дополнительно передается еще 40 бит информации,
поскольку с помощью 3 символов закодировано 8 символов.
На рис. 4.5, г дан пример ошибки в символе, в результате которой был изменен
предпоследний бит переданной последовательности. Это привело к изменению
самого символа, поскольку последовательность битов 01000001 соответствует ко-
довому значению 65, то есть символу А (в ASCII), а принятая последователь-
ность битов 01000011 соответствует значению 67, то есть символу С. В результате
после восстановления принятых сжатых данных получится последовательность
из восьми символов С (рис. 4.5, е).
148
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
а) последовательность одинаковых символов: АААААААА
б) последовательность символов после сжатия: Sc 8 А
в) двоичное представление передаваемых данных: 11111111 00001000 01000001
з) ошибка в символе: 11111111 00001000 01000011
б) принятая последовательность символов. Sc 8 С
е) распакованная последовательность символов: СССССССС
Рис. 4.5. Последствия ошибки в одном бите переданной сжатой строки
Если в результате ошибки поврежден символ, с помощью которого указывает-
ся количество сжатых символов, при восстановлении будет получено неправиль-
ное их количество. Если же в результате ошибки поврежден специальный сим-
вол, принимающий модем так и не узнает о том, что при передаче данных в этом
фрагменте данных было выполнено сжатие. В этом случае специальный символ
будет воспринят модемом как обычный, и программа, реализующая алгоритм вос-
становления, ничего не станет делать со следующими двумя символами. Приня-
тые с этой ошибкой сжатые данные можно смело записать в виде последователь-
ности символов Х8А, где X — неизвестная величина (как в алгебре).
Как видно из рассмотренного примера, последствия ошибки в символе при пе-
редаче сжатых данных намного серьезнее, чем при наличии такой же ошибки
в случае обычной передачи. Поэтому во всех модемах, выполняющих сжатие дан-
ных, имеются встроенные программы, осуществляющие обнаружение и исправ-
ление ошибок.
Для обеспечения целостности сжимаемых данных эти программы запускают-
ся автоматически, как только модем начинает выполнять сжатие.
Обнаружение и исправление ошибок
При работе в режиме обнаружения и исправления ошибок передающий модем
вначале группирует данные, подлежащие передаче, в блоки символов. Затем над
символами каждого блока выполняются математические вычисления, после чего
в каждый блок добавляется один или несколько контрольных символов. Напри-
мер, в соответствии с алгоритмом, каждый блок данных может восприниматься
как одно длинное двоичное число, которое затем делится на фиксированный мно-
гочлен. Полученный в результате деления остаток и используется в качестве до-
бавляемого символа, а сформированный блок передается по каналу. Принимаю-
щий модем выполняет те же вычисления над символами полученного блока, то
есть он также воспринимает символы блока как одно большое длинное двоичное
число и делит его на тот же фиксированный многочлен, который использовался
ранее для получения контрольной суммы.
После завершения деления принимающий модем применяет остаток в качест-
ве локально сгенерированной контрольной суммы и сравнивает ее с контрольной
суммой, которая была добавлена к принятому блоку данных. Если контрольные
суммы совпадают, данные считаются принятыми без ошибок и принимающий
Характеристики и возможности модемов
149
модем отправляет передающему подтверждение о приеме. После получения под-
тверждения передающий модем удаляет переданный блок из буфера, поскольку
он был принят без ошибок. Если же контрольные суммы не совпадают, блок счита-
ется принятым с ошибками, поэтому принимающий модем удаляет его и отправля-
ет передающему модему негативное подтверждение, которое одновременно явля-
ется запросом на повторную передачу этого блока. Таким образом, в данном случае
процедура исправления ошибок сводится к повторной передаче блока данных.
Поскольку модем, поддерживающий операции обнаружения и исправления
ошибок, должен хранить в памяти переданный им блок данных до тех пор, пока
не получит от принимающего модема подтверждение о приеме, ему необходимо
иметь встроенное буферное запоминающее устройство. Требуемый объем буфера
зависит от метода, используемого для обнаружения и исправления ошибок. До
конца 1990-х годов наиболее популярным был метод MNP класса 4. Впоследст-
вии, после завершения разработки стандарта сжатия V.42bis, организацией ITU-T
был опубликован стандарт обнаружения и исправления ошибок V.42, который
в настоящее время является рекомендуемым и наиболее распространенным стан-
дартом коррекции ошибок.
Фактически стандарт V.42 определяет два метода обнаружения и исправления
ошибок: процедуру сбалансированного доступа к каналу (Link Access Procedure
Balanced, LAPB) и MNP класса 4. Первый метод соответствует высокоуровневому
протоколу управления каналом передачи данных (Higher-Level Data Link Cont-
rol, HDLC), который работает на сетевом уровне. Согласно стандарту V.42, LAPB
является основным методом обнаружения и исправления ошибок, a MNP клас-
са 4 — вспомогательным или альтернативным. Однако вследствие того, что в экс-
плуатации находится очень много MNP-совместимых модемов, многие пользова-
тели, имеющие У.42-совместимые модемы, для обнаружения и исправления оши-
бок применяют метод MNP класса 4. Далее в этой главе вы узнаете, как включать
и отключать в модемах функции сжатия данных и механизм обнаружения и ис-
правления ошибок.
Протокол MNP
Среди первых модемов со встроенными функциями обнаружения и исправления
ошибок были модемы, выпущенные компанией Microcom (впоследствии она бы-
ла приобретена компанией Compaq Computer Corporation). Разработка компани-
ей Microcom протокола MNP (Microcom Networking Protocol — сетевой протокол
Microcom) вызвала революционные изменения в модемных технологиях.
MNP представляет собой коммуникационный протокол, используемый в MNP-
совместимых модемах для поддержки интерактивных приложений и приложений,
выполнение которых связано с передачей файлов. При его разработке в компании
Microcom прекрасно понимали, что эта реализация не будет последней, поэтому
положения протокола допускают дальнейшие изменения и усовершенствования.
Для достижения такой гибкости основные функции протокола были разделены
на классы. В процессе установления сеанса связи модемы выполняют процедуру
согласования параметров работы, при которой за основу берется наивысший под-
держиваемый обоими модемами класс MNP-службы.
150
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Функции, предоставляемые каждым из MNP-классов, перечислены в табл. 4.3.
До 1990 года компания Microcom продавала другим производителям модемов ли-
цензии на право использования только функций первых пяти классов MNP. Од-
нако затем она начала предлагать функции всех MNP-классов. Таким образом,
несмотря на то что MNP-совместимые модемы являются совместимыми со всеми
другими MNP-модемами, может оказаться, что два модема поддерживают разные
подмножества классов. При их взаимодействии будут использоваться только
классы, поддерживаемые обоими модемами.
Обратите внимание на то, что в табл. 4.3 упоминаются стандарты V.29 и V.32.
Оба они представляют собой стандарты модуляции, созданные ITU-T, причем V.29
первоначально разрабатывался как технология модуляции, используемая в выде-
ленных линиях при полудуплексной передаче данных со скоростью 9600 бит/с.
Компания Microcom, как и другие производители, модифицировала эту техноло-
гию и сделала ее пригодной для коммутируемой телефонной сети общего пользо-
вания (PSTN). Кроме того, при использовании процессора для мониторинга на-
правления передачи появилась возможность быстро выключать передатчик мо-
дема и включать его приемник, что делало полудуплексную связь похожей на
полнодуплексную. Согласно стандарту V.32, который ориентирован именно на
полнодуплексную связь, для одновременной передачи и приема данных через
PSTN в модемах используется технология эхоподавления. Оба эти стандарты мо-
дуляции подробно рассматриваются в главе 5.
Таблица 4.3. Классы MNP
Класс Описание функций
1 Осуществляется асинхронная байт-ориентированная полудуплексная передача, при которой эффективность использования быстродействия модема составляет приблизительно 70 %. Модем, способный работать со скоростью 2400 бит/с, сможет передавать данные со скоростью 1690 бит/с
2 Используется асинхронная байт-ориентированная полнодуплексная передача, при которой производительность модема составляет приблизительно 84 % от максимальной. Модем, способный работать со скоростью 2400 бит/с, сможет передавать данные со скоростью 2000 бит/с
3 Из асинхронных данных удаляются стартовые и стоповые биты, благодаря чему между модемами устанавливается сеанс синхронной бит- ориентированной полнодуплексной связи. При использовании этого класса производительность возрастает до 108 %. Модем, имеющий рабочую скорость 2400 бит/с, на самом деле сможет передавать за одну секунду 2600 бит
4 Добавлен механизм подстраиваемой сборки пакетов, при использовании которого размер пакета определяется динамически, исходя из количества запросов на повторную передачу. Также добавлена фаза оптимизации данных, с помощью которой обеспечивается механизм снижения непроизводительных расходов, имеющих место при выполнении некоторых функций, предусмотренных протоколом. Производительность повышается приблизительно до 120 %, то есть скорость передачи данных модемом возрастает с 2400 бит/с до 2900 бит/с
Характеристики и возможности модемов
151
Класс Описание функций
5 Служба, выполняемая при использовании класса 4, осуществляет еще и сжатие данных с коэффициентом 1,6:1. (Это означает, что если модем получил для передачи 16 символов, то после выполнения операции он отправит по каналу только 10 символов.) Применение сжатия позволяет увеличить эффективность работы модема до 200 %. Если для примера взять тот же модем, что рассматривался ранее, то он сможет предавать данные со скоростью 4800 бит/с
6 К имеющимся функциям класса 5 добавлена универсальная процедура согласования метода передачи данных, а также реализована статистическая организация дуплексной передачи. Применение универсальной процедуры согласования метода передачи позволило модемам начинать работу, используя одинаковый низкоскоростной метод модуляции, а затем согласовывать возможность перехода на альтернативный высокоскоростной метод. При успешном завершении согласований может оказаться, что оба модема будут работать со скоростью 9600 бит/с, используя при этом технологию V.29. Статистическая организация дуплексной передачи заключается в мониторинге моделей пользовательского трафика. Это позволяет выполнять динамическое переключение между приемом и передачей, благодаря чему связь становится похожей на полнодуплексную. Скорость передачи данных модема возрастает с 9600 до 19 200 бит/с
7 К функциям, определенным протоколом MNP, добавлен более совершенный алгоритм сжатия, основанный на технологии статистического кодирования Хаффмана. Модемы могут выполнять сжатие данных с коэффициентом 2,0-3,0. Это равносильно двух- или трехкратному увеличению скорости передачи
8 В изготовляемых в настоящее время модемах уже не применяется
9 К службам класса 7 добавлена функция поддержки стандарта модуляции V.32, что позволяет в три раза увеличить производительность модемов, совместимых со стандартом V 32 и работающих со скоростью 9600 бит/с при полнодуплексной связи
10 Добавлены функции, позволяющие улучшить производительность модемов при работе с неустойчивыми каналами связи. Этот класс используется в модемах сотовой связи, при работе в телефонных каналах сельских районов, а также в некоторых международных соединениях (в случаях, когда один из абонентов находится в развивающейся стране)
Рекомендация V.42
Метод обнаружения и исправления ошибок MNP класса 4 используется в более
чем миллионе модемов, которые были изготовлены компанией Microcom и сот-
ней с лишним других производителей. Однако, согласно рекомендации ITU-T
V.42, опубликованной в 1990 году, он не является основным методом, рекомен-
дуемым для модемов.
В отличие от серии V-рекомендаций, которыми регламентируются техноло-
гии модуляций, рекомендация V.42 определяет протокол, согласно которому мо-
демы составляют блоки передаваемых данных, а также генерируют и добавляют
в каждый блок контрольную сумму. Учитывая огромное количество уже эксплуа-
тирующихся MNP-модемов, метод обнаружения и исправления ошибок MNP
152
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
класса 4 все-таки поддерживается в качестве вспомогательного стандарта. То есть
вначале V-42-совместимый модем пытается установить сеанс обмена данными,
используя процедуру сбалансированного доступа к каналу (LAPB). Если же мо-
дем одной из сторон не поддерживает протокол V.42, V-42-совместимый модем
попытается установить связь с применением метода обнаружения ошибок MNP.
Сжатие данных
Если рекомендация V.42 поддерживает вспомогательный метод обнаружения и ис-
правления ошибок (MNP), то рекомендация V.42bis (которая, по сути, является
стандартом сжатия данных и предусматривает использование протокола V.42)
вспомогательный метод сжатия не поддерживает. Теоретически это означает сле-
дующее: если на одном конце телефонной линии установлен У.42Ыз-модем, при-
меняющий сжатие данных, то на другом конце линии также должен быть установ-
лен У.42Ы5-совместимый модем. Поэтому, если вам нужно обеспечить совмести-
мость с MNP, при покупке модема обязательно выясните, на каком уровне под-
держивается в нем протокол MNP (если он вообще поддерживается), поскольку
новые стандарты V.42bis и V.44 являются единственными схемами сжатия дан-
ных, используемыми в современных модемах. К счастью, большинство V.42bis-MO-
демов поддерживают классы протокола MNP с первого по пятый, что дает воз-
можность работать с MNP-модемом как в режиме сжатия данных, так и в режиме
обнаружения и исправления ошибок.
Главное различие между рекомендациями V.42bis, V.44 и протоколом MNP
класса 5 или 7 заключается в используемых методах сжатия. Согласно рекомен-
дации V.42bis, в модемах применяется алгоритм сжатия Лемпела-Зива-Велча
(LZW), который может работать как с отдельными символами, так и со строками.
В соответствии с рекомендацией V.44, в модемах используется модифицирован-
ный алгоритм LZW (известный как LZJH), который также обрабатывает и от-
дельные символы, и строки. Для сравнения укажем, что метод сжатия, применяе-
мый в протоколе MNP, в основном работает с отдельными символами и менее
эффективен. При поступлении данных, которые хорошо поддаются сжатию, V.42bis-
модемы стандарта V.34, рассчитанные на передачу со скоростью 28 800 бит/с, мо-
гут обеспечить скорость передачи порядка 115 200 бит/с. В случае использования
в V-92-модемах метода сжатия, соответствующего рекомендации V.44, их произ-
водительность может увеличиться приблизительно до 300 кбит/с.
Интерфейсы и производительность
Чтобы эффективно использовать методы сжатия данных, нужно задать ДЛЯ ин-
терфейса модема скорость передачи, превышающую рабочую скорость модема
в четыре раза (если, конечно, такая скорость поддерживается последовательным
портом). Для того чтобы понять, чем это вызвано, давайте рассмотрим этот во-
прос подробнее.
Если пропускная способность интерфейса равна рабочей скорости модема,
применение процедуры сжатия данных не приведет к увеличению производи-
тельности последнего. Для этого нужно задать такую пропускную способность
интерфейса, которая как минимум вдвое превышает рабочую скорость модема.
Например, если модем способен передавать данные со скоростью 28 800 бит/с,
Интерфейсы RS-232 и V.24
153
пропускную способность интерфейса следует задать равной по меньшей мере
57 600 бит/с. Благодаря таким установкам модем сможет получать за единицу
времени больше битов данных, чем он способен передать. При последующем при-
менении процедуры сжатия количество битов, подлежащих передаче, уменьшится.
Модем передаст их с установленной рабочей скоростью, однако его производи-
тельность будет равна произведению коэффициента сжатия на рабочую скорость
модема.
Стандарты коммуникационных
интерфейсов
Для определения коммуникационных интерфейсов используется много стандар-
тов и рекомендаций. Однако фактически все нюансы обмена данными можно было
бы определить в одном стандарте, регламентирующем прохождение информации
через последовательность интерфейсов и каналов передачи без возникновения
ошибок.
Наибольший интерес представляет интерфейс между оборудованием, которое
является источником или получателем данных (терминальным оборудованием),
и устройством, предназначенным для решения задач, связанных с передачей дан-
ных (аппаратурой для передачи данных). Компьютеры считаются терминальным
оборудованием, а модемы — аппаратурой для передачи данных, поскольку в их
функции входит только обмен данными, а не их обработка или изменение.
Процедура установления соединений между компьютерами, терминалами, мо-
демами и сетью, регламентируется следующими стандартами и рекомендациями:
RS-232, V.24, RS-422, RS-423, RS-449, X.21, X.25 и «токовая петля». Часто произ-
водители использовали стандартизированные интерфейсы для выполнения таких
функций, на которые эти интерфейсы изначально не рассчитаны. Такой подход
позволил не увеличивать количество интерфейсов, однако внес путаницу и доба-
вил головной боли пользователям.
Стандартным в настоящее время является интерфейс RS-232, одобренный Ас-
социацией электронной промышленности (EIA). Именно поэтому принципы по-
строения интерфейсов мы будем изучать на его примере. В последующих разде-
лах подробно рассказывается, как функционирует RS-232 и каковы ограничения
на его применение, а также представлены новые разработки, которые в ближай-
шем будущем смогут его заменить.
Интерфейсы RS-232 и V.24
Полное название интерфейса RS-232 звучит так: «интерфейс между терминаль-
ным оборудованием и оборудованием передачи данных, обеспечивающий после-
довательную передачу данных». На текущий момент наиболее популярной вер-
сией интерфейса RS-232 является версия С, которая называется RS-232C. В кон-
це 1980-х была представлена версия D, за которой в начале 1990-х последовала
154
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
версия Е (RS-232E); она призвана вытеснить в самом ближайшем будущем версии
RS-232C и RS-232D. Поскольку все три версии стандартного интерфейса RS-232
выполняют одинаковые основные функции и имеют ряд одинаковых рабочих ха-
рактеристик, в дальнейшем при рассмотрении общих вопросов интерфейс будет
упоминаться как RS-232. При описании возможностей, свойственных конкрет-
ной версии, мы будем указывать полное название этой версии. Это также относит-
ся к рекомендации ITU-T V.24, которая почти идентична RS-232, однако характе-
ристики электрических сигналов, применяемых в соответствии с этой рекоменда-
цией, определены отдельно в рекомендации ITU-T V.28.
В завершение этого краткого вступления отметим, что стандарт RS-232 регла-
ментирует следующие четыре группы характеристик, функций и параметров:
+ механические характеристики интерфейса;
+ параметры электрических сигналов, используемых в интерфейсе;
4- функции, возлагаемые на каждый сигнал;
4- функции, выполняемые подмножествами сигналов.
Конструкция интерфейса
RS-232, как и другие стандарты, в первую очередь предназначен для разработчи-
ков оборудования, поэтому по структуре он больше похож на справочник, чем на
руководство пользователя. (Возможно, это и является причиной неодобрительных
отзывов о стандарте в некоторых публикациях; ведь чтобы свободно читать опи-
сания стандартов, нужно быть специалистом в рассматриваемой области.) Если
кто-нибудь, считающий себя знатоком коммуникационных технологий (включая
авторов подобных публикаций), скажет вам, что стандартом RS-232 определен
разъем DB-25, не спешите верить ему на слово. Для версии RS-232С такое утвер-
ждение является некорректным, поскольку указанный 25-контактный разъем
был определен как стандартный лишь после появления на свет версии D. До вы-
хода версии RS-232D в разделе стандарта, посвященном механической части ин-
терфейса, говорилось только о назначении сигналов каждого контакта разъема
(кстати, эта тема рассматривается в следующем разделе), о том, где на оборудова-
нии передачи данных должна находиться розетка разъема (на сленге — «мама»), о
рекомендуемой максимальной длине кабеля (50 футов), а также о максимально
допустимой емкости между жилами кабеля (2500 пФ).
В интерфейсе RS-232C в основном используется разъем DB-25, назначение ка-
ждого из контактов которого проиллюстрировано на рис. 4.6. Однако поскольку до
появления версии D этот разъем не был определен стандартом, многие производи-
тели в большинстве выпускаемых ими ноутбуков использовали другой разъем —
DB-9, который, как следует из его названия, имеет девять контактов. Разъем, изо-
браженный на рисунке, применяется в большинстве настольных компьютеров,
у которых разъемы последовательного и параллельного портов расположены на
одной плате адаптера. Для разъема DB-9 требуется меньше места на задней панели
корпуса, что позволяет уменьшить габариты компьютеров. Описание сигналов
стандарта RS-232, проходящих через контакты разъема DB-9, а также их сравнение
с сигналами, которые определены для разъема DB-25, вы найдете в конце главы.
Интерфейсы RS-232 и V.24
155
С выходом версии RS-232D назначение некоторых контактов было изменено, по-
этому на рис. 4.6 назначение контактов разъема для версии RS-232C указано без
скобок, а для версии RS-232D — в скобках.
Данные на передачу по вторичному каналу-----О
14
-----О
15
Данные на прием по вторичному каналу-----О
16
Синхронизация приема------О
17
-----О
18
Запрос на передачу по вторичному каналу----О
19
-----О
20
Индикатор качества сигнала----О
21
Индикатор вызоаа-----О
22
Выбор скорости передачи данных-----О
23
Синхронизация передачи______q
(Источник сигнала DTE) 24
Не подключен------о
25
Синхронизация передачи
(Источник сигнала DCE)
Не подключен
(Локальный петлевой контроль)
Готовность терминала
(Готовность DTE)
(Источник сигнала DTE)
(Режим тестирования)
О ——
2
О — —
3
О ——
4
О — —
5
о —-
6
О ——
7
О--
8
О— —
9
О--
10
О--
11
О--
12
О—-
13 X
О
Защитное заземление (Экран)
Передаваемые данные
Принимаемые данные
Запрос на передачу
Готовность к передаче
Готовность данных к передаче
(Готовность оборудования передачи данных)
Сигнальная «земля»
Индикатор принимаемого сигнала
(Обнаружение несущей)
Зарезервирован
Зарезервирован
Не подключен
Детектор несущей вторичного канала
Готовность к передаче по вторичному каналу
Рис. 4.6. Типичный разъем («мама») интерфейса RS-232
Описание сигналов
Если сказать, что какая-либо часть стандарта имеет большее значение, чем дру-
гая, — это будет звучать некорректно, однако все-таки основу стандарта RS-232
составляют разделы, в которых описаны электрические характеристики (уровни
сигналов, емкостное сопротивление и др.) и функциональное назначение сигналов.
В разделе, посвященном электрическим характеристикам, приведены специфи-
кации напряжения и тока для каждого контакта, а также требования, соблюдение
которых гарантирует, что устройство не повредится в случае, если будут накорот-
ко замкнуты любые два контакта. (Это не означает, что устройство должно про-
должать нормально функционировать, поскольку это нереально - оно не должно
загореться.) В разделе, описывающем функциональное назначение сигналов, ко-
торый, возможно, является наиболее важным, определены последовательность
передачи сигналов и ответные действия, выполняемые DTE и DCE.
Хотя стандартом RS-232 определены процедуры автоматического ответа моде-
ма и процедуры переключения направления передачи при полудуплексной связи,
процедура автоматического набора номера для установления соединения им не
описана. Эта функция регламентирована стандартом EIA RS-366. Как вы увиди-
те далее, почти во всех новых модемах имеется встроенная функция автоматиче-
ского набора, однако работает она таким способом, о котором авторы стандартов
156
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
RS-232 и RS-366 даже не помышляли. Когда модемы стали оснащать микропро-
цессорами, это дало возможность реализовать команды, позволяющие управлять
работой модема с помощью DTE. В частности, одна из таких команд сообщает
модему номер, который ему нужно набрать. Наличие такой команды сделало не-
нужными и стандарт RS-366, и многие патентованные методы набора номера. Да-
лее в этой главе при рассмотрении команд интеллектуальных модемов будет под-
робно исследована и стандартизированная команда набора номера.
Подмножество сигналов
Сигналы на рис. 4.7 пронумерованы и названы в соответствии со стандартами
EIA и CCITT (кроме того, в пятом столбце даны названия сигналов, используе-
мые многими специалистами; однако эта «четвертая система названий» не явля-
ется стандартной). В первом столбце указаны номера контактов. Как правило, те,
кто постоянно имеет дело с контактами разъемов, так и говорят о них: «контакт 2»,
«контакт 3» и т. д. Во втором столбце приведены обозначения, используемые
в соответствии с EIA: BA, ВВ, СВ и т. д. В третьем столбце даны обозначения
CCITT (эта организация теперь именуется ITU-T): 103, 104, 106 и т. д. Пятый
столбец содержит аббревиатуры названий сигналов: TD (Transmitted Data) —
передаваемые данные, RD (Received Data) — принимаемые данные, CTS (Clear to
Send) — готовность к передаче и т. д. Некоторые сигналы зачастую имеют не-
сколько таких описаний-аббревиатур, поскольку, как уже говорилось выше, аб-
бревиатуры не являются стандартными.
В следующих разделах мы подробно рассмотрим назначение каждого из кон-
тактов, а также проанализируем проходящие по ним сигналы.
Контакты 1 и 7
Контакт 1 должен быть соединен с корпусом устройства, а в случае использова-
ния экранированного кабеля также с одним из концов экранирующей оплетки
последнего. Никогда не подсоединяйте экранирующую оплетку к соответствую-
щим контактам под номером 1 на обоих концах кабеля! Экранированные кабели
применяются для уменьшения влияния посторонних электромагнитных излуче-
ний на передаваемый сигнал. Контакт 7 является общим для всех сигналов, вклю-
чая сигналы, с помощью которых передаются данные, сигналы синхронизации,
а также управляющие. Чтобы последовательный интерфейс работал корректно,
контакт 7 должен быть задействован на обоих концах кабеля. В версии RS-232D
контакт 1 предназначен только для соединения с экранирующей оплеткой, поэто-
му он часто упоминается как экран.
Как уже говорилось выше, контакт 7 является общим для всех сигналов. Это
означает, что все электрические цепи, проходящие через остальные контакты, за-
мыкаются через этот контакт и при выходе его из строя (нарушении электриче-
ского контакта) интерфейс просто не будет функционировать. Стандарт реко-
мендует присоединять этот общий провод к защитной «земле» путем внутренне-
го соединения в DCE. Смысл такого соединения заключается в том, что корпуса
устройств оказываются заземленными через штепсельную розетку.
Интерфейсы RS-232 и V.24
157
| Номер контакта Обозначение EIA Обозначение CCITT Назначение Аббревиатура От DCE К DCE
1 АА 101 Защитное заземление (Экран) GND
2 ВА 103 Передаваемые данные TD X
3 вв 104 Принимаемые данные RD X
4 СА 105 Запрос на передачу RTS X
5 СВ 106 Готовность к передаче CTS X
6 СС 107 Готовность данных к передаче (Готовность оборудования передачи данных) DSR X
7 АВ 102 Сигнальная «земля» SG X X
8 CF 109 Индикатор принимаемого сигнала (Обнаружение несущей) DCD X
9 Зарезервирован
10 Зарезервирован
11 Не подключен
12 SCF 122 Детектор несущей вторичного канала X
13 SCB 121 Готовность к передаче по вторичному каналу X
14 SBA 118 Данные на передачу по вторичному каналу X
15 DB 114 Синхронизация передачи (Источник сигнала DCE) X
16 SBB 119 Данные на прием по вторичному каналу X
17 DD 115 Синхронизация приема X
18 Не подключен (Локальный петлевой контроль) X
19 SCA 120 Запрос на передачу по вторичному каналу X
20 CD 108/2 Готовность терминала (Готовность DTE) DTR X
21 CG 110 Индикатор качества сигнала SQ X
22 СЕ 125 Индикатор вызоаа Rl X
23 СН 111 Выбор скорости передачи данных (Источник сигнала DTE) X
23 CI 112 Выбор скорости передачи данных (Источник сигнала DCE) X
24 DA 113 Синхронизация передачи (Источник сигнала DTE) X
25 Не подключен (Режим тестирования) X
Дополнения и изменения, появившиеся в версии RS-232D, приведены в скобках
Рис. 4.7. Назначение контактов разъема интерфейса RS-232
Распределение функций заземляющих контактов и, как следствие этого, нали-
чие двух отдельных проводов заземления создают дополнительные сложности. (За-
земление связанных аналоговых систем никогда не было простой задачей, и приме-
нение двух проводов заземления не является ее решением.) Во избежание проблем
контакты 1 и 7 на одном конце кабеля обычно соединяют вместе.
Контакты 2 и 3, сигналы TD (передаваемые данные)
и RD (принимаемые данные)
Наконец-то мы добрались до контактов, по которым осуществляется обмен дан-
ными! Чтобы лучше понять, в каком направлении передаются сигналы, примите
во внимание следующее: в стандарте RS-232 все названия сигналов указаны по
отношению к DTE. Таким образом, именно устройство DTE передает сигналы че-
рез контакт 2, а принимает через контакт 3. DCE, наоборот, передает сигналы через
контакт 3, а принимает через контакт 2. Если вы представите себя в качестве ком-
пьютера (что, согласитесь, более солидно, чем быть модемом), то для вас направ-
ления передачи сигналов будут совпадать с их названиями.
158
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Тем, кто уже привык к более современным электронным интерфейсам, уровни
сигналов стандарта RS-232 могут показаться несколько странными, так как они
отличаются от уровней ТТЛ- элементов. В версии RS-232C напряжение от +5 до
+ 15 В на контактах 2 или 3 (относительно контакта 7) соответствует уровню ло-
гического нуля, а напряжение от - 5 до -15 В на любом из этих контактов отвечает
уровню логической единицы. Сигналы с такими уровнями предназначены для
передачи данных. Для линий управления полярность логических уровней сигна-
лов меняется. В версиях RS-232D и RS-232E напряжения сигналов ON (вкл.) и
OFF (выкл.) увеличены до +25 и -25 В соответственно.
Контакты 4 и 5, сигналы RTS (запрос на передачу)
и CTS (готовность к передаче)
Терминал не может начать передачу данных до тех пор, пока от DCE не будет по-
лучен сигнал CTS. При передаче данных по линиям частных телефонных сетей
сигнал CTS обычно используется вместе с сигналом RTS. В этих случаях (при ус-
ловии, что модем сконфигурирован соответствующим образом) DTE может при-
менять сигнал RTS для включения сигнала модема с частотой несущей. При та-
ком применении сигналов RTS и CTS, а также при наличии DCE они бывают
связаны между собой таймером обратного отсчета, время срабатывания которого
задается при конфигурировании DCE. Промежуток времени между сигналами
RTS и CTS должен быть таким, чтобы после включения модемом сигнала с часто-
той несущей она успела стабилизироваться до того, как сигнал CTS поступит на
DTE. Если DCE сконфигурировано для работы с постоянно присутствующей не-
сущей (когда нет необходимости отправлять сигнал RTS), интервал времени ме-
жду передачей сигналов RTS и CTS задается равным нулю.
Контакты 6 и 20, сигналы DSR (готовность данных
к передаче) и DTR (готовность терминала)
С помощью сигнала DSR, который также можно назвать сигналом «готовность
модема», указывается, что модем включен и не находится в режиме тестирования.
Если для работы с приложением требуется установить коммутируемое соедине-
ние (набрать телефонный номер модема абонента), посредством сигнала DTR
имитируется снятие трубки. Когда модем находится в режиме автоответа, после
поступления на DTE сигнала RI (индикатор вызова) передается сигнал DTR,
указывающий модему на то, что он должен ответить на входящий звонок. В вер-
сии RS-232D сигнал, проходящий через контакт 6, переименован в DCE Ready
(готовность DCE), а сигнал, проходящий через контакт 20, — в DTE Ready (го-
товность терминала).
Контакт 8, сигнал DCD или CD
(индикатор принимаемого сигнала)
Через контакт 8 проходит сигнал, который называется DCD или CD (обнаруже-
ние несущей). Однако вторую аббревиатуру лучше не использовать, чтобы не пу-
тать этот сигнал с тем, что проходит через контакт 20, который организацией EIA
также назван CD. Модем передает сигнал DCD при получении по телефонной
Интерфейсы RS-232 и V.24
159
линии сигнала, параметры которого соответствуют параметрам несущей. Многие
DTE сконфигурированы так, что они должны получить этот сигнал перед переда-
чей или приемом данных. Поэтому когда используется не модем, а другое устрой-
ство, контакт 8 обычно соединяют с контактом 20.
Контакт 22, сигнал RI (индикатор вызова)
С помощью сигнала RI (индикатор вызова) DCE сообщает DTE о том, что посту-
пил телефонный звонок. Фактически все модемы, конструкция которых преду-
сматривает возможность прямого соединения с телефонной сетью через одобрен-
ный Федеральной комиссией связи (FCC) разъем, имеют встроенный автоответ-
чик. Это означает, что модемы могут распознать стандартное напряжение
сигнала вызова, сообщить о поступлении вызова DTE и ответить («снять труб-
ку») после поступления соответствующего сигнала от DTE. DCE посылает сиг-
нал через контакт 22 в тот момент времени, когда по линии передается сигнал вы-
зова. Таким образом, когда в линии есть напряжение сигнала вызова, сигнал RI
присутствует, в противном случае (в промежутках между импульсами вызова)
его нет. Передавая модему через контакт 20 сигнал DTR, DTE дает ему указание
ответить на телефонный звонок.
Рассматриваемые в следующих разделах очередные 10 контактов и сигналов
в большинстве случаев имеют назначение, которое в точности соответствует
стандартам RS-232 и V.24. Вероятность того, что в интерфейсе устройства указан-
ные сигналы и разъемы будут применяться как-то иначе, очень невелика, однако,
к сожалению, такое оборудование иногда встречается. Нетрудно догадаться, что
его использование совместно со стандартным связано с большими проблемами.
Контакты 15, 17, 21 и 24
В синхронных модемах применяются сигналы, проходящие через контакты 15,
17, 21 и 24. Передающий модем получает от DTE последовательности битов (0 и 1),
передает их и обеспечивает синхронизацию. Аналогично, принимающий модем
должен после получения битов отправлять их (а также сигналы, синхронизирую-
щие передачу во времени) терминалу через соответствующие интервалы времени.
Для этих целей используются контакт 15, по которому передается сигнал синхро-
низации процесса передачи битов устройством DCE, и контакт 17, сигнал кото-
рого служит для синхронизации приема битов. В случаях, когда сигналы синхро-
низации поступают не от передающего модема, а от другого источника (например,
если применяется мультиплексирование, то сигнал может поступить от другого
модема), задействован контакт 24, по которому передается сигнал синхронизации
процесса передачи устройством DTE. С помощью сигнала SQ (индикатор качества
сигнала), передаваемого через контакт 21, DCE сообщает DTE о том, что обнару-
женная несущая соответствует определенным в протоколе критериям качества.
Контакт 23, сигнал «выбор скорости передачи данных»
На рис. 4.7 контакт 23 встречается дважды, поскольку через него передаются два
сигнала: «выбор скорости передачи данных со стороны DTE» и «выбор скорости
передачи данных со стороны DCE». Некоторые модемы, называемые двухскорост-
ными, позволяют использовать две скорости для передачи и переключаться между
1
160 Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
ними. Скорость может выбираться автоматически во время согласования, кото-
рое выполняется модемами в начале сеанса связи, либо устанавливаться пере-
дающим DTE. С помощью сигнала, проходящего через контакт 23, сообщается,
на какой скорости, высокой или низкой, модем может передавать или принимать
данные. Обычно вызывающий модем задает скорость, которая будет использо-
ваться в установленном соединении, и передает эту информацию своему DTE
Вызывающий модем также уведомляет о выбранной им скорости вызываемый
модем, который с помощью сигнала «выбор скорости передачи данных со сторо-
ны DCE» информирует об этом свое DTE.
Вспомогательные каналы,
контакты 12, 13, 14, 16 и 19
В некоторых модемах используются как основные, так и вспомогательные кана-
лы. Пять вспомогательных сигналов, передаваемых через контакты 12, 13, 14, 16
и 19, предназначены для управления вторичными (обратными) каналами. При-
чем это управление выполняется точно так же, как в случае с первичными кана-
лами. В таких модемах первичный канал передачи имеет значительно большую
производительность, чем вторичный, по которому данные пересылаются в обрат-
ном направлении (например, со скоростью 75 бит/с).
Примеры использования
интерфейса RS-232
Теперь, после того как мы рассказали о назначении различных сигналов, давайте
рассмотрим несколько примеров использования интерфейса RS-232. Начнем с про-
стого примера, в котором интерфейс применяется в соответствии со стандартом,
а затем, в разделе «Нестандартное использование RS-232», проанализируем при-
меры нерегламентированного применения интерфейса.
Интерфейс между компьютером и модемом
При попытке связаться по телефонной линии с другим компьютером вы исполь-
зуете универсальный канал передачи данных, о котором рассказывалось в главе 1
(см. рис. 1.17). Ваш компьютер соединен с модемом через интерфейс RS-232,
а модем подключен к телефонной сети. Компьютер, находящийся на противопо-
ложном конце соединения, также соединен с модемом через интерфейс RS-232
На рис. 4.8, а показан интерфейс RS-232, в котором задействовано минимальное
количество контактов, необходимое для работы соединения DTE с DCE.
Входы 2 и 3 применяются устройствами DTE и DCE по-разному. Устройство
DTE использует провод, соединяющий контакты 2, для передачи данных, а про-
вод, соединяющий контакты 3, — для приема таковых. Устройство DCE, наобо-
рот, первый провод (контакты 2) применяет для приема, а второй (контакты 3) —
для передачи. Поэтому терминальное устройство и устройство передачи данных
необходимо соединить напрямую, как показано на рис. 4.8.
Интерфейсы RS-232 и V.24
161
а
Рис. 4.8. Минимальное количество контактов, необходимое для нормальной работы
интерфейса RS-232: а — соединение DTE и DCE;
б — соединение двух DTE или двух DCE
Интерфейс между компьютером и видеотерминалом
Обратите еще раз внимание на рис. 4.8, поскольку изображенный на нем простей-
ший интерфейс как раз и используется для соединения компьютера с видеотер-
миналом (VDT). Если и компьютер, и VDT сконфигурированы как терминалы
(DTE), контакты 2 и 3 их разъемов должны быть соединены накрест (на стороне
VDT), как это показано на рис. 4.8, б. В противном случае (если одно из уст-
ройств сконфигурировано как DCE) контакт одного устройства должен быть со-
единен с таким же контактом другого устройства.
Обычно перекрестное соединение выполняется на одном конце соединительно-
го кабеля. Однако можно использовать обычное (неперскрестное) соединение ме-
жду контактами разъемов кабеля, если один разъем кабеля подключить к разъему
устройства через специальный адаптер, в котором осуществляется перенаправле-
ние сигналов с одного контакта на другой. Такне адаптеры, часто называемые за-
менителями модема или нуль-модемами, выпускают с любой комбинацией разъе-
мов — «папа-папа», «папа-мама» или «мама-мама».
Интерфейс между компьютером и принтером
последовательного действия
Упаковочные коробки принтеров в большинстве случаев содержат надпись: «По-
следовательный интерфейс принтера соединяется непосредственно с портом
RS-232 компьютера». На задней панели такого принтера вы обнаружите разъем,
162
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
который выглядит точно так же, как разъем RS-232 модема. Отсюда нетрудно
сделать вывод, что с помощью имеющегося на компьютере разъема RS-232 мож-
но подключить к нему не только модем, но и принтер.
Однако интерфейс RS-232 никогда не предназначался для подключения пери-
ферийных устройств (подобных принтеру) к терминальным устройствам ввода
данных (таким как компьютеры). Это не означает, что при таком подключении
устройства не будут работать. Проблема в том, что возникает путаница с тем, к ка-
кому типу устройств в этом случае относится компьютер, а к какому принтер, —
DTE или DCE? Компьютеры почти всегда (когда речь идет об интерфейсе RS-
232, слово «всегда» звучало бы некорректно) сконфигурированы как DTE, а мо-
демы всегда сконфигурированы как DCE (на этот раз действительно «всегда»,
поскольку отводимая модему роль полностью определена стандартом). А как же
быть с принтером? Это DTE или DCE, рыба или мясо? Используются ли в нем те
же сигналы и контакты, что и в модеме, или есть отличия? Можно ли обойтись
без покупки дорогостоящего кабеля специально для принтера? Можно ли ис-
пользовать для подключения принтера кабель модема, тем более что он и выгля-
дит так же, как кабель принтера, и на нем имеются те же разъемы? Как много во-
просов, не правда ли? Что ж, теперь, когда вы имеете представление о том, как
соединяются DTE и DCE, давайте рассмотрим, как стандартом RS-232 определе-
на процедура управления асинхронным модемом.
Управление асинхронным модемом
Главным недостатком интерфейса, показанного на рис. 4.8, а, является отсутст-
вие каналов управления между модемом и терминалом. Например, после уста-
новления соединения с удаленным модемом очень пригодилась бы какая-нибудь
встроенная функция, которая в случае разрыва соединения могла бы проинфор-
мировать вас об этом. Для реализации этой идеи терминал должен выполнять мо-
ниторинг контакта 8, по которому передается сигнал обнаружения несущей. Как
уже упоминалось ранее, в интеллектуальных модемах имеются встроенные буфе-
ры памяти, предназначенные для хранения блоков данных до тех пор, пока от
удаленного модема не поступит подтверждение о корректном приеме переданного
ему блока. Поскольку объем буфера памяти ограничен, в арсенале модема долж-
на быть функция, позволяющая информировать терминальное устройство о том,
что нужно приостановить передачу данных модему до тех пор, пока в буфере мо-
дема не появится свободное пространство, достаточное для получения от терми-
нала очередного блока данных. Этот процесс, известный как управление потоком,
может быть реализован несколькими способами, один из которых заключается
в использовании модемом сигнала «готовность к передаче». Итак, давайте перей-
дем к следующему разделу, в котором эта тема рассматривается подробно.
Управление потоком
Предположим, что вы создали программное обеспечение, с помощью которого
можно передавать данные на принтер через порт RS-232, то есть фактически на-
писали драйвер принтера. Вы купили готовый кабель и проверили такие пара-
метры, как скорость передачи битов, количество стоповых битов и кодировка
Интерфейсы RS-232 и V.24
163
символов. Предположим также, что принтер сконфигурирован для работы с 7-раз-
рядными символами ASCII, что задействован контроль по нечетности и исполь-
зуется один стоповый бит. Принтер, как указано в документации, поддерживает
скорость передачи данных 9600 бит/с. Поскольку максимальная скорость, с кото-
рой ваш компьютер способен подавать на выход последовательные данные, также
равна 9600 бит/с, для работы вы будете применять именно эту скорость. Итак,
выполнив все приготовления, вы отправляете на принтер страницу текста, ис-
пользуя для этого свой драйвер. Однако после первой же строки (или двух) вы
обнаруживаете, что принтер теряет большую часть символов. Такое впечатление,
что они просто не доходят до принтера! Вы анализируете написанную программу,
проверяете все соединения, однако при повторных попытках данные вновь теря-
ются. В чем причина?
Давайте сравним скорости передачи и генерирования данных. При асинхрон-
ной передаче одного символа в кодировке ASCII используются 7 бит для пред-
ставления символа, 1 бит четности, 1 стоповый бит и 1 стартовый бит -- всего
10 бит. Компьютер передает принтеру 9600 бит в секунду, что равносильно ско-
рости 960 символов в секунду.
Посмотрев еще раз в документацию, вы обнаруживаете, что максимальная ра-
бочая скорость принтера равна 80 символов в секунду. Таким образом, вы посы-
лаете в 12 раз больше данных, чем в состоянии обработать принтер. Не удиви-
тельно, что при таком соотношении скоростей данные теряются. Происходит это
следующим образом: через некоторое время после начала работы буфер принтера
переполняется, а затем данные теряются до тех пор, пока в буфере не появится
свободное пространство. Все, что вам нужно в этом случае сделать, — реализовать
простой механизм рукопожатия, с помощью которого можно было бы останавли-
вать передачу компьютером данных при переполнении буфера и возобновлять ее
после освобождения буферного пространства. Вы скажете: «Этот процесс назы-
вается управлением потоком и должен быть предусмотрен в интерфейсе RS-232,
не так ли?» Неправильно! Интерфейс RS-232 был разработан для обмена данны-
ми между компьютерами через телефонные каналы, и предполагает, что меха-
низм управления потоком встроен в программное обеспечение, работающее в ко-
нечных пунктах. Для управления потоком использовались различные схемы, но
не все из них были одинаково эффективны. Однако об этом речь пойдет далее.
Большинство модемов поддерживает по меньшей мере два метода управления
потоком, которые известны как XON/XOFF и CTS/RTS. При использовании ме-
тода XON/XOFF для остановки передачи модем передает компьютеру символ
XOFF, а для ее возобновления — символ ХОМ. В некоторых случаях, например
когда получаемые от модема данные перенаправляются компьютером на принтер,
в компьютере также должен быть реализован механизм, позволяющий приоста-
новить поступление данных от модема. Символы XON и XOFF можно приме-
нить и для этих целей, только на этот раз они будут передаваться от компьютера
модему.
При использовании метода CTS/RTS управление потоком через интерфейс
между компьютером и модемом осуществляется с помощью сигналов CTS (го-
товность к передаче) и RTS (запрос на передачу). Когда потоком управляет мо-
дем, для указания компьютеру приостановить передачу данных он прекращает
164
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
подачу сигналов CTS. Чтобы возобновить передачу, модем вновь начинает от-
правлять компьютеру эти сигналы. Если управление потоком осуществляет ком-
пьютер, выполняются те же действия, но с сигналом RTS.
Прежде чем задействовать механизм управления потоком, нужно убедиться,
что в компьютере и модеме используются одинаковые методы управления. Для
передачи файлов, которые могут содержать управляющие символы, подобные
XOFF, необходимо применять метод управления потоком CTS/RTS, иначе после
получения символа XOFF компьютер прекратит передачу данных.
Каналы управления
В интерфейсе, представленном на рис. 4.8, а, отсутствуют цепи управления пото-
ком, а также цепь, по которой должен передаваться сигнал RI (индикатор вызо-
ва). Этот сигнал проходит через контакт 22, и при его отсутствии невозможно вы-
полнение операций автоматического ответа.
Чтобы терминал мог передать подключенному к нему модему сигнал, указы-
вающий, что он включен и готов к приему данных, в разъеме интерфейса должен
быть задействован контакт 20, через который и будет передаваться сигнал DTR.
Аналогично, для того чтобы модем как-то мог сообщить терминалу, что он вклю-
чен, в разъеме его интерфейса должен использоваться контакт 6, через который
будет передаваться сигнал DSR. Кроме того, чтобы терминальное устройство мог-
ло проинформировать модем о том, что у него имеются готовые к передаче дан-
ные, в интерфейсе должен быть задействован контакт 4, через который будет пе-
редаваться сигнал RTS.
Рассмотренные выше десять цепей управления являются обязательными для
асинхронного интеллектуального модема. Часто практикуется объединение це-
пей защитного и сигнального заземлений, благодаря чему количество цепей ин-
терфейса RS-232, требуемых для асинхронного интеллектуального модема, со-
кращается до девяти. Этим и объясняется, почему производители малогабаритных
компьютеров в качестве интерфейса к последовательным портам используют
разъемы DB-9.
В табл. 4.3 указаны номера и назначение контактов для разъема DB-9 и номера
аналогичных контактов разъема DB-25. Даже после беглого взгляда на таблицу
можно сделать вывод, что для соединения последовательного порта компьютера,
оборудованного разъемом DB-9, с разъемом DB-25S (S означает socket — розетка),
который имеют почти во все модемы, требуется специальный кабель. В этом кабе-
ле контакт 1 разъема DB-9 должен быть соединен с контактом 8 разъема DB-25,
контакт 2 — с контактом 3 и т. д.
Таблица 4.3. Соответствие контактов разъема DB-9 и DB-25
DB-9 Передаваемый сигнал DB-25
1 Обнаружение несущей 8
2 Принимаемые данные 3
3 Передаваемые данные 2
4 Готовность терминала данных 20
Интерфейсы RS-232 и V.24
165
DB-9 Передаваемый сигнал ОВ-25
5 Сигнальное заземление 7
6 Готовность данных к передаче 6
7 Запрос на передачу 4
8 Готовность к передаче 5
9 Индикатор вызова 22
Нестандартное использование RS-232
Ранее мы уже затрагивали проблему несовместимости устройств. Сейчас придет-
ся говорить о ней снова. RS-232 и другие подобные ему стандарты предназначены
для определения интерфейса между устройствами DTE и DCE, с помощью кото-
рого выполняется обмен данными через сети (обычно телефонные). Однако эти-
ми стандартами не определено использование данного интерфейса как основного
последовательного порта ввода-вывода. То есть способы подключения через ин-
терфейс RS-232 периферийных устройств, таких как принтер (или компьютер),
а также управление ими стандарты не регламентируют. Таким образом, в виде
интерфейса RS-232 производители получили весьма удобный метод связи для
своего оборудования. И все это при отсутствии контроля в отношении способов
его использования! В результате на рынке имеется немало устройств, соединение
с которыми связано с большими проблемами. Этот раздел призван помочь вам
в решении проблем и разобраться в том, какие сигналы проходят через интерфейс.
Принтеры и DTE
При подключении принтера к последовательному порту главная проблема заклю-
чается в том, что принтеры и другие периферийные устройства выполняют иные
функции, чем модемы, и поэтому для управления ими используются другие сиг-
налы. То есть принтеру не нужно посылать и принимать сигналы, от которых за-
висит нормальная работа модема.
При подключении принтера через разъем интерфейса RS-232 прежде всего
возникает вопрос: должны ли использоваться контакты 2 и 3, предназначенные
для передачи данных? С точки зрения стандарта и компьютер, и принтер являются
DTE, а если устройство DTE соединено непосредственно с другим DTE, отпадает
необходимость в большинстве сигналов, определенных для интерфейса RS-232.
Поэтому, несмотря на то что кабель, специально предназначенный для принтера,
выглядит так же, как и RS-232-кабель модема, некоторые контакты на одном кон-
це кабеля соединены совсем с другими контактами противоположного конца ка-
беля, другие соединены перемычками накоротко, а третьи не соединены с одно-
именными контактами противоположного конца кабеля вообще. Поэтому, когда
производители указывают в документации, что их продукт совместим с интер-
фейсом RS-232, в действительности это означает, что оборудование принимает
и передает только небольшую часть сигналов, определенных для данного интер-
фейса, и, возможно, не нарушает других положений стандарта.
166
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Нестандартное управление потоком
Предыдущий материал, в котором говорится о предназначении сигналов RTS и
CTS (контакты 4 и 5), скорее всего, натолкнет вас на мысль, что их можно ис-
пользовать для управления потоком. Однако мы не рекомендуем так делать, это
неправильный подход. Одна из причин, по которой не следует применять данные
сигналы подобным образом, состоит в том, что DCE не может прекратить переда-
чу сигналов CTS (готовность к передаче) до тех пор, пока DTE не завершит пере-
дачу сигналов RTS (запрос на передачу). Действительно, RTS и CTS являются
сигналами рукопожатия, однако проблема состоит в том, что с их помощью не
только сообщается о готовности DCE принять данные, но и передается другая
важная управляющая информация.
Сигналы RTS и CTS предназначены для того, чтобы у терминала была возмож-
ность запросить у модема информацию о состоянии коммуникационного канала.
Терминал конфигурируется таким образом, чтобы он мог поддерживать работо-
способность установленного соединения столько времени, сколько ему необхо-
димо, а устройство DCE не могло по своему усмотрению прекратить передачу
сигнала CTS. Это означает, что DCE не может использовать сигнал CTS в качест-
ве полноценного сигнала управления потоком. Для того чтобы указать DTE на
необходимость приостановки или возобновления передачи данных, DCE (в част-
ности, принтер, который принято относить к DCE) не может начать либо прекра-
тить передачу сигнала CTS. Такое ограничение объясняется тем, что процедура
рукопожатия выполняется между DTE и коммуникационным каналом, а не меж-
ду DTE и DCE. Рукопожатие служит для установления соединения, по которому
будут передаваться сообщения, а не для передачи подтверждений о приеме прин-
тером символа или строки.
Предположим, что вы все-таки решили использовать для управления потоком
сигналы RTS и CTS (то есть поступили подобно некоторым производителям, хотя
они должны были бы лучше понимать, что делают). В таком случае ответьте, что
произойдет, если принтер прекратит передачу сигнала CTS в момент, когда ком-
пьютер уже передал половину символа? Если передатчик остановится в этот же
момент, символ будет искажен, поскольку при последовательной передаче дан-
ных синхронизация по времени играет очень большую роль. Если передатчик ос-
тановится только после передачи всего кода символа, в буфере принтера может
не оказаться места для приема оставшейся половины. Поскольку такие ситуации
не определены стандартом, невозможно предвидеть последствия применения
сигналов RTS и CTS в качестве механизма управления потоком. Можно попы-
таться внимательно изучить документацию, относящуюся к обоим вовлеченным
в процесс устройствам. Однако даже после этого вы не будете застрахованы от
ошибок, хотя шансов на успех станет больше.
Некоторым производителям удается избежать возникновения конфликтов за
счет использования сигнала DTR (готовность терминала) или DSR (готовность
данных к передаче). Способ применения каждого из этих сигналов зависит от то-
го, рассматривается принтер как DTE или как DCE. Например, когда для управ-
ления потоком применяется контакт 6, то при переполнении буфера принтер пре-
кращает по нему передачу сигнала DSR. Если буферное пространство освободи-
лось и принтер может принять порцию данных, передача сигнала возобновляется.
Интерфейсы RS-232 и V.24
167
Однако такой способ не гарантирует, что устройство на другом конце кабеля рас-
познает сигнал или корректно его интерпретирует, поскольку эти цепи все-таки
не предназначены для управления потоком.
Существует и другой метод управления потоком. Он состоит в том, что прин-
тер по цепи передачи данных (контакт 3) отправляет компьютеру специальные
символы, с помощью которых указывает ему прекратить либо возобновить пере-
дачу. Драйвер распознает специальные символы и в зависимости от их назначе-
ния управляет выходом терминала. Для этой цели часто используются ASCII-
символы DC1 и DC3, предназначенные для управления устройствами 1 и 3 (на-
зываемые также XON и XOFF). На стандартной клавиатуре им соответствуют
сочетания клавиш Ctrl+Q (возобновить передачу) и Ctrl+S (пауза). Принтер в этом
случае действует следующим образом: когда его внутренний буфер заполнен при-
близительно на 80 %, посылается символ Ctrl+S, если же буфер более чем на 80 %
свободен, посылается символ Ctrl+Q.
Некоторые производители принтеров используют как цепь DSR. так и цепь RD
(XON/XOFF). Однако проблемы могут возникнуть и в этом случае В частности,
при соединении принтера с модемом (например, модемом для ближней связи,
расположенным на другом этаже здания) на противоположных концах канала
нет никакой связи между цепями DSR (а также между сигналами RTS/CTS), по-
этому использование других контактов (кроме 3 и 6) для управления потоком
становится невозможным. В данной ситуации для управления потоком лучше
задействовать символы XON/XOFF. Естественно, что и в этом случае необходи-
мо соблюдение ряда условий; на компьютере должен быть установлен драйвер,
распознающий специальные символы, а на принтере реализована логика, позво-
ляющая вовремя обнаружить переполнение буфера. Но и это не является гаран-
тией корректной работы. При мультиплексировании данных, поступающих с не-
скольких терминалов, на мультиплексоре в течение некоторого времени сохраня-
ются символы, передаваемые в обратном направлении, а это, к сожалению, может
привести к еще одной неувязке.
Описанные проблемы возникают из-за того, что интерфейс RS-232 никогда не
предназначался для управления потоком или для соединения DTE с DTE. Поэто-
му не удивляйтесь, если организованные вами методы управления потоком не
всегда будут работать корректно — они не определены стандартом. Однако, не-
смотря на все приведенные доводы, большинство производителей интеллекту-
альных модемов все-таки используют сигналы RTS и CTS в качестве механизма
управления потоком, как в направлении от DTE к модему, так и в направлении от
модема к DTE. К счастью, в большинстве этих модемов для управления потоком
также применяются символы XON/XOFF и некоторые другие символы.
Ограничения стандарта RS-232
После прочтения предыдущих разделов вам может показаться, что отсутствие ме-
ханизма управления потоком является главным недостатком интерфейса RS-232.
Однако это не так. Управление потоком гораздо лучше выполняется не аппарат-
ными средствами, а с помощью программного обеспечения, поэтому в новых раз-
работках предпочтение отдается именно этому направлению. Хотя это веяние
168
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
времени еще не коснулось периферийных устройств для малогабаритных компью-
теров. Что касается интерфейса RS-232, то у него, к сожалению, есть недостатки,
которые ограничивают его применение. После того как вы их внимательно изучи-
те, у вас, скорее всего, появится желание поискать стандарты, которые лишены
этих недостатков.
Ограничения на длину кабеля
Одной из главных проблем интерфейса RS-232 является ограничение, согласно
которому кабель, соединяющий два устройства, не может быть длиннее 50 футов.
Если не работать на самых высоких скоростях передачи данных, то использова-
ние кабеля большей длины не приведет к негативным последствиям. Однако ино-
гда при соединении устройств длину кабеля замеряют «на глаз», а в этом случае
легко превысить лимит, что приведет к потере передаваемых данных. Длина ка-
беля не станет серьезным ограничением, если расположить модем возле компью-
тера или терминала, а обмен данными с удаленным компьютером осуществлять
через телефонные линии. Нередко RS-232-кабели применяют для прямого соеди-
нения терминалов с компьютерами. Ведь пользоваться одним и тем же интерфей-
сом очень удобно, к тому же может оказаться, что и у компьютера, и у терминала
имеются разъемы только одного интерфейса — RS-232. Именно в таких случаях
и следует учитывать данное ограничение.
При передаче 0 (одного из двух возможных состояний линии) RS-232-пере-
датчик генерирует сигнал, напряжение которого находится в диапазоне от +5 до
+25 В. При передаче 1 (противоположного состояния линии) генерируется сиг-
нал напряжением от -5 до - 25 В. К сожалению, эти уровни напряжения не совпа-
дают с используемыми внутри компьютера и терминала, поскольку для этих уст-
ройств уровни напряжений определяются применяемыми в них ТТЛ- и МОП-
структурами. Это означает, что для достижения уровня, необходимого интерфей-
су RS-232, амплитуда напряжения внутреннего сигнала компьютера (или терми-
нала) должна быть увеличена на 12 В. Из рис. 4.9 видно, что если напряжение
сигнала, проходящего через интерфейс RS-232, превышает +3 В, сигнал интер-
претируется как логический 0, сигнал, имеющий напряжение меньше -3 В, вос-
принимается как логическая 1. Согласно спецификации, при изменении состоя-
ния сигнала время его перехода от напряжения, соответствующего логической 1,
до напряжения, соответствующего 0 (то есть изменение его напряжения с -3 до
+3 В или наоборот) не должно превышать 5 % времени бита. На основе этого тре-
бования определяется максимально допустимая для кабеля величина паразитной
емкости между его жилами, поскольку емкость препятствует быстрому измене-
нию состояния сигнала (изменению положительного напряжения на отрицатель-
ное) и, следовательно, увеличению скорости передачи. Стандартом RS-232 опре-
делено, что емкость между жилами кабеля не может быть более 2500 пФ. Кабели,
используемые в интерфейсе RS-232, имеют удельную емкость от 40-50 пФ на
один фут, следовательно, длина кабеля не должна превышать 2500 /50 = 50 футов.
Интерфейсы RS-232 и V.24
169
Ограничения по скорости
Согласно второму ограничению, максимальная скорость, с которой могут переда-
ваться данные через интерфейс, не должна превышать 20 000 бит/с (примени-
тельно к соединению компьютер-терминал это не является серьезным недостат-
ком). Скорость обмена данными между компьютером и терминалом обычно
меньше или равна 19 200 бит/с (в лучшем случае). Если же к компьютеру через
интерфейс RS-232 подключен современный высокоскоростной модем, способ-
ный передавать данные со скоростью 56 кбиг/с без выполнения сжатия, то ско-
рость передачи данных модему превысит олреде-тенный стандартом предел. Такое
нарушение положений стандарта имеет место при использовании кабеля, длина
которого значительно меньше 50 футов. (Кстати, большинство производителей
рекомендуют при подключении модема к компьютеру не применять кабель длин-
нее 12 футов.)
Как уже говорилось ранее, для эффективного использования возможностей
модема, работающего в режиме сжатия, компьютер должен передавать ему дан-
ные со скоростью, в 2-4 раза превышающей скорость, с которой модем передаст
несжатые данные. Это означает, что при использовании модема с рабочей скоро-
стью 33,6 кбит/с для последовательного порта компьютера нужно задать ско-
рость передачи данных, равную 67,2 или даже 134,5 кбит/с. К сожалению, при
продолжительной работе на скоростях свыше 115,2 кбит/с универсальный асин-
хронный приемопередатчик (UART), который является основой контроллера по-
следовательного порта компьютера, может терять данные. Для преодоления этой
проблемы некоторые производители модемов требуют обязательного наличия на
компьютере «усовершенствованного» последовательного порта.
Ограничения, связанные с заземлением
Третий недостаток интерфейса RS-232 связан с методом заземления. Речь идет не
столько о заземлении собственно, сколько о том, что напряжения управляющих
сигналов и сигналов данных отсчитываются от сигнальной «земли» (контакт 7).
170
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
В большинстве случаев этот метод, называемый небалансная передача, работает
удовлетворительно. Однако если имеет место разность между потенциалами «зем-
ли» в устройствах (что вероятно при большой длине кабеля), области перехода
у обоих устройств оказываются смещенными. При возникновении такой ситуа-
ции получаемые сигналы могут интерпретироваться неправильно (рис. 4.10).
Чем длиннее кабель, тем больше
вероятность возникновения ошибок
+з
о
-з
77777777:
Уровни сигнала на устройстве А
Сигнал будет интерпретирован
правильно
Сигнал находится в переходной области, поэтому
правильность его интерпретации под вопросом
Уровни сигнала на устройстве Б
Рис. 4.10. Проблемы, возникающие при наличии разности между потенциалами
«земли» в устройствах, соединенных кабелем RS-232
Обобщая изложенный выше материал, можно сказать, что стандарты и огра-
ничения существуют для того, чтобы их соблюдали. Поэтому, если вы подключи-
те модем к компьютеру с помощью очень длинного кабеля и захотите к тому же
передавать по нему данные со скоростью, не предусмотренной стандартом, го-
товьтесь к неприятностям.
Другие интерфейсы
Хотя RS-232 и является наиболее широко распространенным интерфейсом, кро-
ме него для подключения DCE к DTE также применяются другие RS-интерфей-
сы, «токовая петля», ITU х.21, USB и FireWire.
Интерфейс «токовая петля»
При всех недостатках стандарта RS-232 в нем хотя бы определены назначения
контактов разъемов и уровни сигналов. Для телетайпов такие стандарты не раз-
работаны. Описан лишь формат последовательной передачи, предполагающий
Другие интерфейсы
171
использование стартовых битов, стоповых битов, битов данных и битов четности.
Однако устройства, выпускаемые разными изготовителями, имеют различные
электрические интерфейсы и к тому же для них не определены управляющие сиг-
налы. В телетайпах сигнальный интерфейс называется «токовая петля». Для пред-
ставления уровней логического нуля и логической единицы в этом интерфейсе
вместо положительных и отрицательных напряжений используется сам факт на-
личия или отсутствия тока. В зависимости от модели телетайпа и фирмы-изгото-
вителя уровню логической единицы может соответствовать ток, сила которого
равна 20-60 мА. Стандартов, определяющих разъемы или назначения контактов
интерфейса «токовая петля», не существует
Вся работа этого интерфейса состоит во включении или выключении тока,
протекающего по цепи, соединяющей два устройства. Роль активной стороны ка-
нала передачи заключается в генерировании тока, а роль пассивной сводится к его
обнаружению. Поскольку любая из сторон может быть активной, система, со-
стоящая из передатчика и приемника сигналов, имеет четыре режима работы: ак-
тивный приемник, активный передатчик, пассивный приемник и пассивный пе-
редатчик. Так как источник питания удобно размещать на одном конце линии
связи (обычно на компьютере), по одному каналу, соединяющему компьютер
с терминалом, передаются сигналы всех четырех типов,
Несмотря на отсутствие стандартов, разработчики последовательных устройств
для компьютеров нередко внедряют в свою продукцию возможности, свойствен-
ные интерфейсу «токовая петля». Поскольку телетайп можно рассматривать и
как принтер, и как терминал, интерфейс «токовая петля» является достаточно
экономичным решением, которое к тому же можно использовать и для других
устройств. Если длина кабеля интерфейса RS-232 не должна превышать 50 фу-
тов, то для кабеля интерфейса «токовая петля» допустима длина до 1500 футов,
при этом по нему можно передавать данные со скоростью до 9600 бит/с без под-
ключения дополнительных источников питания. К сожалению, интерфейс «токо-
вая петля» абсолютно несовместим с RS-232, поэтому требуется использование
специальных преобразователей. Например, для того чтобы соединить между со-
бой два микрокомпьютера, каждый из которых является активным терминалом,
необходим конвертер (преобразователь) «активный-активный». Аналогично, для
соединения двух пассивных терминалов нужен конвертер «пассивный-пассивный».
К счастью, конвертеры можно легко сконструировать с применением оптронной
пары. Для конвертера «пассивный-пассивный» потребуется источник питания,
с помощью которого будут генерироваться импульсы тока, а вот для конвертера
«активный-активный» никакого источника питания не нужно.
Серия интерфейсов RS
Несмотря на некоторые преимущества, которые дает интерфейс «токовая петля»,
большинство пользователей все-таки не хотят отказываться от RS-232 и возвра-
щаться к старому интерфейсу, разработанному еще для телетайпов. Напротив,
они стремятся испытать в работе интерфейсы новых типов. Именно о последних
и пойдет речь далее. Два из них похожи на RS-232, к тому же в них устранены не-
которые его недостатки, остальные рассматриваемые интерфейсы имеют свои
172
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
особенности (например, в них программное обеспечение выполняет функции, ко
торые обычно возлагались на аппаратные средства). Сначала мы рассмотрим ит
терфейсы, аналогичные RS-232.
В начале 1970-х годов организация EJ А приняла стандарты RS-422A, RS-423
и RS-449, в которых планировалось устранить недостатки, свойственные RS-23'
и использовать все наилучшее, что можно позаимствовать из интерфейса «токовая
петля». Основные изменения коснулись электрических, механических и фуяк
циональных требований к интерфейсам серии RS-232, которые были представле
ны в виде отдельных документов. В документах RS-422A и RS-423A содержите
только электрические спецификации, а в документе RS-449 определены функции
управления.
RS-422A
Для передачи данных с большими скоростями стандартом RS-422A предусматри
ваегся наличие двух отдельных проводов для каждого сигнала. Эта технологи ч
получила название балансная (разностная) передача. При ее использовании число
проводов в кабеле удваивается, однако это позволяет передавать данные с очент-
большими скоростями и минимизировать влияние на интерпретацию сигнала раз
личия в потенциалах «земли» устройств, соединенных кабелем. В RS-422A требо-
вания к заземлению не столь критичны, как в RS-232, поскольку при определена
напряжения сигнала в качестве точки отсчета потенциал «земли» не использует-
ся. По этой причине в RS-422A не обязательно задействовать контакт 7 (сигналь-
ная «земля»).
Кроме того, интерфейсы RS-422A и RS-232 отличаются размером переходной
области (зоны нечувствительное га) После устранения проблем, связанных с потен-
циалом «земли», появилась возможность значительно уменьшить размер пере-
ходной области. Согласно стандарту RS-422A, при интерпретации принимаемого
сигнала (0 или 1) определяется разность напряжений между двумя сигналами
В RS-422A эта разность составляет всего 0,4 В, в то время как в RS -232 она равты
6 В (от -3 до 3 В). Если разность между напряжениями сигналов положительна и
превышает 0,2 В, приемник интерпретирует сигнал как логическую 1, если же
разность напряжений отрицательна и меньше 0,2 В, приемник воспринимает
сигнал как логический 0. Благодаря использованию таких невысоких значений
напряжения, источник питания приемника или передатчика можег также иметь
невысокое напряжение (порядка ±5 В), которое сравнимо с напряжениями, ис-
пользуемыми в схемах компьютера.
RS-423A
Чем этот интерфейс отличается от двух предыдущих? Во первых, RS-423A обес-
печивает меныпую скорость передачи данных, а во-вторых, для каждого накрав
ления передачи сигналов (здесь, как и в RS 232 используется метод небалансной
передачи) применяется один обратный провод для всех сигналов. Интерфейс
стандарта RS-423A может работать как в среде RS-232, так и в среде RS-422A
При наличии аппаратных средств и устройств, рассчитанных на обмен данными
через интерфейс RS-232, это дает возможность пепейти к новому интерфейсу RS-
422А, тем более что стандартом определен переходник между двумя названными
интерфейсами (RS-232 и RS-422A).
Другие интерфейсы
173
Вследствие того что в стандарте RS-422A указана значительно меньшая пере-
ходная область, сигналы, которые переданы передатчиком этого интерфейса, не-
корректно принимаются приемником интерфейса RS-232. Однако оборудование,
рассчитанное на поддержку интерфейса RS-423A, прекрасно работает с сигнала-
ми, используемыми в RS-232. В интерфейсе RS-423A для каждого направления
передачи сигналов имеется дополнительный провод сигнальной «земли», зазем-
ленный только на стороне передатчика. Чтобы определить, какая информация
содержится в сигнале (0 или 1), приемник рассчитывает разность потенциалов
между проводом, по которому передается сигнал, и проводом сигнальной «зем-
ли» (положительна она или отрицательна). Поскольку, как уже говорилось вы-
ше, провод сигнальной «земли» соединен с корпусом устройства только на сторо-
не передатчика, при использовании интерфейса RS-423A не возникает проблем,
связанных с заземлением.
В передатчике RS-423A разность потенциалов между проводом, по которому
передается сигнал, и проводом сигнальной «земли» должна быть равна по край-
ней мере 4 В при передаче логического 0 и -4 В при передаче логической 1. Та-
ким образом, величина переходной области составляет 8 В и, следовательно, пе-
редатчик RS-423A совместим с приемником RS-232. К сожалению, из этого также
следует, что при использовании интерфейса RS-423A вы столкнетесь с пробле-
мой, свойственной RS-232, — необходимостью установки дополнительных источ-
ников питания. Поскольку стандартом RS-423A предусмотрено, что приемник
должен корректно интерпретировать сигналы, у которых переходная область рав-
на 0,4 В (в соответствии со стандартом RS-422A), передатчик стандарта RS-422A
может быть подключен к приемникам, соответствующим стандарту RS-423A.
RS-449
При разработке стандарта RS-449 предполагалось, что он унаследует функцио-
нальную часть RS-232, включая механические спецификации разъемов. Кроме
увеличения скорости передачи и максимально допустимой длины кабеля по срав-
нению со стандартом RS-232, спецификациями RS-449 определены некоторые
незначительные функциональные изменения, относящиеся к процедуре автома-
тического тестирования модема и обеспечению вторичного канала. Однако но-
вым стандартом не предусматривалось внедрение, функции «исходящий вызов».
Отсутствие серьезных изменений стало одной из причин, по которым в настоя-
щее время продукты, соответствующие стандарту RS-449, не пользуются боль-
шим спросом.
На рис. 4.11 для сравнения приведены сигналы стандартов RS-449, RS-232
и V.24. Обратите внимание на схожесть новых и старых стандартов. Они отлича-
ются очень немногим: в них используются различные процедуры тестирования,
а также есть отличие в организации заземления — в интерфейсе RS-232 отсутст-
вуют сигналы SC (сигнальная «земля» передачи) и RC (сигнальная «земля» прие-
ма). Кроме того, стандарт RS-449 определяет несколько дополнительных сигна-
лов. Для передачи всех сигналов используется стандарт RS-423A. Исключение
составляют лишь некоторые сигналы, которые могут применяться в высокоско-
ростных каналах — они могут также передаваться в соответствии со стандартом
RS-422A. (Как уже говорилось выше, каждый такой сигнал передается по двум
174
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
отдельным проводам.) Для 37-контактного разъема определены иные сигналы,
чем для 9-контактного. В частности, в них по-разному организовано заземление и
изменено назначение контакта 7 (сигнальная «земля»). Во многих случаях при ис-
пользовании интерфейса RS-449 достаточно применения только кабеля с 37-кон-
тактными разъемами, поскольку по кабелю с 9-контактными разъемами переда-
ются только сигналы, относящиеся ко вторичному каналу.
RS-449 RS-232 Рекомендации V.24 CCITT
SG I Сигнальная «земля» SC Общий обратный провод передачи АВ | Сигнальная «земля» (Экран) 102 | Сигнальная «земля» 102а Общий обратный провод DTE
RC Общий обратный провод приема 102b Общий обратный провод DCE
IS !С TR DM Терминал работает Входящий вызов Готовность терминала Режим данных СЕ DC СС Индикатор вызове Готовность терминала (DTE готов) Готовность данных к передаче (DCE готов) 125 108/2 107 Индикатор вызова "отовность терминала Готовность данных к передаче
SD RD Передаваемые данные Принимаемые данные ВА ВВ Передаваемые данные Принимаемые данные 103 104 Передаваемые данные Принимаемые данные
ТТ ST RT Синхронизация терминала Синхронизация передачи Синхронизация приема DA DB DD Синхронизация передачи (Источник DTE) Синхронизация передачи (Источник сигнала DCE) Синхронизация приема 113 114 115 Синхронизация передачи (Источник DTE) Синхронизация передачи (Источник сигнала DCE) Синхронизация приема
RS cs RR SO NS SF SR SI Запрос на передвчу Готовность к передаче Готовность приемника Качество сигнала Новый сигнал Выбор частоты Индикатор скорости передачи Индикатор скорости передачи СА СВ CF CG СН CI Запрос на передачу Готовность к передаче Индикатор принимаемого сигнала Индикатор качества сигнала Индикатор скорости передачи (Источник сигнала DTE) Выбор скорости передачи данных (Источник сигнала DCE) 105 106 109 110 126 111 112 Запрос на передачу Готовность к передаче Индикатор принимаемого сигнала Индикатор качества сигнала Выбор частоты передачи Выбор скорости передачи данных (Источник сигнала DTE) Выбор скорости передачи данных (Источник сигнала DCE)
SSD SRD Передаваемые данные вторичного канала Принимаемые данные вторичного канала SBA SBB Данные на передачу по вторичному каналу Данные на прием по вторичному каналу 118 119 Данные на передачу по вторичному каналу Данные на прием по вторичному каналу
SRS SCS SRR Запрос на передачу по вторичному каналу Готовность к передаче по вторичному каналу Детектор несущей вторичного канала SCA SCB SCF Запрос на передачу по вторичному каналу Готовность к передаче по вторичному каналу Детектор несущей вторичного канала 120 121 122 Запрос на передачу по вторичному каналу Готовность к передаче по вторичному каналу Детектор несущей вторичного канала
LL RL TM Локальный петлевой контроль Удаленный петлевой контроль Режим контроля (Щ (ТМ) (Локальный петлевой контроль) (Режим контроля) 141 140 142 Локальный петлевой контроль Удаленный петлевой контроль Режим контроля
SS SB Выбор резервного канала Индикатор резервного канала 116 117 Выбор резервного канала Индикатор резервного канала
В круглых скобках указаны отличия RS-232D от RS-232C
Рис. 4.11. Сравнение сигналов интерфейсов RS-449 и RS-232
При использовании стандарта RS-449 приходилось иметь дело с двумя разъе-
мами, каждый из которых и по размеру, и по назначению контактов отличался от
разъема RS-232, между тем последний уже успешно применялся на десятках мил-
лионов DTE и DCE. Именно это и стало главной причиной того, что RS-449 не стал
широко распространенным. Осознав, что этот стандарт, возможно, не сможет
Другие интерфейсы
175
выполнить отведенную ему роль, в конце 1980-х годов организация EIA приняла
стандарт RS-530, призванный стать преемником стандарта RS-449. Два других
стандарта, RS-442 и RS-423, по-прежнему используются, к тому же на них часто
ссылается стандарт RS-530.
RS-530
В отличие от RS-449, стандарт RS-530 предусматривает применение ставшего поч-
ти универсальным 25-контактного разъема, имеющего форму буквы D (такой же
используется и в RS-232). Кроме того, новый стандарт позволяет работать со ско-
ростями, превышающими 20 кбит/с (это предельная скорость, с которой можно
передавать данные через интерфейс RS-232).
Такое увеличение рабочей скорости стало возможным вследствие применения
балансной передачи сигналов. Для сравнения напомним, что в интерфейсе RS-232
вместо нее используются вторичные каналы и сигнал RI (индикатор вызова).
Для минимизации искажений при балансном методе передачи для каждого сиг-
нала выделено два провода, потенциалы в которых имеют противоположную по-
лярность.
Сигналы, проходящие через каждый из контактов интерфейса RS-530, пере-
числены в табл. 4.4. К тому времени, когда завершалась работа над данной кни-
гой, на рынке еще не было ни одного продукта, соответствующего этому новому
стандарту. Однако, исходя из того, что в новом интерфейсе не используется сиг-
нал RI (индикатор вызова), можно предположить, что этот стандарт не будет при-
меняться в коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN).
Таблица 4.4. Назначение контактов интерфейса RS-530
Номер контакта Сигнал Описание
1 Экран
2 ВА Передаваемые данные
3 ВВ Принимаемые данные
4 СА Запрос на передачу
5 СВ Готовность к передаче
6 СС Готовность оборудования передачи данных
7 АВ Сигнальная «земля»
8 CF Индикатор принимаемого сигнала
9 DD Синхронизация принимаемого сигнала (источник сигнала — DCE)
10 CF Индикатор принимаемого сигнала
11 DA Синхронизация передаваемого сигнала (источник сигнала — DTE)
12 DB Синхронизация передаваемого сигнала (источник сигнала — DCE)
13 СВ Готовность к передаче
14 ВА Передаваемые данные
15 DB Синхронизация передаваемого сигнала (источник сигнала — DCE)
продолжение^
176
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Таблица 4.4. {продолжение)
Номер контакта Сигнал Описание
16 ВВ Принимаемые данные
17 DD Синхронизация принимаемого сигнала (источник сигнала — DCE)
18 LL Локальный петлевой контроль
19 СА Запрос на передачу
20 CD Готовность DTE
21 RL Удаленный петлевой контроль
22 СС Готовность DCE
23 DC Готовность DTE
24 DA Синхронизация передаваемого сигнала (источник сигнала — DTE)
25 ТМ Режим тестирования
RS-366
Ни в одном из рассмотренных к этому моменту RS-стандартов не определен,
процедура автоматического набора модемом номера абонента для установлени
соединения. В спецификациях RS-232 и RS-449 описано, как модемы должны о1
вечать на вызов, но в них ничего не сказано о выполнении автоматического наборе,
номера. После создания стандарта RS-366 этот недостаток в регламентировании
работы модема был устранен. Причиной столь позднего появления названной
стандарта служит то, что до конца 1980-х годов оборудование, позволяющее ком-
пьютеру управлять процессом автоматического набора номера, являлось доволь
но дорогим, что было связано со сложностью необходимых для этого действий
Вот перечень операций, которые должно выполнять устройство при автоматиче
ском наборе номера: «снять трубку», определить, свободна ли линия, подождать
некоторое время и распознать тон, соответствующий свободной линии, набрать
номер. Кроме того, устройство должно понимать различные сигналы, передавае-
мые противоположной стороной в процессе установления соединения (напри-
мер, сигнал «занято»), и отвечать на них.
Стандарт RS-366 предназначен главным образом для использования в комму-
никационных каналах частных телефонных сетей при дублировании устройств
набора номера, а также для автоматического набора номера удаленными терми-
налами, что дает им возможность передавать данные. Например, с помощью соот-
ветствующего программного обеспечения центральный компьютер какой-нибудь
компании может каждый вечер автоматически устанавливать соединения с ком-
пьютерами удаленных филиалов (выполняя набор номера) и получать от них
итоговую информацию за прошедший день.
С появлением недорогих интеллектуальных модемов, способных отвечать на
команды DTE, спрос на оборудование для автоматического набора номера значи-
тельно упал. В настоящее время стандарт RS-366 все еще используется для управ-
ления работой синхронных модемов, однако ожидается, что в дальнейшем он бу-
дет вытеснен, поскольку большинство производителей модемов уже сейчас вне-
дряют в свои продукты функции управления синхронным набором
Другие интерфейсы
177
ITU Х.21
В связи с тем, что в течение ближайших нескольких лет прямое цифровое соеди-
нение с цифровой телефонной сетью должно стать обычным явлением, организа-
ция ITU решила кроме разработки RS-стандартов заняться также новыми пер-
спективными направлениями. Ожидается, что в будущем будет использоваться
главным образом синхронная передача данных, а коммуникационное оборудование
будет обеспечивать побитовую и побайтовую синхронизацию сигналов. Представ-
ленная в 1976 году рекомендация ITU Х.21 включает протокол, определяющий
процедуру вызова и ответа на вызов, а также порядок передачи и приема данных
с помощью полнодуплексной синхронной передачи. Сигналы побайтовой син-
хронизации не являются обязательными, однако можно с уверенностью сказать,
что ими можно будет воспользоваться почти повсеместно при обмене данными
по цифровым телефонным линиям. Разительным контрастом, по сравнению со
стандартами RS-232, RS-449 и RS-530, является то, что в Х.21 применяется толь-
ко шесть сигналов. Электрические спецификации содержатся в рекомендациях
Х.26 (соответствует стандарту EIA RS-422A) и Х.27 (соответствует стандарту
EIA RS-423A).
В соответствии со стандартом Х.21, пропускная способность одного канала
равна 64 000 бит/с. В настоящее время с такой же скоростью в телефонной сети
выполняется оцифровка речи. Подписчики службы Kilostream, предоставляемой
европейской компанией British Telecom, применяющей стандарт Х.21, могут вы-
брать скорость, с которой они собираются работать. Это могут быть следующие
скорости передачи, которые получили название пользовательских: 2,4, 4,8, 9,6, 48
и 64 кбит/с. Если обмен данными по сети Kilostream выполняется на скоростях,
не превышающих 9,6 кбит/с, данные передаются по каналу со скоростью 12,8 кбит/с,
а при обмене данными со скоростями 48 и 64 кбит/с они передаются по каналу со
скоростью 64 кбит/с.
Сигналы, определенные стандартом Х.21, приведены в табл. 4.5. Первые два
провода обеспечивают заземление, а также служат для определения напряжения
сигналов, с помощью которых передаются данные. Компьютер пересылает моде-
му данные по каналу передачи, а модем возвращает данные по каналу приема.
Управляющие сигналы передаются в обоих направлениях по каналам управле-
ния и индикации, а сигналы побитовой и побайтовой синхронизации передаются
по каналам синхронизации. Однако здесь следует добавить, что в действительно-
сти большая часть управляющей информации передается по каналам передачи и
приема данных. Для выполнения вызова компьютер изменяет состояние канала
управления, что равносильно изменению состояния телефонной линии, когда че-
ловек поднимает трубку с целью набора номера. По завершении сеанса обмена
компьютер переводит канал управления в исходное состояние (состояние ожида-
ния). Модем работает аналогичным образом — при получении ответа от удален-
ного телефона он изменяет состояние индикации, а после завершения сеанса связи
возвращает канал в исходное состояние. Вся информация, относящаяся к автома-
тическому набору номера, поступает в закодированном виде по каналу передачи,
а вся информация об используемых тонах передается назад по каналу приема.
178
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Рекомендация ITU-T Х.21 определяет формат передаваемых символов, кото-
рые представляются в коде МТК-5 (Международный телеграфный код №5). Дан-
ный интерфейс рассчитан на сквозную цифровую передачу, и это является его
главным преимуществом по сравнению со стандартами RS-232, RS-449 и RS-530.
Например, при получении модемом тона набора номера на компьютер по каналу
приема передается непрерывная последовательность ASCII-символов +. Факти-
чески этот тональный набор номера применяется в цифровых каналах. Когда ком-
пьютер набирает номер, он передает его в виде последовательности ASCII-симво-
лов по каналу передачи. После набора номера компьютер получает от модема по
каналу приема сигналы, несущие информацию о ходе процесса установления со-
единения. Каждый сигнал соответствует определенному состоянию системы, по-
этому с их помощью можно сообщить компьютеру о том, что номер занят, доступ
запрещен или в сети возникла перегрузка.
Вместо выделения отдельных каналов для выполнения специальных функций
стандартом Х.21 была определена процедура последовательного цифрового коди-
рования, которая легла в основу работы специальных служб, предоставляемых
при обмене данными между компьютерами. Например, для повторного соедине-
ния с абонентом очень полезными могут быть функции ускоренного набора но-
мера и повтора последнего вызова. (В настоящее время в некоторых европейских
странах пытаются применять эти функции при работе в сети.) Стандарт Х.21 так-
же позволяет без значительных затрат воспользоваться при обмене данными пре-
имуществами, предоставляемыми технологией коммутации пакетов.
Протокол Х.21, который по определению представляет собой самый низкий
(или физический) уровень международного протокола коммутации пакетов Х.25,
значительно опередил свое время, поскольку на момент его разработки еще не
получила широкого распространения технология прямого цифрового соедине-
ния с телефонной сетью общего пользования. По этой причине организация ITU
в качестве промежуточного решения предложила рекомендацию X.21bis, в кото-
рой показано, как можно, используя уже имеющееся компьютерное оборудова-
ние, получить доступ к службам, основанным на коммутации пакетов. Рекомен-
дация X.21bis фактически идентична стандартам ITU V.24 и RS-232. (Более
подробно технология коммутации пакетов и протоколы ITU рассматриваются
в главе 10.)
Таблица 4.5. Сигналы, определенные стандартом ITU Х.21
Сигнал Название К DCE От DCE
G Сигнальная «земля» или общий обратный провод См. рекомендацию Х.24
Ga Общий обратный провод X
Т Передача X
R Прием X
С Управление X
I Индикация X
S Синхронизация сигнала X
В Побайтовая синхронизация X
Другие интерфейсы 179
Интерфейсы USB и FireWire
Ожидается, что в течение ближайших нескольких лет огромную популярность
приобретут два относительно новых интерфейса: USB (Universal Serial Bus —
универсальная последовательная шина) и FireWire (определен в спецификации
IEEE 1394).
Эти интерфейсы позволяют с помощью внешних кабелей соединить перифе-
рийные устройства в виде гирлянды и подключить их к компьютеру. Версия 10
интерфейса USB поддерживает до 127 подключаемых устройств и скорость пере-
дачи данных до 12 Мбит/с. В версии 1.0 спецификации USB определены две ско-
рости передачи: несложные устройства (например, мышь, клавиатура) могут ра-
ботать в низкоскоростном режиме —1,5 Мбит/с, а устройства с более развитыми
возможностями (такие как принтеры и сканеры) — на скорости 12 Мбит/с. В ап-
реле 2000 года Форум по внедрению шины USB (USB-IF) опубликовал версию 2.0
спецификации USB, заменившей предыдущую. В ней определен новый высоко-
скоростной режим, который позволяет предавать данные со скоростью 480 Мбит/с,
и теперь данный интерфейс пригоден для организации видеоконференций, а так-
же для работы с накопителями большой емкости (дисками, лентами). Интерфейс
FireWire, согласно первоначальной спецификации IEEE 1394а, поддерживает по-
следовательное подключение до 63 устройств и способен работать со скоростями
передачи данных 100, 200 и 400 Мбит/с. Новая версия FireWire, известная как
1394b, обеспечивает передачу данных со скоростью до 1,6 Гбит/с.
Интерфейсы USB и FireWire соответствуют требованиям технологии plug-
and-play, что дает возможность пользователям динамически подключать устрой-
ства. При этом не требуется обесточивать компьютер, добавлять адаптерные пла-
ты, изменять положения переключателей или вставлять перемычки. Со временем
USB или FireWire либо оба этих интерфейса заменят последовательные и парал-
лельные интерфейсы других типов, в результате чего повсеместно будет исполь-
зоваться единый стандартизированный комплект портов и разъемов.
С 1997 года большинство производителей оснащают компьютеры одним или
двумя портами USB, разъемы которых имеют прямоугольную форму. До появле-
ния Windows 98 использование данного интерфейса было связано с определен-
ными трудностями. Однако после выхода в свет этой операционной системы,
в списке драйверов которой имеются USB-драйверы, производители аппаратных
средств стали делать совместимой с интерфейсом USB всю свою продукцию, от
клавиатур и модемов до принтеров и сканеров. В 2000 году фирмы Compaq, IBM
и ряд других представили новые образцы своей техники - компьютеры, в кото-
рых полностью отсутствовали параллельные и последовательные порты. Их кон-
струкцией предусматривается наличие четырех или более USB-портов, что зна-
чительно упрощает подключение периферийных устройств.
Как показали результаты сравнения USB и FireWire, эти два интерфейса до-
полняют друг друга, и до 2001 года они между собой не конкурировали. Первона-
чально USB разрабатывался для поддержки периферийных устройств, работающих
на низких или средних скоростях передачи данных. Только недавно его возмож-
ности были расширены, и интерфейс стал обеспечивать обмен данными со скоро-
стью 480 Мбит/с. Что касается интерфейса FireWire, то после модернизации он
180
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
стал поддерживать работу со скоростью до 1,6 Гбит/с. Это дало возможность ис-
пользовать его для подключения высокоскоростных устройств, при работе с кото-
рыми выполняется обмен большими объемами данных (речь идет, в частности, об
устройствах хранения информации).
Фактически интерфейс FireWire появился в 1986 году, когда компания Apple
Computer разработала новую технологию и дала этому интерфейсу такое имя.
В 1990 году компания представила свою спецификацию Комитету IEEE по стан-
дартизации микрокомпьютерных технологий, который в 1995 году одобрил ее
как спецификацию IEEE 1394. В 2000 году этот же комитет дал разъяснение
относительно некоторых ее аспектов, после чего она получила название стандар-
та 1394а. Возможно потому, что высокоскоростная шина, определенная специфи-
кацией 1394, была первой, именно она нашла применение во многих пользова-
тельских видеоустройствах. Например, в таких устройствах, как Sony Playsta-
tion 2, а также во многих записывающих видеокамерах имеется порт IEEE 1394.
Вы, наверное, видели рекламные ролики, в которых упоминался интерфейс iLink?
Так вот, это просто второе название шины FireWire.
В интерфейсе FireWire используется относительно простой, но надежный ка-
бель, похожий на тот, который изображен на рис. 4.12. Кабель состоит из трех ви-
тых пар: две из них предназначены для передачи данных, а третья — для подачи
питания и заземления. Если вы знакомы с такими игровыми приставками, как
Sega, Playstation или Nintendo, значит, вам уже приходилось иметь дело с разъе-
мом FireWire, поскольку он похож на разъемы, с помощью которых подключают-
ся эти игры. Вы, вероятно, обратили внимание на то, что с этими разъемами легко
обращаться, они обеспечивают надежное подключение и имеют длительный срок
службы. Допустимая длина кабеля зависит от его типа. При использовании кабе-
ля AWG 28 данные могут передаваться на расстояние до 4,5 м, а длина кабеля ти-
па 24 AWG может составлять 14 м.
Витая пара, предназначенная
для передачи данных
Витая пара, предназначенная
для передачи данных
Витая пара,предназначенная
для заземления и подачи питания
Рис. 4.12. Структура кабеля FireWire (IEEE 1394)
Главное различие между интерфейсами USB и FireWire заключается в тополо-
гии, применяемой при соединении периферийных устройств с компьютером. Ин-
терфейс USB позволяет присоединять устройства к компьютеру с применением
многоуровневой топологии «звезда», как это показано на рис. 4.13, а. При этом
каждый USB-порт компьютера функционирует в качестве корневого концентра-
тора, к которому можно подключать USB-совместимые устройства. Если компью-
тер имеет только четыре порта USB, а вы хотите подключить к нему множество
других устройств, то необходимо подключить к корневому концентратору несколь-
ко внешних концентраторов и уже к ним присоединять периферийные устройства.
В отличие от USB-устройств, FireWire-устройства могут подключаться, только
образуя одноранговую структуру (рис. 4.13, б).
Работа асинхронного модема
181
Корневой Внешний
Компьютер концентратор концентратор
Сканер
Рис. 4.13. Подключение устройств к портам USB и FireWire: а — USB-совместимые
устройства подключаются к компьютеру по многоуровневой топологии «звезда»;
б — FireWire-совместимые устройства подключаются только
с использованием одноранговой топологии
Работа асинхронного модема
Теперь, после ознакомления с различными интерфейсами, мы вновь вернемся
к рассмотрению работы асинхронных модемов. Но на этот раз особое внимание бу-
дет уделено сигналам, которые используются при автоматическом наборе номера
и при выполнении некоторых операций, характерных для частных линий связи.
Асинхронный модем со встроенным
автоответчиком
К персональным компьютерам обычно подключают асинхронные модемы. При
их работе используются следующие сигналы: GND (защитное заземление), SQ
(сигнальная «земля»), TD (передаваемые данные), RD (принимаемые данные),
RTS (запрос на передачу), CTS (готовность внешнего устройства к приему), DTR
(готовность терминала данных), RI (индикатор вызова), DCD (индикатор при-
нимаемого сигнала) и, возможно, DSR (готовность данных к передаче). С помо-
щью сигнала DTR (контакт 20) компьютер сообщает DCE, что он готов к приему
вызовов, а посредством сигнала RI (контакт 22) модем указывает компьютеру,
что он принимает по телефонной линии сигнал вызова, причем сигнал RI изме-
няется в соответствии с изменением напряжения сигнала вызова. (Кстати, перед
тем как ответить на вызов, модем отсчитывает нужное количество импульсов сиг-
нала.) Если через контакт 20 компьютер постоянно передает сигнал DTR, модем
отвечает на входящие звонки без промедления. Если же сигнал DTR не передается,
то при поступлении от модема сигнала RI компьютер возобновляет его передачу
182
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
и этим дает указание модему ответить на вызов. По завершении сеанса обмена
компьютер прекращает передачу сигнала DTR, в результате чего модем разрыва-
ет соединение («кладет трубку»).
Далее перечисляются события, которые могут иметь место при получении ком-
пьютером вызова от другого компьютера через низкоскоростной асинхронный
модем, многие функции которого не автоматизированы (то есть пользователю
приходится участвовать в управлении происходящими процессами). При обна-
ружении модемом вызова он передает по контакту 22 сигнал RI. В ответ DTE че-
рез контакт 20 отправляет модему сигнал DTR, после принятия которого модем
«поднимает трубку» и отвечает на вызов. Затем DTE через контакт 4 передает
модему сигнал RTS, указывающий ему включить передатчик. Между приемом
сигнала RTS и отправкой модемом DTE сигнала CTS существует небольшая пау-
за. На другом конце телефонной линии пользователь слышит сигнал несущей
и либо нажимает кнопку приема данных, либо подсоединяет телефонную трубку
к акустическому соединителю. После этого включается передатчик вызывающего
модема, генерируя собственную несущую. На противоположном конце линии мо-
дем распознает тон несущей и через контакт 8 передает принимающему компью-
теру сигнал DCD. Приняв этот сигнал, вызываемый компьютер начинает передачу
данных, с помощью которых указывает вызывающему компьютеру начать проце-
дуру входа в систему и т. д. Следует отметить, что некоторые операционные сис-
темы не инициируют процесс передачи до тех пор, пока вызывающий компьютер
не передаст специальный символ.
По завершении сеанса обмена вызывающий компьютер выходит из системы,
в результате чего принимающий компьютер разрывает соединение. Он прекра-
щает передачу через контакт 4 сигнала RTS, после чего принимающий модем вы-
ключает несущую. Далее принимающий компьютер прекращает передачу сигна-
ла DTR (контакт 20), а это означает, что модему пора «положить трубку». На
противоположном конце телефонной линии модем прекращает передачу сигнала
DCD (контакт 8), пользователь кладет на место телефонную трубку, и на этом се-
анс связи считается завершенным.
При использовании модема со встроенным автоответчиком описанные выше
операции выполняются автоматически, без участия в них пользователя. В на-
стоящее время трудно представить работу информационных центров или офисов
без этих модемов, поскольку в противном случае компаниям нужно было бы со-
держать штат операторов, в обязанности которых входит переключение модемов
в режим приема данных после получения вызова. Впрочем, в конце 1950-х-нача-
ле 1960-х годов именно так все и было. Но, к счастью для операторов, которые
вряд ли получали удовлетворение от выполняемых обязанностей, развитие но-
вых технологий избавило их от этой монотонной работы. Появление модемов со
встроенными автоответчиками привело к возникновению в конце 1970-х-начале
1980-х годов новой разновидности рекламы — электронных досок объявлений.
Ну и, конечно же, нельзя не упомянуть Интернет, поскольку без этих модемов су-
ществование очень многих его служб было бы просто невозможно.
Работа асинхронного модема
183
Полнодуплексные асинхронные модемы,
используемые в частных линиях
Полнодуплексные асинхронные модемы нашли свое применение не только в ком-
мутируемой сети, но и в частных линиях (линиях, соединяющих телефоны част-
ной АТС). В последнем случае используются модемы упрощенной конструкции,
которые получили название модемы частных линий, поскольку в них отсутствует
автоответчик. В этих модемах используются следующие сигналы: GND (защит-
ное заземление), SG (сигнальная «земля»), TD (передаваемые данные), RD (при-
нимаемые данные), DCD (индикатор принимаемого сигнала) и DSR (готовность
данных к передаче). Если модем обнаруживает, что какой-то другой модем пыта-
ется установить с ним связь, он отправляет DTE сигнал DCD (контакт 8), кото-
рый по смыслу можно интерпретировать примерно так: «Я обнаружил, что ка-
кой-то модем хочет со мной связаться». С помощью сигнала DSR (контакт 6)
модем сообщает, что он готов к передаче данных и не находится в речевом режи-
ме или режиме тестирования. Однако обычно в асинхронных модемах этот сиг-
нал не используется.
Полудуплексные асинхронные модемы
частных линий
При полудуплексной связи, которая еще достаточно широко распространена,
в каждый отдельный момент времени модем может или передавать, или прини-
мать данные. Вот список сигналов, которые применяются в полудуплексных асин-
хронных модемах при этом виде связи: GND (защитное заземление), SG (сиг-
нальная «земля»), TD (передаваемые данные), RD (принимаемые данные), RTS
(запрос на передачу), CTS (готовность к передаче), DCD (индикатор принимае-
мого сигнала) и, возможно, DSR (готовность данных к передаче). При обмене
данными в случае полудуплексной связи сигналы RTS и CTS (контакты 4 и 5)
служат для управления направлением передачи. Когда компьютеру требуется на-
чать передачу данных, он через контакт 4 посылает сигнал RTS. В ответ на этот
сигнал модем начинает через контакт 5 передавать сигнал CTS, с помощью кото-
рого указывает, что он готов принять от компьютера символы, подлежащие пере-
даче по телефонному каналу. Между сигналами RTS и CTS имеет место неболь-
шая предусмотренная стандартом пауза, приблизительно равная 200 мс. Ее нали-
чие вызвано тем, что модему требуется некоторое время на то, чтобы осуществить
генерацию несущей и дождаться ее стабилизации. После завершения передачи
данных в этом направлении компьютер прекращает подачу сигнала RTS (контакт 4),
в результате чего модем отключает передатчик и прекращает подачу сигнала CTS.
В стандарте RS-232 ничего не сказано о том, как распределяется очередность пе-
редачи данных между модемами (кто и когда должен передавать), а также о том,
как модем противоположной стороны должен сообщать о завершении им переда-
чи данных. Ответственность за выполнение этих процессов возложена на прото-
кол используемого программного обеспечения.
184
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Интеллектуальные модемы
Так называемый интеллектуальный модем представляет собой обыкновенный стан-
дартный модем, в котором используется микропроцессор. С появлением «моз-
гов» у модема стало возможным не только передавать данные, но и автоматиче-
ски набирать номер абонента. Одним из первых на рынке был интеллектуальный
модем Smartmodem 1200, производимый компанией Hayes Microcomputer Pro-
ducts, Inc., которая теперь является частью компании Zoom Technologies. Коман-
ды, поступающие на интеллектуальный модем, представляют собой символы в
кодировке ASCII и передаются через интерфейс RS-232, который используется
также для передачи данных. Через этот же интерфейс модем посылает DTE свои
ответы, которые имеют вид кодов состояния или предложений. Предположим,
что пользователь включил модем, загрузил программное обеспечение терминала
и ввел код AT DT1-800-555-1212. Для модема этот код означает, что нужно «под-
нять трубку», дождаться звукового сигнала, указывающего, что узел связи готов
принять номер пункта назначения, и выполнить набор номера 1-800-555-1212, ис-
пользуя двухтональный многочастотный набор (DTMF). Если номер занят, на эк-
ране компьютера появится сообщение об этом. Обычно в модемах данного типа
есть встроенная функция повторного набора последнего введенного номера. Кро-
ме того, во многих модемах можно запрограммировать интервал времени, через
который модем будет автоматически пытаться соединиться с требуемым абонен-
том, если его номер окажется занятым. В некоторых модемах есть встроенные
блоки памяти, благодаря которым модем может запомнить целый список теле-
фонных номеров. Пользователям таких модемов остается только ввести код но-
мера, который состоит всего из двух-трех цифр.
Поскольку в проходящей через интерфейс RS-232 информации интеллекту-
альные модемы должны распознать предназначенные для них команды, приме-
нительно к ним становится неверным сделанное ранее утверждение о том, что
модемы не просматривают проходящие через них данные. После появления ин-
теллектуальные модемы во многих случаях вытеснили «глупые» модемы (осо-
бенно это относится к коммутируемой телефонной сети). В результате большая
часть создаваемого в настоящее время программного обеспечения предназначена
для поддержки именно интеллектуальных модемов. Кстати, фактически все раз-
рабатываемое ныне коммуникационное программное обеспечение поддерживает
систему команд, используемых в модемах фирмы Hayes, которые стали стандар-
том де-факто. Поэтому, если вы собираетесь покупать интеллектуальный модем,
поинтересуйтесь, поддерживает ли он базовый набор команд, то есть является ли
он Hayes-совместимым.
Типы команд
Набор Hayes-команд состоит из базового (основного) набора команд, команд рас-
ширенного набора, патентованных команд и команд работы с регистрами.
+ Команды базового набора отвечают за выполнение таких операций, как
«снятие трубки», набор номера абонента, ответ на входящие звонки, вы-
полнение эхо-контроля (отображения символов на экране DTE, к которо-
му подключен модем), а также некоторых других аналогичных операций.
Интеллектуальные модемы
185
Данный набор команд поддерживается модемами почти всех производите-
лей, однако некоторые модемы этих же фирм могут поддерживать не все
команды набора или же не все установки, требуемые для выполнения кон-
кретной команды. Базовые команды идентифицируются с помощью букв
латинского алфавита от А до Z, за которыми следует необязательная пере-
менная, служащая для идентификации одной из выполняемых командой
функций (если команда может выполнять несколько функций). Например,
команда М предназначена для включения или выключения динамика моде-
ма, однако если ее ввести с переменной О (МО), команда будет только вы-
ключать динамик.
4- Команды расширенного набора, как и следует из их названия, представля-
ют собой добавочные команды, с помощью которых поддерживаются до-
полнительные функции. Для их идентификации перед буквами латинского
алфавита ставится префикс в виде символа &. Что касается поддержки ко-
манд расширенного набора в выпускаемых модемах, то здесь дело обстоит
точно так же, как и с базовыми командами.
4 Для обозначения патентованных команд в качестве префикса используется
знак процента (%) или обратная косая черта (\). Модемы разных произво-
дителей имеют различные наборы этих команд.
4 Команды для работы с регистрами модема представляют собой указатели
на адреса областей памяти во встроенном блоке памяти интеллектуального
модема, в которых записаны выполняемые функции. Регистры модема обо-
значаются буквой 5, и каждому из них может быть задано значение. Ис-
пользование первых тринадцати S-регистров (с 0 по 12) регламентировано
стандартом, однако остальные регистры применяются производителями
по-разному (более того, регистры модемов одной и той же компании могут
иметь различное назначение).
Набор команд модемов фирмы Hayes
Передаваемые модему Hayes-команды начинаются префиксом, представляющим
собой последовательность из двух символов AT (attention - внимание). После
этих символов, которые должны быть или только прописными, или только строч-
ными, следует соответствующая команда либо несколько команд. В соответствии
с требованиями стандарта, все передаваемые модему команды должны начинать-
ся символами АТ, поэтому далее в этой главе все команды расширенного набора
будут упоминаться как АТ-команды. Кстати, многие производители называют
свои модемы Hayes АТ-совместимыми или просто АТ-совместимыми.
Интеллектуальные Hayes-модемы могут хранить в специальном буфере памя-
ти до 40 символов команды, в результате чего им можно передавать последова-
тельность команд, введенных в одной командной строке. При подсчете символов,
находящихся в буфере, не учитываются код АТ, а также пробелы, добавляемые ме-
жду командами для улучшения их читабельности. Основные Hayes-команды ба-
зового набора перечислены в табл. 4.6.
186
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Таблица 4.6. Основные Hayes-команды базового набора
Команда Описание
А Ответный вызов
А/ В Повторение последней переданной команды Выбор используемого модемом метода модуляции
С Включение или выключение несущей модема
D Набор телефонного номера
Е Включение или отключение эхо-контроля символов на экране DTE
F Переключение между дуплексной и полудуплексной связью
Н I Команда модему «положить трубку» или «снять трубку» Запрос идентификационного кода или запрос контрольной суммы
L Настройка громкости динамика
М Включение или выключение динамика
N Согласование опций рукопожатия
О Переключение модема в оперативный режим
Р Импульсный набор номера
Q Указание модему отправить результирующий код (или запрет на отправку кода)
R Задание для модема режима работы «только прием вызова»
S Задание значений регистрам модема
Т Тональный набор номера абонента
V Передача результирующих кодов в виде цифр или слов
W Выбор предложения о ходе согласования
X Использование основного или расширенного набора для отображения результирующего кода
Z Перезагрузка модема
Пример: работа Hayes-совместимого модема
Перед тем как мы подробно рассмотрим работу Hayes-модема, следует отметить,
что коммуникационное программное обеспечение, которое поддерживает базо-
вый набор Hayes-команд и способно работать с модемами этого типа, может не
поддерживать многие дополнительные функции, встроенные в модемы, создан-
ные другими фирмами-производителями. Фактически коммуникационное про-
граммное обеспечение, поддерживающее только базовый набор Hayes-команд,
может оказаться непригодным для использования большинства дополнительных
функций, которые были встроены в модемы, выпущенные в течение последних
десяти лет. Например, применение таких функций, как обнаружение и исправле-
ние ошибок, сжатие данных, переключение между режимами работы факс/дан-
ные, а также обмен данными на скоростях, превышающих 2400 бит/с, обычно
становится возможным благодаря АТ-командам или предварительно сделанным
Интеллектуальные модемы
187
установкам в S-регистрах модема. Именно поэтому разработка коммуникацион-
ного программного обеспечения, которое по замыслу должно поддерживать встро-
енные функции модемов, выпущенных разными фирмами, связана с очень боль-
шими трудностями. Далее, в разделе «АТ-команды», будут рассмотрены некоторые
команды, позволяющие использовать различные функции, встроенные в некото-
рые широко распространенные модемы.
Для передачи команд Hayes-совместимым модемам применяется следующий
формат:
АТ командаСпараметр(.«Пкоманда[параметр(.ы')]...
В каждой командной строке присутствует префикс АТ, за которым следуют со-
ответствующая команда и ее параметры. Параметрами команды обычно являют-
ся цифры 0 или 1, предназначенные для указания того, какое именно действие
должно быть выполнено. Например, при поступлении команды С1 модем начнет
генерировать сигнал несущей, а если ему будет передана команда СО, выполняе-
мое действие будет прямо противоположным — модем прекратит передачу сигна-
ла. Как уже говорилось выше, в командной строке можно ввести до 40 символов,
а каждая командная строка должна завершаться символом возврата каретки.
Для демонстрации методов использования Hayes-команд предположим, что
модем должен автоматически набрать номер абонента в Нью-Йорке и передать
ему необходимую информацию (номер телефона 212-555-1212). Вначале следует
дать команду модему «снять трубку», затем указать, какой тип набора вы исполь-
зуете (импульсный или тоновый), а также номер телефона, который нужно на-
брать. Если у вас есть терминал или персональный компьютер, к которому под-
ключен Hayes-совместимый модем, то модему нужно отправить следующие ко-
манды:
АТ Н1
AT DT9.1,212-555-1212
Получив первую команду с параметром 1, модем переходит в режим обнару-
жения состояния линии (то есть «снимает телефонную трубку»). С помощью
следующей команды, DT, модем получает указание набрать телефонный номер,
используя для этого тональный (Т) набор. В этом примере мы предполагаем, что
для доступа к внешней линии из телефонной сети вашей компании нужно на-
брать цифру 9, а для выхода на междугородную линию — цифру 1. Перед набором
кода региона (212) модем должен подождать две секунды. Обычно этой паузы бы-
вает достаточно для того, чтобы вы могли услышать тон городской, а затем и ме-
ждугородной линий, прежде чем модем начнет набирать городской номер теле-
фона абонента.
Поскольку интеллектуальные модемы автоматически «снимают трубку» при
наборе номера, для них не нужно вводить первую командную строку. Обычно не-
обходимость в ней возникает при приеме вызовов. Если перед началом сеанса
связи вы уже передавали кому-то данные, не нужно указывать во второй команд-
ной строке тип набора номера, так как модем автоматически использует последний
заданный тип. Те, кто имеет модемы, в которых применяется только импульсный
набор номера, должны указывать в командной строке код Р. Однако это требова-
ние относится главным образом к владельцам модемов Hayes Smartmodem,
188
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
поскольку модемы других производителей часто имеют встроенные функции,
способные автоматически определить используемый модемом (или устройством
набора, к которому подключен модем) тип набора номера и избавить вас от необ-
ходимости указывать в командной строке нужный код.
АТ-команды
Как уже упоминалось ранее, если команда относится к командам расширенного
набора, перед ней ставится знак &. Потребность в создании таких команд возник-
ла из-за того, что в течение нескольких лет после появления на рынке первого ин-
теллектуального модема разработчики задействовали под команды все 26 букв
английского алфавита. В табл. 4.7 приведена только часть АТ-команд. Компания
Hayes Microcomputer Products проводила последовательную политику в отноше-
нии использования АТ-команд. Однако далее в этой главе вы увидите, что другие
производители модемов не придерживаются какой-то классификации команд и
применяют их без учета того, как это делают другие. Более чем 100 производите-
лей модемов используют АТ-команды по своему усмотрению. Если учесть, что в
среднем в каждом модеме поддерживается около 50 АТ-команд, то для перечис-
ления наиболее популярных установок потребуется таблица из 5000 строк. Естест-
венно, объем нашей книги не позволяет привести эту таблицу полностью. Если вы
хотите узнать, какие АТ-команды поддерживает ваш модем, посмотрите руково-
дство по его эксплуатации, которое должно входить в комплект поставки модема.
Таблица 4.7. Некоторые АТ-команды расширенного набора
для Hayes-совместимых модемов
Команда Описание
&В Управляет автоматической переподготовкой (retraining) модемов
&С Контролирует сигнал «обнаружение несущей»
&D Контролирует сигнал «готовность терминала данных»
&F Задает установки, указанные по умолчанию фирмой-изготовителем
&G Управляет защитным тоном (guard-тоном)
&К Управляет потоком между терминалом и модемом
&L Устанавливает тип набора номера
&М Устанавливает режим обнаружения и исправления ошибок
&Р Задает соотношение импульс/пауза при импульсном наборе номера
&Q Устанавливает режим сжатия данных и режим обнаружения и исправления
ошибок
&S Контролирует сигнал «готовность данных к передаче»
&Т Выполняет тестирование модема
&U Управляет треллис-кодированием (для У.32-модемов)
&W Запоминает конфигурацию модема в энергонезависимой памяти
&Y Выбирает шаблон с установками, применяемый при включении модема
&Z Сохраняет телефонный номер в энергонезависимой памяти модема
Интеллектуальные модемы
189
Регистры модема
Степень совместимости между Hayes-модемами и модемами других производи-
телей определяется не только исходя из поддерживаемого набора команд, но и с
учетом количества, степени загрузки и программируемости регистров модемов.
Хотя во многих современных модемах имеется более 100 регистров, в большинст-
ве устройств задействованы лишь первые 13 S-регистров, которые поддержива-
ются во всех Hayes-совместимых модемах.
Функции первых 13 регистров, имеющихся в модемах Smartmodems фирмы
Hayes, перечислены в табл. 4.8. Здесь вы найдете также значения по умолчанию,
заданные для регистров, и диапазоны значений, которые может хранить каждый
регистр. Чтобы прочитать значение регистра п, нужно вести следующую команду:
ATSn?
Для размещения в регистре п значения х используется такой формат команды:
AT Sn = х
Таблица 4.8. Описание S-регистров
Регистр Функция Значение по умолчанию Диапазон допустимых значений
SO Число звонков, после которого модем ответит на входящий звонок 0 0-255
S1 Счетчик количества вызовов - 0-255
S2 Код символа Escape ASCII 43 ASCII 0-127
S3 Код символа возврата каретки ASCII 13 ASCII 0-127
S4 Код символа перевода строки ASCII 10 ASCII 0-127
S5 Код символа возврата на одну позицию ASCII 8 ASCII 0-127
S6 Время ожидания непрерывного гудка, с 2 2-255
S7 Время ожидания появления несущей, с 30 1-255
S8 Длительность паузы (,) перед набором номера, с 2 0-255
S9 Время обнаружении несущей, 0,1 с 6 1-255
S10 Пауза между обнаружением потери несущей и разрывом соединения, 0,1 с 7 1-255
S11 Длительность передачи одной цифры телефонного номера и интервал времени между сигналами, соответствующими соседним цифрам тонального набора, мс 70 50-255
S12 Длительность защитного интервала времени после ввода управляющей последовательности, 1/20 с 50 0-255
190
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
Чтобы продемонстрировать метод использования установок S-регистров, пред-
положим, что вы хотите считать значение регистра S6. Для этого требуется от-
править модему следующую команду:
ATS6?
Ответом будет значение, находящееся в диапазоне от 2 до 255, которое указы-
вает, сколько должно пройти секунд перед тем, как модем попытается дозвонить-
ся до абонента (используя для этого тональный вызов). Предположим, что ваш
модем находится в телефонной системе частного пользования, при работе в кото-
рой требуется, чтобы между «снятием трубки» и набором номера прошло 3-4 с.
Чтобы модем выполнил указанные требования, переданная ему команда должна
выглядеть так:
AT S6 = 4
Просмотр и изменение установок модема
В предыдущем разделе рассмотрено несколько команд, при передаче которых
Hayes-совместимый модем переходит в заранее определенный режим. Однако там
не сказано, как именно должны модему передаваться команды. Что ж, настало
время раскрыть и эту тему. Давайте рассмотрим один из методов, с помощью ко-
торого можно сконфигурировать модем.
Для того чтобы модему можно было передавать команды с компьютера, необ-
ходимо соблюдение одного важного условия — модем должен понимать АТ-ко-
манды. Чтобы научить его этому, нужно использовать коммуникационную про-
грамму, поддерживающую прямое соединение модема с DTE. Одной из них явля-
ется программа HyperTerminal, которая поставляется вместе со всеми версиями
Windows.
Программу HyperTerminal нужно сконфигурировать или в расчете на прямое
соединение модема с терминалом через COM-порт, к которому с помощью кабеля
подключен внешний модем, или для работы с внутренним модемом. На рис. 4.14
показано, как с помощью окна Phone Number программы HyperTerminal можно
подключиться к одному из доступных СОМ-портов.
В случае использования прямого подключения можно просмотреть или изме-
нить установки модема. На рис. 4.15 показано, как с помощью программы Hyper-
Terminal можно через прямое подключение передать модему команды. Данный
снимок экрана был получен после передачи модему U.S. Robotics Sportster 33600
команды 14, позволяющей вывести на экран компьютера информацию о текущих
установках модема. (Для того чтобы узнать, какую именно команду нужно для
этого ввести, автор настоящей книги прочитал документацию, прилагаемую к мо-
дему, и выяснил, что за подобные действия отвечает команда 14.) Эта команда за-
дана в виде последовательности at т 4, за которой следовал символ возврата карет-
ки. В данные установки можно внести изменения, например изменить значение
регистра S7 с 60 на 90. Однако следует иметь в виду, что если новые установки не
сохранить, то после выключения модема они потеряют силу. А теперь перейдем
к рассмотрению АТ-команд модема.
АТ-команды
191
Рис. 4.14. Для просмотра и настройки параметров конфигурации модема необходимо,
чтобы он был непосредственно соединен с компьютером
Рис. 4.15. При прямом подключении модема к компьютеру можно (с помощью
программы HyperTerminal) просмотреть и модифицировать установки модема
АТ-команды
В начале 1980-х годов для поддержки большинства операций, выполняемых ин-
теллектуальными модемами, было достаточно базового набора Hayes-команд. Од-
нако к концу этого десятилетия модемы многих производителей были оснащены
самыми разнообразными встроенными функциями, для поддержки которых тре-
бовалось значительно большее количество команд. Пытаясь систематизировать
процесс внедрения новых функций, компания Hayes Microcomputer Products
192
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
представила серию АТ-команд. Однако другие производители также не сидел?
сложа руки и продолжали разработку модемов. Поэтому к моменту появлени,
систематизированных АТ-команд компании Hayes рынок был уже наполнен мо
демами других фирм-производителей, АТ-команды которых были применимы толь-
ко к модемам этих фирм. Для иллюстрации сложившейся ситуации в табл. 4.9 пе-
речислены первые 11 АТ-команд, которые поддерживаются двумя популярным?
факс-модемами, способными передавать данные со скоростью до 14 400 бит <
(Practical Peripherals 14 400 FXMT и U.S. Robotics Sportster 14 400 FAX). Ранее
этой главе уже говорилось о том, что для идентификации команд расширенно?
набора используется знак &, поэтому такие команды часто называют &-командами
Таблица 4.9. Сравнение функций, выполняемых АТ-командами
АТ-команда Модем Practical Peripherals 14400 FXMT Модем U.S. Robotics Sportster 14400 FAX
&А Установление соединения при автоответе Автоматический запрос повторной передачи
&В Автоматическая переподготовка (retraining) модемов V.32 Управление скоростью передачи данных от терминала к модему
&С Управление сигналами DSD Управление сигналами DCD
&D Управление сигналами DTE Управление сигналами DTE
&F Функция не определена Загрузка установок, выполненных фирмой-изготовителем
&G Управление защитным тоном (guard-тоном) Управление защитным тоном (guard- тоном)
&Н Функция не определена Управление потоком передаваемых данных
&I Функция не определена Установка программного управления потоком принимаемых данных
&К Управление потоком Сжатие данных
&L Переключение между режимами набора номера Функция не определена
&М Выбор синхронного режима Установка контроля ошибок
Обратите внимание на то, что в табл. 4.9 присутствуют функции, которые име-
ются в наборе каждого из модемов. Во многих случаях идентификатор АТ-коман
ды помимо знака & и буквы включает числовое значение. Например, при получе-
нии команды &В0 модем Practical Peripherals 14 400 FXMT отключит функцию
автоматической переподготовки V.32, а при получении команды &В1 эта функция
будет вновь задействована.
Если сравнить столбцы табл. 4.9, то станет очевидно, что программное обеспе-
чение, разработанное для управления одним модемом, не подходит для управле-
ния другим, поскольку одним и тем же АТ-командам зачастую соответствуют
различные функции. Поэтому при покупке коммуникационного программного
обеспечения для модема очень важно убедиться, что оно действительно подходит
АТ-команды
193
для управления им. В противном случае для выполнения нужных функций вам
придется либо вводить соответствующие команды вручную, либо забыть об их
существовании.
АТ-команды, используемые в модемах почти
всех производителей
Ранее уже говорилось, что очень часто в модемах различных производителей од-
ним и тем же АТ-командам соответствуют разные функции. Однако есть и ис-
ключения — немало фирм-производителей все-таки придерживаются определен-
ных правил при использовании некоторых команд. Например, серия &Т-команд,
предназначенных для тестирования модема, применяется почти во всех модемах
одинаково.
В табл. 4.10 перечислены &Т-команды, при получении которых большинство
модемов выполняют одинаковые функции.
Таблица 4.10. Функции, выполняемые модемами при получении &Т-команд
Команда Функция
&Т0 Прекращает выполнение тестирования
&Т1 Инициирует локальный аналоговый петлевой контроль
&Т2 Инициирует локальный цифровой петлевой контроль
&Т6 Инициирует удаленный цифровой петлевой контроль
&Т7 Инициирует локальный цифровой петлевой контроль с выполнением
самотестирования
&Т8 Инициирует локальный аналоговый петлевой контроль с выполнением
самотестирования
Режим самотестирования модема
В большинстве модемов, предназначенных для коммутируемой телефонной сети,
поддерживаются механизм самотестирования и три вида петлевого контроля. При
самотестировании, во время которого проверяется состояние внутренних цепей
модема, для имитации последовательности необходимых для работы передатчи-
ка данных применяется генератор тестовых последовательностей.
На рис. 4.16 проиллюстрировано выполнение модемом несложного самотес-
тирования. После инициирования этого процесса выход передатчика соединяет-
ся со входом приемника, то есть любое установленное ранее соединение с комму-
никационным каналом разрывается. Модулированные передатчиком данные вна-
чале демодулируются приемником, а затем подаются на устройство сравнения
сигналов. В этом устройстве имеется нескольких блоков памяти, в которых со-
храняется та же последовательность данных, но полученная от генератора тесто-
вых последовательностей. Если при сравнении оказывается, что полученная от
приемника последовательность данных не совпадает с хранимой в устройстве
194
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
сравнения сигналов, на корпусе модема загорается индикатор состояния ER (от
слова «error» — ошибка), что свидетельствует о неисправности модема. Если при
выполнении самотестирования модема начал светиться такой индикатор, можете
смело нести модем в сервисный центр.
Рис. 4.16. Самотестирование модема
Коммуникационный
канал
Петлевой контроль
В модемах поддерживается выполнение четырех видов петлевого контроля, при
которых охватывается разное количество устройств, участвующих в сеансе связи
(рис. 4.17). Большинство модемов, используемых в выделенных линиях, обеспе-
чивают выполнение всех четырех типов петлевого контроля, чего нельзя сказать
о модемах коммутируемой сети, для которых удаленный аналоговый петлевой
контроль недоступен.
4- При выполнении локального аналогового петлевого контроля (2) модулятор
локального модема соединяется с его же демодулятором, в результате чего
проверяются как аналоговые, так и цифровые цепи.
Обозначения:
©— локальный цифровой петлевой контроль
@— локальный аналоговый петлевой контроль
@— удаленный аналоговый петлевой контроль
© — удаленный цифровой петлевой контроль
Рис. 4.17. Типы петлевого контроля
♦ Локальный цифровой петлевой контроль (1) применяется для тестирования
работы DTE, к которому подключен модем, а также кабеля, соединяющего
эти два устройства. При выполнении такой проверки локальный модем со-
единяет каналы передатчика и приемника, в результате чего данные не по-
ступают ни на модулятор, ни на демодулятор. То есть данные, полученные
от DTE через контакт 2, перенаправляются этому же устройству через кон-
такт 3.
Факс-модемы
195
♦ В результате инициирования удаленного аналогового петлевого контроля
(3) удаленный модем выделенной линии перенаправляет сигналы с пары
проводов, предназначенной для приема сигналов, на пару проводов, исполь-
зуемую для их передачи. Проверка такого типа позволяет с помощью тес-
тирующего оборудования, находящегося на локальном узле, проверить как
работу локального модема, так и качество канала. Поскольку модемы, пред-
назначенные для коммутируемой телефонной сети, при обмене данными
применяют только два провода, этот тип проверки для них недоступен.
+ При выполнении удаленного цифрового петлевого контроля (4) соединяют-
ся демодулятор и передатчик удаленного модема, в результате чего приня-
тые им данные демодулируются, пересылаются передатчику, модулируют-
ся вновь и отправляются локальному модему. Таким образом, с помощью
проверки подобного типа тестируются не только локальный и удаленный
модемы, но и соединяющий их коммуникационный канал.
Факс-модемы
В этом разделе мы познакомимся еще с одним типом коммуникационных уст-
ройств — факс-модемами. Факс-модем — это модем, обладающий возможностью
передавать изображения (факсимильные данные) по аналоговым телефонным ка-
налам. Работа таких устройств регламентируется серией стандартов факсимиль-
ной связи. Далее будут рассмотрены два из них — ITU-T Т.4 и Т.30.
Стандарт ITU-T Т.4
Стандартом Т.4 задаются параметры форматирования факсимильных данных.
Согласно этому стандарту, каждая сканированная строка документа состоит из
1728 точек, сканирование выполняется слева направо, построчно, до достижения
правого нижнего угла сканируемой страницы. Стандарт Т.4 также определяет
разрешение по вертикали при сканировании документа, оно может быть равно
1143 или 2287 линий на страницу (при использовании высокого разрешения).
Для переключения между этими двумя режимами сканирования на большинстве
факс-модемов имеется кнопка Fine или High Resolution, после нажатия которой мо-
дем станет «обращать внимание» на более мелкие детали документа.
Стандарт ITU-T Т.30
Вторым основным стандартом, регламентирующим установление соединения ме-
жду двумя факс-модемами, процесс согласования режимов работы, а также непо-
средственно процесс передачи факсимильных данных, является Т.30.
Однако стандартами Т.4 и Т.30 определяются только параметры форматиро-
вания и процесс передачи факсимильных данных между двумя факс-модемами.
Таким образом, интерфейс между компьютером, который используется для хра-
нения или получения изображений, и факс-модемом, предназначенным для пере-
дачи и приема изображений, регламентируется другим стандартом. Мы не будем
196
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
рассматривать этот стандарт, однако проанализируем определенные в нем коман-
ды. Они являются еще одним расширением набора АТ-команд и называются ко-
мандами факс-модема.
Команды факс-модема
В настоящее время для управления работой факс-модемов используются три на-
бора АТ-команд. Каждый из них представляет собой комплект функций, поддер-
живаемых факс-модемом, и базируется на наборах АТ-команд, первоначально раз-
работанных компанией Hayes Microcomputer Products.
Класс 1 представляет собой базовый набор, состоящий из шести команд, который
в 1990 году был одобрен Американским национальным институтом стандартов
(ANSI), Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (TIA) и Ассоциа-
цией электронной промышленности (EIA) в качестве стандарта ANSI/TIA/EIA-578.
В соответствии с этим стандартом и протоколом Т.30, компьютер, подключенный
к факс-модему, должен выполнять большую часть работы, необходимой для пе-
редачи и приема данных. Главное преимущество факс-модемов класса 1 заключа-
ется в том, что протокол факсимильной связи реализован полностью средствами
программного обеспечения. Это означает, что новые расширения этого протокола
могут быть реализованы без обновления или замены факс-модема. Основной не-
достаток факс-модемов этого класса - чувствительность к нарушениям синхрони-
зации. В многозадачной операционной системе, когда активны несколько процессов
одновременно, может оказаться затруднительно соблюсти связанные с синхрони-
зацией требования, которые определены стандартом для поддержки установлен-
ного соединения.
Черновой вариант класса 2, в котором определено более чем 50 команд и со-
гласно которому поддержка протокола Т.30 должна реализовываться в факс-мо-
деме, принят на рассмотрение, но так и не одобрен. Однако пока этот стандарт
разрабатывался, многие производители выпускали (и продолжают выпускать)
факс-модемы, поддерживающие черновой вариант класса 2. Основным преиму-
ществом факс-модемов этого класса является то, что ответственность за обмен
данными возложена не на операционную систему, а непосредственно на модем.
Это позволяет корректно передавать факсимильные данные вне зависимости от
способности операционной системы обеспечить соответствующую синхрониза-
цию процессов, требуемых для поддержки установленного соединения.
Третий набор АТ-команд факс-модемов, получивший название класс 2.0, был
одобрен в качестве стандарта EIA-572. Этот стандарт базируется на черновом ва-
рианте класса 2, однако в структуру его команд были внесены значительные из-
менения, что сделало эти классы несовместимыми. В связи с тем, что фирмы-про-
изводители руководствуются прежде всего своими интересами, факс-модемы
класса 2 в настоящее время являются более распространенными устройствами,
чем факс-модемы класса 2.0.
Все команды факс-модемов начинаются префиксом А7+Е Например, команда, ко-
торая поддерживается всеми классами, выглядит следующим образом: AT+FCLASS=?.
Эта команда передается модему для того, чтобы узнать, какой класс им поддер-
живается. -в таяесгае ответа. вы. получили последовательности знаков \, 1,
Резюме
197
это означает, что факс-модем поддерживает передачу данных, а также все функ-
ции класса 1 и класса 2. Большинство факс-модемов продается вместе с про-
граммным обеспечением, предназначенным для установки на компьютере, к ко-
торому будет подключен факс-модем. При выборе в меню программы необходи-
мой функции первая автоматически передаст факс-модему соответствующую
команду. Это избавляет пользователя от необходимости запоминать, какая ко-
манда какой функции соответствует. Однако, некоторые команды, как и упомя-
нутую выше FCLASS, все-таки необходимо запомнить, поскольку с их помощью
можно получить о факс-модеме информацию, которая будет крайне необходима,
если вы попытаетесь сконфигурировать программное обеспечение для работы
с факс-модемом конкретного типа. Эти команды, используемые в модемах клас-
сов 2 и 2.0, перечислены в табл. 4.11.
Таблица 4.11. Команды, используемые для получения информации о факс-модеме
Описание Класс 2 Класс 2.0
Класс службы AT+FCLASS AT+FCLASS
Идентификатор фирмы-производителя AT+FMFR? AT+FM1?
Идентификатор модема AT+FMDL? AT+FMM?
Идентификатор версии модема AT+FREV? AT+FMR?
Резюме
4- Модем (модулятор-демодулятор) преобразовывает цифровые сигналы в ана-
логовые, которые могут передаваться по телефонному каналу.
4- Частотная манипуляция представляет собой тип модуляции, который ис-
пользуется в большинстве низкоскоростных модемов. Фазовая модуляция
или комбинация фазовой и амплитудной модуляций применяется в высо-
коскоростных модемах.
4- Терминальное оборудование данных (DTE) — это устройство, генерирую-
щее или принимающее цифровые данные (данные в цифровой форме).
4- Оборудование передачи данных (DCE) — это устройство, выполняющее
преобразование полученных от DTE данных в форму, в которой они могут
быть переданы по коммуникационному каналу. Примером такого устрой-
ства является модем.
4 У ровни сигналов, способы их идентификации, а также назначение контак-
тов разъемов интерфейса между DTE и DCE определяются стандартами.
4- В настоящее время наиболее распространенными стандартами CCITT, ко-
торые определяют интерфейс между DTE и DCE, являются RS-232 и V.24.
4- Стандарт сжатия данных V.42bis основан на использовании алгоритма сжа-
тия LZW.
198
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
4- Стандарты RS-422A, RS-423A и RS-449 являются относительно новыми по
сравнению с RS-232, к тому же в них устранены некоторые имеющиеся
в нем недостатки. Ожидается, что в ближайшем будущем стандарт RS-530
вытеснит RS-449.
4- При использовании нового интерфейса USB можно с помощью внешних
кабелей подключить к компьютерам много периферийных устройств.
♦ Работой модема управляют с помощью команд базового набора, расширен-
ных команд, патентованных команд и команд работы с регистрами.
4- Коммуникационная программа, поддерживающая только базовый набор
Hayes-команд, может оказаться непригодной для поддержки встроенных
функций большинства современных модемов.
4- Если скорость поступления данных в интерфейс, соединяющий модем
и DTE, выше рабочей скорости модема, то без применения соответствую-
щего метода управления потоком модем может потерять данные.
4- Для просмотра и изменения установок модема следует использовать ком-
муникационную программу, поддерживающую прямое подключение моде-
ма к компьютеру.
Контрольные вопросы
1. Что такое управление потоком? Выберите один из следующих вариантов
ответа:
а) сброс воды на гидроэлектростанциях во время весеннего паводка;
б) процесс, при котором модем пытается добиться одинаковых скоростей
приема и передачи данных;
в) процесс, при котором во избежание потери принимаемых символов при-
нимающее устройство передает терминалу команды прекратить или во-
зобновить их передачу.
2. Что такое буферизация? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) временное сохранение данных, позволяющее устройству изменять ско-
рость передачи данных;
б) защита от всплесков напряжений в коммуникационном канале;
в) временное хранение данных в передающем модеме до тех пор, пока от
принимающего модема не поступит подтверждение об их приеме.
3. Непосредственная передача данных между двумя удаленными компьюте-
рами невозможна без использования модемов, поскольку:
а) постоянный ток крайне неэффективно передается по медным проводам;
б) через интерфейс компьютера данные передаются в цифровой форме,
а между телефонными узлами — в аналоговой;
в) данные поступают от компьютера в форме тоновых сигналов, а не им-
пульсов.
Контрольные вопросы
199
4. Что такое модуляция? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) изменение одного (или нескольких) параметров несущей, например ам-
плитуды, для представления передаваемых данных;
б) использование одной полосы частот для передачи нескольких сигналов;
в) передача импульсов постоянного тока по медным проводам.
5. Что такое RS-232, RS-449, RS-530, V.24 и Х.21? Выберите один из следую-
щих вариантов ответа:
а) стандарты на каналы передачи;
б) стандарты на интерфейсы между терминалами и модемами;
в) стандарты на интерфейсы между модемами и устройствами передачи
данных;
г) стандарты, определяющие процесс передачи данных между двумя око-
нечными устройствами коммуникационной сети.
6. FireWire и USB — это:
а) два новых модема;
б) два высокоскоростных интерфейса;
в) два метода управления потоком;
г) модемы для частных линий.
7. В интерфейсе RS-232 передача и прием данных осуществляются через:
а) все 25 контактов разъема;
б) контакты 2 и 3;
в) контакты 4 и 5;
г) любые четыре контакта.
8. Если одним изменением состояния сигнала модем кодирует 2 бита, ско-
рость передачи данных:
а) равна скорости передачи сигнала;
б) вдвое меньше скорости передачи сигнала;
в) вдвое больше скорости передачи сигнала;
г) вчетверо больше скорости передачи сигнала.
9. Какой из перечисленных ниже методов сжатия данных наиболее часто ис-
пользуется в модемах? Выберите один из следующих вариантов ответа:
a) V.42;
б) V.42bis;
в) MNP42;
г) MNP12.
10. Стандартом V.42 определяется:
а) совместимость с методом сжатия MNP класса 5;
б) метод хранения данных;
200
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
в) два метода обнаружения и исправления ошибок;
г) совместимость с усовершенствованным методом сжатия данных MNP
класса 7.
И. Какой метод обнаружения и исправления ошибок нужно использовать
в У.42-модеме для обеспечения совместимости с методом обнаружения и
исправления ошибок MNP-модема? Выберите один из следующих вариан-
тов ответа:
a) V.42bis;
б) V.42;
в) MNP-классов;
г) MNP класса 4.
12. Имеется кабель с двумя различными разъемами на концах (DB-9 и DB-25)
С каким контактом разъема DB-25 должен быть соединен контакт 8 разъе-
ма DB-9? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) 4;
б) 22;
в) 5;
г) 2.
13. Интеллектуальный модем может:
а) автоматически обнаруживать и исправлять возникающие при передаче
ошибки;
б) корректно отвечать на вопросы с несколькими вариантами ответов;
в) принимать команды от терминала через интерфейс RS-232.
14. Что такое RTS и CTS? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) сигналы, с помощью которых модем указывает терминалу о поступле-
нии вызова, а терминал указывает модему, что он готов ответить на вы-
зов;
б) сигналы, с помощью которых DTE сообщает о своей готовности пере-
давать данные, a DCE сообщает о готовности их принять;
в) сигналы, служащие для индикации обнаружения несущей и получения
по каналу данных.
15. Контакт 7 (сигнальная «земля») служит для:
а) замыкания цепей управляющих сигналов и сигналов, используемых
для передачи данных;
б) индикации ошибки в организации заземления канала передачи;
в) замыкания цепей только управляющих сигналов, но не сигналов, при-
меняемых для передачи данных.
Контрольные вопросы
201
16. Контакт 22:
а) должен присутствовать на всех модемах, подключенных к коммутируе-
мой сети;
б) используется только в кабельных модемах;
в) предназначен для передачи сигнала RI при обнаружении в линии на-
пряжения, соответствующего сигналу вызова.
17. Почему во многих кабелях, имеющих разъемы интерфейса RS-232, выпол-
нено перекрестное соединение ряда контактов, а некоторые контакты от-
сутствуют вовсе? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) потому что существует несколько стандартов RS-232;
б) потому что во многих случаях при подключении периферийного уст-
ройства к компьютеру через интерфейс RS-232 полученное соединение
является соединением DTE-DTE, а не DTE-DCE;
в) потому что в асинхронных модемах данные передаются и принимаются
в направлениях, противоположных тем, которые определены стандартом.
18. Поддерживаемые современными модемами АТ-команды:
а) являются стандартизованными;
б) начинаются буквой Е;
в) используются для выполнения большого количества дополнительных
функций;
г) могут применяться для высокоскоростной передачи данных без исполь-
зования механизма управления потоком.
19. Что проверяется с помощью локального цифрового петлевого контроля?
Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) локальная аналоговая линия;
б) локальная цифровая линия;
в) работа локального DTE и кабель, соединяющий DTE с модемом;
г) удаленный модем.
20. Как можно обойти ограничение, согласно которому через интерфейс RS-232
нельзя передавать данные со скоростями, превышающими 20 000 бит/с? Вы-
берите один из следующих вариантов ответа:
а) использовать цепи контакта 7;
б) увеличить длину кабеля;
в) уменьшить длину кабеля;
г) при вызове службы 911 ограничения снимаются.
21. Какую из перечисленных ниже команд следует ввести для того, чтобы за-
нести в регистр S12 значение 130? Выберите один из следующих вариан-
тов ответа:
а) АТ 130;
202
Глава 4. Асинхронные модемы и интерфейсы
б) ATS12130;
в) ATS12M30;
г) AT130=S12.
22. Для того чтобы просмотреть и изменить установки модема, необходима:
а) коммуникационная программа, поддерживающая используемый в мо-
деме набор команд;
б) коммуникационная программа, поддерживающая прямое подключение
модема к компьютеру через СОМ-порт;
в) отвертка, с помощью которой можно снять корпус модема;
г) коммуникационная программа, позволяющая изменять значения реги-
стров модема.
23. Интерфейс FireWire в основном используется:
а) для соединения двух компьютеров;
б) для подключения модема к компьютеру;
в) для подключения сканера к компьютеру;
г) для подключения компьютера к источникам видеосигнала.
24. Стандартом Т.4 определяется:
а) класс модема;
б) параметры форматирования факсимильных данных;
в) механизм передачи факсимильных данных;
г) способ подключения факс-модема к компьютеру.
25. После передачи модему команды at+fclass=? в качестве ответа было по-
лучено число 1, означающее что:
а) дата изготовления модема — 01/01/95;
б) это факс-модем, который поддерживает службу класса 1;
в) это факс-модем, который поддерживает службу класса 1.0;
г) в модеме используется версия 1.0 АТ-команд.
Глава 5
Синхронные модемы,
цифровая передача,
блоки обслуживания
4- Синхронная передача сигналов
4- Компоненты типичного синхронного модема
4- Стандарты и разработка модемов
4- Высокоскоростные модемы
4- Контроль доступа
4- Цифровая передача
4- Интерфейс V.35
В настоящей главе вы познакомитесь с методами передачи сигналов, применяе-
мыми в высокоскоростных модемах, с американскими и международными стан-
дартами, в соответствии с которыми функционируют синхронные модемы, а также
с концепциями, используемыми при создании высокоскоростных (то есть поддер-
живающих скорость передачи более 19 200 бит/с) широкополосных устройств.
Вашему вниманию будут представлены два относительно новых типа высокоско-
ростных модемов: кабельные модемы и модемы цифровых абонентских линий
(DSL-модемы). На примере интерфейса ITU V.35 мы рассмотрим высокоскоро-
стные интерфейсы, используемые для передачи данных между компьютерами и
модемами. Кроме того, в настоящей главе производится анализ технологии пря-
мой передачи сигналов без модемов, известной как технология цифровой переда-
чи. Для передачи двоичных сигналов на большие расстояния без использования
модемов требуются соответствующие блоки обслуживания, которым также будет
уделено внимание в этой главе.
Синхронная передача сигналов
При синхронной передаче сигналов можно пересылать данные без пробелов меж-
ду символами. Это позволяет существенно повысить производительность опера-
ции. Однако для работы в таком режиме требуется наличие генератора синхро-
импульсов, с помощью которого можно было бы принимать или передавать биты
в соответствующие моменты времени.
204
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Основные параметры устройств
передачи данных
При разработке высокотехнологичных устройств, предназначенных для исполь-
зования в коммуникационных системах, основное внимание уделяется таким па-
раметрам, как объем данных, пересылаемых по одному коммуникационному ка-
налу, скорость и себестоимость передачи. Кроме того, в выигрыше оказываются
те из фирм, производящих подобные устройства, которым удается создать уст-
ройство наименьшего размера (без потери качества передачи). Поскольку в боль-
шинстве случаев данные пересылаются по обычному коммутируемому каналу,
стоимость которого, как правило, составляет львиную долю стоимости всей сис-
темы, основные усилия разработчиков направлены на увеличение скорости пере-
дачи информации. Результатом их изысканий стала разработка устройств, реали-
зующих режим синхронной передачи сигналов, при котором информация о син-
хронизации пересылается совместно с данными.
Передача синхронизационных данных
Перед тем как осуществлять передачу данных по коммутируемому каналу, необ-
ходимо произвести их квантование. Основными параметрами передаваемых дво-
ичных сигналов являются амплитуда (напряжение электромагнитной волны)
и время передачи единичного сигнала. Как показано на рис. 5.1, при увеличении
количества передаваемых за одну секунду единичных сигналов (то есть скорости
двоичной передачи в бодах), время передачи сигнала уменьшается. В случае асин-
хронной передачи данных синхронизация осуществляется на основании значе-
ний времени, вычисленных в приемнике и передатчике. Если между текущими
значениями времени внутренних часов этих устройств возникают расхождения,
то при декодировании данных возможны ошибки. При синхронной передаче по-
добных проблем не возникает, поскольку синхронизационная информация пере-
дается вместе с пользовательскими данными.
— Время передачи единичного сигнала — = 0,05 с
Рис. 5.1. Соотношение между скоростью и временем передачи
единичного сигнала
Компоненты типичного синхронного модема
205
Как в одном боде уместить больше битов
В главе 3 уже говорилось, что максимально возможная скорость передачи сигна-
лов для канала с фиксированной полосой пропускания вычисляется по формуле
Шеннона и зависит от полосы пропускания и отношения сигнал/шум. Посколь-
ку полоса пропускания обычных коммутируемых каналов равна около 3000 Гц,
максимальная скорость, с которой по ним можно передавать сигналы, составляет
приблизительно 2400 бод. Следовательно, если невозможно увеличить количест-
во бодов, передаваемых в течение одной секунды, для повышения производи-
тельности канала нужно увеличить число битов, передаваемых в одном единич-
ном сигнале (боде).
Компоненты типичного синхронного
модема
Синхронные модемы сложнее асинхронных, так как в их задачи входит не только
выделение синхронизационной информации из полученных данных, но и обеспе-
чение как можно более высокой скорости передачи сигналов. Обычно синхронные
модемы включают следующие компоненты: передатчик, приемник, блок управле-
ния оконечными устройствами и источник питания (рис. 5.2). В управлении пе-
редачей данных участвуют лишь первые три из перечисленных устройств. Рас-
смотрим их подробнее.
Телефонная
сеть общего
пользования
Терминальное
оборудование
Рис. 5.2. Схема синхронного модема
206
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Передатчик
Передатчик синхронного модема, как правило, состоит из блока синхронизации,
скремблера, модулятора, цифро-аналогового преобразователя, а также эквалайзе-
ра (рис. 5.3). Ниже описана работа каждого из этих компонентов.
Рис. 5.3. Схема передатчика синхронного модема
Блок синхронизации
Блок синхронизации посылает синхронизационную информацию как модему,
так и терминальному оборудованию (DTE), предоставляющему модему данные
для передачи. В соответствии со схемой каналов, сведения о синхронизации при
передаче пользовательских данных должны поступать от DTE (которым может
быть другой модем). В последнем случае модем обязан поддерживать синхрон-
ный режим работы не только по каналу с удаленным модемом, но и по интерфей-
су DTE-DCE.
Скремблер
При восстановлении данных на приемнике для синхронизации используются по-
лучаемые вместе с ними значения времени. Выделение тактовой частоты из при-
нимаемого сигнала производится посредством скремблера — специального уст-
ройства, выполняющего соответствующее изменение модели потока подлежащих
передаче данных. В скремблере производится преобразование двоичной инфор-
мации в псевдослучайную последовательность. Делается это с целью исключе-
ния сплошных потоков, состоящих из 1 или 0, либо коротких повторяющихся
комбинаций, которые могут привести к нарушению работы автоматических сис-
тем приемника.
Поток данных, поступающих от подключенного к модему терминала или ком-
пьютера, может состоять из самых разнообразных битовых последовательностей.
Если передаются длинные строки, образованные из одинаковых символов, при-
емник не может обеспечить синхронизацию. Чтобы исключить вероятность воз-
никновения подобных последовательностей, в скремблере передатчика произво-
дится изменение входящего потока битов.
Скремблеры построены на основе 7-разрядных регистров сдвига с обратной
связью, которые могут быть соединены последовательно (рис. 5.4). Для модифика-
ции первого бита поступающей на вход информации используются определенные
Компоненты типичного синхронного модема
207
биты 7-разрядного регистра. Как показано на рисунке, для модификации второго,
третьего и последующих битов используются предшествующие биты. Способ ко-
дирования, выполняемого в процессе скремблирования сигнала, состоит в том,
что на вход демодулятора приемника поступает определенное количество фрон-
тов импульсов, необходимое для синхронизации принимаемой информации. Од-
нако скремблирование имеет определенные недостатки. В частности, если при-
нят ошибочный бит, это может повлечь за собой возникновение ошибок в после-
дующих битах, что в конечном итоге приведет к увеличению уровня ошибок при
передаче. Чтобы избежать подобных проблем, на некоторых модемах поступаю-
щие на скремблер данные кодируются с помощью кода Грея. При использовании
данного метода кодирования наличие ошибки в одном бите не сказывается на
корректности передачи соседних битов. В табл. 5.1 показано, что коды Грея лю-
бых двух соседних чисел (в данном случае состоящие из трех битов) отличаются
только одним битом.
Рис. 5.4. Трехбитовый скремблер
208
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Таблица 5.1. Представление десятичных чисел в двоичной системе
и с использованием кода Грея
Десятичное число Двоичное представление Код Грея
0 ООО 000
1 001 001
2 010 011
3 011 010
4 100 110
5 101 111
6 110 101
7 111 100
Модулятор
Модулятор передатчика преобразовывает полученные после скремблирования
битовые последовательности в аналоговые сигналы с определенной фазой и ам-
плитудой несущей. Модемы, поддерживающие разные скорости передачи дан-
ных, различаются такими параметрами, как частота несущей, скорость передачи
сигналов и количество битов, передаваемых в одном единичном сигнале (боде).
Модулятор накапливает нужное количество битов и преобразовывает их в число,
для передачи которого используется сигнал, имеющий амплитуду и фазу, соот-
ветствующую этим же параметрам несущей в определенный момент времени.
В модемах, работающих на различных скоростях или выпущенных различными
производителями, используются разные технологии модуляции. Наиболее рас-
пространенные из них будут рассмотрены ниже.
Цифро-аналоговый преобразователь
После модулятора цифровой сигнал поступает на вход преобразователя, где проис-
ходит его преобразование в аналоговый. Далее, если этот сигнал имеет необходи-
мый уровень напряжения, он сначала пропускается через низкочастотный фильтр,
посредством которого происходит удаление частот, не соответствующих полосе
пропускания, а затем — через эквалайзер, с помощью которого компенсируются
нелинейные искажения, вносимые каналом передачи.
Компромиссный эквалайзер
Входящий в состав передатчика эквалайзер называется компромиссным или ста-
тистическим. Он искажает сигнал таким образом, чтобы скомпенсировать иска-
жения, вносимые средой передачи. В частности, с помощью эквалайзера можно
скомпенсировать амплитудные искажения несущей, а также групповую задержку.
Групповой задержкой называется разность (в микросекундах) между временем
прохождения по каналу сигналов разной частоты. В табл. 5.2 приведены номи-
нальные значения задержек, возникающих при прохождении речевых сигналов
разных частот через различные каналы.
Компоненты типичного синхронного модема
209
Таблица 5.2. Значения групповой задержки и частоты для различных
каналов передачи
Канал Диапазон частот, Гц Время задержки, мкс
Эталонный 800-2600 1750
С1 800-2600 1750
С2 600-2600 1500
СЗ 600-2600 260-300
С4 800-2800 500
С5 600-2600 300
Приемник
В отличие от передатчика, приемник имеет дело с реальными ошибками, возни-
кающими при передаче сигнала. Для устранения искажений производится изме-
рение отдельных параметров сигнала и на основе полученных данных восстанав-
ливается его истинная форма. На рис. 5.5 показано, что приемник синхронного
модема обычно состоит из эквалайзера, называемого адаптивным, блока восста-
новления данных синхронизации, цифрового демодулятора, дескремблера и ин-
терфейса с DTE. Эквалайзер, в свою очередь, включает блок логического управле-
ния эквалайзером, внутренний генератор частоты, используемый для синхрониза-
ции, и IF-модулятор, с помощью которого выполняется демодуляция полученного
сигнала.
Рис. 5.5. Схема приемника модема
Адаптивный эквалайзер
В передатчике эквалайзер является сравнительно простым элементом, и в пода-
ваемом на выход сигнале он компенсирует только некоторые ошибки. А вот эква-
лайзер приемника, напротив, должен компенсировать все реальные ошибки, воз-
никающие при передаче сигнала. Это делается с помощью адаптивного эквалай-
зера, который измеряет количество ошибок, обнаруженных в принятом сигнале,
210
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
и управляет некоторыми параметрами, в частности частотой генератора прием-
ника, для отслеживания изменений состояния передающего канала. Адаптивность
эквалайзера заключается в его способности подстраиваться под изменяющиеся
параметры канала в течение сеанса связи.
Наибольшее влияние на форму передаваемого аналогового сигнала оказывает
искажение, вызываемое групповой задержкой. Как уже говорилось ранее, анало-
говые сигналы различных частот распространяются в среде передачи с различной
скоростью. Поскольку отдельные участки сигнала, скорее всего, будут представ-
лены электромагнитными волнами различных частот, следовательно, на прием-
ник они поступят не одновременно, а в течение некоторого периода времени. При
этом первыми приходят волны более высокой частоты. Различие во времени при-
бытия волн высокой и низкой частоты приводит к тому, что наряду с нарушени-
ем очередности прибытия участков сигналов возможно также наложение од-
них участков на другие. Таким образом, задача эквалайзера состоит в том, чтобы
«расставить по местам» участки сигнала разных частот и устранить их взаимное
влияние.
Для выполнения указанных функций в эквалайзере предусмотрена линия за-
держки с отводами, в которой сохраняется аналоговый сигнал в течение опреде-
ленного промежутка времени. При этом осуществляется коррекция центрального
участка данного сигнала, а также участков, находящихся перед и после централь-
ного (рис. 5.6).
Откорректированный
сигнал, подаваемый
на выход эквалайзера
Сигнал ошибки фазы
Демодулятор
ТАР — отвод, на котором производится
измерение и усиление напряжения
принятого сигнала
Рис. 5.6. Схема адаптивного эквалайзера
Компоненты типичного синхронного модема
211
Значения напряжения, существующего на границах участков сигнала, измеря-
ются на отводах линии задержки. Интервал времени между измерениями обратно
пропорционален скорости передачи сигналов. Снятое с каждого отвода напряже-
ние усиливается с помощью усилителей с переменным коэффициентом усиле-
ния, управление которыми осуществляет блок управления коррекцией принято-
го сигнала.
На основе принятого от демодулятора сигнала ошибки фазы блок управления
коррекцией определяет амплитуду и полярность сигнала, который должен быть
получен после усиления на каждом отводе. Эквалайзер, входящий в состав при-
емника, называется адаптивным потому, что сигнал ошибки фазы формируется
на основе разности между фазой принятого сигнала и номинальным значением
фазы, которое определяется демодулятором.
Уменьшение длительности задержек
Любые изменения состояния канала приводят к тому, что устройствам приходит-
ся тратить некоторое время на адаптацию к новым условиям. Это является серье-
зным недостатком, который характерен как для полудуплексных каналов связи,
так и для каналов, где данные передаются только в одном направлении. С целью
уменьшения длительности задержек передающий модем в начале сеанса отправ-
ляет принимающему модему тестовую последовательность битов, что позволя-
ет значительно ускорить процесс адаптации к новым условиям по сравнению с
адаптацией при приеме реальных данных. Этот процесс называется тренингом.
Промежуток времени, необходимый модему для тренинга, производимого после
изменения направления передачи, должен быть меньше времени изменения на-
правления передачи или меньше задержки между сигналами RTS и CTS. Упомя-
нутая задержка серьезно сказывается на скорости передачи данных по каналу.
Например, у модема, поддерживающего скорость 4800 бит/с, время задержки ме-
жду сигналами RTS и CTS равно 10-20 мс, что соответствует времени прохожде-
ния по каналу 50-100 бит.
В некоторых модемах для уменьшения потерь производительности, связанных
с задержками при изменении направления передачи, в блоке эквалайзера исполь-
зуется двухскоростная технология передачи данных (известная также как техноло-
гия переключения передач). В соответствии с этой технологией два модема начи-
нают сеанс обмена данными на наименьшей скорости (например, 2400 бит/с), при
которой тренинг модемов происходит очень быстро. Такая скорость использует-
ся до тех пор, пока адаптивный эквалайзер не пройдет через весь цикл тренинга.
После этого модемы переключаются на наибольшую скорость передачи, поддер-
живаемую обоими модемами (рис. 5.7). В случае пересылки коротких сообщений
задержки между сигналами RTS и CTS являются основным фактором, оказываю-
щим влияние на производительность. А при пересылке длинных сообщений про-
изводительность канала зависит только от скорости передачи. Следовательно, при-
меняя описанную технологию, можно минимизировать потери производительно-
сти, связанные с задержками, и выполнять передачу данных на высокой скорости.
212
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Рис. 5.7. Рабочая характеристика двухскоростного модема
Автоматическая компенсация
С внедрением в модемы микропроцессоров появилась возможность управлять
выполнением многочисленных функций модемов, в частности автоматической
компенсацией. Два модема, осуществляющие автоматическую компенсацию, пе-
риодически передают друг другу тестовый сигнал. Таким образом принимающий
модем получает информацию о параметрах передаваемого сигнала и следователь-
но, может настроить эквалайзер так, чтобы прием данных производился с наи-
большей эффективностью. Автоматическую компенсацию можно рассматривать
как точную настройку, после выполнения которой устройства будут работать без
вмешательства извне. На сегодняшний день почти все синхронные модемы под-
держивают автоматическую компенсацию, посредством которой устраняются по-
мехи, связанные с амплитудными искажениями и групповой задержкой.
Для компенсации амплитудных искажений сигнала в модеме используется тех-
нология, известная, как компенсация затухания. Поскольку сигналы высоких час-
тот затухают быстрее сигналов низких частот, график их затухания имеет форму
перевернутой буквы U (рис. 5.8). Эта зависимость учитывается при настройке эк-
валайзера модема. Высокочастотные сигналы подвергаются наибольшей компен-
сации. График компенсации имеет форму, противоположную форме графика за-
тухания. Это также отражено на рис. 5.8. В результате выполнения компенсации
затухания электромагнитные волны разных частот сигнала будут иметь почти оди-
наковый уровень затухания. Как видите, использование микропроцессоров позво-
ляет не только упростить процедуру автоматической компенсации, но и сократить
время, требуемое для тренинга эквалайзера (а значит, повысить производитель-
ность канала, поскольку в процессе тренинга никакие данные не передаются).
Компоненты типичного синхронного модема
213
График выполняемой
модемом компенсации
Получаемый в результате
уровень затухания
График затухания
частот сигнала
Частота
Рис. 5.8. Компенсация затухания
Восстановление данных синхронизации
Для осуществления корректной интерпретации сигнала модем должен выполнять
не только компенсацию помех, возникающих при передаче сигнала, но и восста-
новление данных синхронизации. Входящий сигнал, поступивший на приемник,
подвергается модуляции с использованием внутреннего генератора частоты. По-
лучившийся в результате данной операции сигнал промежуточной частоты обра-
батывается с целью восстановления сигнала тактовой частоты, причем это вы-
полняется с той же скоростью, с которой принимаются данные. Такой сигнал
используется при работе параметрического генератора, который выдает уже ста-
бильный сигнал, связанный как с частотой входящего сигнала, так и с его фазой.
Дескремблер
Блок дескремблера приемника выполняет функции, обратные функциям блока
скремблера в передатчике. Например, если в передатчике перед скремблировани-
ем двоичные данные были преобразованы с помощью кода Грея, то в приемнике
после дескремблирования выполняется обратное преобразование, после которого
данные в двоичной форме передаются через интерфейс между модемом и DTE.
Интерфейс между модемом и DTE
Производительность работы модема зависит не только от эффективности выпол-
нения им таких функций, как компенсация и восстановление тактовой частоты,
но и от работы интерфейса между модемом и DTE. В большинстве модемов ис-
пользуются два стандарта: EIA RS-232 и CCITT V.24, которые были описаны
в главе 4. Третьим стандартом — ITU V.35 (мы рассмотрим его далее в этой гла-
ве) — регламентируется работа интерфейса между высокоскоростным аналого-
вым модемом и устройством обслуживания данных.
Блок управления работой синхронного модема
В синхронном модеме имеется блок, предназначенный для управления как ин-
терфейсом между модемом и линией связи, так и интерфейсом между модемом
214
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
и DTE. Модем, используемый в коммутируемой телефонной линии общего поль-
зования, должен выполнять следующие функции:
отправлять сигнал вызова;
4- устанавливать и разрывать соединение;
в некоторых случаях в ответ на поступающие вызовы генерировать сигнал
«занято» без установки соединения с узлом связи.
Сигналы, используемые в интерфейсе
В большинстве синхронных модемов поддерживается использование сигналов,
определенных стандартами RS-232 и ITU V.24 (табл. 5.3). Сигналы с номерами
от 118 до 122 (согласно ITU) используются только в модемах, поддерживающих
вторичные (обратные) каналы для передачи управляющей информации в обрат-
ном направлении со скоростью 75 бит/с. Сигнал DTR (готовность терминала к
передаче данных), имеющий согласно ITU номер 108.2, применяется только в мо-
демах, выполняющих коммутируемое подключение.
Таблица 5.3. Сигналы, использующиеся в интерфейсе между синхронным
модемом и DTE (стандарты RS-232/ITU V.24)
Обозначение сигнала согласно EIA Номер сигнала согласно CCITT Описание
АА 101 Защитное заземление
АВ 102 Сигнальная «земля»
ВА 103 Передаваемые данные
ВВ 104 Принимаемые данные
СА 105 Запрос на передачу
СВ 106 Готовность к передаче
СС 107 Готовность модема (готовность данных к передаче)
CD 108.2 Готовность терминала
СЕ 125 Индикатор вызова
CF 109 Индикатор принимаемого сигнала (обнаружение несущей)
CG 110 Индикатор качества сигнала
СН 111 Выбор скорости передачи данных (источник сигнала DTE)
CI 112 Выбор скорости передачи данных (источник сигнала DCE)
DA 113 Синхронизация передачи (источник DTE)
DB 114 Синхронизация передачи (источник DCE)
DD 115 Синхронизация приема (источник DCE)
SBA 118 Данные на передачу по вторичному каналу
SBB 119 Данные на прием по вторичному каналу
SCA 120 Запрос на передачу по вторичному каналу
SCB 121 Готовность к передаче по вторичному каналу
SCF 122 Детектор несущей вторичного канала
Контрольные вопросы
215
Сигнал «готовность к передаче»
Сигнал «готовность к передаче» передается модемом DTE в ответ на получение
сигнала «запрос на передачу». Между этими двумя сигналами существует не-
большая задержка, во время которой модем переключается на передачу дан-
ных. При этом, как уже говорилось выше, модем передает по телефонной линии
тестовую последовательность символов.
Внешняя синхронизация
Во многих стандартных модемах, поддерживающих скорость передачи 9600 бит/с,
а также в высокоскоростных модемах, предназначенных для работы на выделен-
ных линиях, имеются встроенные мультиплексоры с разделением времени. При-
менение этих мультиплексоров позволяет нескольким терминалам использовать
для передачи данных один канал. К каждому из оконечных модемов телефонной
линии с помощью нескольких каналов можно подключить группу удаленных мо-
демов (рис. 5.9), однако это возможно лишь при полнодуплексной связи. В таких
случаях сигналы генератора частоты, передаваемые всем модемам, подключен-
ным к модему Б, на самом деле предназначены для синхронизации работы только
одного модема. В системах, где имеются терминалы, удаленные от оконечного
модема (подключенного к главному каналу), удаленный модем должен быть син-
хронизирован непосредственно с тем модемом, с которым у него установлено со-
единение. При этом удаленный модем В принимает от оконечного модема Б сиг-
нал DD (согласно стандарту EIA). Однако этот сигнал на выходе модема Б яв-
ляется передаваемым сигналом внешнего генератора - DA (в соответствии со
стандартом EIA). Таким образом, работа внутренних генераторов частоты всех
модемов, подключенных к модему Б, будет зависеть от данных синхронизации,
поступающих от передающего модема А. Более подробно о работе мультиплексо-
ров с разделением времени рассказывается в главе 6.
Телефонная линия
Модем В получает от мультиплексора Б синхронизационную информацию
внешнего генератора частоты, которая, в свою очередь,
была получена от модема Б
Рис. 5.9. Пример подключения нескольких удаленных модемов к оконечному модему
216
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Стандарты и разработка модемов
В этом разделе мы проанализируем характеристики как новейших моделей высо-
коскоростных модемов, так и тех, которые считаются уже устаревшими. Послед-
ние мы рассмотрим потому, что многие встроенные в них функции реализованы
также в современных модемах, а кроме того, они все еще активно применяются
многими пользователями. Необходимо отметить, что все современные модели мо-
демов поддерживают работу с более ранними модификациями этих устройств.
В настоящем разделе мы рассмотрим три типа модемов, которые осуществля-
ют передачу данных со скоростью 2400, 4800 и 9600 бит/с соответственно. Далее
вашему вниманию будут предложены асимметричные модемы, появившиеся на
рынке в конце 1980-х годов. Предполагалось, что благодаря меньшей стоимости
они вытеснят модемы стандарта V.32bis (см. главу 4). Однако в связи с отсутст-
вием стандартов, регламентирующих технологию передачи данных асимметрич-
ными модемами, а также из-за того, что поставщики модемов стандарта V.32 сни-
зили цены на свою продукцию, асимметричные модемы не получили широкого
распространения. На сегодняшний день для высокоскоростной передачи данных
через коммутируемую телефонную сеть общего пользования в основном исполь-
зуются модемы V.32, V.32bis, V.33 или V.34.
Модемы, поддерживающие скорость
передачи 2400 бит/с
К наиболее распространенным типам модемов, функционирующих со скоростью
2400 бит/с, относятся модемы Western Electric 201 и модемы стандарта ITU V.26.
Характеристики и механизмы реализации встроенных в эти модемы функций ана-
логичны характеристикам и механизмам, применяемым во всех модемах, рабо-
тающих с той же скоростью при двухпроводной полудуплексной связи и полно-
дуплексной связи с использованием четырех проводов.
Western Electric 201
Модемы типа Western Electric 201 (WE 201), относящиеся к числу несложных
синхронных модемов (рис. 5.10), осуществляют передачу данных со скоростью
1200 бод и частотой несущей 1800 Гц. В них используется разновидность модуля-
ции со смещением фазы, при которой в единичном сигнале (боде) кодируется
2 бита, — двухбитовая относительная фазовая манипуляция (Differential Phase-
Shift Keying, DPSK). В процессе фазовой манипуляции для представления дво-
ичных значений производится изменение фазы сигнала (см. главу 4). Понятие
«относительная фазовая манипуляция» означает, что угол фазы принимаемого еди-
ничного сигнала зависит от угла фазы предыдущего единичного сигнала. В модемах
типа WE 201 смещение фаз сигналов кратно 45° (см. табл. 5.4).
Стандарты и разработка модемов
217
Приемник
Рис. 5.10. Схема модема типа WE 201
Давайте рассмотрим подробнее, какие процессы происходят в модеме при пе-
редаче и приеме данных. Чтобы облегчить восприятие излагаемого материала,
каждый этап работы передатчика и приемника модема обозначен на рис. 5.10 бук-
вой алфавита.
А. В соответствии с полученными на входе приемника данными генериру-
ются импульсы, которые затем фильтруются с целью придания им подхо-
дящей для выполнения модуляции формы.
Б. Чередующиеся биты потока становятся A-битами, остальные — Б-битами.
В. Для фазовой модуляции синусоидального сигнала используется два бито-
вых потока. Фаза несущей потока Б-битов смещена по отношению к фазе
несущей потока A-битов на 90°.
Г. Далее аналоговые сигналы обоих модуляторов объединяются, а получен-
ный сигнал подается на полосовой фильтр, где устраняются все нежела-
тельные частоты.
Д. На приемнике полученный сигнал пропускается еще через один фильтр,
который отсеивает шумы и другие нежелательные сигналы.
Е. Сигнал, поступивший на вход генератора эталонного аналогового сигнала,
синхронизируется. (Посредством эталонного сигнала определяется сдвиг
фазы поступившего единичного сигнала.)
Ж. На детектор A-фазы принятого сигнала эталонный сигнал подается без
изменений, а перед подачей на детектор Б-фазы выполняется сдвиг его
фазы на 90°.
218
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
3. Потоки битов А и Б, полученные на выходе обоих детекторов, объединя
ются в один битовый поток.
И. На завершающем этапе преобразования сигнал пропускается через устрой-
ство оцифровки, на выходе которого форма электромагнитных импуль-
сов становится прямоугольной. Таким образом, данные приобретают т\
же форму, какую имели при поступлении на вход передатчика.
Таблица 5.4. Фазовое кодирование, которое выполняется в модемах WE 201
Даухбитовая последовательность Сдвиг фаз, град
00 45
10 135
11 225
01 315
При использовании описанной технологии кодирования синхронизационная
информация извлекается непосредственно из самого сигнала. Иными словами,
нет необходимости в применении каких-либо дополнительных данных синхро-
низации, на основе которых можно было бы определять сдвиг фазы принимаемо-
го единичного сигнала. Таким образом, при возникновении одной из наиболее
распространенных ошибок, которая состоит в считывании смещения фазы не того
единичного сигнала, с ошибкой будет принят только один бит. В модеме WE 201
имеется внутренний генератор частоты с фазовой синхронизацией, при работе
которого используются значения сдвигов фаз входящих сигналов. На основе раз-
ности между номинальными значениями сдвигов фаз, которые приведены в
табл. 5.4, и истинными значениями сдвигов фаз принятых сигналов определяется
качество принимаемого сигнала. Поскольку смещения фаз каждого из принятых
сигналов различаются, энергии сигнала, содержащейся в потоке, передаваемом со
скоростью 1200 бод, вполне достаточно для восстановления тактовой частоты ге-
нератора.
ITU-T V.26
С целью стандартизации работы модемов, осуществляющих передачу данных со
скоростью 2400 бит/с, организация ITU-T опубликовала документ, полное назва-
ние которого «Рекомендация V.26: стандартизация работы модема, поддерживаю-
щего передачу данных со скоростью 2400 бит/с и предназначенного для исполь-
зования в выделенных телефонных линиях». Этот документ содержит требова-
ния к работе полнодуплексного DPSK-модема, способного передавать сигналы
по основному каналу со скоростью 1200 бод, а по обратному — со скоростью
75 бод. В телевизорах, выпущенных в странах Европы, обычно имеются встроен-
ные модемы стандарта V.26, предназначенные для получения доступа к систе-
мам телевизионной связи Videotex. Нажав соответствующую кнопку на пульте
управления телевизором, можно выбрать страницу для отображения на экране.
Указанный номер страницы посредством модема передается провайдеру системы
Стандарты и разработка модемов
219
Videotex. Телевизионный модем сконфигурирован так, что инфромация неболь-
шого объема (в данном случае — номер запрашиваемой страницы) пересылается
по обратному каналу, а информация, поступающая от провайдера Videotex, — по
основному.
Стандарт V.26 во многом аналогичен рекомендации WE 201, которая еще
в 1968 году фактически стала стандартом. Одним из различий между ними явля-
ется то, что при кодировании двухбитовых последовательностей значения сдвига
фаз могут быть заменены альтернативными им значениями. Набор альтернатив-
ных значений сдвигов фаз А приведен в табл. 5.5, а набор альтернативных значе-
ний сдвигов фаз Б полностью соответствует набору значений, приведенных в
табл. 5.4. Если передаются длинные строки, состоящие только из двухбитовых
последовательностей 00, то использование набора альтернативных значений А
приводит к возникновению проблем. В случае приема такой строки в течение не-
которого времени фаза сигналов не измененяется, поэтому энергии, содержащей-
ся в потоке, который передается со скоростью 1200 бод, недостаточно для восста-
новления тактовой частоты.
Таблица 5.5. Набор альтернативных значений сдвига фаз А, используемых
при фазовой модуляции в модемах стандарта V.26
Двухбитовая последовательность Сдвиг фаз, град
00 0
01 90
11 180
10 270
В соответствии с рекомендацией V.26, если с целью обеспечения синхрониза-
ции используется двухбитовая последовательность 11, посылаемая в паузе между
сигналами RTS и CTS, то модем принимающей стороны будет гарантированно
получать сигналы со сдвигом фаз, равным 180°. Кроме того, в рекомендации ука-
зано, что сигнал «обнаружение несущей» (имеющий согласно CCITT номер 109)
может быть передан в том случае, когда уровень принимаемого сигнала больше
или равен -26 дБм (0,001 мВт = -30 дБм). Если же уровень сигнала меньше или
равен -31 дБм, несущая считается необнаруженной и сигнал под номером 109 пе-
редаваться не должен. В этом документе также содержатся требования к конст-
рукции модема, которая должна исключать возможность изменения пользовате-
лем уровня передаваемого сигнала или чувствительности приемника.
Модемы, поддерживающие скорость
передачи 4800 бит/с
Наиболее распространенными модемами этого типа являются модемы ITU-T V.27
и Western Electric 208, поэтому именно их мы и рассмотрим.
220
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
ITU-T V.27
Работа модемов, обеспечивающих передачу данных в выделенных телефонных
линиях со скоростью 4800 бит/с, регламентируется стандартом ITU-T V.27. Та-
кие модемы имеют следующие характеристики:
способны работать как в полнодуплексном, так и в полудуплексном режиме,
4- поддерживают относительную фазовую манипуляцию, при которой для ко-
дирования битов используется 8 значений сдвигов фаз;
для обмена управляющей информацией позволяют использовать обратный
канал со скоростью передачи данных 75 бит/с;
содержат настраиваемый вручную эквалайзер.
Указанная рекомендация была опубликована еще в 1972 году. За прошедшие
с тех пор годы конструкции модемов были значительно усовершенствованы, так
что настраиваемые вручную эквалайзеры остались разве что в воспоминаниях
Однако большинство положений этого документа все еще лежат в основе функ-
ционирования многих современных модемов, особенно тех, которые выпускают-
ся на европейском рынке. Вот основные характеристики таких модемов: частота
несущей — 1800 Гц, скорость модуляции — 1600 бод, интервал между сдвигами
фаз — 45°. Поскольку скорость передачи сигналов этими модемами равна 1600 бод,
а скорость передачи данных составляет 4800 бит/с, значит, в каждом боде должно
быть закодировано 3 бита. Используемые в модемах стандарта V.27 трехбитовые
последовательности и соответствующие им значения сдвига фаз перечислены
в табл. 5.6.
Таблица 5.6. Фазовое кодирование в модемах стандарта V.27
Трехбитовая последовательность Сдвиг фаз, град
001 0
000 45
010 90
011 135
111 180
110 225
100 270
101 315
В модемах стандарта V.27 синхронизация осуществляется путем использова-
ния трехбитовой последовательности 111, которая передается в течение как ми-
нимум 9 мс. Упомянутая последовательность подается на вход скремблера пере-
датчика, причем это продолжается до тех пор, пока все скремблеры не будут
синхронизированы и передающий модем не отправит сигнал CTS (имеющий со-
гласно CCITT номер 106). В начале главы было дано краткое описание скрембле-
ра. Теперь же на примере скремблера, который используется в модемах, соответ-
ствующих стандарту V.27, мы рассмотрим работу этих устройств более подробно.
Стандарты и разработка модемов
221
Передаваемая последовательность битов представляется в виде полинома, ко-
эффициентами которого являются биты поступающих данных. В соответствии со
стандартом V.27, в скремблере передатчика производится деление этого полинома
на выражение 1 + X 6 + W7. Подобная операция выполняется над каждым посту-
пающим на скремблер битом. В результате получается последовательность битов,
которая поблочно (в каждом блоке по 45 бит) проверяется на наличие повторяю-
щихся значений, состоящих из отбрасывающихся битов 1, 2, 3, 4, 6, 9 и 12. Полу-
ченная последовательность передается скремблеру. На рис. 5.11 показано, как в
скремблере реализован процесс деления полинома с помощью регистра сдвига с
обратной связью.
Рис. 5.11. Реализация процесса деления полинома с помощью регистра сдвига
с обратной связью в скремблере ITU-T V.27
Western Electric 208
К числу модемов, поддерживающих передачу данных со скоростью 4800 бит/с,
относятся и модемы Western Electric 208 (WE 208). Модемы данного типа в свое
время были достаточно широко распространены в Соединенных Штатах и вы-
пускались такими фирмами, как AT&T и Bell Operating Companies (они в то вре-
мя входили в состав компании Bell System). В подобных модемах производится
модуляция DPSK, при которой для представления восьми различных трехбито-
вых последовательностей используется восемь значений сдвигов фаз. В табл. 5.7
перечислены трехбитовые последовательности (полученные после того, как ис-
ходные двоичные данные были преобразованы с помощью кода Грея) и соответ-
ствующие им значения сдвига фаз единичных сигналов.
Таблица 5.7. Фазовое кодирование, выполняемое в модемах WE 208
Трехбитовая последовательность Сдвиг фаз, град
001 22,5
000 67,5
010 112,5
011 157,5
111 202,5
110 247,5
100 292,5
101 337,5
222
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Модем WE 208 передает сигналы со скоростью 1600 бод, а частота его несу-
щей равна 1800 Гц. В нем нет встроенного мультиплексора, поскольку скорость
1600 бод не определена стандартом ни для одного другого модема. Конструктив-
ное исполнение WE 208 аналогично конструктивному исполнению типичного
синхронного модема, который рассматривался ранее в этой главе. В частности
в его скремблере для псевдослучайного изменения первого бита каждой трехбито-
вой последовательности также используются четыре 7-разрядных регистра сдвига
с обратной связью.
Демодулятор модема WE 208 умножает частоту несущей на 8, а затем измеря-
ет интервал между изменением (переходом) значения генератора частоты, син-
хронизирующего прием сигналов на скорости 1600 бод, и первым положитель-
ным значением цикла используемой несущей. Результатами этих измерений
являются десятичные числа, последовательные значения которых сравниваются
для определения сдвига фазы одного сигнала по отношению к фазе другого. Зна-
чения сдвигов фаз (с учетом искажений, обусловленных воздействием на сигнал
шума в линии связи, ошибок демодуляции, ошибок синхронизации и т. д.) округ-
ляются до ближайшего допустимого значения — 22,5°, 67,5° и т. д. После этого на
основании сдвига фазы определяется трехбитовая последовательность, которая
затем преобразовывается из кода Грея в двоичный вид. При определении сдвига
фазы также формируется сигнал ошибки обратной связи с информацией о разно-
сти между фазой принятого сигнала и номинальным значением фазы сигнала.
Если данный сигнал передается длительное время, это означает, что модему нуж-
но еще раз выполнить процедуру тренинга.
Обычно модем WE 208 тратит на тренинг 50 мс, но при длительной передаче
тестовой последовательности битов, которая применяется в тех случаях, когда мо-
дем принимающей стороны находится на очень большом расстоянии (порядка
2000 миль) от передающей, время тренинга увеличивается до 150 мс. А при ис-
пользовании спутниковых каналов связи продолжительность передачи тестовой
последовательности может достигать 650 мс.
Модемы, поддерживающие скорость
передачи 9600 бит/с
В конце 1970-х—начале 1980-х годов наиболее популярными среди модемов, обес-
печивающих передачу данных со скоростью 9600 бит/с, были модемы Western
Electric 209 (WE 209) и ITU-T V.29. До распада компании AT&T доминирующее
положение на рынке Северной Америки занимали модемы типа WE 209. Однако
после принятия союзом ITU-T стандарта V.29, который получил статус междуна-
родного, увеличился выпуск модемов, соответствующих именно этому стандарту.
К тому же в конце 1980-х-начале 1990-х годов стандарт V.29 стал применяться
многими производителями в качестве платформы для разработки модемов, пред-
назначенных для использования в коммутируемой телефонной линии. Как из-
вестно, повышения скорости передачи данных можно добиться либо посредством
увеличения скорости передачи сигналов, либо путем увеличения количества би-
тов, закодированных в одном боде. В модемах стандарта V.29 для увеличения
Стандарты и разработка модемов
223
скорости передачи с 4800 до 9600 бит/с были задействованы оба указанных выше
способа повышения производительности.
Типы модуляции
По сравнению с теми модемами, которые передают информацию со скоростью
4800 бит/с, в модемах, способных за одну секунду пересылать 9600 бит данных,
скорость передачи сигналов была увеличена до 2400 бод. Кроме того, с появлением
новых методов модуляции — квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature
Amplitude Modulation, QAM) и модуляции с частичным подавлением боковой по-
лосы (Vestigial Sideband, VSB) — стало возможным кодировать в одном боде 4 бита.
Однако выбирая модем, следует руководствоваться не методом модуляции,
который в нем применяется, а ценой устройства и стоимостью его эксплуатации,
поскольку функциональные характеристики модемов, поддерживающих указан-
ные выше типы модуляции, мало чем различаются. Так, многие производители
QAM-модемов для обеспечения нормальной работы своих продуктов рекоменду-
ют использовать каналы, имеющие как минимум качество С2. В отличие от них,
производители VSB-модемов не выдвигают таких строгих требований к качеству
каналов; к тому же их модемы имеют более простую конструкцию и являются бо-
лее дешевыми.
Модуляция с частичным подавлением боковой полосы
Поскольку при использовании частотной модуляции с двумя боковыми полоса-
ми скорость работы модема WE 202 равна 1800 бит/с и так как нижняя полоса
просто дублирует информацию верхней полосы, кажется, что при передаче дан-
ных только по одной боковой полосе частот (то есть используя все частоты рече-
вого диапазона) можно достичь скорости передачи данных, равной 3600 бит/с.
Однако это не совсем так, по крайней мере в случае частотно-модулированного
сигнала, так как принимающий модем не сможет его восстановить. А вот выпол-
нение амплитудной модуляции сигнала действительно позволяет использовать
только одну боковую полосу частот и передавать сигналы со скоростью 4800 бод.
Если применить четыре значения амплитуды несущей, в каждом боде можно за-
кодировать по два бита данных, достигнув в результате скорости передачи дан-
ных 9600 бит/с.
Блок скремблера и блок кодера (где выполняется кодирование двоичных по-
следовательностей с помощью кода Грея), входящие в состав передатчика VSB-
модема, аналогичны таким же блокам передатчика модема, который работает со
скоростью 4800 бит/с. А вот модуляторы этих двух типов модемов различаются:
модулятор VSB-модема работает с несущей, частота которой равна 2853 Гц, и ко-
дирует в единичном четырехуровневом сигнале только 2 бита. При использова-
нии такой схемы модуляции несущая и верхняя боковая полоса подавляются, по-
этому по каналу на частоте 2853 Гц передается еще один сигнал — пилотный
(пилот-сигнал), фаза которого смещена по отношению к фазе основного сигнала
на 90°. Этот сигнал также называется квадратурным, поскольку его фаза находит-
ся под прямым углом к фазе первоначальной несущей. Квадратурный сигнал не
оказывает никакого влияния на модулированный сигнал, который передается по
224
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
одной боковой полосе. Он необходим для того, чтобы принимающий модем мог
определить первоначальную частоту и фазу несущей, то есть восстановить данные
Внутренний генератор частоты приемника, модулирующий сигнал с частотой
2853 Гц, связан с фазой и частотой пилот-сигнала, восстановленного из принято-
го сигнала. Настроенный подобным образом генератор частоты применяется для
демодуляции принятого однополосного сигнала, который будет иметь вид уже
четырехуровневого сигнала основной полосы (при скорости передачи 4800 бод)
Сигнал обрабатывается с помощью адаптивного эквалайзера с 60 отводами для
устранения взаимного влияния участков сигнала друг на друга. После этого вос-
станавливаются двухбитовые последовательности, которые затем передаются на
обработку дескремблеру.
Тренинг эквалайзера, имеющего 60 отводов, занимает относительно большой
промежуток времени, что отрицательно сказывается на производительности мо-
дема, работающего со скоростью 9600 бит/с при полудуплексной связи. Исполь-
зуемая в этом случае тестовая последовательность битов состоит из четырех сег-
ментов, которые предназначены для выполнения следующих функций:
♦ настройки блоков автоматического управления усилителями;
♦ получения фазы несущей;
♦ определения коэффициента усиления на каждом из отводов эквалайзера;
♦ синхронизации скремблера.
Согласно рекомендации ITU-T V.29, для модемов, поддерживающих скорость
9600 бит/с, время передачи тестовой последовательности битов составляет при-
близительно 250 мкс.
Квадратурная амплитудная модуляция
В QAM-модемах используются различные комбинации фазовых сдвигов и ампли-
туд, позволяющие задавать 16 состояний сигнала и кодировать в каждом боде 4 би-
та. Поэтому при скорости передачи сигналов 2400 бод эти модемы способны пере-
сылать данные со скоростью 9600 бит/с. Рекомендацией ITU-T V.29 определены
8 фазовых значений, каждому из которых соответствуют два значения амплитуды
В модемах WE 209 используется 12 фазовых и 3 амплитудных значения, однако
некоторые комбинации фазы и амплитуды являются недопустимыми. Три наибо-
лее распространенные комбинации фаза—амплитуда (так называемые сигналь-
ные созвездия), которые используются в модемах, имеющих рабочую скорость
9600 бит/с, представлены на рис. 5.12. Основными критериями, которыми руко-
водствуются производители модемов при определении необходимого количества
фаз и амплитуд, являются тип и «степень тяжести» ошибок, возникающих при
передаче сигнала. Считается, что комбинация фаза—амплитуда, применяемая в
модемах, параметры которых отвечают рекомендации V.29, является более опти-
мальной, чем комбинация, используемая в модемах WE 209. Однако, по мнению
автора, это утверждение основано лишь на том факте, что на сегодняшний день
модемов стандарта V.29 продано больше.
Стандарты и разработка модемов
225
12 фаз и 3 амплитуды
8 фаз и 4 амплитуды
8 фаз и 2 амплитуды
Рис. 5.12. Сигнальные созвездия, используемые в QAM-модемах,
работающих со скоростью 9600 бит/с
ITU-T V.29
Модем, соответствующий стандарту ITU-T V.29, имеет следующие характеристи-
ки: частота несущей — 1700 Гц, скорость передачи сигналов — 2400 бод, скорость
передачи данных — 9600 бит/с. Кроме того, при выполнении функции fallback ско-
рость передачи данных такого модема автоматически уменьшается до 7200 или
4800 бит/с. В этом модеме имеется автоматический адаптивный эквалайзер, а так-
же может быть встроенный мультиплексор, предназначенный для работы с че-
тырьмя отдельными потоками данных (при условии, что за одну секунду мульти-
плексор будет получать не более 9600 бит данных). При мультиплексировании
объединенный поток подлежащих передаче данных подается на скремблер, после
чего разбивается на блоки по 4 бита. Как показано на рис. 5.13, амплитуда переда-
ваемого сигнала вычисляется на основе первого (по времени поступления) бита
четырехбитового блока. Оставшиеся биты служат для определения сдвига фазы
этого сигнала (рис. 5.14). Полученная в результате комбинация фаза—амплитуда
представлена на рис. 5.15.
ПРИМЕЧАНИЕ ---------------------------------------------------------
Сдвиг фазы определяется между центральными участками двух соседних сигналов.
226
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Абсолютная фаза, град Первый бит (Q1) Относительная амплитуда участка сигнала
0, 90, 180, 270 0 1 3 5
45, 135,225, 315 0 1 V2 3-/2
Рис. 5.13. Амплитуда передаваемого сигнала определяется
на основе первого бита четырехбитового блока
Второй бит (Q2) Третий бит (Q3) Четвертый бит (Q4) Сдвиг фазы, град
0 0 1 0
0 0 0 45
0 1 0 90
0 1 1 135
1 1 1 180
1 1 0 225
1 0 0 270
1 0 1 315
Рис. 5.14. Сдвиг фазы единичного сигнала вычисляется
на основе трех оставшихся битов
Абсолютное значение
фазы сигнала
Рис. 5.15. Схема сигнального созвездия, используемая в модемах,
работающих со скоростью 9600 бит/с
Стандарты и разработка модемов
227
При выполнении функции fallback никаких изменений амплитуды сигнала при
скорости передачи 7200 бит/с не происходит и в одном боде кодируется 3 бита.
Если же устанавливается скорость передачи 4800 бит/с, применяется четыре фа-
зы сигнала, что позволяет закодировать в одном боде только 2 бита.
Большая часть представленных на мировом рынке модемов, которые поддер-
живают скорость передачи 9600 бит/с, соответствует стандарту V.29 (WE 209,
как вы помните, к числу таковых не относится). Поэтому в международных ли-
ниях связи в основном используются модемы именно этого стандарта.
Как правило, модемы, в которых модуляция производится в соответствии со
стандартом V.29, совместимы друг с другом, однако иногда эта совместимость ка-
сается только способа модуляции. Данный факт объясняется тем, что некоторыми
производителями модемов были разработаны модели, предназначенные для обес-
печения псевдополнодуплексной связи по двухпроводной коммутируемой теле-
фонной линии общего пользования. Такие модемы имеют встроенные микропро-
цессоры и блоки памяти, а также некоторые схемы, позволяющие передавать дан-
ные в псевдополнодуплексном режиме. Одной из таких схем предусматривается
добавление дополнительного низкоскоростного обратного канала, по которому
данные могут пересылаться со скоростью 300 бит/с. Благодаря этому в одном на-
правлении данные могут передаваться со скоростью 9600 бит/с, а в другом — со
скоростью 300 бит/с. В каждом модеме отслеживаются оба потока данных, и при
необходимости их направление меняется.
Асимметричная передача
Из сказанного выше следует, что даже если модем способен одновременно пере-
сылать данные в противоположных направлениях, он это делает с различной ско-
ростью, в то время как пользователю кажется, что модем работает в полноценном
дуплексном режиме. Такие модемы являются асимметричным. Согласно требо-
ваниям коммуникационных стандартов, модемы, подключаемые к персональным
компьютерам, должны обеспечивать возможность передачи данных в асиммет-
ричном режиме, поэтому данную функцию поддерживают модемы многих произ-
водителей. В настоящее время наиболее популярными модемами этого типа яв-
ляются модемы серии U.S. Robotics HST и HST Dual.
Высокоскоростная передача
В конце 1980-х годов компанией U.S. Robotics был разработан асимметричный
модем HST (High-Speed Transmission — высокоскоростная передача), имеющий
рабочую скорость 9600 бит/с. Заметив возрастающую популярность компьютер-
ной службы публикации объявлений, руководство компании U.S. Robotics удач-
но воспользовалось ситуацией, сложившейся на рынке: операторам компьютер-
ной службы публикации объявлений были предоставлены серьезные скидки при
покупке модемов этой фирмы. В результате HST-модемы стали также приобре-
тать многочисленные пользователи персональных компьютеров, желающие по-
лучать доступ к файлам службы объявлений с высокой скоростью.
228
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Снижение стоимости модемов, соответствующих стандарту V.32, значительно
повысило их популярность, однако к этому времени уже было продано достаточ-
но большое количество HST-модемов. Перед производителями вновь встала про
блема обеспечения совместимости двух популярных типов модемов. Например
компания U.S. Robotics наряду с производством стандартных HST-модемов на-
ладила выпуск двухрежимных HST-модемов (то есть модемов, поддерживающих
два наиболее популярных метода модуляции). На сегодняшний день компания
U.S. Robotics выпускает двухрежимные HST-модемы, в которых реализованы не
только все рекомендации V-серии — от V.32 до V.90, но и дополнительные функ-
ции, поддерживаемые модемами, которые были разработаны этой фирмой.
Как уже говорилось ранее, WE 209 — это модем, обеспечивающий передачу
данных со скоростью 9600 бит/с. Он выпускался компанией AT&T и работал на
основе запатентованной схемы модуляции. В настоящее время, в связи с приня-
тием в качестве стандарта метода модуляции V.29, метод, используемый в моде-
мах WE 209, является не более чем историческим курьезом.
Стандарт ITU-T V.32
Стандарт V.32, который основан на опубликованной в конце 1980-х годов реко-
мендации ITU-T, определяет метод модуляции, используемый в подключаемых
к персональным компьютерам высокоскоростных модемах. Данным стандартом
предусматривается применение технологии модифицированной квадратурной ам-
плитудной модуляции, позволяющей передавать данные по коммутируемой теле-
фонной линии со скоростью 9600 бит/с в полноценном дуплексном режиме
Главным козырем модемов V.32 является встроенная технология эхо-подавле-
ния. Ее применение дает возможность как принимаемым, так и передаваемым
сигналам использовать одну и ту же полосу пропускания.
Как показано на рис. 5.16, при соединении двух модемов стандарта V.32 уста-
навливаются два высокоскоростных канала, имеющих противоположные направ-
ления передачи. С большой натяжкой можно сказать, что каждый из этих кана-
лов занимает одну и ту же полосу пропускания. Встроенное в приемник каждого
из модемов программное обеспечение позволяет модему устранять негативные
эффекты, возникающие при передаче сигнала, и отличать посылаемый сигнал от
принимаемого.
В первых моделях модемов стандарта V.32 для эхо-подавления применялись
довольно сложные схемы, вследствие чего стоимость таких устройств в два, а то и
в три раза превышала стоимость модемов, соответствующих стандарту V.29, ко-
торые по выделенным линиям могли передавать данные с такой же скоростью
(Кстати, низкая цена была одним из факторов, которые способствовали разви-
тию асимметричных модемов.) Однако после появления в 1990 году микросхемы
со встроенной функцией эхо-подавления стоимость модемов V.32 значительно
снизилась. Так, если в 1991 году модем стандарта V.32 стоил немногим менее
1000 долларов, то в начале 1996 года в продаже уже было трудно найти модем, це-
на которого превышала 100 долларов. Естественно, что такое ее снижение спо-
собствовало повсеместному распространению модемов этого типа.
Стандарты и разработка модемов
229
В 1998 году, несмотря на огромное количество находящихся в использовании
модемов стандарта V.32, многие производители переключились на выпуск моде-
мов серий V.34 и V.90. Однако, и это уже стало нормой, в новых моделях обеспе-
чивалась обратная совместимость с другими модемами V-серии, такими как V.32
и V.22bis.
Модемы, соответствующие стандарту V.32, обладают следующими характери-
стиками: частота несущей — 1800 Гц, скорость модуляции — 2400 бод. Кроме то-
го, для этих модемов стандартом определены два метода кодирования данных: бе-
зызбыточное и треллис-кодирование.
Рис. 5.16. Определенные стандартом ITU-T V.32 полосы частот, занимаемые каналом
передачи и каналом приема данных (прямым и обратным каналами)
Безызбыточное кодирование
При безызбыточном кодировании генерируемый терминальным оборудованием
поток данных вначале разбивается на группы, состоящие их четырех последова-
тельно идущих битов. Затем первые два бита каждой четырехбитовой группы
(в дальнейшем мы будем называть их Qln и Q2n) подвергаются дифференциаль-
ному кодированию (табл. 5.8). Полученные после кодирования биты (далее будут
обозначены как Yln и Y2n) вместе с битами Озп и преобразовываются в сигнал,
состояние которого (фаза-амплитуда) соответствует 16-точечному сигнальному
созвездию, изображенному на рис. 5.17. На указанном рисунке приведены со-
стояния сигналов, которые используются в модемах, работающих со скоростью
9600 бит/с и поддерживающих технологию безызбыточного кодирования. Обра-
тите внимание на подгруппу, включающую состояния сигналов А, В, С и D, при-
меняемых в процессе тренинга модема для работы со скоростью 4800 бит/с.
В приведенной ниже таблице представлены наборы битов, которые применяются
при дифференциальном квадратурном кодировании, которое осуществляется
в модемах, работающих со скоростью 4800 бит/с, а также при безызбыточном ко-
дировании, выполняемом, если передача производится со скоростью 9600 бит/с.
230
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Таблица 5.8. Наборы битов, применяемые при дифференциальном
квадратурном кодировании и безызбыточном кодировании
Биты на входе Qm Огп Биты предыдущей группы на выходе Квадратурное изменение фазы Биты на выходе Состояние сигнала*
Ym-1 ^2п 1 Y,r , Y2n
0 0 0 0 +90° 0 1 в
0 0 0 1 1 1 с
0 0 1 0 0 0 А
0 0 1 1 1 0 D
0 1 0 0 0° 0 0 А
0 1 0 1 0 1 В
0 1 1 0 1 0 D
0 1 1 1 1 1 С
1 0 0 0 + 180° 1 1 С
1 0 0 1 1 0 D
1 0 1 0 0 1 В
1 0 1 1 0 0 А
1 1 0 0 +270° 1 0 D
1 1 0 1 0 0 А
1 1 1 0 1 1 С
1 1 1 1 0 1 В
* Скорость передачи данных — 4800 бит/с.
Рис. 5.17. Представленные в виде 16-точечного сигнального созвездия
состояния сигналов при использовании безызбыточного кодирования
Стандарты и разработка модемов
231
Треллис-кодирование
Как и в случае безызбыточного кодирования, при осуществлении треллис-кодиро-
вания поток данных, генерируемый DTE, вначале разбивается на группы, состоя-
щие их четырех последовательно идущих битов. Затем первые два бита каждой
группы, Qln и Q2n, подвергаются дифференциальному кодированию и преобразу-
ются в биты Yln и Y2n. В табл. 5.9 приведены наборы битов, которые применяются
при дифференциальном кодировании, используемом вместе с альтернативным
треллис-кодированием в модемах серии V.32, которые поддерживают скорость
9600 бит/с.
Таблица 5.9. Наборы битов, применяемые при дифференциальном
кодировании и альтернативном треллис-кодировании
Биты Биты предыдущей группы Биты
на входе на выходе на выходе
Ош Огп Ym-1 Y2n-1 Yin Y2n
0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 1
0 0 1 0 1 0
0 0 1 1 1 1
0 1 0 0 0 1
0 1 0 1 0 0
0 1 1 0 1 1
0 1 1 1 1 0
1 0 0 0 1 0
1 0 0 1 1 1
1 0 1 0 0 1
1 0 1 1 0 0
1 1 0 0 1 1
1 1 0 1 1 0
1 1 1 0 0 0
1 1 1 1 0 1
Далее биты Yln и Y2n подаются на вход блока, выполняющего сверточное ко-
дирование и генерирующего избыточный бит YOn. Затем этот бит и четыре ин-
формационных бита — Yln, Y2n, 0зп и Q4n — преобразовываются в передаваемый
сигнал, состояние которого (фаза-амплитуда) соответствует одному из двух на-
боров координат, приведенных в табл. 5.10. Такие наборы координат применяют-
ся для представления состояния сигналов в модемах серии V.32, работающих со
скоростью 9600 бит/с, причем один из наборов применяется при безызбыточном
кодировании, а второй — при треллис-кодировании. Если каждое из возможных
состояний сигналов (фаза—амплитуда), используемых при треллис-кодировании
(табл. 5.18), представить в виде точки в двухмерной системе координат, получится
232
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
32-точечное сигнальное созвездие, показанное на рис. 5.18 (состояния А, В, С и D применяются при тренинге модема для работы со скоростью 4800 бит/с). Таблица 5.10. Два набора состояний сигналов, которые используются в модемах серии V.32
Кодированные биты Безызбыточ ное Треллис-
на входе кодирование кодирование
(Y0) Y1 Y2 Q3 Q4 Действи- Мнимое Действи- Мнимое
тельное тельное
0 0 0 0 0 -1 -1 -4 1
0 0 0 1 -3 -1 0 -3
0 0 1 0 -1 -3 0 1
0 0 1 1 -3 -3 4 1
0 1 0 0 1 -1 4 -1
0 1 0 1 1 -3 0 3
0 1 1 0 3 -1 0 -1
0 1 1 1 3 -3 -4 -1
1 0 0 0 -1 1 -2 3
1 0 0 1 -1 3 -2 -1
1 0 1 0 -3 1 2 3
1 0 1 1 -3 3 2 -1
1 1 0 0 1 1 2 -3
1 1 0 1 3 1 2 1
1 1 1 0 1 3 -2 -3
1 1 1 1 3 3 -2 1
1 0 0 0 0 -3 -2
0 0 0 1 1 -2
0 0 1 0 -3 2
0 0 1 1 1 2
0 1 0 0 3 2
0 1 0 1 -1 2
0 1 1 0 3 -2
0 1 1 1 -1 -2
1 0 0 0 1 4
1 0 0 1 -3 0
1 0 1 0 1 0
1 0 1 1 1 -4
1 1 0 0 -1 -4
1 1 0 1 3 0
1 1 1 0 -1 0
1 1 1 1 -1 4
Стандарты и разработка модемов
233
90’
4-
• •
11111 11000
01000 © 00101 01010
• • 2- • •
10010 10101 10011 10100
00000 01111 00010
180’
00111
10000
J2 11110
11010
2 11101 4
0’
01001 00110
• -2 -
10111
01011 00100
10001
(в)
01110 00001
10110
01100
11100
10011
270°
Рис. 5.18. Представленные в виде 32-точечного сигнального созвездия
состояния сигналов при использовании треллис-кодирования
С помощью дополнительного бита, генерируемого в процессе треллис-коди-
рования, принимающий модем может обнаружить сигналы, состояния которых
не соответствуют сигнальному созвездию, и исправить большинство возникаю-
щих при передаче ошибок. А это означает, что в случае выполнения треллис-ко-
дирования количество неисправленных ошибок на порядок меньше, чем при вы-
боре другого метода кодирования. Поэтому почти во всех модемах серии V.32,
поддерживающих как треллис-кодирование, так и безызбыточное кодирование,
в основном используется первый метод.
Стандарт ITU-T V.32bis
Для передачи данных в полнодуплексном режиме связи по двум проводам комму-
тируемой телефонной линии стандартом V.32bis (так же, как и стандартом V.32)
предусматривается использование эхо-подавления и треллис-кодирования. При-
менение этого метода кодирования позволяет принимающему модему правильно
распознавать состояния поступающих сигналов и не путать их с состояниями со-
седних сигналов. Стандарт V.32bis, который был утвержден ITU-T в феврале
1991 года, определяет механизм достижения в коммутируемой телефонной ли-
нии скоростей передачи данных до 14 400 бит/с.
Чем различаются стандарты V.32 и V.32bis
Между модемами стандарта V.32 и модемами стандарта V.32bis имеется ряд разли-
чий. К числу основных из них относятся следующие: скорость передачи данных,
используемый метод кодирования битов, шаблон сигнального созвездия, а также
234
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
длительность ретренинга (переподготовки). Кроме того, модемы стандарта V.32bis
имеют встроенную функцию fall-forward (автоматический переход модема на бо-
лее высокую скорость передачи). Далее все эти параметры будут рассмотрены
подробнее (табл. 5.11).
Стандартом V.32bis поддерживаются скорости передачи 12 000 и 14 400 бит/с,
которые невозможно реализовать в модемах стандарта V.32. При работе модема
стандарта V.32bis со скоростью 12 000 бит/с получаемые от DTE данные разбива-
ются на группы, состоящие из 5 последовательно идущих битов, поэтому шаблон
сигнального созвездия включает уже 64 состояния сигналов. При работе со скоро-
стью 14 400 бит/с подвергнутые скремблированию данные разбиваются на группы
из 6 последовательных битов, поэтому шаблон сигнального созвездия состоит из
128 состояний сигналов.
Функция fallback
Автоматический переход модема на более низкую скорость передачи (функция
fallback) производится модемом в тех случаях, когда в канале обнаруживается та-
кой предварительно определенный уровень отношения сигнал/шум, при котором
дальнейшая передача с прежней скоростью приводит к возникновению неиспра-
вимых ошибок. Модемы стандарта V.32 также поддерживают функцию fallback,
однако, в отличие от модемов V.32bis, после выполнения этой функции они не
смогут вновь перейти на более высокую скорость передачи, если качество канала
улучшится. Как уже говорилось, автоматический переход на более высокую ско-
рость передачи реализуется посредством функции fall-forward, перед выполнени-
ем которой в У.32Ь1з-модемах производится мониторинг качества канала.
Таблица 5.11. Сравнение характеристик V.32- и V.32bis-MOfleMOB
Характеристика V.32 V.32bis
Рабочие скорости, бит/с 9600 14 400
7200 (дополнительная) 9600
4800 7200
4800
Скорость 14 400 бит/с Недоступна 6(+ТСМ)128*
Скорость 12 000 бит/с Недоступна 5(+ТСМ)64*
Скорость 9600 бит/с 4(+ТСМ)32* 4(+ТСМ)32*
Функция fallback Поддерживается Поддерживается
Функция fall-forward Отсутствует П оддерживается
Длительность ретренинга, с 15 10
* В этой записи содержится следующая информация: количество кодируемых битов в группе; ис-
пользуемый тип кодирования — треллис-кодирование; количество точек в сигнальном созвездии
Время ретренинга
Как следует из табл. 5.11, ретренинг модемов стандартов V.32 и V.32bis занимает
различное время. У модемов V.32 это время составляет 15 с, а у модемов V.32bis —
10 с, что способствует существенному повышению производительности работы
Стандарты и разработка модемов
235
последних, поскольку, как уже отмечалось ранее, данные во время ретренинга не
передаются.
Коэффициент сжатия
Большинство модемов V.32bis поддерживают стандарт сжатия V.42, согласно ко-
торому при использовании коэффициента сжатия 4:1 модем типа V.32bis в со-
стоянии обеспечить производительность 57,6 кбит/с. Для сравнения: при сжатии
данных с тем же коэффициентом (если применяется тот же стандарт сжатия) мак-
симальная производительность модемов V.32 может достичь только 38,4 кбит/с.
Стандарт ITU-T V.33
Модемы, соответствующие стандарту V.33, поддерживают передачу данных со ско-
ростью 14 400 бит/с и передачу сигналов со скоростью 2400 бод (то есть в одном
боде кодируется шесть битов). Стандарт ITU-T V.33 был опубликован в 1988 го-
ду и стал основой для стандарта V.32bis (который, кстати, очень на него похож).
Одним из различий между стандартами V.33 и V.32bis является то, что для
обеспечения работы по выделенным линиям в полнодуплексном режиме со ско-
ростью 14 400 бит/с в V.33-модемах не применяется эхо-подавление. Необходи-
мость выполнения этой функции исчезла в связи с тем, что стандартом V.33 для
передачи сигналов предусматривается использование четырех проводов, то есть
организация передачи сигналов по двум маршрутам.
Для обеспечения передачи данных с указанной выше скоростью в модеме
стандарта V.33 к каждому блоку битов добавляется один избыточный бит, в ре-
зультате чего количество возможных состояний сигнала (а значит, и количество
точек сигнального созвездия) достигает 128. Подобно У.32Ы8-модемам, модемы
стандарта V.33 могут работать и на меньшей скорости — 12 000 бит/с, однако
этим стандартом не предусмотрена обратная совместимость, поскольку модемы
V.33 изначально разрабатывались для использования в выделенных линиях.
Поддержка модемов стандарта V.22bis
Хотя в табл. 5.11 и указано, что наименьшая скорость, с которой могут работать
модемы V.32 и V.32bis, равна 4800 бит/с, следует отметить, что большинство
фирм-производителей добавили в эти модемы возможность поддержки стан-
дарта V.22bis. Иначе говоря, модемы стандартов V.32 и V.32bis стали совмести-
| мыми с модемами, максимальная рабочая скорость которых составляет всего
2400 бит/с. Но это еще не все. Некоторые поставщики делают свои продукты со-
вместимыми с модемами Bell System 212. Поэтому в табл. 5.11 в качестве наи-
меньшей поддерживаемой скорости можно было бы указать значение 1200 бит/с.
Еще одно различие между модемами стандартов V.33 и V.32bis касается допол-
нительных возможностей мультиплексирования. Согласно стандарту V.33, для
получения одного объединенного битового потока, передаваемого со скоростью
2 000 или 14 400 бит/с, могут быть использованы потоки битов от источников,
236
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживай!
работающих с различными скоростями. Другими словами, модемы, предост
ляющие данные мультиплексору, могут пересылать информацию со скорост
2400, 4800, 7200, 9600 или 12 000 бит/с. Для этой цели применяется мультипл
сирование с разделением времени (более подробно эта тема рассматриваете,
главе 6), при котором несколько источников данных могут использовать о;
выделенную линию. В модемах, предназначенных для работы в коммутируем
линиях, мультиплексоры отсутствуют, поскольку вероятность того, что по одне
и тому же номеру одновременно позвонят несколько абонентов, очень мала.
касается выделенных линий, то с их помощью обеспечивается постоянное соеди
ние между двумя абонентами и при интенсивном обмене инфромацией их испо.
зование является очень выгодным с экономической точки зрения.
Стандарт ITU-T V.34
Стандарт ITU-T V.34, который был известен ранее под названием V.fast, поз;
ляет пересылать данные со скоростью 28,8 кбит/с. С целью обеспечения указ;
ной скорости передачи стандартом предусмотрено использование многомернс
треллис-кодирования и предварительного кодирования. Однако этот стандг
(работа над ним была завершена в конце 1994 года) получил признание не толь
благодаря высокой скорости передачи, но и тому, что его производительность ь
много выше производительнсти V.32- и У.32Ь1з-модемов. Использование тре
мерного треллис-кодирования позволило значительно снизить уровень возника
щих при передаче ошибок, в результате чего уменьшилось количество повторю
передач, а это, в свою очередь, привело к существенному повышению произвол
тельности.
Для достижения максимальной скорости передачи данных, 28 800 бит/с, св
а количество битов, закодированных в одном боде, — увеличено до 9. Помимо
скорости, равной 3200 бод, стандартом V.34 дополнительно были определены два
обязательных значения скорости — 2400 и 3000 бод, а также три необязатель-
ных — 2743, 2800 и 3429 бод.
При скорости передачи сигналов 3200 бод в каждом боде кодируется 9 бит, то
есть скорость передачи данных вычисляется как 3200 бод х 9 бит = 28 800 бит/с.
Скорости 2743 и 2800 бод предназначены для передачи речевой информации,
оцифрованной при использовании метода адаптивной дифференциальной им-
пульсно-кодовой модуляции (см. следующий раздел).
Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая
модуляция
Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (Adaptive Diffe-
rential Pulse Code Modulation, ADPCM) — это технология оцифровки речи, при
которой выборка выполняется с частотой 8000 раз в секунду. В ADPCM благодаря
использованию на каждом конце канала алгоритма предсказывающего кодирова-
ния для двоичного представления значения выборки используется 4 бита. В соот-
ветствии С алгоритмом предсказывающего кодирования выполняются следуюшяе
Стандарты и разработка модемов
237
действия: разность между значением выборки и значением, предсказанным пере-
датчиком, передается декодеру приемника в виде четырехбитового слова; после
этого к значению, предсказанному декодером приемника, прибавляется получен-
ная разность и тем самым восстанавливается истинное значение выборки. Исполь-
зование методов предсказывающего кодирования и ADPCM позволяет переда-
вать оцифрованный высококачественный речевой сигнал со скоростью 32 кбит/с.
Описанная технология оцифровки широко применяется в частных сетях, спутни-
ковых каналах, а также в глобальной сети. Но, к сожалению, при выполнении
предсказывающего кодирования и ADPCM скорость передачи сигналов не может
превышать 3000 бод. Поэтому для поддержки относительно высокоскоростной
передачи ADPCM-сигналов стандартом V.34 предусматривается использование
дополнительных скоростей — 2743 бод и 2800 бод.
Представление символов
В модемах стандарта V.34 скорость передачи данных обычно в 9 раз больше ско-
рости передачи сигналов. Однако в некоторых случаях число битов, с помощью
которых представляются символы, не является целочисленным. При этом для на-
значения сигналу состояния (согласно шаблону сигнального созвездия) приме-
няется специальная технология представления символов. В табл. 5.12 перечислены
поддерживаемые модемами стандарта V.34 комбинации таких параметров, как ско-
рость передачи сигналов, частота несущей, полоса пропускания и максимальная
скорость передачи данных. Проанализировав представленные в строках таблицы
значения, легко определить, в каких случаях число битов, с помощью которых
представляются символы, не является целочисленным — в этих строках значения
скорости передачи данных не кратны значениям скорости передачи сигналов.
Таблица 5.12. Параметры передачи данных, поддерживаемые модемами
стандарта V.34
Скорость передачи сигналов, боды Частота несущей, Гц Ширина полосы пропускания, Гц Максимальная скорость передачи данных, бит/с
2400 1600 400-2800 21 600
2743 1646 274-3018 24 000
2800 1680 280-3080 24 000
3000 1800 300-3300 26 400
3200 1829 229-3429 28 800
3429 1959 244-3674 28 800
Дополнительные функции
Кроме дополнительных скоростей передачи сигналов и многомерного треллис-
кодирования стандартом V.34 определено использование нескольких функций,
которые значительно расширяют возможности модемов V.34 по сравнению с мо-
демами стандарта V.32bis. К числу таких функций относятся: асимметричная пе-
редача, использование вспомогательного канала, нелинейное и предварительное
238
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
кодирование. Но, к сожалению, и здесь не обошлось без проблем. Стандартом
предусматривается, что все эти функции должны быть включены в блок передат-
чика модема, однако они не являются обязательными для блока приемника. А это
означает, что перед покупкой модема V.34 нужно выяснить, какие дополнитель-
ные функции поддерживаются его приемником.
Асимметричная передача
Как уже говорилось ранее, при асимметричной передаче модем отправляет и при-
нимает данные с различными скоростями. Во многих случаях использование этой
функции позволяет повысить производительность сеанса связи. Предположим,
что пользователи А и Б решили обменяться файлами. Модем пользователя А рас-
положен далеко от узла связи, поэтому максимальная скорость, с которой он смо-
жет передавать свои данные, равна 24,0 или 26,4 кбит/с. Модем второго пользова-
теля находится почти рядом с узлом связи, то есть этот пользователь имеет воз-
можность переслать свой файл со скоростью 28,8 кбит/с. Без применения метода
асимметричной передачи оба пользователя смогли бы вести обмен только с той
скоростью, которая поддерживается обоими модемами, — 24,0 или 26,4 кбит/с. Но
поскольку в модемах стандарта V.34 предусмотрена функция асимметричной пе-
редачи, каждый из модемов может передавать данные с максимально допустимой
для него скоростью.
При наличии в блоке приемника модема V.34 еще одной дополнительной
функции у модема появляется возможность задействовать вспомогательный низ-
коскоростной канал (200 бит/с), предназначенный для передачи управляющей
информации. Например, с помощью этого канала система управления сетью мо-
жет контролировать работу удаленного маршрутизатора или мультиплексора без
применения еще одного высокоскоростного канала. Однако, как уже отмечалось,
для того чтобы этой функцией можно было воспользоваться, она должна быть
встроена в приемники обоих модемов стандарта V.34, участвующих в управлении
удаленными устройствами. Пример использования вспомогательного канала по-
казан на рис. 5.19.
Локальный узел
Удаленный узел
Рис. 5.19. Использование вспомогательного канала
Стандарты и разработка модемов
239
В данном случае сеанс связи между двумя модемами стандарта V.34 установ-
лен через аналоговую выделенную линию. Один из них подключен к компьюте-
ру, а другой — к порту мультиплексора. Локальный модем по вспомогательному
каналу соединен с портом консоли управления сетью, что позволяет оператору
локального узла управлять работой мультиплексора удаленного узла без приме-
нения дополнительного высокоскоростного канала.
Нелинейное кодирование
В результате осуществления нелинейного кодирования повышается «иммунитет»
модемов стандарта V.34 к помехам, возникающим при выполнении на узле связи
импульсно-кодовой модуляции аналоговых сигналов (во время преобразования
их в цифровую форму). При нелинейном кодировании точки сигнального созвез-
дия оказываются размещенными в системе координат на разных расстояниях друг
от друга. Если сигнал, имеющий состояние, которое соответствует какой-нибудь
точке, слишком восприимчив к посторонним помехам, ему назначается другое со-
стояние, причем для этого выбирается такая точка созвездия, которая находится на
большем расстоянии от других. Благодаря использованию в модемах V.34 возмож-
ности нелинейного кодирования (при передаче со скоростью 28 800 бит/с) удалось
добиться 50-процентного снижения уровня ошибок.
Предварительное кодирование
Еще одной функцией, внедренной в модемы стандарта V.34, является предвари-
тельное кодирование, представляющее собой одну из форм компенсации. Приме-
нение этой функции позволило значительно снизить уровень высокочастотного
шума в канале, что, в свою очередь, привело к уменьшению межсимвольной ин-
терференции.
Проблемы, связанные с совместимостью
Ожидалось, что к началу 1996 года организация ITU-T примет новый стандарт,
регламентирующий обмен данными со скоростью 33 600 бит/с (многие постав-
щики заранее дали ему название V.34bis). Однако вместо этого ITU-T завершила
техническую спецификацию новой версии стандарта V.34, в которой определя-
лась возможность использования новых дополнительных скоростей передачи —
31 200 и 33 600 бит/с. Обратите внимание, что каждая из этих скоростей по-
прежнему отличается от предыдущей на 2400 бит/с (см. табл. 5.12, где перечисле-
ны дополнительные скорости модема стандарта V.34).
Для обеспечения совместимости с ранее выпущенными модемами в модемах
стандарта V.34 поддерживается обратная совместимость с модемами стандартов
V.32bis и V.32. Так как модемы V.32 совместимы с модемами стандарта V.22bis
(а многие производители добавляют в свои модемы также поддержку стандартов
V.23, V.21 и Bell System 212), можно сказать, что модемы V.34 поддерживают
семь различных методов модуляции.
Одна из проблем, нередко возникающих у пользователей модемов стандарта
V.34, связана со сжатием данных при сеансе связи между этими модемами. Дело
в том, что при выполнении сжатия данных с коэффициентом 4:1 для эффектив-
ного использования мощностей модема, который способен вести передачу со ско-
ростью 28 800 бит/с, информация с DTE должна поступать на него со скоростью
240
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
115,2 кбит/с. К сожалению, микросхема UART (Universal Asynchronous Resiver/
Transmitter — универсальный асинхронный приемопередатчик), встроенная в по-
следовательные порты почти всех компьютеров, которые выпускались до появле-
ния процессора Pentium, поддерживает передачу данных только со скоростями
8250 или 16 450 бит/с (имеются в виду компьютеры IBM PC, PC XT и совмести-
мые с ними).
Наличие в компьютерах таких микросхем приводит к потере символов при ра-
боте с большими скоростями передачи. Например, если на компьютере установ-
лена микросхема UART 8250, то потери будут происходить при скоростях, пре-
вышающих 19,2 кбит/с. Характеристики микросхемы UART 16450, которая пер-
воначально использовалась в компьютерах PC АТ и совместимых с ними, а также
в большинстве компьютеров с процессором 80386, позволяют модему получать
от DTE данные без потерь символов при скоростях до 57,6 кбит/с. Иными слова-
ми, к компьютеру с микросхемой указанного типа можно подключать модемы,
рабочие скорости которых не превышают скорости передачи модема V.32bis. Для
эффективного использования возможностей модема стандарта V.34 на компью-
тере должна быть установлена микросхема UART 16450, поддерживающая прием
данных от DTE со скоростью 115,2 кбит/с. Если вы работаете на компьютере
с микросхемой устаревшего типа и хотите приобрести высокоскоростной модем,
то можете сделать следующее: заменить старую микросхему новой либо купить
модем стандарта V.34, который может быть подключен к параллельному порту
компьютера, поддерживающего передачу данных со скоростями, превышающими
150 кбит/с. Второе решение стало возможным благодаря тому, что некоторые
производители модемов решили пойти навстречу пользователям, которые еще не
имеют достаточного опыта для замены микросхемы. Однако купив такой модем и
тем самым решив одну проблему, вы приобретаете другую. Дело в том, что боль-
шинством коммуникационных программ предусматривается использование по-
следовательных портов, поэтому, купив модем, рассчитанный на подключение к
параллельному порту, вы попадаете в зависимость от программного обеспечения
фирм-производителей этих модемов.
Высокоскоростные модемы
Технологии V.90, х2 и K56flex могут поддерживать скорость приема данных до
56 кбит/с. Однако прежде чем перейти к описанию работы этих технологий, об-
судим, как в аналоговом канале устанавливается соединение между двумя моде-
мами и как сказывается на производительности канала наличие на одном из его
концов прямого цифрового соединения между модемом и узлом связи. При рас-
смотрении этих тем особое внимание следует уделить функционированию высо-
коскоростных модемов, а также изучению того, какое влияние оказывает прямое
цифровое соединение на их возможности.
Стандарт ITU-T V.90
Стремясь найти способ повышения скорости передачи данных, многие произво-
дители аналоговых модемов стали обращать внимание на новую инфраструктуру
Высокоскоростные модемы
241
коммутируемой телефонной сети, предусматривающую передачу цифровых сиг-
налов. В 1997 году были представлены два новых типа модемов, которые поддер-
живают передачу данных со скоростью 56 кбит/с. Модемы одного типа были раз-
работаны фирмой U.S. Robotics, являющейся в настоящее время частью компа-
нии ЗСОМ. В соответствии с используемой в этих устройствах технологией их
стали называть модемами х2. Модемы другого типа появились в результате со-
вместных усилий компаний Rockwell Semiconductor Products и Lucent Techno-
logy. Применяемая технология и сами модемы получили название K56ficx.
Способность каждого из двух типов модемов поддерживать скорость передачи
56 кбит/с обусловлена тем, что в основе их функционирования лежат одни и те
же технологии. Однако вследствие различий в способах реализации данных тех-
нологий эти модемы оказались несовместимыми, поскольку появились на рынке
до выхода стандарта, регламентирующего работу модемов на указанной скорости.
Поэтому при выборе модемов покупатели скорее ориентировались на цену этих
устройств или рекламные ролики, а не на такой параметр, как совместимость. Та-
ким образом, через некоторое время после выпуска этих продуктов интернет-
провайдеры при обслуживании своих клиентов были вынуждены работать с дву-
мя типами модемов, поддерживающих скорость передачи 56 кбит/с. Однако, по-
скольку в мире информационных технологий невозможно обойтись без стандар-
тов, в феврале 1998 года в Женеве была принята спецификация ITU V.90, на
основе которой производители модемов могли разрабатывать уже стандартизи-
рованные продукты. В этом документе удалось совместить некоторые функции
технологий х2 и K56flex. В частности, в нем определяется использование модема-
ми стандарта V.90 асимметричной передачи, что позволяет принимать данные со
скоростью 56 кбит/с и передавать таковые со скоростью 33,6 кбит/с.
Преобразование сигналов при обычном
соединении модемов
До появления устройств стандартов х2, K56flex и V.90 модемы обычно устанав-
ливали соединение друг с другом. Иначе говоря, передающий и принимающий
модемы соединялись посредством аналоговой местной линии связи с АТС, как
показано на рис. 5.20.
Коммутируемая телефонная
сеть общего пользования
Модем А
------- [—Преобразование аналогового
сигнала в цифровой
Преобразование цифрового
Преобразование аналогового
сигнала в цифровой
Модем Б
Преобразование цифрового _Jl—-------
сигнала в аналоговый
Рис. 5.20. Обычный сеанс обмена данными между двумя модемами
через аналоговую телефонную сеть
Аналоговые модемы устанавливались на каждом из концов соединения, а зна-
чит, при передаче данных в одном направлении выполнялось два преобразования
242
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
сигналов. То есть передающий модем выполнял преобразование цифрового сигна-
ла в аналоговый, а принимающий модем осуществлял преобразование аналогово-
го сигнала в цифровой. Несмотря на то что в середине 1990-х годов появились
цифровые каналы связи, данный способ соединения, при котором производится
двойное преобразование сигнала, все еще используется.
Ограничения модемов
Скорость передачи данных аналоговыми модемами не может быть больше чем
33,6 кбит/с (согласно стандарту V.34). Это обусловлено тремя следующими фак-
торами: доступной полосой частот речевого канала, отношением сигнал/шум и
уровнем шума квантования, возникающего во время преобразования аналоговот о
сигнала в цифровой.
С повышением чувствительности модемов появилась возможность принимать
сигналы, расположенные по краям полосы пропускания, что, в свою очередь, по-
зволило модемам поддерживать более высокие скорости передачи сигналов. Да-
вайте вернемся к табл. 5.12. Из значений, представленных в ее строках, следует,
что скорость передачи сигналов пропорциональна ширине полосы пропускания
Однако, поскольку максимальная ширина полосы пропускания ограничена зна-
чением 4 кГц, существует предельная скорость передачи сигналов. Другими сло-
вами, дальнейшее увеличение чувствительности приемников модемов не приве-
дет к повышению скорости.
Вторым фактором, ограничивающим возможности модемов, является такая ха -
рактеристика используемого канала, как отношение сигнал/шум. Величина это
коэффициента пропорциональна максимально допустимой рабочей скорости мо-
дема. Но даже при наилучших условиях максимальная величина отношения сиг-
нал/шум для модемов в случае выполнения преобразования аналогового сигнала
в цифровой находится между 38 и 39 Дб, что ограничивает скорость модемов
стандарта V.34 значением 33,6 кбит/с.
Третий фактор — шум квантования — также оказывает негативное влияние на
процесс восстановления принимаемого сигнала приемником. Давайте рассмот-
рим данный фактор подробнее. Сигнал, поступивший по аналоговой местной ли-
нии связи на АТС, с целью дальнейшей его передачи по цифровому магистраль-
ному каналу подвергается квантованию (то есть преобразованию из аналоговой
формы в цифровую). При квантовании производится выборка значений ампли-
туды каждого речевого сигнала (аналогового сигнала, в котором закодирован ь:
биты данных) с частотой 8000 раз в секунду. Независимо от величины амплитх
ды, для представления значений каждой выборки задействуется 8 бит. Иначе го
воря, исходные величины амплитуд сигнала округляются до некоторых заранее
определенных двоичных значений. При таком округлении происходит искаже-
ние истинной формы сигнала, в результате чего и возникает шум квантования
Далее пришедший на АТС пункта назначения цифровой сигнал преобразовы-
вается в аналоговый, после чего передается по местной аналоговой линии связи
модему. Наличие шума квантования препятствует корректному восстановлению
на узле связи первоначальной формы сигнала. Поэтому, если для кодирован!!.-
Высокоскоростные модемы
243
битов использовать больше амплитуд, чем может быть восстановлено, то данные
будут повреждены, а значит, их передача станет невозможной. Поэтому макси-
мальная теоретически допустимая скорость передачи данных в канале речевого
диапазона равна 35 кбит/с. Однако, поскольку максимально достижимое отноше-
ние сигнал/шум для модемов стандарта V.34 составляет 38-39 кбит/с, их рабо-
чая скорость равна 33,6 кбит/с.
Преодоление скоростного барьера
После разработки цифровых каналов у провайдеров появилась возможность со-
единять с ними свое оборудование напрямую, то есть выполнять одно преобразо-
вание аналогового сигнала в цифровой вместо двух, тем самым уменьшая уро-
вень шума квантования. Однако такой способ соединения имеет ряд недостатков.
В частности, поскольку с одной стороны соединение заканчивается цифровым
каналом, увеличивается общая величина отношения сигнал/шум. А к числу дос-
тоинств использования соединения указанного типа относится то, что в соответ-
ствии со стандартом V.90 аналоговые модемы могут принимать данные со скоро-
стью 56 кбит/с. Но необходимо отметить, что при передаче информации по-
прежнему выполняется два преобразования аналогового сигнала в цифровой, по-
этому скорость передачи ограничена значением 33,6 кбит/с.
Для обеспечения эффективной работы аналоговых модемов стандарта V.90
требуется соблюдать три условия. Во-первых, одна сторона соединения должна
заканчиваться цифровым каналом, например системой Т1 или каналом ISDN.
Поскольку для интернет-провайдеров и информационных служб стало обычной
практикой напрямую соединять свои контроллеры доступа с цифровыми канала-
ми, модемы V.90 могут принимать данные со скоростью 56 кбит/с. Во-вторых,
оба модема, расположенные на концах соединения, должны поддерживать стан-
дарт V.90. В-третьих, как уже говорилось выше, при прохождении сигнала по все-
му каналу преобразование аналогового сигнала в цифровой должно выполняться
только один раз.
В документации, прилагаемой к модемам стандарта V.90, указывается, что они
способны передавать данные со скоростью 56 кбит/с, однако в действительности
их рабочая скорость меньше. Это объясняется следующими причинами. В соответ-
ствии с требованиями Федеральной комиссии связи США (Federal Communication
Commission, FCC), из-за ограничений, налагаемых на мощность сигнала, располо-
женный на одном из концов соединения цифровой модем теоретически способен
передавать данные со скоростями, не превышающими 53 кбит/с. Поскольку сиг-
нал на своем пути все-таки проходит через аналоговую линию связи, на скорость
обмена данными также оказывает влияние качество этой линии. Таким образом,
с учетом возможного расстояния между модемом и АТС, а также возможных по-
вреждений линии связи получается, что рабочая скорость обычного модема стан-
дарта V.90 будет равна приблизительно 40-44 кбит/с, что, мягко говоря, несколько
отличается от указанного в его документации значения 56 кбит/с.
244
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Стандарт ITU-T V.92
Кабельные модемы, широкополосные модемы, а также устройства, предназначен-
ные для работы в цифровых абонентских линиях, в компьютерной литературе ос-
вещаются достаточно широко. Несколько позже в этой главе мы также уделим
внимание указанной теме. А в настоящем разделе вернемся к описанию модемов,
предназначенных для работы в каналах речевого диапазона. Затронув данную те-
му, хочется перефразировать известное изречение Марка Твена: «Слухи о смерти
модемов речевого диапазона несколько преувеличены!» Несмотря на то что в со-
ответствии с теоремой Найквиста и законом Шеннона скорости передачи сигна-
лов и передачи данных модемов, работающих в каналах речевого диапазона, огра-
ничены определенными значениями, время от времени разработчикам модемов
все-таки удается найти лазейку и «выжать» из этих устройств еще несколько ки-
лобитов в секунду. В 2001 году после серии таких усовершенствований появи-
лась основанная на стандарте V.90 рекомендация ITU-T V.92, в которой были оп-
ределены новые возможности модемов.
Стандартом V.92 предусмотрены три новые функции. Первая функция, из-
вестная как быстрое соединение (Quick Connect, QC), предоставляет стандарт-
ный метод, позволяющий уменьшить время, затрачиваемое на так называемое ру-
копожатие между вызывающим и отвечающим модемами. При активизации этой
функции соединение устанавливается на основе тех параметров аналогового ка-
нала (в частности, настроек эквалайзера и устройства эхоподавления), которые
использовались во время предыдущего сеанса связи. Многие коммутируемые мо-
демы, владельцы которых являются абонентами различных служб Интернета,
подключены к стационарным компьютерам, а это означает, что в большинстве
случаев характеристики местной линии связи остаются неизменными. Иными
словами, если модем сохранит в памяти используемые для установки соединения
настройки, то при проведении последующих сеансов связи на тренинг понадо-
бится гораздо меньше времени. В данном случае тренинг происходит следующим
образом. Вызывающий модем по тону сигнала ответа, сгенерированного отвечаю-
щим модемом, пытается определить, изменились ли параметры местной линии
связи по сравнению с сохраненными параметрами. Если параметры изменились,
выполняется стандартная для модемов V.90 процедура рукопожатия, длящаяся
20-25 с. Если же параметры эквивалентны, модемы пытаются воспользоваться
функцией QC, посредством которой соединение устанавливается на 10 с быстрее.
Используя вторую предусмотренную стандартом V.92 функцию, которая на-
зывается переводом модема в режим ожидания (Modem On Hold, МОН), можно
избежать разрыва уже установленного соединения после получения сигнала call
waiting, уведомляющего о поступлении нового вызова. Появление данной воз-
можности было вызвано тем, что, установив соединение с Интернетом, пользова-
тели довольно часто забывали отключать в своих модемах функцию call waiting,
в результате чего после поступления этого сигнала связь прерывалась и приходи-
лось заново устанавливать соединение с нужным узлом Всемирной сети. По этой
причине функцию call waiting часто называют уведомлением о поступившем вы-
зове во время сеанса связи через Интернет. Данная функция «приостанавливает»
Высокоскоростные модемы
245
ваш сеанс в режиме онлайн на время ответов на входящие вызовы и возобновляет
его после разрыва связи без осуществления повторного набора номера.
Третьей функцией, добавленной в модемы стандарта V.92, определяется ис-
пользование модуляции РСМ не только в случае приема сигналов, но и в случае
передачи. Чтобы применение указанной функции было возможным, топология
соединения должна быть аналогична топологии, определенной стандартом V.90,
то есть канал между модемом клиента и модемом сервера должен включать только
один аналоговый участок. Использование модуляции РСМ при передаче сигналов
позволяет модемам стандарта V.92 обеспечить передачу данных от пользователя со
скоростью 48 кбит/с. Таким образом, производительность модемов стандарта V.92
на 30 % больше, чем производительность модемов V.90, скорость которых равна
33,6 кбит/с.
При использовании стандарта сжатия V.44 скорость работы модема V.92 уве-
личивается и составляет приблизительно 300 кбит/с. При таких показателях мо-
демы V.92 стали серьезной альтернативой кабельным модемам и модемам циф-
ровых абонентских линий, поскольку с их помощью можно с такой же легкостью
путешествовать по Интернету.
Теперь, когда вы имеете представление о технологии, используемой в послед-
них стандартизированных модемах, мы рассмотрим еще два типа аналоговых моде-
мов: модемы, предназначенные для работы в цифровой абонентской линии (DSL),
и кабельные модемы.
Модемы, предназначенные для работы
в цифровых абонентских линиях
Поскольку в ближайшем будущем в подавляющем большинстве линий, служащих
для соединения модемов пользователей с телефонной сетью, будет по-прежнему
использоваться металлическая витая пара, основные усилия разработчиков на-
правлены на создание методов, позволяющих осуществлять высокоскоростную пе-
редачу данных по локальным линиям связи. Результатом этих усилий стало появ-
ление семейства технологий, которые получили название DSL (Digital Subscriber
Lines — цифровые абонентские линии). Как известно, полоса пропускания речево-
го канала равна приблизительно 3000 Гц. Однако в действительности диапазон
частот, поддерживаемый витой парой, с помощью которой обычно соединяется мо-
дем пользователя с АТС, значительно шире: в некоторых линиях доступа его раз-
мер достигает 1 МГц. Данной особенностью и решили воспользоваться разработ-
чики технологий DSL. При передаче сигналов речевого диапазона на АТС приме-
няются фильтры, поэтому можно использовать более широкий диапазон частот,
которые поддерживаются линиями связи, а перед поступлением сигнала в теле-
фонную сеть эти частоты отфильтровывать. Такая технология для передачи речи
по-прежнему позволяет задействовать канал речевого диапазона.
При использовании технологий DSL скорость передачи данных зависит от та-
ких факторов, как расстояние между модемом пользователя и АТС, категория ви-
той пары (диаметр провода), а также метод модуляции, лежащий в основе работы
DSL-модемов.
246
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
С начала 1997 года была разработана целая серия технологий DSL, которые
можно разбить на шесть основных категорий (табл. 5.13).
Таблица 5.13. Основные категории DSL
Название категории Скорость передачи данных от модема пользователя Скорость передачи данных к модему пользователя
Асимметричная DSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line, ADSL) 1 Мбит/с 8 Мбит/с
Высокоскоростная DSL (High Bit Rate Digital Subscriber Line, HDSL) 1,544/2,048 Мбит/с 1,544/2,048 Мбит/с
G.Lite 512 кбит/с 1,4 Мбит/с
DSL с настраиваемой скоростью передачи (Rate Adaptive Digital Subscriber Line, RDSL) 784 кбит/с 4 Мбит/с
Симметричная DSL (Symmetric Digital Subscriber Line, SDSL) 2 Мбит/с 2 Мбит/с
Сверхскоростная DSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line, VDSL) 1,5 Мбит/с 52 Мбит/с
Далее каждая из технологий описывается более подробно.
+ При использовании асимметричной DSL (ADSL) для передачи сигналов
по направлению от модема пользователя к АТС выделяется полоса частот,
которая несимметрична по отношению к полосе частот, предназначенной
для передачи данных в противоположном направлении.
+ Технология G.Lite представляет собой более низкоскоростную версию асим-
метричной DSL. В ее основе лежит та же схема модуляции, что и в ADSL.
Теоретически нет необходимости в установке пользователем разделителя,
поскольку данной технологией предусмотрена поддержка низких значений
скорости. Но в связи с тем, что соединение модема пользователя с АТС
иногда все еще производится посредством устаревших медных проводов,
для применения этой технологии обычно требуется наличие у пользовате-
ля разделителя.
+ Высокоскоростную DSL (HDSL) можно рассматривать как эквивалент че-
тырехпроводных каналов Т1 и Е1. В ней полоса пропускания, выделенная
для передачи данных в одном направлении, симметрична полосе пропуска-
ния, которая выделяется для передачи данных в другом направлении. При
использовании технологии HDSL модемы пользователей могут находить-
ся на большом расстоянии от АТС, причем наличия повторителей для это-
го не требуется. Поэтому данная технология быстро получила признание
Высокоскоростные модемы
247
у телефонных компаний, которые ранее в локальных линиях связи были
вынуждены использовать повторители, за счет чего повышалась стоимость
предоставляемых услуг.
4- DSL с настраиваемой скоростью передачи (RDSL) является одной из по-
следних версий DSL и позволяет модемам не только автоматически на-
страиваться на максимально допустимую для имеющейся локальной ли-
нии связи скорость передачи, но и работать с фиксированной скоростью.
4 В симметричной DSL (SDSL), так же как и в HDSL, полоса пропускания,
выделенная для передачи данных в одном направлении, симметрична по-
лосе пропускания, выделенной для передачи данных в другом направле-
нии. Однако в отличие от HDSL, где используется четыре пары проводов,
в SDSL данные передаются по одной паре проводов.
4 При использовании сверхскоростной DSL (VDSL) достигается наивысшая
скорость передачи данных по направлению от АТС к модему пользовате-
ля — 52 Мбит/с. Однако эта технология применима только в тех случаях,
когда данные передаются на небольшие расстояния — меньше тысячи футов.
Из шести перечисленных выше технологий наибольшее распространение по-
лучила ADSL, так как она идеально подходит и для путешествий по Web, и для
работы с асимметричными приложениями (приложениями, при функционирова-
нии которых используется асимметричная передача). В настоящее время боль-
шинство телефонных компаний предлагают абонентам именно эту технологию,
поэтому в оставшейся части данного раздела мы рассмотрим ее более детально.
ADSL
Для использования ADSL, равно как и для применения других технологий DSL,
требуется наличие двух модемов, соединенных локальной линией связи — моде-
ма пользователя и модема, расположенного на АТС. В настоящее время на рынке
имеется несколько моделей модемов, поддерживающих технологию ADSL. Ос-
новное различие между ними состоит в применяемых методах модуляции, а так-
же в том, что для использования некоторых модемов требуется установить спе-
циальные фильтры, с помощью которых устраняется негативное влияние на ре-
чевой сигнал частот, предназначенных для передачи данных.
Использование ADSL
Схема соединения через местную линию связи модемов, работающих на основе
технологии ADSL, изображена на рис. 5.21, а. Ниже показаны полосы частот, вы-
деленные из диапазона, поддерживаемого локальной линией связи. При этом ме-
стную линию связи можно разделить на три канала: высокоскоростной, посредст-
вом которого данные передаются в направлении к модему пользователя (для него
выделена большая часть полосы пропускания), среднескоростной, по которому
данные пересылаются в обратном направлении, и стандартный канал речевого
диапазона (с полосой пропускания 4 кГц).
248
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Телефонная сеть
общего пользования
АТС
Местная линия связи
Квартира
абонента
Среднескоростной Высокоскоростной
канал, по которому
канал, по которому
f1 f2 f2 Частота, кГц
Высокие Низкие Высокие
частоты частоты частоты
б
Рис. 5.21. Технология ADSL: а — схема соединения модемов;
б — используемые полосы частот
До середины 1988 года компании, предоставляющие услуги ADSL, отправля-
ли к каждому из своих абонентов квалифицированных специалистов, в задачи
которых входила установка разделителей. Разделители, как правило, устанавли-
ваются рядом с распределительной коробкой, откуда идут разветвления от входя-
щей в квартиру (или офис) пользователя четырехпроводной телефонной витой
пары. Разделитель состоит из высокочастотного фильтра, с помощью которого
частоты, предназначенные для передачи данных, отделяются от частот, служа-
щих для передачи речи. Иначе говоря, по одной из пар проводов на модем, под-
держивающий технологию ADSL, передаются данные, а другие двухпроводные
линии используются для телефонных разговоров. Благодаря такому разделению
каналов абоненты могут пользоваться полосой частот речевого диапазона, даже
если один или оба ADSL-модема выйдут из строя.
Содержание штата специалистов по установке разделителей значительно уве-
личивает стоимость предоставляемых услуг. Поэтому некоторые производители
стали предлагать ADSL-модемы, для использования которых не требуется уста-
навливать разделители. В этих модемах имеются встроенные высокочастотные
фильтры, а также разъемы RJ-11, позволяющие подключать к модемам телефоны
и автоответчики через низкочастотные фильтры. А так как подключение к теле-
фонам или автоответчикам низкочастотных фильтров не представляет особого
труда, у покупателей ADSL-модемов исчезли дополнительные заботы (и расхо-
ды!), связанные с установкой разделителей.
Фактическая скорость передачи данных, которую можно достичь в местной
телефонной линии (рис. 5.21), зависит от длины абонентской линии, диаметра
Высокоскоростные модемы
249
используемого в ней провода, наличия или отсутствия отводов, а также от уровня
помех. Поскольку коэффициент затухания сигнала прямо пропорционален длине
абонентской линии и частоте и обратно пропорционален диаметру используемо-
го провода, при сравнении производительности двух абонентских линий следует
учитывать эти параметры. В табл. 5.14 перечислены значения скорости, с которой
могут обмениваться данными модемы, поддерживающие технологию ADSL, и па-
раметры, необходимые для достижения этих значений.
Таблица 5.14. Поддерживаемые технологией ADSL параметры передачи данных
Скорость передачи данных Тип провода Длина абонентской линии, футы
от модема к АТС, кбит/с от АТС к модему, Мбит/с
64-384 2,0 24 AWG 18 000
64-384 2,0 26 AWG 15 000
64-384 8,0 24 AWG 12 000
64-384 8,0 26 AWG 9000
Оборудование АТС
Хотя на рис. 5.21 в качестве оборудования АТС изображен только один модем,
поддерживающий технологию ADSL, на самом деле для обеспечения максималь-
ной эффективности работы используется несколько модемов, смонтированных в
стойке. Кроме того, на узле связи с помощью устройства, которое получило назва-
ние мультиплексор доступа через цифровые абонентские линии (Digital Subscriber
Line Access Multiplexer, DSLAM), выполняется объединение трафика, поступаю-
щего от группы модемов. Большинством устройств DSLAM поддерживается сразу
несколько категорий DSL, таких как ADSL, HDSL, G.Lite и SDSL, что дает этим
устройствам возможность работать с трафиком, поступающим от модемов або-
нентов всех перечисленных служб. Во многих устройствах DSLAM использует-
ся протокол ATM (подробнее он рассмотрен в главе 14), но в отдельных из них
для передачи данных применяется протокол IP, о котором речь пойдет в главе
12. Однако независимо от используемого протокола основной функцией уст-
ройства DSLAM является объединение потоков данных, которые поступают из
нескольких абонентских линий, и передача их в виде одного потока Всемирной
сети, к которой устройство DSLAM последовательно подключено через высоко-
скоростной канал.
Обработка сигналов
В ADSL-модемах применяются две конкурирующие технологии модуляции: дис-
кретная многотональная модуляция (Discrete Multitone, DMT) и амплитудно-
фазовая модуляция без несущей (Carrierless Amplitude Phase, САР). Модуляция
DMT является стандартом ANSI, в то время как модуляция САР представляет
250
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
собой запатентованную технологию, разработанную корпорацией Paradyne. При-
менение каждой из этих технологий позволяет вести высокоскоростную передачу
данных, используя мультиплексирование с разделением частот (FDM), посредст-
вом которого диапазон частот, поддерживаемый местной линией связи, подразде-
ляется по частотам на независимые каналы. (Каналы, полученные при таком раз-
делении, показаны на рис. 5.21, б.) При использовании FDM создается три канала,
один - для передачи данных в направлении от АТС к модему пользователя, дру-
гой — для передачи информации в обратном направлении, третий — для передачи
речевой информации. В свою очередь, оба канала, предназначенные для пересыл-
ки данных, могут дополнительно подразделяться на подканалы с помощью муль-
типлексирования с разделением времени. Эти подканалы можно использовать
для одновременной передачи данных нескольким цифровым устройствам, напри-
мер компьютеру и системе видеоконференций.
Дискретная многотональная модуляция
Обратите внимание на рис. 5.22, где сравниваются две технологии модуляции —
DMT и САР.
Частота
а
б
Рис. 5.22. Сравнение двух популярных технологий модуляции, используемых
в ADSL: а — дискретная многотональная модуляция;
б — амплитудно-фазовая модуляция без несущей
Как показано на рис. 5.22, а, при использовании DMT доступная полоса частот
подразделяется на большое количество независимых частотных подканалов. По-
скольку длина разных абонентских линий различается, значения уровней затуха
ния сигнала в отдельных линиях, зависящих от длины линии и диаметра исполь-
зуемого провода, также различны. Согласно технологии DMT, расположенный на
Высокоскоростные модемы
251
АТС ADSL-модем, прежде чем начать передачу данных, должен определить, какие
подканалы можно использовать. С этой целью он передает удаленному модему се-
рию сигналов. Удаленный модем анализирует их и отвечает модему АТС. А для то-
го чтобы свести к минимуму вероятность неправильной интерпретации модемом
АТС полученного результата анализа, передача осуществляется на относительно
низкой скорости. На основе полученной информации модем АТС может для пере-
дачи данных удаленному модему выбрать до 256 подканалов, полоса пропускания
которых равна 4 кГц. Затем этот же процесс определения доступных подканалов
инициируется удаленным модемом, который может выбрать для передачи данных
модему АТС до 32 подканалов, имеющих ту же полосу пропускания.
При передаче данных в обоих направлениях в подканалах выполняется квад-
ратурно-амплитудная модуляция (QAM) сигналов. Это означает, что для каждо-
го из подканалов, изображенных на рис. 5.22, а, существует отдельный шаблон
сигнального созвездия. Следствием применения указанной технологии также яв-
ляется то, что вначале (при передаче в любом из направлений) производится раз-
деление подлежащих отправке данных по каналам, в которых они подвергаются
кодированию, а затем, при демодуляции сигнала приемником, данные отдельных
подканалов объединяются в общем потоке. Главное преимущество технологии
DMT состоит в том, что при ее использовании на основе характеристик абонент-
ской линии задается наибольшая возможная для этой линии скорость передачи.
Амплитудно-фазовая модуляция без несущей
Принцип амплитудно-фазовой модуляции без несущей (САР) был разработан
корпорацией Paradyne, и теперь данная технология представляет собой одну из
версий QAM. Как уже говорилось ранее, в соответствии с DMT, диапазон частот,
поддерживаемый абонентской линией, разбивается на подканалы, полосы частот
которых равны 4 кГц. При использовании САР для каналов, по которым данные
передаются в обоих направлениях, выделяется весь диапазон частот (рис. 5.22, б).
Особенность САР-модуляции заключается в специальной обработке модули-
рованного информационного сигнала перед его отправкой. В процессе обработки
из спектра такого сигнала исключается составляющая, которая соответствует не-
сущей частоте. Получив обработанный подобным образом информационный сиг-
нал, приемник сначала восстанавливает частоту несущей, а затем — сам сигнал.
Подобные манипуляции со спектром выполняются с целью уменьшения доли не-
информативной составляющей в спектре передаваемого информационного сиг-
нала, что, в свою очередь, позволяет обеспечить большую дальность распростра-
нения сигнала и уменьшить уровень перекрестных помех у сигналов, которые
передаются одновременно по одному кабелю.
В соответствии с САР, при модулировании данных выполняется их преобра-
зование при помощи треллис-кодирования и схемы предварительной коррекции
ошибок с последующим представлением группы битов, кодирующих состояние
сигнала, в сигнальном созвездии. Использование схемы предварительной кор-
рекции ошибок позволяет автоматически исправлять искажения сигнала, возни-
кающие в результате перекрестных помех и шума в линии.
252
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживай.
Схема модуляции сигнала при использовании амплитудно-фазовой модуля
ции без несущей показана на рис. 5.23. Вначале сигнал подвергается двум вида
кодирования, в результате чего формируется подлежащая передаче группа битов
Затем с помощью синфазного и квадратурного фильтров подавляется частота не-
сущей сигнала, фаза и амплитуда которого соответствуют данной группе бито?
(то есть определенной точке сигнального созвездия). Для адекватного восстанов-
ления сформированного таким образом сигнала на принимающей стороне долж-
ны быть выполнены соответствующие процедуры по восстановлению несущей.
Передаваемый
сигнал
Рис. 5.23. Схема модуляции сигнала при использовании
амплитудно-фазовой модуляции без несущей
В одном из ADSL-модемов, предлагаемых корпорацией Paradyne, при передаче
данных по направлению от АТС к модему пользователя применяется шаблон сиг-
нального созвездия, состоящий из 256 точек. Для передачи сигналов в этом на-
правлении выделена полоса частот, нижняя граница которой соответствует часто-
те 120 кГц, а верхняя — частоте 1224 кГц. Суммарная скорость их передачи равна
960 кбод. В каждом боде кодируется 7 бит, поэтому рабочая скорость модема со-
ставляет 6,72 Мбит/с. Однако в случае использования схемы предварительной
коррекции ошибок фактическая скорость передачи данных равна 6,312 Мбит/с.
При пересылке информации в направлении от модема пользователя к модему
АТС применяется шаблон сигнального созвездия, состоящий из 16 точек. В этом
случае для передачи сигналов выделена полоса частот, нижняя граница которой
соответствует частоте 35 кГц, а верхняя — частоте 72 кГц. Суммарная скорость
передачи сигналов по 16 подканалам равна 24 кбод. В каждом боде кодируется
3 бита, поэтому рабочая скорость определяется равной 72 кбит/с. Но поскольку
в этом направлении передачи также задействуется схема предварительной кор-
рекции ошибок, реальная скорость передачи данных составляет 64 кбит/с.
В настоящее время существует немало фирм, которые выпускают модемы, под-
держивающие технологию ADSL. Один из таких модемов, разработанный компа
нией Efficient Networks, изображен на рис. 5.24. С его помощью к локальной сети
Ethernet могут быть подключены два компьютера. Модем фирмы Efficient Net-
works можно подключить через разъем USB. Помимо этого, также налажен вы-
пуск внутренних модемов, которые имеют вид адаптерной платы и вставляются
в слот расширения PCI.
Как уже говорилось ранее, DMT и САР являются конкурирующими техноло-
гиями модуляции, однако в модеме SpeedStream поддерживаются обе эти техно-
логии. Такой гибкости удалось достичь благодаря использованию комплекта ин-
тегральных схем, созданных фирмой Alcatel MicroElectronics. Данный модем был
по достоинству оценен телефонными компаниями, для которых возможность пе-
реключения между используемыми технологиями модуляции оказалась очень по-
лезной.
Высокоскоростные модемы
253
Рис. 5.24. Модем SpeedStream, разработанный компанией Efficient Networks
Поскольку в ADSL-модеме, показанном на рис. 5.24, поддерживается возмож-
ность подключения к Ethernet двух компьютеров, в нем должен использоваться ка-
кой-нибудь метод, позволяющий не только направлять каждому из них данные,
полученные из коммуникационной линии, но и передавать по этой линии инфор-
мацию, поступившую от любого из компьютеров. С такой целью в модеме приме-
няется программное обеспечение, выполняющее роль прозрачного моста (подроб-
нее об этом рассказывается в главе И).
Модем SpeedStream может работать как в горизонтальном, так и в вертикаль-
ном положении. Подобно другим модемам, поддерживающим технологию ADSL,
он постоянно находится во включенном состоянии, что обеспечивает возможность
мгновенного соединения с Интернетом. Следует также отметить, что для под-
ключения к телефонной линии в этом модеме используется разъем RJ-11 (к со-
жалению, он не отображен на рисунке), а для подключения компьютера к сети
Ethernet задействуется разъем RJ-45.
Как уже было сказано выше, технология ADSL идеально подходит для досту-
па к Интернету, поскольку для загрузки web-страниц требуется гораздо большая
полоса пропускания, чем для передачи серверу web-адресов. Если разработчикам
алгоритмов сжатия видеосигналов удастся достичь достаточно высоких коэффи-
циентов сжатия, технология ADSL может составить серьезную конкуренцию ка-
бельному телевидению (имеется в виду предоставление услуг типа видео по зака-
зу). Но следует признать, что это весьма неопределенная перспектива, поскольку
индустрия кабельного телевидения тоже не стоит на месте. В настоящее время в
этой сфере полным ходом идет модификация сетевой инфраструктуры, что в ко-
нечном итоге даст возможность применять сеть кабельного телевидения для пе-
редачи речевой информации и данных. Кстати, с целью реализации последней
возможности предусматривается использование кабельных модемов.
Кабельные модемы
Материал данного раздела существенно отличается от материала предыдущего.
Прежде чем рассматривать устройство и работу кабельных модемов, вам следует
254
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
ознакомиться с инфраструктурой кабельного телевидения, а также с новой топо-
логией соединений, которая в настоящее время реализуется многими оператора-
ми кабельного телевидения.
Инфраструктура кабельного телевидения
Первоначально инфраструктура кабельного телевидения основывалась на исполь-
зовании однонаправленных усилителей. В 1980-х годах эта технология была доста-
точной для обеспечения возможности передачи телевизионных сигналов. Но после
появления таких услуг, как видео по заказу, интерактивное телевидение и навига-
ция по Web, возникла необходимость в использовании метода двунаправленной
передачи. Чтобы обеспечить поддержку новых служб, большинство операторов ка-
бельного телевидения вынуждены были обновить имеющуюся инфраструктуру
Абоненты кабельного телевидения соединяются посредством иерархической
(древовидной) топологии, согласно которой сигналы передаются от корня по вет-
вям. После прохождения по главным ветвям, которые представляют собой ли-
нии, протянутые в различные районы города, сигналы с помощью разделителей
разбиваются на отдельные потоки, которые через фидеры (антенные линии пере-
дачи или линии передачи от коммутационного узла) передаются группам домов
После фидеров сигналы поступают на распределительные коробки, от которых
по коаксиальным кабелям идут на входы телевизоров. Сигнал, прошедший через
несколько разделителей, требуется усилить, поскольку при разделении происхо-
дит его ослабление. (Не забывайте также о затухании сигнала, связанном с пере-
дачей на большие расстояния.)
Описанная выше коммутационная инфраструктура кабельного телевидения
проиллюстрирована на рис. 5.25. Она повсеместно использовалась с 1950-х годов
до середины 1990-х. Каждый из показанных на рисунке усилителей является од-
нонаправленным. Иначе говоря, в таких системах кабельного телевидения пере-
дача информации в обоих направлениях невозможна.
Рис. 5.25. Коммутационная инфраструктура кабельного телевидения,
применявшаяся с 1950-х годов до середины 1990-х
Высокоскоростные модемы
255
Для работы традиционных систем, основанных на использовании коаксиаль-
ных кабелей, выделена полоса частот, ширина которой составляет приблизитель-
но 330-540 МГц, причем для каждого телевизионного канала предназначена по-
лоса частот, равная 6 МГц.
Еще на раннем этапе развития систем кабельного телевидения было принято
решение, согласно которому в телевизионных каналах для передачи видеосигна-
лов в направлении от оператора к абоненту должны использоваться частоты на-
чиная с 50 МГц. В результате абоненты были избавлены от необходимости поку-
пать новые тюнеры, поскольку для просмотра передач кабельного телевидения
они могли применять уже имеющиеся в телевизорах тюнеры, с помощью которых
смотрели передачи телевизионных каналов. А частоты от 5 до 42 МГц были заре-
зервированы для будущего использования, то есть с целью передачи сигналов в
направлении от абонента к оператору (для поддержки телефонии, услуг, связан-
ных с передачей данных, а также каналов управления, применяемых в интерак-
тивном телевидении).
Развитие инфраструктуры
По мере роста числа абонентов и в результате появления новых услуг стало оче-
видно, что инфраструктура, основанная на использовании коаксиальных кабелей
и однонаправленных усилителей, нуждается в серьезной модификации, посколь-
ку она не в состоянии поддерживать дополнительные телевизионные каналы, вы-
сокоскоростную передачу данных и цифровую телефонную связь. Столкнувшись
с этой проблемой, операторы кабельного телевидения начали прокладывать в жи-
лые районы магистральные волоконно-оптические кабели, позволяющие исполь-
зовать более широкую полосу пропускания, а значит, подводить в жилые районы
большее число каналов. Что же касается коаксиальных кабелей, то их продолжа-
ли использовать для передачи сигналов на входы телевизоров абонентов, однако
разделений сигналов выполнялось уже значительно меньше.
В середине 1990-х годов операторы кабельного телевидения для поддержки
двусторонней передачи одновременно с прокладкой гибридных оптико-коакси-
альных систем (Hybrid Fiber/Coax, HFC) начали устанавливать двунаправлен-
ные усилители, то есть стали обновлять саму инфраструктуру кабельного телеви-
дения. В HFC для соединения устройств, как правило, используется топология
«звезда», в соответствии с которой волоконно-оптический кабель прокладывает-
ся вплоть до распределительных узлов, расположенных непосредственно в жи-
лых районах города. От этих узлов сигналы по коаксиальным кабелям передаются
на входы телевизоров абонентов. Схема инфраструктуры кабельного телевидения
с использованием HFC показана на рис. 5.26.
В более современном варианте архитектуры HFC полоса пропускания, исполь-
зуемая при передаче сигналов в направлении от оператора кабельного телевидения
к абоненту, расширена до 750 МГц (и даже больше), что позволяет поддерживать
до 110 каналов, для каждого из которых выделена полоса пропускания, равная
6 МГц. Для сравнения отметим, что старой инфраструктурой кабельного телевиде-
ния, основанной на использовании исключительно коаксиальных кабелей, поддер-
живалось максимум 83 канала. Но процесс модернизации инфраструктуры являет-
ся довольно дорогостоящим и длительным. Внимательно посмотрев на рис. 5.26,
256
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
вы заметите, что в некоторых участках сети (то есть в районах города) по-преж-
нему применяются однонаправленные усилители.
Рис. 5.26. Схема комбинированной оптико-коаксиальной
инфраструктуры кабельного телевидения HFC
Работа кабельных модемов
Поскольку на сегодняшний день кабельное телевидение является в основном ана-
логовой технологией, для передачи данных по его сети требуются модемы. В тс
чение первой половины 1990-х годов некоторыми производителями, к числу кс
торых относятся компании LANCity (приобретенная впоследствии компанией
Bay Networks, которая, в свою очередь, стала частью компании Nortel Networks)
Zenith Electronics и Scientific Atlanta, были разработаны и запатентованы методы
передачи данных по сети кабельного телевидения. Но поскольку большинство
систем кабельного телевидения были однонаправленными, для передачи данных
по направлению от модема абонента к модему оператора приходилось пользе
ваться телефонной сетью. Поэтому в большинстве кабельных модемов, разрабо-
танных в течение второй половины 1990-х годов, имелись встроенные модемы
стандарта V.34.
Естественно, что такая схема работы кабельных модемов была неудобной. Вс
первых, очень часто разъем телефонной линии находился на одной стене квартн
ры, а разъем кабельного телевидения — на другой или даже в соседней комнат-
А во-вторых, если абонент путешествовал по Web, то в его квартире уже никто
мог воспользоваться телефоном.
Стандарты кабельных модемов
Первоначально в модемах кабельного телевидения применялись различные те'
нологии модуляции, однако благодаря усилиям двух организаций были приня '
стандарты, которые позволили производителям выпускать совместимые модем.
Высокоскоростные модемы
257
Один из таких стандартов, Стандартный протокол для широкополосных коммуни-
каций с использованием сети кабельного телевидения, был создан рабочей груп-
пой IEEE 802.14, сформированной в мае 1994 года для разработки стандартов пе-
редачи по сети кабельного телевидения.
Перед рабочей группой IEEE 802.14 была поставлена задача регламентиро-
вать передачу данных по сетям кабельного телевидения на основе уже имеющих-
ся стандартов, определяющих использование уровня управления доступом к сре-
де (Media Access Control, МАС) и физического уровня. Причем стандарт необхо-
димо было принять до декабря 1995 года, но, к сожалению, процесс растянулся до
конца 1997 года. Поэтому отдельные операторы кабельного телевидения, среди
которых были такие компании, как Comcast, Сох, TCI и Time Warner, объединив-
шись в группу под названием «Партнеры по разработке кабельных мультимедий-
ных сетевых систем» (Multimedia Cable Network System Partners, MCNS, Ltd)
разработали и опубликовали в апреле 1997 года собственный стандарт — DOCSI
(Data Over Cable System Interface — интерфейс передачи данных через кабель-
ные системы), позволяющий производителям выпускать стандартизированные
кабельные модемы.
На физическом уровне обе спецификации (IEEE 802.14 и MCNS) определяют
одинаковые методы модуляции, при которых для обеспечения гибкости в слу-
чае их реализации определены два уровня модуляции, базирующихся на методах
64 QAM и 256 QAM. Для передачи данных по направлению от оператора к або-
ненту предполагается использовать несущие частоты, находящиеся в диапазоне
от 151 до 749 МГц, при этом ширина полосы частот каждого из каналов должна
составлять 6 МГц. Эти параметры соответствуют параметрам существующих те-
левизионных каналов. При использовании упомянутых выше методов модуля-
ции скорость передачи сигналов равна 5 Мбод.
На рис. 5.27 показан шаблон сигнального созвездия, применяемый при ис-
пользовании метода модуляции 64 QAM. Обратите внимание, что в каждом квад-
ранте (Ап, Вп, Cn, Dn) системы координат изображено 16 точек, представляющих
состояние сигнала, то есть всего 64 точки.
Область мнимых значений
1010 1011 1001 1000 0010 0110 1110 1010
х 1110 1111 1101 1100 0111 1111 0011
в„) . • ( ")
0110 0111 0101 0100 0001 0101 1101 1001 —z
0010 0011 0001 0000 0000 0100 1100 1000 Область
дейснзшельных
1000 1100 0100 0000 0000 0001 0011 0010
1001 0101 0001 1101 0100 0101 0111 0110
Сп) •
1011 1111 0111 0011 1100 1101 1111 1110
1110 0110 1010 0010 1000 1001 1011 1010
Рис. 5.27. Шаблон сигнального созвездия, применяемый
при использовании метода модуляции 64 QAM
258
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Один из квадрантов шаблона сигнального созвездия, применяемого при ис-
пользовании метода модуляции 256 QAM, изображен на рис. 5.28. В нем насчи-
тывается 64 точки, то есть сигнальное созвездие состоит из 256 точек.
Если в случае передачи сигналов со скоростью 5 Мбод модуляция произво-
дится с помощью метода 64 QAM, при котором в каждом боде кодируется 6 бит.
скорость передачи битов составляет 30 Мбит/с. Если же при той же скорости пе-
редачи используется метод модуляции 256 QAM, при котором в одном боде ко-
дируется 8 бит, то скорость передачи битов равна 40 Мбит/с. Однако, поскольку
при работе с этими методами модуляции также задействуется схема предвари-
тельной коррекции ошибок, фактическая скорость передачи данных составляет
27,378 и 35,504 Мбит/с соответственно.
Рис. 5.28. Один из квадрантов шаблона сигнального созвездия, применяемого
при использовании метода модуляции 256 QAM
С целью передачи данных в направлении от абонента к оператору применяет-
ся квадратурная фазовая модуляция (Quadrature Phase-Shift Keying, QPSK) и
модуляция 16 QAM. При использовании метода модуляции QPSK фаза сигнала
несущей изменяется в соответствии с передаваемой битовой последовательно-
стью. Например, если последовательность состоит всего из одного бита (который
может иметь только значения 1 и 0), для представления единицы выполняется
сдвиг фазы передаваемого сигнала на 180°, а для кодирования нуля фаза сигна-
ла сдвигается на 0°, то есть не изменяется. Термин квадратурная означает, что
для представления четырех возможных комбинаций двухбитовой последователь-
ности (00, 01, 10, 11) используются четыре фазы, а именно 0°, 90°, 180° и 270°
На рис. 5.29 показан четырехточечный шаблон сигнального созвездия, применяе-
мый при выполнении модуляции QPSK. Как вы уже догадались, в случае метода
QPSK в одном боде кодируется 2 бита, поэтому по 6-мегагерцевому каналу дан-
ные могут передаваться со скоростью 10 Мбит/с.
Управление доступом
259
Рис. 5.29. Четырехточечный шаблон сигнального созвездия,
применяемый при использовании метода модуляции QPSK
На рис. 5.30 изображен кабельный модем Home Works, выпускаемый корпо-
рацией Zenith Electronics Corporation. В комплект поставки этого модема входят
кабель для его подключения к компьютеру и сетевой адаптер. Кроме того, в мо-
дем встроен тюнер Super Tuner, разработанный для поддержки систем HFC, ис-
пользующих 750-мегагерцевую полосу частот.
Рис. 5.30. Кабельный модем Home Works корпорации Zenith Electronics Corporation
Управление доступом
Стандарты модуляции IEEE 802.14 и MCNS во многом схожи друг с другом. Раз-
личие состоит лишь в методе, с помощью которого станция получает доступ к се-
ти кабельного телевидения и принимает по ней данные. В соответствии со стан-
дартом IEEE 802.14, в качестве транспортного протокола используется протокол
ATM (Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной передачи). А согласно
стандарту MCNS, для этих же целей предназначен межсетевой протокол (IP).
(Упомянутые протоколы будут рассмотрены в следующих главах книги.) Обоими
стандартами предусмотрено, что при подключении модема к компьютеру обмен
данными между этими устройствами производится в соответствии со стандартом
10Base-T Ethernet. Для соединения устройств применяется кабель категории 5.
Использование сетевой карты 10Base-T LAN можно рассматривать как временное
средство соединения модема с компьютером, поскольку во время разработки стан-
дартов интерфейс USB еще не был достаточно широко распространен. Но у такого
соединения есть и немало положительных сторон. Например, в связи с тем что в
обоих направлениях данные передаются несколькими пользователями, идеальным
решением при работе в совместно используемой среде является применение опре-
деленных для Ethernet правил доступа к среде передачи CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access/Collision Detect — множественный доступ с контролем несущей
и обнаружением коллизий).
260
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Конфигурация сети
Схема типичной инфраструктуры кабельного телевидения, необходимой для под-
держки передачи данных с использованием кабельных модемов, представлена на
рис. 5.31. Обратите внимание, что для переключения с частоты, используемой
при передаче данных в направлении от оператора к абоненту, на частоту, выде-
ленную для передачи информации в обратном направлении (и наоборот), требу-
ется наличие преобразователя частоты. Такое преобразование выполняется в ка-
налах, имеющих полосу пропускания 6 МГц и предназначенных только для обмена
данными между пользователями, поскольку любые другие службы кабельного
телевидения в них не поддерживаются. Сервер конфигурации управляет работой
двух сетей — сети, основанной на использовании протоколов TCP/IP, и сети ATM.
которая может быть организована на основе инфраструктуры кабельного телеви-
дения. Одной из его функций является разрешение адресов (процедура преобра-
зования адресов сетевого уровня в физические адреса) для компьютеров, под-
ключенных к кабельным модемам.
Ethernet Ethernet
Рис. 5.31. Стандартная инфраструктура кабельного телевидения, при которой
поддерживается передача данных в обоих направлениях
В обязанности маршрутизатора входит формирование пакетов данных локаль-
ной сети кабельного телевидения и передача их в сети, расположенные за ее предс
лами (естественно, что маршрутизатор также выполняет обратные действия -
принимает данные из других сетей). Более подробно работа маршрутизаторов
а также сетей Ethernet и ATM рассматривается в следующих главах этой книги
Использование кабельных модемов
Рекомендуя вам приобрести кабельный модем, продавцы-консультанты обяз;.
тельно сообщат, что вы получите возможность принимать данные со скорость.-
Цифровая передача данных
261
36 Мбит/с и что браузеры смогут загружать насыщенные графикой web-страни-
цы буквально за доли секунды. Но не следует забывать, что сетью Ethernet преду-
сматривается совместное использование среды передачи. Это означает, что если
канал, по которому можно передавать информацию со скоростью 36 Мбит/с, ис-
пользуется одновременно четырьмя тысячами пользователей, четверть из кото-
рых загружает какие-нибудь данные, то вам достанется только тысячная доля
пропускной способности канала, то есть всего 36 кбит/с (36 Мбит/с/1000) (с та-
кой же скоростью вы сможете принимать данные, купив обыкновенный модем
стандарта V.34). Поэтому, приобретая кабельный модем, необходимо учитывать,
сколько абонентов будет вместе с вами пользоваться каналом.
Цифровая передача данных
Основным преимуществом цифровых систем передачи, работа которых, в отличие
от работы модемов, применяемых в каналах речевого диапазона, не зависит от ши-
рины полосы пропускания, является возможность пересылать двоичные данные
без преобразования их в аналоговую форму. (В главе 3 более подробно рассказы-
вается о том, в чем именно состоит это преимущество.) Прежде чем рассматри-
вать указанную тему, давайте условимся, что в дальнейшем все устройства, нахо-
дящиеся между DTE и каналом (модемы и блоки канального интерфейса), мы
будем называть блоками обслуживания. Кроме того, обратите внимание на тот
факт, что, хотя информация передается от одного оконечного устройства другому
в цифровой форме, линейное кодирование, осуществляемое при цифровой пере-
даче, отличается от цифрового кодирования, используемого компьютерами и вы-
полняемого при передаче данных через интерфейс RS-232 между DTE и DCE.
Когда средства цифровой связи только начали появляться на рынке, для того
чтобы воспользоваться службами цифровой связи, абоненты вынуждены были
приобретать по два типа блоков обслуживания: DSU (Data Service Unit - уст-
ройство обслуживания данных) и CSU (Channel Service Unit - устройство об-
служивания канала). Однако сейчас мы не будем рассматривать работу этих уст-
ройств, поскольку для понимания выполняемых ими функций сначала нужно
ознакомиться с принципами цифрового линейного кодирования и методом нару-
шения биполярности.
Модемы, применяемые в каналах речевого диапазона, отличаются от устройств
прямой цифровой передачи прежде всего шириной полосы пропускания - для по-
следних требуется полоса значительно большей ширины. В главе 3 отмечалось,
что ширина полосы пропускания канала цифровой передачи равна ширине канала
речевого диапазона, умноженной на 8. Следовательно, для цифровой передачи не-
обходимо наличие каналов с шириной полосы пропускания, превышающей 3 кГц.
Линейное кодирование
Для кодирования данных используется несколько технологий. Далее мы обсудим
преимущества и недостатки наиболее распространенных из них.
262
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Однополярное кодирование
Двоичные сигналы, которые обычно применяются в компьютерах и терминалах,
называются однополярными, поскольку для представления битов используется
напряжение, находящееся в диапазоне между 0 и +5 В (рис. 5.32, а). В частности,
на указанном рисунке показана схема кодирования NRZ (NonReturn to Zero —
без возврата к нулю), при использовании которой напряжение сигнала в случае
передачи нескольких единиц подряд не возвращается к нулю. Такой способ коди-
рования очень хорошо подходит для машинного представления данных, при ко-
тором информация передается на очень короткие расстояния и пути передачи эк-
ранированы.
+5 в
о в —
о
0 10 0 10
а
+1 в - — — ---
о В----------------
-1 В - - --- -- ---
0110100101110
б
Межбитовый
а
0110100101110
г
0110100101110
д
Рис. 5.32. Линейное кодирование двоичных импульсов: а — однополярное (NRZ);
б — полярное (NRZ); а — биполярное; г — двухфазное;
д — дифференциальное двухфазное
А вот для передачи данных на большие расстояния NRZ-кодирование не годит-
ся. Дело в том, что в этом случае на передаваемые сигналы начинает оказывать
Цифровая передача данных
263
ние остаточное напряжение, и к тому же при использовании NRZ-кодирова-
«жя количество перепадов напряжения в сигнале не является достаточным для
ектного восстановления синхронизирующих данных. Для преобразования
юлярного сигнала в один из сигналов, формы которых позволяют избежать
:татков, присущих NRZ-кодированию, используются устройства преобразо-
а формы сигнала (известные как блоки канального интерфейса). Некоторые
nix сигналов показаны на рис. 5.32, б-д.
*олярное NRZ-кодирование
'.тем, связанных с влиянием остаточного напряжения, можно избежать, ис-
зуя полярное NRZ-кодирование, которое является одним из простейших ме-
з линейного кодирования. В случае его применения сигнал принимает фор-
оказанную на рис. 5.32, б. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что при
:рном NRZ-кодировании происходит смещение точки отсчета напряжения
: . к 2,5 В. Иными словами, за точку отсчета принимается то значение напряже-
ния. которое находится посередине между величинами амплитуд изменяемого
сигнала. Преимущество такого метода состоит в том, что для передачи сигнала
требуется в два раза меньше энергии, чем при однополярном кодировании, а не-
достаток заключается в том, что наибольшая величина энергии сигнала соответ-
ствует нулевому значению частоты (рис. 5.33).
Частота
Рис. 5.33. Распределение энергии кодированных импульсов
Биполярное кодирование
В системе цифровой передачи данных, которая получила название Т1, использует-
ся более совершенный способ кодирования — биполярное кодирование, известное
также как инверсия чередующихся единиц (Alternate Mark Inversion, AMI). В слу-
чае его применения влияния остаточного напряжения на передаваемый сигнал не
наблюдается, а последний приобретает форму, показанную на рис. 5.32, в. Кроме
264
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
того, как следует из рис. 5.33, нулевому уровню энергии соответствует нулевая
частота передаваемого сигнала. Этого удалось достичь благодаря сокращению
на 50 % длительности рабочего цикла передаваемого импульса (то есть длитель-
ность рабочего цикла стала равной половине допустимого интервала импульса),
а также благодаря изменению полярности чередующихся единиц. Заметьте, что
при биполярном кодировании сигнал имеет три состояния — +1 В, 0 В, -1 В. Та-
кое кодирование сигнала позволяет добавить избыточность без увеличения поло-
сы пропускания, которая требуется для передачи сигнала и способствует более
удобному мониторингу производительности. Как уже говорилось в одном из пре-
дыдущих разделов настоящей главы, для того чтобы из принимаемого сигнала
можно было корректно извлечь данные синхронизации, в нем не должно быть
длинных последовательностей одинаковых битов (1 или 0). Но алгоритмом AMI-
кодирования не предусматривается поиск и изменение таких последовательно-
стей — эти функции возложены на передающие терминалы и блоки канального
интерфейса.
На рис. 5.34 показана схема декодера, выполняющего прием сигнала и преоб-
разование его в обычную двоичную форму. Обратите внимание, что, поскольку
внутри приемника уже не нужно подавлять остаточное напряжение, осуществля
ется выпрямление AMI-сигнала, после чего он принимает форму однополярных
импульсов.
представления
Синхронизирующие импульсы _jnjnjnjnjnj~LT~LTU которых используется
отрицательное
напряжение
Рис. 5.34. Схема биполярного декодера
Цифровая передача данных
265
Двухфазное кодирование
Существует еще одна технология кодирования, получившая широкое распростра-
нение. Она известна под несколькими названиями: цифровое двухфазное, двухфаз-
ное, а также манчестерское кодирование. Данной технологией предусматривается
изменение состояния сигнала независимо от значения следующего бита (1 или 0)
в последовательности. Другими словами, при использовании такого кодирования
сигнал имеет достаточное количество изменений фронтов для корректного извле-
чения данных синхронизации. Форма получаемого сигнала показана на рис. 5.32, г.
В случае дифференциального двухфазного кодирования (рис. 5.32, Э) проблемы,
связанные с остаточным напряжением, не являются актуальными, поскольку для
представления каждого бита используется как положительное, так и отрицатель-
ное напряжение. А благодаря тому что в начале рабочего интервала изменение
состояния сигнала происходит только при наличии бита 0, можно даже опреде-
лить абсолютную фазу принимаемого сигнала.
Однако чтобы получить все перечисленные характеристики сигнала, потребо-
валось в два раза увеличить ширину используемой полосы пропускания (по срав-
нению с шириной полосы пропускания, достаточной для биполярного кодирова-
ния). Именно по этой причине двухфазное кодирование не применяется в комму-
никационных магистралях, ценность которых как раз и заключается в ширине
предоставляемой полосы пропускания. А вот для передачи цифровых сигналов
по нескольким типам локальных сетей эта технология оказалась вполне пригод-
ной. Это объясняется тем, что полоса пропускания кабеля локальной сети не обя-
зательно должна использоваться для поддержки коммуникационных требований
различных организаций. Схема двухфазного кодирования применяется в сетях
Ethernet, разработанных компаниями Xerox Corporation, Digital Equipment Cor-
poration и Intel Corporation. Модифицированная технология двухфазного коди-
рования, которую еще называют технологией дифференциального манчестерско-
го кодирования, используется в локальных сетях с передачей маркера.
Повторители
В результате наложения помех (шума) на передаваемый аналоговый сигнал про-
исходит его искажение. При этом, чем длинней путь, проходимый сигналом, тем
больше уровень шума (а следовательно, меньше отношение сигнал/шум). Таким
образом, аналоговые повторители, усиливая сигнал, тем самым усиливают шум,
что ведет к дальнейшему искажению сигнала.
При передаче цифровых сигналов используются повторители иного рода, ко-
торые называются регенерирующими (рис. 5.35). Их применение позволяет избе-
жать описанных выше проблем. Такое название эти устройства получили в связи
с тем, что сигнал в них не просто усиливается, а подвергается регенерации для
восстановления своей первоначальной формы (той, которую сигнал имел на вы-
ходе передатчика). В этом и состоит главное преимущество технологии цифро-
вой передачи данных, поскольку интенсивное использование повторителей (ус-
тановка большого их числа на пути между источником и пунктом назначения)
позволяет свести к минимуму количество ошибок, возникающих при передаче.
266
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживав--
Регенерирующие повторители выполняют некоторые функции, которые свс
ственны модемам. Например, в них осуществляется повышение напряжения в?
дящего сигнала до уровня, который должен иметь сигнал для его передачи по
ному каналу. Схема регенерирующего повторителя приведена на рис. 5.35. Б;:
согласования с длинной линией связи, расположенный на входе повторите,
обеспечивает согласование кабеля с оконечным эквалайзером. Далее сигнал по.,
ется на вход оконечного эквалайзера, где производится компенсация фазовых
частотных нелинейностей. После этого под контролем блока автоматической ре."
лировки усиления выполняется усиление подкорректированного сигнала, котор ы
затем подается на блок извлечения данных синхронизации и блок управлен,-
связанный непосредственно с регенератором. В завершение на регенератор пос -
пают данные синхронизации, на основе которых восстанавливается первоначал
пая форма сигнала.
Выпрямленный AM 1-сигнал
Рис. 5.35. Схема регенерирующего повторителя
Нарушение биполярности
Согласно методу биполярного кодирования, каждый импульс, представляющий
логическую единицу, передается с чередующейся полярностью. Если в сигнале
Цифровая передача данных
267
два следующих друг за другом импульса имеют одинаковую полярность и разде-
лены участком с нулевым напряжением, считается, что кодирование такого сиг-
нала выполнено с нарушением биполярности.
Наличие в сигнале нарушения биполярности свидетельствует о том, что в нем
какой-то бит или пропущен, или неверно закодирован. В некоторых случаях, ес-
ли в передаваемых данных встречается длинная последовательность нулей (что
может привести к некорректному восстановлению данных синхронизации), би-
полярность нарушается преднамеренно. На рис. 5.36 представлен один из приме-
ров нарушения биполярности. В верхней части рисунка дано графическое пред-
ставление импульсов сигнала, полученного в результате корректного кодирова-
ния битовой последовательности 01101010. Обратите внимание на то, что после
импульса, имеющего положительное напряжение (единицы), для представления
той же единицы используется импульс, имеющий отрицательное напряжение.
(В данном примере проиллюстрировано биполярное кодирование, при котором
между импульсами, характеризующимися положительным или отрицательным
напряжением, имеются участки нулевого напряжения, которые служат для пред-
ставления нулей.) В нижней части рисунка третий бит 1 закодирован с наруше-
нием биполярности, поскольку для его представления был задействован им-
пульс, имеющий отрицательное напряжение.
В соответствии с требованиями низкоскоростной службы цифровой передачи
информации (Dataphone Digital Service, DDS), в передаваемой последовательно-
сти битов может быть не более пяти подряд идущих нулей. Это означает, что если
встретится последовательность, состоящая из шести и более нулей, ее кодирование
будет выполнено с нарушением биполярности. В противном случае, при отсутст-
вии единиц в этой последовательности, корректно восстановить данные синхрони-
зации на повторителях или блоках обслуживания будет невозможно.
б
Рис. 5.36. Кодирование данных: а — биполярное; б — с нарушением биполярности
268
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Для того чтобы в передаваемых данных содержалось достаточное количество
единиц, при работе на скоростях 2,4, 4,8, 9,6 и 19,2 кбит/с любая последователь-
ность, состоящая из шести нулей, кодируется как 000X0V. Вот что означает каж
дый из элементов этой последовательности:
4 0 — говорит о том, что передаваемое напряжение равно нулю (двоичном)
нулю);
4- X — указывает на полярность импульса, используемого для представления
бита (О, +А или - А вольт, в зависимости от применяемого биполярного ко-
дирования);
4 V — указывает на полярность импульса (+А или - А вольт), используемог.
для представления бита при нарушении биполярности.
Принцип применения последовательности 000X0V для подавления строки из
шести идущих подряд нулей проиллюстрирован на рис. 5.37. При передаче со
скоростью 56 кбит/с любая битовая последовательность, состоящая из семи н> -
лей, кодируется как 0000X0V.
Формат: 000X0Y
Пояснение:
Последняя двоичная единица преобразовываемой
последовательности 000000, для представления которой
использовалось положительное напряжение, кодируется так:
Последняя двоичная единица преобразовываемой
последовательности 000000, для представления которой
использовалось отрицательное напряжение, кодируется так:
Рис. 5.37. Последовательность, используемая для подавления нулей в DDS
Кроме обеспечения механизма подавления строк из шести и более нулей мето.,
нарушения биполярности может быть использован для сетевых кодов, предназна-
ченных для управления оконечным оборудованием цифрового канала, то есть та
кими устройствами, как DSU и CSU. Так, если у DTE нет данных, подлежащих
передаче, то отсутствие сигнала приводит к потере информации о синхронизации
повторителями, находящимися на линии между передающим и принимающих'
устройствами. В подобных случаях устройства DSU/CSU передают последова
тельности битов с нарушением биполярности, что позволяет повторителям под-
держивать синхронизацию с передающим устройством. Принимающее устройст-
во распознает такие последовательности и отбрасывает их. Метод нарушения
биполярности также используется при кодировании последовательности битов
реализующих обратную петлю (сигнал возвращается к передающему устройств)
пройдя по коммуникационному каналу в обоих направлениях). Обратная пст.ж-
дает возможность пользователю, находящемуся на одном конце канала, прове-
рить устройство, расположенное на другом конце канала.
Согласно спецификации AT&T G2411, при передаче данных по каналу Т.
нельзя пересылать последовательность битов, состоящую более чем из 15 подря..
Цифровая передача данных
269
идущих нулей. К числу методов обеспечения этой минимальной плотности еди-
ниц при передачи данных по каналам Т1 относятся метод подавления 7 двоичных
нулей и метод замены 8 двоичных нулей, при котором осуществляется наруше-
ние биполярности. Эти два метода будут подробно рассмотрены в главе 6.
Блоки обслуживания
Поскольку имеется два типа систем цифровой передачи данных, существует два
типа блоков обслуживания, которые используются в этих системах. Такими сис-
темами являются DDS (Dataphone Digital Service — цифровая служба передачи
данных и речи), предоставляемая компанией AT&T (или эквивалентные систе-
мы, предусматривающие использование других магистральных каналов), и сис-
тема передачи Т1.
Блок DSU
Блок DSU применяется для обеспечения работы службы DDS при скоростях пере-
дачи данных от 2,4 до 56 кбит/с. Этот блок также может использоваться в отдель-
ном канале Т1, поддерживающем скорость 64 кбит/с. Для обеспечения функцио-
нирования службы DDS и передачи данных со скоростью 64 кбит/с по каналу Т1
необходимо использовать не только устройство обслуживания данных (DSU), но
и устройство обслуживания канала (CSU). Устройство CSU, находящееся между
DSU и цифровой линией, физически завершает линию. Оно предназначено для
усиления сигнала и установления удаленной обратной петли, выполняемой по-
сле получения по линии специального кода. Блок DSU расположен между терми-
нальным оборудованием пользователя и устройством CSU. Он служит для пре-
образования полученных от терминальных устройств однополярных цифровых
сигналов в двухполярные и для дальнейшей их передачи по сети в цифровом
виде. Кроме того, блоки DSU осуществляют восстановление данных синхрониза-
ции и передачу управляющих сигналов.
До того, как обслуживание абонентов стало централизованным, устройства
CSU предоставлялись в пользование компаниями-владельцами коммуникацион-
ных каналов, а блоки DSU можно было приобрести как у компании-владельца
канала, так и у других фирм. При таком подходе к обслуживанию абонентов схе-
ма подключения их терминальных устройств к сети DDS выглядела так, как по-
казано в верхней части рис. 5.38. Согласно этой конфигурации, CSU завершает
линию связи, соединяющую устройства пользователя с магистральным каналом,
а блок DSU соединен кабелем с устройством CSU. Кроме того, CSU, используе-
мое как отдельный блок (далее речь пойдет об устройствах, в которых блоки CSU
и DSU совмещены), служит для регенерации сигналов, поиска во входящих сиг-
налах нарушений биполярности и выполнения удаленного петлевого контроля.
После прекращения централизованного обслуживания абонентов многие про-
изводители объединили в одном устройстве блоки DSU и CSU (в дальней-
шем это устройство будет рассматриваться как блок DSU/CSU). В нижней части
рис. 5.38 показано, как блок DSU/CSU используется для подключения оконечно-
го терминального оборудования пользователя к провайдеру службы DDS.
270
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Рис. 5.3В. Системы низкоскоростной цифровой передачи данных
С появлением службы DDS абоненты получили возможность передавать дан-
ные со скоростью 56 кбит/с, которая по тем временам считалось высокой. Однако
в связи с возрастающими потребностями пользователей некоторые разработчики
наряду с экономичными (по сравнению с дорогими высокоскоростными линия-
ми) выделенными цифровыми линиями, поддерживающими передачу данных
со скоростями 56 и 64 кбит/с, начали внедрять блоки DSU/CSU, выполняющие
сжатие данных. В этих продуктах реализован алгоритм сжатия, похожий на алго-
ритм Лемпела-Зива-Велча, который применяется в модемах стандарта V.42. Та-
кой алгоритм обеспечивает сжатие данных с коэффициентами 2:1—4:1. Иными
словами, при использовании выполняющих сжатие блоков DSU/CSU реальная
скорость передачи данных по цифровому каналу, поддерживающему скорость
64 кбит/с, может достигать 128-256 кбит/с.
Устройство CSU
В отличие от службы DDS или подобных ей систем, в которых блоки DSU функ-
ционировали как отдельные устройства, в каналах Т1 выполняемые этими блока-
ми функции встроены в большинство типов DTE. Поэтому устройство CSU,
предназначенное для работы в канале, поддерживающем передачу со скоростью
1,544 Мбит/с, представляет собой отдельное устройство, подключенное (через
определенный интерфейс) к системе Т1 и обеспечивающее механизм соединения
встроенных в большинство DTE блоков DSU с цифровым каналом передачи.
Используемое в системе Т1 устройство CSU, равно как и блок DSU/CSU, обес-
печивающий работу службы DDS, физически завершает канал, усиливает сигнал
и отвечает за установку удаленной обратной петли. Наряду с выполнением этих
функций CSU также форматирует кадры и производит вычисления, связанные с
получением статистических данных для мониторинга производительности. Фор-
матирование кадров заключается в кодировании каждого 193-го бита для предос-
тавления данных синхронизации, а в некоторых случаях для генерирования и со-
хранения данных, предназначенных для мониторинга производительности. Что
касается выполнения последней функции, то, в соответствии с промышленными
стандартами, устройство CSU должно не только вычислять различные статисти-
ческие данные, предназначенные для мониторинга производительности, но и со-
хранять эти данные до присвоения им определенного кода. Помимо этого, после
Интерфейс V.35
271
чия кадров данных, которые используются в системе Т1, устройство должно
ь эти данные по сети. Более подробно процессы форматирования кадров
тения статистических данных в системе Т1 рассматриваются в главе 6.
терфейс V.35
Лдвоначальная версия рекомендации V.35 была подготовлена к публикации орга-
• .—ней ITU в 1968 году. В ней был описан интерфейс между широкополосны-
• ^налоговыми модемами и DTE, через который можно передавать данные со
-остью 48-64 кбит/с. По мере того как интерес к широкополосным аналого-
модемам начал ослабевать, интерфейс V.35 стал все чаще применяться для
лючения DTE к различным типам блоков обслуживания, разработанных для
ержки появляющихся систем цифровой передачи. Первоначальная версия ре-
ндации V.35 пересматривалась несколько раз, и на сегодняшний день ско-
□ передачи данных составляет порядка 6 Мбит/с. Поддержка столь высокой
эсти способствовала увеличению популярности этого интерфейса. В настоя-
время большинство производителей выпускают сетевые устройства, в част-
ти маршрутизаторы, удаленные мосты и шлюзы, которые полностью соответ-
-гвуют стандарту V.35.
Способность интерфейса V.35 поддерживать высокие скорости передачи в пер-
г.то очередь связана с использующимся методом передачи сигналов. Подобно ин-
•эфейсу RS-422, V.35 является интерфейсом с балансной передачей сигналов
ляных и сигналов синхронизации. Термин «балансная передача» (или «баланс-
ный канал») означает, что для замыкания пути каждого сигнала применяется от-
ельный провод и отдельный контакт. Использование такой технологии переда-
чи сигналов позволяет уменьшить или даже предотвратить воздействие одного
сигнала на другой, благодаря чему обеспечивается поддержка высокой скорости
передачи. (Для сравнения отметим, что в интерфейсе RS-232 для передачи каж-
дого сигнала предназначен отдельный канал, но для замыкания путей всех сигна-
лов применяется один контакт 6 - «сигнальная земля».) Если цепи нескольких
каналов интерфейса замыкаются через один контакт, то такие каналы, как прави-
ло, называются несимметричными, а если через отдельные линии — дифферен-
циальными.
В интерфейсе V.35 используются как несимметричные, так и дифференциаль-
ные каналы. Выше уже было отмечено, что данные и сигналы синхронизации пере-
даются по сбалансированным каналам, которые также известны как дифференци-
альные каналы. А поскольку управляющие сигналы могут передаваться с меньшей
скоростью, чем сигналы данных, для их передачи используются несимметричные
каналы.
В интерфейсе V.35 применяется 34-контактный прямоугольный разъем, опре-
деленный стандартом ISO 2593 (рис. 5.39). Обратите внимание на номера кана-
лов, которые, согласно рекомендации, указаны над соответствующими контактами.
При разработке устройств DTE и DSE производители придерживаются следую-
дего правила: на обоих концах кабеля V.35 располагаются разъемы типа «папа»,
а на DTE и DSE - разъемы типа «мама».
272
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Болты для соединения разъема
с корпусом устройства (DTE или DSE)
Болты для,
соединения
разъемов
Рис. 5.39. Разъем стандарта V.35
В заключение мы поговорим о назначении контактов разъема стандарта V.35
перечисленных в табл. 5.15.
Обратите внимание, что пары контактов, в которых один из контактов обозна-
чен двумя буквами, являются контактами дифференциальных каналов. В сбалан-
сированных сигналах при передаче двоичного нуля (пробела) напряжение на
контакте А больше напряжения на контакте В. Аналогично, при передаче двоич-
ной единицы (символа) напряжение на контакте В больше напряжения на кон-
такте А. Согласно рекомендации V.35, используемое напряжение должно быть
равно 0,55 В ± 20 %, то есть допустимое напряжение находится в диапазоне меж-
ду 0,44 В и 0,66 В. Следует также отметить, что из 34 контактов разъема интер-
фейса V.35 только для контакта 21 определены сигналы, которые во всех разъе-
мах устройств, поддерживающих стандарт V.35, передаются именно через них
Для остальных контактов различные разработчики могут назначать сигналы по
своему усмотрению. Поэтому при покупке устройства следует убедиться, что
в комплект поставки входит кабель этой же фирмы-производителя.
Таблица 5.15. Назначения контактов интерфейса V.35
Обозначение контакта на разъеме Номер контакта в соответствии со стандартом V.35 Описание сигнала Направление передачи сигнала
А 101 Защитное заземление —
В 102 Сигнальная «земля» —
С 105 Запрос на передачу От DTE к DCE
D 106 Готовность к передаче От DCE к DTE
Е 107 Готовность данных к передаче От DCE к DTE
F 109 Обнаружение несущей От DCE к DTE
Интерфейс V.35
273
Обозначение контакта нв разъеме Номер контакте в соответствии со стандартом V.35 Описание сигнала Направление передачи сигнала
н* Определяется производителем Готовность терминала От DTE к DCE
J* 125 Индикатор вызова От DCE к DTE
L* 141 Локальный петлевой контроль От DTE к DCE
S 103 Передаваемые данные (провод А) От DTE к DCE
Р 103 Передаваемые данные (провод В) От DTE к DCE
R 104 Принимаемые данные (провод А) От DCE к DTE
Т 104 Принимаемые данные (провод В) От DCE к DTE
Y 114 Синхронизация передаваемого сигнала (провод А) От DCE к DTE
ДА 114 Синхронизация передаваемого сигнала(провод В) От DCE к DTE
V 115 Синхронизация принимаемого сигнала (провод А) От DCE к DTE
X 115 Синхронизация принимаемого сигнала (провод В) От DCE к DTE
и 113 Синхронизация принимаемого сигнала (дополнительный провод А) От DTE к DCE
W 113 Синхронизация принимаемого сигнала (дополнительный провод В) От DTE к DCE
N* 140 Петлевой контроль/периодическое тестирование От DTE к DCE
NN* 142 Индикатор От DCE к DTE
выполнения
тестирования
Согласно документу ISO 2593, назначение этого контакта определяется фирмой-производителем
устройств, поддерживающих этот интерфейс.
274
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
Резюме
4- Чем больше ширина полосы пропускания канала, тем больше максималы
возможная скорость передачи сигналов по этому каналу.
4 С целью увеличения скорости передачи данных в одном боде кодирует-
несколько битов.
4 Для того чтобы закодировать в одном боде более одного бита, в синхро:
ных модемах модулируется фаза либо амплитуда сигнала (или оба этих л.
раметра).
4 В синхронных модемах тактовая частота извлекается из передаваемых да:
ных. Эти модемы являются более дорогими, чем асинхронные, поскол:
ку для восстановления данных синхронизации требуются дополнительны-,
микросхемы.
4 В модемах, передающих данные со скоростью 2400 бит/с, обычно выполня-
ется только фазовая модуляция, а в модемах, имеющих рабочие скорости
4800 и 9600 бит/с, осуществляется и фазовая, и амплитудная модуляция
4 При работе синхронных модемов наиболее серьезные искажения переда
ваемого сигнала происходят вследствие групповой задержки. Для устране-
ния искажений этого типа используются адаптивные эквалайзеры.
4 В синхронных модемах корректное восстановление сигнала зависит от на-
личия достаточного количества передаваемых единиц (плотности единиц)
4 При асимметричной передаче скорость пересылки данных в одном направ-
лении отличается от скорости их передачи в другом направлении.
4 Чтобы получить возможность использовать высокоскоростные модемы, вы-
полняющие сжатие данных, вам, возможно, потребуется заменить в компью-
тере микросхему UART.
4 Модемы стандарта V.92, поддерживающие стандарт сжатия V.44, состави-
ли конкуренцию кабельным модемам и цифровым абонентским линиям.
4 Высокоскоростными технологиями DSL поддерживается как асимметрич-
ная, так и симметричная передача данных по местной линии связи, соеди-
няющей модем пользователя с АТС.
4 Кабельные модемы смогут передавать данные в обоих направлениях толь-
ко в модифицированной сети кабельного телевидения.
4 Для восстановления первоначальной формы передаваемого сигнала при
цифровой передаче используются не усилители, а регенерирующие повто-
рители.
4 Использование блоков DSU/CSU, выполняющих сжатие, позволяет уве-
личить пропускную способность каналов, которые поддерживают передачу
данных со скоростью 64 кбит/с, до 128-256 кбит/с.
4 Преднамеренные нарушения биполярности в цифровых каналах обычно
производятся для поддержки синхронизации и передачи управляющей ин-
формации.
4 Интерфейс V.35 поддерживает передачу данных со скоростью до 6 Мбит/с.
Контрольные вопросы
275
Контрольные вопросы
1 Принципиальное различие между синхронной и асинхронной передачей
данных заключается:
а) в ширине требуемой полосы пропускания;
б) в величинах амплитуд импульсов;
в) в том, что при асинхронной передаче данные синхронизации передают-
ся вместе с пользовательской информацией;
г) в том, что при синхронной передаче данные синхронизации извлекают-
ся из пользовательских данных.
2. Синхронные модемы дороже асинхронных потому, что:
а) они больше по размеру;
б) в них встроены дополнительные микросхемы (блоки) для восстановле-
ния тактовой частоты (данных синхронизации);
в) они выпускаются мелкими партиями;
г) для их работы требуется большая полоса пропускания.
3. Где в синхронном модеме находится скремблер? Выберите один из вари-
антов ответов:
а) в блоке управления;
б) в приемнике;
в) в передатчике;
г) в эквалайзере.
4. В модемах для уменьшения количества ошибок при скремблировании би-
товые последовательности преобразовываются:
а) в данные, имеющие шестнадцатеричное представление;
б) с помощью кода Хаффмана;
в) посредством кода Грея;
г) посредством сложения по модулю 2.
5. В синхронном модеме сигнал, преобразований из цифрового в аналого-
вый, передается:
а) модулятору;
б) далее по каналу передачи;
в) терминалу;
г) эквалайзеру.
6. Эквалайзер, находящийся в блоке приемника синхронного модема, назы-
вается:
а) компромиссным;
276
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживанич
4? сгаглстякскт/;
в) адаптивным;
г) восстанавливающим.
7. Для компенсации искажений сигнала, которые возникают вследствие груп
повой задержки, в эквалайзере приемника модема используется:
а) линия задержки с отводами;
б) генератор сигналов эталонной частоты;
в) дескремблер;
г) технология изменения скоростей передачи.
8. Частота несущей модема Western Electric 201 равна:
а) 1000 Гц;
б) 1200 Гц;
в) 1800 Гц;
г) 600 бод.
9. Какова скорость передачи сигналов модемом в соответствии со стандартоу
CCITT V.26? Выберите один из предложенных вариантов ответа:
а) 1200 Гц;
б) 1200 бод;
в) 1560 бит/с;
г) ваш вариант ответа.
10. Как называется метод кодирования передаваемого сигнала, используемыг
в системе Т1? Выберите один из вариантов ответа:
а) двоичное кодирование;
б) NRZ;
в) биполярное кодирование;
г) манчестерское кодирование.
И. Предположим, что скорость передачи сигналов модемом равна 2400 бод
а в каждом боде кодируется 6 бит. Укажите, чему равна его скорость пере-
дачи данных:
а) 2400 бит/с;
б) 4800 бит/с;
в) 9600 бит/с;
г) 14 400 бит/с.
Контрольные вопросы
277
'.2. Какой максимальной производительности может достичь модем стандарта
V.32bis при использовании стандарта сжатия V.42bis, если его рабочая
скорость составляет 14 400 бит/с? Выберите один из приведенных ниже
вариантов ответа:
а) 14 400 бит/с;
б) 19 200 бит/с;
в) 38 400 бит/с;
г) 57 600 бит/с.
13. Основное различие между модемом стандарта V.32bis и модемом стандар-
та V.32 заключается в том, что:
а) в модемах стандарта V.32bis поддерживается функция fallback;
б) в модемах стандарта V.32bis поддерживается функция fall-forward;
в) в модемах стандарта V.32 поддерживаются функции, которые опреде-
лены стандартом V.22bis;
г) модемы стандарта V.32 дороже.
14. Какая из перечисленных ниже технологий модуляции используется в мо-
демах стандарта V.34 для оцифровки речи и передачи ее со скоростями
2743 и 2800 бод? Выберите один из вариантов ответа:
а) РСМ;
б) ADPCM;
в) DPCM;
г) СМР.
15. Модемы стандарта V.90 могут поддерживать передачу данных со скоро-
стью около 56 кбит/с:
а) в обоих направлениях;
б) только ночью;
в) в направлении от модема пользователя к АТС;
г) только в тех каналах, где преобразование аналогового сигнала в цифро-
вой происходит один раз.
16. Какая из перечисленных функций поддерживается как модемами стандар-
та V.92, так и модемами стандарта V.90? Выберите один из предложенных
вариантов ответа:
а) быстрое соединение;
б) эхоподавление;
в) функция МОН;
г) передача данных по направлению от модема пользователя к АТС с ис-
пользованием модуляции РСМ.
278
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслужив
17. Шум квантования:
а) это треск в телефонной трубке;
б) представляет собой разность между истинными значениями амш
сигнала и округленными значениями, полученными после оцифрс
в) возникаетидиидокождекии данных через повторитель;
/р в поупоевремязнаиигелбно меньше, поскольку на канал не оказыв.
влияние солнечное излучение.
18. Технологии DSL основаны на использовании:
а) 4-килогерцевого канала речевого диапазона;
б) одним абонентом двух модемов;
в) полосы частот 1 МГц, которая поддерживается местными линиями се
зи (линиями доступа);
г) благоприятных погодных условий.
19. На сколько каналов в соответствии с технологией ADSL разделяется пол
са частот, поддерживаемая местной линией связи? Выберите один из сл
дующих вариантов ответа:
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4.
20. Скорость передачи данных, которую можно обеспечить в местной телефо!
ной линии при использовании технологии ADSL, зависит от:
а) длины абонентской линии и диаметра используемого провода;
б) стандарта, поддерживаемого разделителем;
в) расстояния между разделителем и модемом;
г) качества заземления экрана провода.
21. Какие из перечисленных технологий модуляции поддерживаются ADSL
модемами? Выберите правильный вариант ответа:
a) XDSL и DMT;
б) САР и DMT;
в) САР и XDLS;
г) DMThWHAM.
22. С помощью какого устройства, расположенного на АТС, выполняется объе-
динение трафика, поступающего по различным абонентским линиям? Вы-
берите один из вариантов ответа:
a) AWG;
б) САР;
Контрольные вопросы
279
в) DMT;
г) DSLAM.
23. Некоторые из кабельных модемов первого поколения для передачи дан-
ных в направлении от абонента к оператору использовали:
а) телефонные линии;
б) однонаправленные усилители;
в) каналы телетайпов (интерфейс «токовая петля»);
г) два подканала полосы пропускания.
24. С помощью комбинированных оптико-коаксиальных систем (HFC) можно:
а) уменьшить количество передаваемых TV-каналов;
б) увеличить количество передаваемых TV-каналов;
в) уменьшить диаметр магистрального кабеля;
г) принимать качественный сигнал независимо от погодных условий.
25. Какие из перечисленных стандартов поддерживаются кабельными моде-
мами? Выберите правильный вариант ответа:
a) IEEE 802.14 и MSNBC;
б) IEEE 802.02 и MCNS;
в) IEEE 802.14 и MCNS;
г) IEEE 802.12 и MCTV.
26. Какая схема модуляции используется кабельными модемами при передаче
данных в направлении от оператора к абоненту? Выберите один из пред-
ложенных вариантов ответа:
a) QPC;
б) QVC;
в) QAM;
г) QPX.
27. Какие протоколы (или технологии) используются для передачи данных че-
рез сеть кабельного телевидения? Выберите один из вариантов ответа:
a) ATM и Ethernet;
б) Ethernet и MCNS;
в) IP и ATM;
г) UDPhMCNS.
28. При нарушении биполярности:
а) за каждым битом 0 следует бит 1;
б) два соседних импульса имеют одинаковую полярность и разделены на-
пряжением, соответствующим уровню логического 0;
280
Глава 5. Синхронные модемы, цифровая передача, блоки обслуживания
в) два соседних импульса имеют одинаковую полярность и разделены на-
пряжением, соответствующим уровню логической 1;
г) за первым битом 1 следует бит 0.
29. Отсутствие в цифровом канале передаваемого сигнала:
а) никак не сказывается на работе устройств;
б) означает, что у DTE нет данных, подлежащих передаче;
в) означает, что для поддержки синхронизации повторителями устройст-
ва DSU/CSU передают специальные сигналы с нарушениями биполяр-
ности;
г) свидетельствует о том, что где-то произошел обрыв кабеля.
30. Укажите, чему равна максимальная скорость передачи, поддерживаемая ин-
терфейсом V.34:
а) 10 Мбит/с;
б) 60 Мбит/с;
в) 6 кбит/с;
г) 6 Мбит/с.
Глава 6
Технологии
мультиплексирования
4 Совместное использование канала
4 Статистическое мультиплексирование с разделением времени
4 Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные
До этого момента мы в основном рассматривали процесс обмена данными между
двумя устройствами, например персональными компьютерами или телефонными
аппаратами. Но понятно, что если владельцы коммуникационных каналов для
каждой пары пользователей проложат отдельную линию, то стоимость предос-
тавляемых служб будет непомерно высокой, а окупаемость каналов очень низкой.
Поэтому на всех участках каналов, где несколько потоков данных передаются в од-
ном направлении, используется мультиплексирование — операция, позволяющая
существенно повысить производительность канала. Мультиплексирование пре-
доставляет механизм для совместного использования одного канала нескольки-
ми пользователями.
В начале этой главы будут рассмотрены используемые в коммуникационных
каналах технологии мультиплексирования — мультиплексирование с разделением
частоты, или частотным разделением (Frequency-Division Multiplexing, FDM) и
мультиплексирование с разделением времени, или временным разделением (Ti-
me-Division Multiplexing, TDM). Затем мы проанализируем варианты примене-
ния этих технологий, в частности использование статистических мультиплексоров
с разделением времени (Statistical Time-Division Multiplexing, STDM), а в завер-
шение расскажем об относительно новой категории устройств, которые получили
название низкоскоростных мультиплексоров речь/данные, позволяющих переда-
вать по одному каналу связи и речевую информацию, и данные. Чтобы вы лучше
поняли, как работают такие мультиплексоры, в конце главы мы рассмотрим не-
сколько методов оцифровки речи.
Совместное использование канала
Некоторые технологии удобно рассматривать, используя знакомые всем предметы
и устройства. Например, в одной из предыдущих глав на примере работы обык-
новенного карманного фонарика было рассказано о модуляции. Здесь, применяя
эту же методику, мы объясним, что такое мультиплексирование. Итак, представьте
себе, что вам нужно отправить несколько писем. Для этого вы можете сесть в ма-
шину, подъехать к почтовому ящику и бросить письмо, затем вернуться, взять
282
Глава 6. Технологии мультиплексирования
следующее письмо и отправить его. В таком случае вам придется повторять опи
санные действия до тех пор, пока не будет отправлена вся корреспонденция. Од
нако вы, естественно, не станете так нерационально тратить время, а возьмет-
сразу все письма, и отвезете их к почтовому ящику.
В этом и заключается смысл мультиплексирования — используя некоторьп
ресурс (в данном случае автомобиль), передать за единицу времени более одногс
сообщения. В коммуникационных системах такие ресурсы представлены виде
ленными линиями, системами беспроводной связи, волоконно-оптическими кабе
лями и т. д., а сообщениями являются данные или речь. Для обеспечения возмож
ности совместного использования передающих средств выполняется либо час
тотное уплотнение, либо разделение времени передачи данных.
Мультиплексирование с разделением частоты
Пример использования мультиплексирования с разделением частоты для переда-
чи по коммуникационному каналу трех телефонных разговоров приведен на
рис. 6.1. Частоты каждого из трех мультиплексируемых каналов речевого диапа-
зона смещаются таким образом, чтобы в широкополосном канале связи их можно
было передавать одновременно в виде одной группы. На другом конце канала
связи выполняется восстановление первоначальных частот. В течение многих лет
для мультиплексирования телефонных разговоров применялась именно техноло-
гия FDM, поскольку она позволяет использовать имеющуюся полосу частот бо-
лее эффективно, чем это делается в системах цифровой передачи. Но системы
FDM имеют существенный недостаток: при усилении речевого сигнала одновре-
менно повышается и уровень шума. По этой причине, а также в связи со сниже-
нием стоимости используемых в цифровой связи аппаратных средств системы
FDM стали повсеместно вытесняться системами мультиплексирования с разде-
лением времени.
Частота, кГц Частота, кГц
а б
Рис. 6.1. Мультиплексирование с разделением частоты: а — первоначальные полосы
частот каждого канала; б — смещение по частоте; в — расположение
полос частот после мультиплексирования
Совместное использование канала
283
Но все-таки главной причиной, по которой в течение последних трех десяти-
летий наблюдается спад интереса к FDM, является повсеместная замена аналого-
вых линий связи цифровыми. Следствием таких замен стала необходимость оциф-
ровки речи для ее передачи в цифровом формате от одного абонента другому
(в пункте назначения выполняется обратная процедура — преобразование циф-
рового сигнала в аналоговый). К 1990 году компании AT&T и MCI заменили 90 %
своих аналоговых линий цифровыми, а компания Sprint заменила таковыми все
свои аналоговые линии. В середине 90-х годов в США через цифровые линии
осуществлялись все междугородние коммуникации, такая же тенденция наблю-
дается и в Европе.
Однако, перефразировав известное изречение Марка Твена еще раз, можно
сказать, что слухи о смерти мультиплексирования с частотным разделением не-
сколько преувеличены. Хотя в настоящее время и наблюдается очевидный спад
интереса к FDM, но появилась новая технология — оптическая передача, — в ос-
нове которой лежит использование именно мультиплексирования с разделением
частоты. В соответствии с этой технологией, FDM используется для передачи
сигналов, имеющих различную длину волн (речь идет об электромагнитных сиг-
налах видимого диапазона), по единому волоконно-оптическому кабелю. Чтобы
понять, как это происходит, достаточно вспомнить опыт из школьного курса фи-
зики: если луч дневного света пропустить через призму, то на стоящем за приз-
мой экране, появится полоса (спектр), состоящая из всех цветов радуги. То есть
дневной свет состоит из электромагнитных волн различной длины (иначе говоря,
сигналов, имеющих различные частоты). Нужную волну нетрудно выделить и пе-
редавать данные с ее помощью по волоконно-оптическому кабелю.
Это, конечно, упрощенное объяснение технологии FDM, но применительно
к волоконно-оптической среде передачи оно в целом довольно точно отражает
суть происходящих процессов. Из главы 7 вы узнаете, что используемое в воло-
конно-оптической среде передачи мультиплексирование с частотным разделением
называется мультиплексированием с разделением по длине волн (Wavelength-
Division Multiplexing, WDM). Но поскольку длина волны является величиной,
обратно пропорциональной частоте (X = 1 //), передача по оптоволокну сигналов
различной длины происходит с использованием различных частот, то есть при-
меняется технология FDM.
Для того чтобы понять, как аналоговый речевой сигнал преобразуется в циф-
ровую форму, вначале следует получить представление о цифровой модуляции и
изучить импульсно-кодовую модуляцию, применяемую для оцифровки речи, по-
скольку именно на этих технологиях основано TDM.
Цифровая модуляция
Как вы уже знаете, по аналоговым телефонным каналам транслируются сигналы
в форме синусоидальных волн, а импульсы передаются по системам цифровой
передачи. С помощью модуляции импульсов в них можно закодировать как ана-
логовую, так и цифровую информацию.
284
Глава 6. Технологии мультиплексирования
Существует три метода цифровой модуляции импульсов для передачи дан
ных (рис. 6.2).
4- При импульсно-амплитудной модуляции (Pulse Amplitude Modulation, РАМ '
для представления аналоговой информации изменяется амплитуда им-
пульсов. Этот метод модуляции очень восприимчив к воздействию посто-
роннего шума.
4- В случае широтно-импульсной модуляции (Pulse Width Modulation, PWM)
кодирование передаваемой информации производится посредством изме-
нения ширины импульсов. Оба названные метода применяются в телефон-
ном коммутационном оборудовании, например в частных АТС.
4- При фазоимпульсной модуляции (Pulse Position Modulation, PPM) кодиро-
вание передаваемой информации заключается в изменении позиции им-
пульсов в группе импульсов, которая называется кадром.
в
Рис. 6.2. Три метода цифровой импульсной модуляции: а — импульсно-амплитудная;
б — широтно-импульсная; в — фазоимпульсная
Импульсно-кодовая модуляция
Использование импульсно-кодовой модуляции (Pulse-Code Modulation, РСМ) по
сравнению с методом импульсно-амплитудной модуляции позволяет значительно
уменьшить влияние постороннего шума на передаваемый сигнал. На рис. 6.3 пока-
зан процесс кодирования дискретного представления аналогового сигнала с по-
мощью импульсно-амплитудной модуляции, но при этом импульсы с различной
амплитудой кодируются в двоичные числа, представляющие импульсы, которые
имеют постоянную амплитуду. После замены подавляющего большинства ком-
муникационных аналоговых линий цифровыми почти все междугородние теле-
фонные коммуникации осуществляются с использованием РСМ (то есть анало-
говые данные передаются в РСМ-формате).
Процесс импульсно-кодовой модуляции состоит из трех этапов: выборки, кван-
тования (оцифровки) и кодирования.
4- Выборка аналогового сигнала осуществляется с частотой 8000 раз в секун-
ду. Такая частота не противоречит теореме Найквиста, согласно которой
Совместное использование канала
285
для корректного восстановления аналогового сигнала количество выпол-
няемых замеров должно в два раза превышать максимальное значение по-
лосы пропускания канала. Поскольку для речевого канала это значение рав-
но 4 кГц, то выборка должна осуществляться именно с частотой 8000 раз в
секунду. Значения выборки, представленные в верхней части рис. 6.3 верти-
кальными линиями, являются значениями напряжения исходного сигнала.
4- При квантовании сигнала значения полученных замеров округляются до
некоторых заранее определенных значений, что приводит к уменьшению
количества используемых амплитуд. Как вы уже знаете из главы 5, одной
из причин, вследствие которых аналоговые модемы не могут передавать
данные с большими скоростями, является наличие шума квантования. Он
возникает в результате искажений сигнала, появляющихся из-за различия
между истинными величинами амплитуд и округленными значениями, по-
лученными в результате квантования.
4- В результате кодирования уменьшается количество исходных значений на-
пряжений РАМ-сигнала — все значения, полученные в ходе выборки, мо-
гут быть закодированы с помощью 8 бит. Для того чтобы упростить изла-
гаемый материал, на рис. 6.3 каждое значение было представлено с помо-
щью 4 бит, хотя на самом деле для этой цели используются 8 бит.
Рис. 6.3. Схема импульсно-кодовой модуляции
Использование РСМ позволило в 60-е годы значительно уменьшить количе-
ство кабелей, соединяющих узлы в сетях и сети различных организаций. В то вре-
мя соединения выполнялись с помощью оборудования, называемого группой ка-
налов. Каждая группа каналов включала в себя кодек (код ер-декод ер), TDM-муль-
типлексор и драйвер линии (преобразователь сигнала, предназначенный для его
усиления при передаче на значительные расстояния). Кодеки обеспечивали дос-
туп и выполняли выборку 24 аналоговых речевых сигналов. Затем полученная
286
Глава 6. Технологии мультиплексирования
последовательность РАМ-сигналов квантовалась и кодировалась с помощью 8 биг
TDM-мультиплексор объединял все 24 потока битов в один высокоскоростно;
последовательный битовый поток, а драйвер линии приводил электрически-
характеристики передаваемого битового потока в соответствие с требованиям,
линии, соединяющей группы каналов. На рис. 6.4 изображена структура системь
передачи данных с помощью групп каналов, которая является предшественнице;
системы передачи Т1.
Показанный на рис. 6.4 повторитель фактически представляет собой серии
устройств, установленных вдоль магистральной линии на расстоянии приблизи-
тельно 6000 футов друг от друга. Каждый повторитель восстанавливает первона-
чальные формы импульсов, передаваемых между группами каналов (то есть реге-
нерирует импульсы). Поскольку повторители после генерирования новых импуль
сов «отбрасывают» принятые импульсы, они тем самым удаляют все искаженна
сигнала, появившиеся при прохождении им предыдущего участка пути. В отли-
чие от повторителей используемые в аналоговых каналах усилители не толькс
повышают напряжение принятого сигнала, но и усиливают искажения. Следова-
тельно, при цифровой передаче обеспечивается более высокое качество сигнала
и уменьшается вероятность появления ошибок, чем при использовании систем
аналоговой передачи.
Группа каналов
Группа каналов
Рис. 6.4. Система передачи данных посредством групп каналов
Кадрирование
За последние четыре десятилетия для обеспечения синхронизации при передаче
между группами каналов было разработано несколько форматов кадрирования
До конца 1980-х годов самым популярным был формат кадрирования D4, но за-
тем в системах Т1 стал использоваться формат ESF, который в настоящее время
является наиболее распространенным.
В соответствии с форматом D4 в начале каждого кадра находится кадрирую-
щий бит (F на рис. 6.5, а). Так как у нас имеется 24 байта по 8 бит, каждый байт
представляет собой оцифрованное значение выборки аналогового сигнала для 24 ре-
чевых каналов. Следовательно, кадр формата D4 состоит из 1 + 24 х 8 = 193 бит.
Кадрирующие биты каждых 12 кадров используются для формирования специ-
ального значения, с помощью которого группы каналов выполняют синхрониза-
цию при приеме данных, передаваемых группой каналов, которая расположена на
другом конце магистральной линии.
В суперкадре формата D4 кадрирующими битами могут поочередно назна-
чаться терминальные кадрирующие биты (FT) и сигнальные кадрирующие биты
(FS). Как показано в нижней части рис. 6.5, терминальные кадрирующие биты
Совместное использование канала
287
состоят из кадрирующих битов, предшествующих данным нечетных кадров. Ис-
пользуемые биты FT формируют состоящее из чередующихся единиц и нулей
альтернативное специальное значение, с помощью которого можно определить, где
заканчивается один кадр и начинается другой. Поэтому последовательность тер-
минальных кадрирующих битов называется также сигналом выравнивания кадра.
Сигнальные кадрирующие биты, формирующие значение, например 001110
(рис. 6.5), предшествуют данным четных кадров. Эти биты предназначены для
определения границ кадров, а также для извлечения из кадров управляющих
(сигнальных) битов. Сигнальные биты используются для передачи информации
о том, снята ли трубка, или, скажем, о ходе установления соединения.
F1 192D F2 192D
F11 192D F12 192D F1 192D
1 кадр = 1 кадрирующий бит + 192 бита данных
Суперкадр = кадры с F1 по F12
а
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12
1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0
Значение терминальных кадрирующих битов (FT) равно 101010
Значение сигнальных кадрирующих битов (FS) равно 001110
б
Рис. 6.5. Кадр формата D4: а — структура кадра; б — значения кадрирующих битов
Еще один формат, называемый расширенным суперкадром (Extended Super-
Frame, ESF), охватывает 24 кадра и представляет собой дополненный формат D4.
Однако в отличие от D4, в котором используются фиксированные значения кад-
рирующих битов, в ESF применяются как фиксированные, так и переменные зна-
чения. Из 24 кадрирующих битов расширенного суперкадра только 6 бит предна-
значены для формирования значения кадрирования и синхронизации, остальные
служат для передачи данных, использующихся при мониторинге сети и опреде-
лении частоты ошибок передачи.
В табл. 6.1 указано назначение каждого из 24 кадрирующих битов формата
ESF. Обратите внимание на символы d в столбце «Используемый бит». Они обо-
значают биты, предназначенные для формирования канала передачи данных меж-
ду группами каналов или двумя устройствами CSU (устройствами обслуживания
канала), подключенными к каналу Т1. Этот канал используется для активизации
или деактивизации петлевого контроля и ретрансляции запроса на передачу уда-
ленными устройствами CSU эксплуатационных данных, а также для передачи
этих данных запрашивающим устройствам. Такие d-биты присутствуют в начале
только нечетных кадров (1, 3, 5,... 21, 23), то есть из 24 кадрирующих битов фор-
мата ESF d-битами являются только 12. Они обеспечивают скорость передачи
4 кбит/с.
288
Глава 6. Технологии мультиплексирования
В том же столбце таблицы символы с указывают на биты, которые использх
ются для вычисления контрольного циклического избыточного кода (Cyclic Re
dundancy Check, CRC) для всех 4632 бит предыдущего расширенного суперкад
ра. Эти кадрирующие биты находятся перед 2, 6, 10, 14, 18 и 22 кадрами. С и
помощью приемник может вычислить свой CRC-код и сравнить его с полученнь,
значением CRC. Если эти значения не совпадают, значит, кадр содержит ошибо
ные биты. Такая проверка позволяет приемнику определить частоту ошибок, во
пикающих при передаче кадров, и качество канала Т1. Фактически вычисленг
CRC-кода выполняют ESF-совместимые блоки CSU. А поскольку для этого ir
пользуются только 6 кадрирующих битов, пропускная способность канала, пред
назначенного для отслеживания частоты ошибок, составляет 2000 бит/с.
Третьим типом кадрирующих битов формата ESF являются биты, использ\ <.
мые в качестве значения кадрирования для синхронизации принимаемых даг
ных. Как следует из табл. 6.1, это кадрирующие биты, расположенные перед 4, >
12, 16, 20 и 24 кадрами. При их передаче генерируется значение 001011, и по
скольку 6 бит составляют четвертую часть общего количества кадрирующих би
тов, можно сказать, что для передачи данных синхронизации применяется кана.
имеющий пропускную способность 2 кбит/с (то есть под этот канал выделен,
четвертая часть канала ESF, пропускная способность которого равна 8 кбит/с)
Таблица 6.1. Назначения кадрирующих битов формата ESF
Номер кадра Используемый бит Номер кадра Используемый бит
1 d 13 d
2 С1 14 с4
3 d 15 d
4 0 16 0
5 d 17 d
6 с2 18 с5
7 d 19 d
8 0 20 1
9 d 21 d
10 сЗ 22 сб
11 d 23 d
12 1 24 1
Система Т1
Магистраль, показанная на рис. 6.4, называется системой Т1. Эта система цифро-
вой передачи изначально предусматривала использование операции мультиплек-
сирования для передачи данных 24 речевых каналов по одной высокоскоростной
линии.
Выборка каждого речевого сигнала выполняется с частотой 8000 раз в секунду,
а для представления данных каждой выборки используется 8 бит. Значит, скорость
Совместное использование канала
289
оцифровки в каждом речевом канале составляет 8000 х 8 = 64 кбит/с (суммарно
за 1 секунду по 24 каналам передается 64 кбит/с х 24 = 1,536 Мбит пользователь-
ских данных). А поскольку кадрирующие биты передаются по каналу со скоростью
8000 бит/с, рабочая скорость системы Т1 составляет 1,536 Мбит/с + 8 кбит/с =
1,544 Мбит/с.
До начала 80-х годов система Т1 использовалась только в больших магист-
ральных коммуникационных линиях, но впоследствии стала применяться и для
прокладки коммуникаций между коммерческими организациями. В иерархии
средств цифровой передачи система Т1, которая обеспечивает рабочую скорость
1,544 Мбит/с, находится на первом уровне. Многие независимые компании для
работы в системе Т1 наладили выпуск мультиплексоров (далее мы будем назы-
вать данные устройства Т1-мультиплексорами). При использовании мультиплек-
соров этого типа появилась возможность интегрированной передачи речевой ин-
формации, данных и видео по единому высокоскоростному (1,544 Мбит/с) ком-
муникационному каналу.
Принцип использования Т1-мультиплексора иллюстрирует рис. 6.6. Обратите
внимание на наличие в нем PCM-карт, с помощью которых выполняется оциф-
ровка аналоговых речевых сигналов, поступающих с офисной АТС. При наличии
цифровой офисной АТС речевой сигнал может подаваться на мультиплексор,
минуя РСМ-карту.
РСМ — PCM-карты, выполняющие оцифровку нескольких
аналоговых сигналов, которые затем объединяются
в один поток данных
CSU — устройство обслуживания канала
РВХ — телефонная система
Рис. 6.6. Мультиплексор в системе Т1
В Т1-мультиплексоре данные обрабатываются с применением однополярного
NRZ-кодирования (см. рис. 5.32, а). И хотя этот формат представления данных
широко используется в компьютерах, электронном оборудовании и для передачи
данных между терминальным оборудованием и оборудованием передачи данных,
для передачи по системе Т1 он не пригоден.
При прокладке первых линий между группами каналов у компаний, владею-
щих коммуникационными средствами, появилось вполне естественное желание
290
Глава 6. Технологии мультиплексирования
передавать по одной линии и цифровые сигналы, и напряжение питания (эле?
тричество). Было предложено для этой цели использовать трансформаторы, к
торые должны располагаться в каждой группе каналов (на каждом конце лини;
и отделять сигналы от передаваемого напряжения питания. Однако для реализ..
ции этой технологии необходимо, чтобы при передаче сигналов в линии отсутс :
вовало остаточное постоянное напряжение. Поэтому был разработан новый ли
тод линейного кодирования — инверсия чередующихся единиц (Alternate Маг.-
Inversion, AMI), или биполярное кодирование (см. рис. 5.32, в).
В большинстве Т1-мультиплексоров выполняется преобразование однопс
лярных NRZ-сигналов в биполярные AMI-сигналы для их последующей переда
чи по магистрали. Однако непосредственно перед передачей цифровой сигнал
должен быть помещен в кадр того формата кадрирования (D4 или ESF), которыи
поддерживается системой цифровой передачи. Эту функцию выполняет устрой
ство обслуживания канала (CSU), которое, кроме того, предназначено для хранс-
ния эксплуатационных данных (при использовании формата кадрирования ESF)
распознавания сетевых кодов, передаваемых коммуникационной системой или.
устройствами, подключенными к системе Т1, и формирования ответа на эти ко
ды, а также для передачи минимального количества двоичных единиц (обеспече
ния минимальной плотности единиц).
Плотность единиц
Как уже говорилось в главе 5, для обеспечения синхронизации повторители долж-
ны передавать по каналу некоторое минимальное количество единиц, поскольку
при наличии в пересылаемых данных длинной строки двоичных нулей синхрони-
зация будет нарушена. Поэтому в канале должно присутствовать устройство, ко-
торое выполняет поиск длинных последовательностей двоичных нулей в переда-
ваемых данных и замену этих нулей последовательностями с необходимой плот-
ностью единиц. Эту функцию также выполняют устройства CSU.
Согласно требованиям системы цифровой передачи, количество последова-
тельно идущих нулей не должно превышать 14 и в каждом 8-битовом байте долж-
на присутствовать, по крайней мере, одна единица. Для поддержки в передавае-
мых данных необходимой плотности единиц используется несколько методов,
в том числе метод подавления седьмого двоичного нуля (В7) и метод замены
восьми двоичных нулей (B8ZS). В соответствии с методом В7, в каждом байте,
состоящем из одних нулей, седьмому биту присваивается значение 1. Примене-
ние этого метода гарантирует наличие необходимой плотности единиц, но это
достигается за счет сокращения числа битов (с восьми до семи), используемых
для передачи пользовательских данных. Это означает, что по каждому из мульти-
плексируемых каналов системы Т1, имеющих пропускную способность 64 кбит/с,
в действительности за 1 с можно передать только 64 кбит/с х 7/8 = 56 кбит поль-
зовательских данных.
Для того чтобы понять, почему метод В7 предусматривает замену именно бита
седьмой позиции, рассмотрим наихудшую ситуацию, которая только может воз-
никнуть при передаче данных (рис. 6.7). Предположим, что за битом, находящим-
ся в первой позиции байта канала 24 и имеющим значение 1, следуют семь би-
тов, имеющих значение 0. Кроме того, предположим, что значение 0 также имеет
кадрирующий бит, следующий за байтом канала 24, и все биты байта канала 1.
Совместное использование канала
291
Если мы изменим на 1 последний бит байта канала 1 (что очень выгодно, посколь-
ку это наименьший значащий бит байта, и его замена не приведет к серьезному
искажению результата выборки), то между единичным битом байта канала 24 и
единичным битом байта канала 1 будет находиться последовательность из 15 ну-
левых битов, что противоречит требованиям системы передачи к минимальной
плотности единиц. Поэтому, согласно методу В7, заменяется именно седьмой по
счету (слева направо) бит.
Канал 24
Бит 1 1 Бит 2 0 Бит 3 0 Бит 4 0 Бит 5 0 Бит 6 0 Бит 7 0 Бит 8 0 Кадр N 0
1 2 3 4 5 6 7 8
I
I
Канал 1
Бит 2 0 Бит 3 0 Бит 4 0 Бит 5 0 Бит 6 0 Бит 7 0 Бит 8 0
9 10 11 12 13 14 15 16
| Значение этого
бита будет заменено 1
Рис. 6.7. Пример использования метода В7
По сравнению с В7 метод B8ZS, разработанный лабораторией Bell Laborato-
ries, представляет собой более усовершенствованный метод поддержки необходи-
мой плотности единиц, поскольку при его применении пользовательские данные
могут передаваться по каналу речевого диапазона со скоростью 64 кбит/с. В соот-
ветствии с этим методом каждый байт, содержащий восемь нулей, заменяется ко-
дом с нарушением биполярности, в котором передаваемые данные не искажаются.
Пример использования метода B8ZS приведен на рис. 6.8.
Давайте вернемся к материалу главы 5 и вспомним, что представляет собой
биполярное кодирование. В соответствии с этим методом кодирования для пред-
ставления следующих друг за другом знаковых битов (или двоичных единиц) ис-
пользуются импульсы противоположной полярности, а для представления про-
белов (или нулей) — нулевое напряжение, то есть напряжение, уровень которого
служит точкой отсчета при определении полярности импульса. А теперь проана-
лизируем работу метода B8ZS. Если перед байтом, состоящим из одних нулей,
был передан положительный импульс (то есть двоичная единица), то начиная с
четвертого бита и выше значения в байте будут содержаться с нарушением бипо-
лярности. Так, четвертый по счету нуль заменяется единицей, для представления
которой применяется тоже положительный импульс, что является нарушением
биполярности. Затем пятый и седьмой биты также заменяются двоичными еди-
ницами, а для их представления используются импульсы отрицательного напря-
жения, что является еще одним нарушением биполярности. Все это показано
в верхней части рис. 6.8. Обратите внимание, что для представления четвертого и
восьмого битов использовались положительные импульсы, а для представления
292
Глава 6. Технологии мультиплексирования
пятого и седьмого — отрицательные. То есть при использовании метода B8ZS кс
дирование байта, состоящего из одних нулей, выполняется с нарушениями бипс
лярности, однако это не приводит к возникновению остаточного постоянного ш.
пряжения. Из-за нарушений биполярности байта принимающее устройство CS
воспринимает его именно как байт, состоящий из одних нулей, и заменяет прин;-
тую последовательность битов, полученную в результате применения метода B8Z '
восемью двоичными нулями. Если перед байтом, состоящим из одних нулей, бы
передан импульс, имеющий отрицательное напряжение, выполняются те же де;
ствия, но для представления знаковых битов используются импульсы противог
ложных напряжений (см. нижнюю часть рис. 6.8).
Преднамеренные нарушения биполярности
В рассмотренном выше примере четвертый и восьмой биты закодированы с на-
рушением биполярности и совпадают по знаку с импульсом, который был пере-
дан до байта, состоящего из одних нулей, а в позициях пятого и седьмого битов
помещаются импульсы полярности, противоположной полярности импульсов в
позициях четвертого и восьмого битов. Количество положительных импульсов
преобразованного байта равно количеству отрицательных импульсов, вследст-
вие чего остаточное напряжение не возникает.
При использовании метода B8ZS биполярность преднамеренно нарушается.
Примером таких нарушений могут служить и коды обратной связи, при приеме
которых устройство CSU переходит в режим работы (тестирования), позволяю-
щий выполнить петлевой контроль. Преднамеренные нарушения биполярности
нельзя назвать ошибками кодирования, поскольку таковыми являются именно
непреднамеренные нарушения, возникающие в результате повреждений канала
передачи. Статистические данные о количестве нарушений биполярности, об-
наруженных за определенный период времени, используются для определения
качества цифрового канала.
До применения метода B8ZS
каждый из байтов (А и Б)
состоял из одних нулей
Байт, закодированный
с нарушением биполярности
Бит N Бит 1 Бит 2 Бит 3 Бит 4 Бит 5 Бит 6 Бит 7 Бит 8
(В) —
Рис. 6.8. Кодирование с нарушением биполярности
при использовании метода B8ZS
Совместное использование канала
293
Иерархия систем цифровой передачи
Системы цифровой передачи данных имеют свою иерархию. В Северной Амери-
ке на верхней ступени такой иерархии находится система Т1. Передаваемые по
ней сигналы называются DS 1-сигналами, где DS — аббревиатура от Digital Signal
(цифровой сигнал), а 1 — номер в иерархии средств цифровой передачи. По мере
развития коммуникационных устройств были разработаны различные схемы
мультиплексирования, с помощью которых несколько сигналов DS1 можно объе-
динить в один сигнал более высокого уровня. В табл. 6.2 перечислены типы сис-
тем, названия их сигналов, возможное количество одновременно передаваемых
DS 1-сигналов, а также обеспечиваемые скорости передачи.
Как следует из этой таблицы, в сигналах более высокого уровня содержатся
несколько сигналов DS1, однако скорости передачи, поддерживаемые системами,
не кратны скорости 1,544 Мбит/с (скорости системы Т1, по которой передаются
DSl-сигналы). Объясняется это тем, что в системах более высокого уровня ис-
пользуются промежуточные мультиплексоры, которые для компенсации разли-
чий в синхронизации DS1-сигналов выполняют вставку холостых дополнитель-
ных битов.
Таблица 6.2. Иерархия систем цифровой передачи, используемых
в Северной Америке
Система Сигнал Количество передаваемых DS1 -сигналов Рабочая скорость, Мбит/с
Т1 DS1 1 1,544
Т1С DS1C 2 3,152
Т2 DS2 4 6,312
ТЗ DS3 28 44,736
Из перечисленных в табл. 6.2 четырех систем только Т1 и ТЗ предлагаются
абонентам различных коммерческих служб в качестве выделенных линий — они
могут быть арендованы как каналы передачи с разбиением на подканалы и без та-
кового. Для того чтобы вы понимали, чем руководствоваться при выборе типа
системы для аренды, рассмотрим два сценария. Первый сценарий: вам предлага-
ют канал для соединения двух частных АТС или аналогичного оборудования,
с помощью которого будут передаваться DSl-сигналы; в каждом сигнале исполь-
зуются 24 предварительно определенных временных слота, каждый из которых
предназначен для передачи одного речевого сигнала, для оцифровки которого
применяется РСМ. Второй сценарий: вам предлагается канал, по которому могут
передаваться не только данные, но и речевая информация, поэтому обеспечивает-
ся большая гибкость передачи. Если ваша ситуация соответствует первому сцена-
рию, следует арендовать канал с разбиением на подканалы (то есть вам нужен ка-
нал, подразделенный на серию подканалов, по каждому из которых можно переда-
вать оцифрованный речевой сигнал со скоростью 64 кбит/с). В противном случае
вам больше подойдет аренда канала без разбиения на подканалы.
294
Глава 6. Технологии мультиплексирования
Мультиплексирование с разделением времени
Как уже говорилось ранее, для соединения с помощью системы Т1 двух групп ка
налов применяются Т1-мультиплексоры. Фактически это одни из самых первы
типов устройств, в которых используется технология мультиплексирования с раз
делением времени (TDM). Т1-мультиплексоры применялись в аналоговых выде-
ленных линиях и каналах низкоскоростной цифровой службы передачи инфор
мации (DDS) еще до того, как системы Т1 стали доступными для коммерчески’-
организаций. При использовании TDM в аналоговых выделенных линиях и ка
налах DDS существуют ограничения, согласно которым суммарная скорость ш
редачи данных не может превышать определенные величины. Так, в аналоговь
выделенных линиях суммарная скорость передачи данных не может превышат.
28,8 кбит/с. Это объясняется тем, что данная величина соответствует максималь
ной скорости, с которой могут работать модемы, предназначенные для примене
ния в выделенных линиях. При использовании TDM-мультиплексоров в канала'
DDS скорость передачи данных не должна превышать 56 кбит/с — это ограниче-
ние связано со спецификой предлагаемой службы.
Стоимость пары TDM-мультиплексоров, включая стоимость эксплуатации
ниже стоимости нескольких выделенных линий, которые они могут заменить
Поэтому при задействовании в локальных сетях организаций они окупаются ме-
нее чем за год.
Сравнение стоимости
Для того чтобы убедиться в экономической целесообразности приобретения ор-
ганизацией мультиплексоров, рассмотрим следующий пример. Предположим, во-
семь терминалов филиала фирмы, расположенного в Сан-Франциско, должны
обмениваться данными с мэйнфреймом главного офиса, который находится в Чи-
каго. В течение рабочего дня суммарная продолжительность сеансов обмена дан-
ными между одним терминалом и мэйнфреймом составляет 5 ч. Если стоимость
1 ч эксплуатации коммутируемой телефонной сети равна 9 долларам, то при та-
кой схеме работы ежедневные расходы организации только на передачу данных
составят 360 долларов. То есть в конце месяца, учитывая, что в месяце 22 рабочих
дня, фирма должна будет заплатить телефонной компании около 8000 долларов
Кроме того, к этой сумме необходимо добавить стоимость эксплуатации модемов
или блоков DSU, используемых в выделенной линии, которая соединяет главный
офис с филиалом.
А теперь предположим, что фирма решила реорганизовать схему работы и при-
обрести мультиплексоры. Примерная схема подключения всех устройств показа-
на на рис. 6.9.
Допустим, что каждый мультиплексор стоит 2000 долларов, а за аренду выде-
ленной линии фирма платит ежемесячно 1000 долларов. При такой схеме работы
за год расходы фирмы, связанные с обменом данными, составят 16 000 долларов
(без учета стоимости модемов или блоков DSU). В следующем году расходы со-
кратятся до 12 000 долларов, поскольку фирма должна будет платить только за
аренду выделенной линии. То есть при использовании мультиплексоров за два
Совместное использование канала
295
года расходы составят 28 000 долларов. Для сравнения: работая по старой схеме,
фирма потратит 192 000 долларов. Как говорится, комментарии излишни.
Сан-Франциско
Чикаго
Рис. 6.9. Пример использования мультиплексоров
Существует еще один положительный момент при использовании систем муль-
типлексирования: стоимость таких систем стабильна и предсказуема, поскольку
большую ее часть составляет стоимость арендуемой выделенной линии, завися-
щая от протяженности последней, а не от частоты использования. А поскольку на
рынке коммуникационных средств существует жесткая конкуренция, стоимость
аренды выделенной линии имеет тенденцию к уменьшению. Для сравнения: стои-
мость эксплуатации коммутируемого телефонного канала зависит от продолжи-
тельности сеанса связи, расстояния между абонентами, дня недели и времени су-
ток, а также от того, требуется ли для установления соединения вмешательство
оператора связи. Поэтому если хотя бы у нескольких терминалов увеличится ко-
личество подлежащих передаче данных (что приведет к увеличению продолжи-
тельности сеансов обмена), то существенно возрастет и сумма, выплачиваемая
фирмой телефонной компании.
Работа TDM-мультиплексора
Уже само название устройств этого типа указывает на то, что во время работы
они используют мультиплексирование по времени. Рисунок 6.10 иллюстрирует
процесс демультиплексирования данных, полученных мэйнфреймом, который
расположен в одном пункте, от трех удаленных терминалов, расположенных в
другом пункте. Для того чтобы упростить изложенный материал, примем, что
терминал 1 передает последовательность символов ВА, терминал 2 — последова-
тельность DC, а терминал 3 — последовательность FE. После первого сканирова-
ния портов, к которым подключены терминалы, TDM-мультиплексор 1 обнару-
живает, что на порт 1 поступил символ А, на порт 2 — символ С, а на порт 3 -
символ Е. Далее TDM-мультиплексор принимает данные каждого порта и фор-
мирует передаваемый кадр, содержащий последовательность символов ЕСА. За-
тем процесс повторяется — с портов считываются символы F, D и В и формиру-
ется второй кадр. Фактически каждый TDM-кадр содержит также символы
синхронизации, предшествующие пользовательским данным, и данные, получен-
ные в результате одного или нескольких сканирований.
На принимающем TDM-мультиплексоре 2 (также может использоваться де-
мультиплексор) демультиплексирование данных выполняется с учетом их позиции
в кадре. Поскольку символ А находится в кадре 1 на первой позиции (рис. 6.10),
296
Глава 6. Технологии мультиплексирования
этот байт информации подается на порт 1 мультиплексора. Аналогичным обр,.
зом обрабатываются и два оставшихся символа первого кадра — символ С поде-
ется на порт 2, а символ Е — на порт 3. Затем TDM-мультиплексор 2 проверяе
данные, содержащиеся во втором кадре, и пересылает их на соответствующи-
порты: первый байт (В) на порт 1, второй байт (D) на порт 2, а байт F на порт 3.
Рис. 6.10. Мультиплексирование и демультиплексирование данных
Системы TDM имеют свои ограничения, для понимания природы которых не-
обходимо рассмотреть работу терминальных устройств. Предположим, что в фи-
лиале фирмы имеется несколько терминалов. В какой-то промежуток времени
может сложиться ситуация, когда одни пользователи читают файлы справки, пы-
таясь определить, как работать с инсталлированным программным обеспечением
или как ответить на сообщение, требующее ввода данных в определенном форма-
те, другие пользователи старательно вводят данные или принимают их, а третьи
просто устроили себе небольшой перерыв. То есть в любой момент времени су-
ществует большая вероятность того, что на каком-то компьютере (компьютерах)
не будет производиться ни передача данных, ни их прием. Поскольку в соответст-
вии с технологией TDM демультиплексирование данных выполняется на основе
их позиции в кадре, отсутствие активности на некоторых портах может привести
к неправильной интерпретации данных. Чтобы избежать таких ситуаций, при
сканировании передающий TDM-мультиплексор вставляет в соответствующие
неактивным терминалам позиции в кадре символы NULL.
На принимающем мультиплексоре символы NULL отбрасываются, а соответ-
ствующим подключенным устройствам просто ничего не передается.
Ввод символов NULL позволяет корректно выполнять демультиплексирова-
ние, однако канал связи при этом используется неэффективно. Например, если
несколько пользователей терминалов не передают данные, большинство пересы-
лаемых кадров содержат избыточное количество символов NULL. Следователь-
но, коммуникационный канал между TDM-мультиплексорами большую часть
F
Статистическое мультиплексирование с разделением времени 297
времени используется очень неэффективно. Этот же недостаток присущ и Т1-
мультиплексорам, однако благодаря высокой скорости передачи (1,544 Мбит/с)
они могут обслуживать одновременно несколько сотен устройств, что несколько
компенсирует неэффективность использования канала. TDM-мультиплексоры,
работающие в аналоговых сетях или сетях службы DDS, поддерживают передачу
данных на значительно меньших скоростях и могут одновременно обслуживать
гораздо меньшее количество устройств. Поэтому, стремясь добиться большей
производительности устройств при функционировании в этих сетях, фирмы-по-
ставщики разработали еще один тип мультиплексоров — статистические мульти-
плексоры с разделением времени (Statistical Time-Division Multiplexer, STDM).
При их применении достигается значительно большая эффективность передачи
данных, чем при использовании TDM-мультиплексоров.
Статистическое мультиплексирование
с разделением времени
Если в технологии TDM кадры имеют фиксированную длину, а демультиплекси-
рование производится на основе позиций данных в кадре, то в технологии STDM
используются кадры переменной длины. Для того чтобы вы поняли, как работает
STDM-мультиплексор, мы опишем процесс создания таких кадров, а затем рас-
смотрим один из нескольких методов формирования информации в мультиплек-
сированном кадре.
Работа STDM-мультиплексора
Предположим, что к STDM-мультиплексору подключено восемь терминалов
(рис. 6.11, а) и в течение первой операции сканирования активными были терми-
налы 1, 2, 3 и 6, с портов которых считаны символы X, Y, Z и Q. соответственно.
Во время выполнения сканирования в кадр STDM-мультиплексора помещается
битовая карта. Если при сканировании было обнаружено, что у терминала 1 есть
данные, подлежащие передаче, первому биту битовой карты присваивается зна-
чение 1. Если же терминал не проявляет активности, соответствующему биту би-
товой карты присваивается значение 0.
Структура кадра, используемого при STDM-мультиплексировании, показана
на рис. 6.11, б. Благодаря внедрению битовой карты размер передаваемого кадра в
тех случаях, когда некоторые из терминалов не проявляют активности, можно
значительно уменьшить. Так, в рассматриваемом нами случае при сканировании
выяснилось, что активными являются терминалы 1, 2, 3 и 6, следовательно, в би-
товой карте битам, занимающим позиции 1, 2, 3 и 6, присваиваются значения 1.
Одновременно с присвоением биту этого значения в кадр переменной длины до-
бавляется символ, считанный с порта, к которому подключен активный терминал.
То есть при использовании битовых карт абсолютно точно указывается, какой тер-
минал какие данные передает, а значит, нет необходимости добавлять в кадр сим-
волы NULL.
298
Глава 6. Технологии мультиплексирования
В целом STDM-мультиплексоры могут обслуживать в два, а то и в четыре раза
больше источников асинхронных данных, чем традиционные TDM-мультиплек-
соры. При оценке производительности работы мультиплексоров используется тер-
мин коэффициент нагрузки (service ratio). STDM-технология предусматривает
не только сокращение размеров передаваемых кадров при слабой активности тер-
миналов, но и удаление из каждого передаваемого символа стартовых и стоповых
битов, а также битов четности с последующим восстановлением прежней струк-
туры переданных данных при демультиплексировании. Кроме перечисленных вы-
ше функций, некоторые STDM-мультиплексоры выполняют сжатие данных, что
еще больше повышает их коэффициент обслуживания.
Данные,
Терминал подлежащие передаче
1 X
2 Y
3 Z
4 Нет данных
5 Нет данных
6 Q
7 Нет данных
8 Нет данных
Кадр
00100111 Битовая карта
X Данные кадра
Y
Z
Q
б
Рис. 6.11. STDM-мультиплексирование: а — передача кадра; б — структура кадра
Коэффициент нагрузки
Для того чтобы лучше понять, что такое коэффициент нагрузки мультиплексора,
обратимся к рис. 6.12, а, где показано, как используется обычный TDM-мультип-
лексор, подключенный к модему, скорость передачи которого равна 9600 бит/с
Если данные от терминалов передаются на обычный TDM-мультиплексор, коли-
чество данных, поступающих за единицу времени на его вход, не должно превы-
шать количество данных, передаваемых за тот же промежуток времени модему.
Поскольку скорость передачи модема равна 9600 бит/с, следовательно, TDM-
мультиплексор может обслуживать максимум 8 терминалов, пересылающих дан-
ные со скоростью 1200 бит/с.
Если коэффициент нагрузки STDM-мультиплексора равен 2, это означает, что
данные на его вход могут подаваться со скоростью, которая в два раза превышает
Статистическое мультиплексирование с разделением времени
299
скорость в канале передачи. То есть при замене TDM-мультиплексора STDM-
мультиплексором данные по-прежнему будут передаваться модему со скоростью
9600 бит/с, а на входе они будут приниматься со скоростью 19 200 бит/с (9600 х 2).
Скорость передачи данных
по каналу — 9600 бит/с
Суммарная скорость поступления данных на вход TDM-мультиплексора — 9600 бит/с
а
Скорость передачи данных
по каналу — 9600 бит/с
Суммарная скорость поступления данных на вход STDM-мультиплексора — 19 200 бит/с
б
Рис. 6.12. Сравнение производительности мультиплексоров TDM и STDM:
а — использование обычного TDM-мультиплексора; б — использование
STDM-мультиплексора, имеющего коэффициент нагрузки 2:1
Рассмотрим наихудший из возможных сценариев, при котором каждый из
терминалов является персональным компьютером. Предположим, что в какой-то
момент времени пользователи одновременно начали передавать по каналу файлы
больших размеров. В этой ситуации суммарная скорость поступления данных на
вход STDM-мультиплексора составит 19 200 бит/с, и он будет непрерывно полу-
чать все новые и новые данные. Даже если отбросить все стартовые и стоповые
биты, а также биты четности, суммарная скорость поступления данных на муль-
типлексор будет заметно превышать пропускную способность канала. В STDM-
мультиплексоре имеется буфер памяти, предназначенный для хранения подле-
жащих передаче данных, но если каждый из терминалов будет продолжать вести
интенсивную передачу данных, буфер переполнится, что приведет к потере части
300
Глава 6. Технологии мультиплексирования
данных. Чтобы предотвратить таковую, STDM-мультиплексор начинает упра
лять потоком входных данных, то есть при определенной степени заполнения б’
фера временно отключает один или более терминалов (передает команду остан
вить передачу). После того как часть данных будет передана в канал и в буфе;
появится свободное пространство, STDM-мультиплексор разрешит ожидающих
терминалам возобновить передачу своих данных.
Благодаря тому что на входе STDM-мультиплексоры могут получать даннь
со скоростью, которая в два-четыре раза превышает скорость передачи данны
по коммуникационному каналу, они стали очень популярны. К 1990 году почт.
80 % всех мультиплексоров с разделением времени поддерживали также функ
цию статистического мультиплексирования. Обычные же TDM-мультиплексор!
(например, Т1-мультиплексоры) используются преимущественно в тех случаях
когда приходится работать с приложениями, очень чувствительными к задерж
кам при передаче данных.
Как уже говорилось ранее, к 1990 году почти все TDM-мультиплексоры былг
вытеснены STDM-мультиплексорами. Но прогресс не стоит на месте — со време-
нем появились новые технологии, и в настоящее время мы являемся свидетелями
того, как вытесняются маршрутизаторами устройства статического мультиплек-
сирования. Правда, некоторыми STDM-мультиплексорами маршрутизация под-
держивается, однако это лишь частичная поддержка, поэтому возможности таких
мультиплексоров крайне ограничены. В частности, STDM-мультиплексоры не
пригодны для создания сложных сетей. Кроме того, маршрутизаторы поддержи-
вают соединения между локальными сетями, в то время как STDM-мультиплек-
соры разрабатывались прежде всего для поддержки прямых или коммутируемых
соединений. На сегодняшний день технология STDM в основном используется в
устройствах, где должно производиться мультиплексирование речевого сигнала
То есть в данном случае мультиплексирование применяется как дополнительная
функция устройств, которые установлены в каналах, соединяющих офисы не-
больших фирм.
Низкоскоростные мультиплексоры
речь/данные
В результате объединения некоторых возможностей, предоставляемых обеими
технологиями мультиплексирования (TDM и STDM), был создан новый тип
мультиплексоров, предназначенных для передачи как данных, так и речевой ин-
формации, — низкоскоростные мультиплексоры речь/данные. Главной отличи-
тельной чертой таких мультиплексоров является их способность оцифровывать
речь на скоростях, которые значительно меньше скорости, достигаемой при ис-
пользовании РСМ (64 кбит/с). Поэтому, рассматривая данную тему, мы вначале
сосредоточим внимание на нескольких методах, используемых этими устройст-
вами для оцифровки речи.
Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные
301
Методы оцифровки речи
За последние четыре десятилетия было разработано немало технологий оциф-
ровки речи, которые можно разделить на три категории в зависимости от исполь-
зуемого метода кодирования: кодирование формы сигнала, вокодерное кодирова-
ние и смешанное (гибридное) кодирование. Мы рассмотрим наиболее популяр-
ные из этих технологий.
Кодирование формы сигнала
Этот метод предназначен для обработки только аналоговых сигналов. Применя-
ется он с целью максимально точно передать информацию о форме сигнала. Зна-
чения напряжений сигнала, полученные в результате выборки, при кодировании
преобразуются в дискретные значения, двоичные представления которых затем
используются при модуляции сигнала. И хотя для передачи сигналов, получен-
ных этим методом, требуется наибольшая ширина полосы пропускания, он обес-
печивает самое высокое качество передачи речи. Метод кодирования формы ана-
логового сигнала применяется в таких технологиях, позволяющих оцифровывать
речь с качеством телефонной связи, как PCM, ADPCM и CVSD.
Вокодерное кодирование
При использовании метода вокодерного кодирования речи восстановление сиг-
налов производится на основе анализа особенностей образования речи и ее вос-
приятия человеком, однако форма восстановленного сигнала при этом может отли-
чаться от формы исходного сигнала. Принципиальное отличие вокодерного ко-
дирования от кодирования формы состоит в том, что по каналу связи передается
не сам сигнал, а параметры модели его образования. Руководствуясь этими пара-
метрами, приемник восстанавливает сигнал.
Обычно при использовании вокодерного кодирования оцифровка речи осу-
ществляется на очень низких скоростях, к тому же в восстановленной речи появ-
ляются металлические нотки. Одной из наиболее популярных технологий, в ко-
торых применяется данный метод, является линейное предсказывающее кодиро-
вание, согласно которому выборка сегментов речи выполняется через каждые
20 мс и кодируются параметры, необходимые для ее восстановления. Такое коди-
рование применяется для передачи речевых сигналов со скоростью 2400 или
4800 бит/с.
В 70-80-е годы устройства, поддерживающие вокодерное кодирование речи,
стали широко применяться в частных сетях. С их помощью и с использованием
мультиплексирования по аналоговым каналам, пропускная способность которых
равна 9600 бит/с, можно было одновременно передавать четыре телефонных раз-
говора. Однако такие устройства имеют высокую стоимость.
Гибридное кодирование
Определив достоинства и недостатки описанных выше методов кодирования,
разработчики взяли все лучшее и создали новый метод, получивший название
гибридное кодирование. Устройства, выполняющие кодирование в соответствии
с этим методом (далее мы будем называть их гибридными кодерами), вначале
302
Глава 6. Технологии мультиплексирования
осуществляют выборку речевого сигнала, а затем анализируют ее, как устройств
вокодерного кодирования речи. Но вместо того чтобы немедленно передать пр<
анализированные параметры речевого сигнала, гибридные кодеры используют г
для его восстановления, а затем сравнивают полученный сигнал с первоначал
ным, и если обнаруживаются существенные расхождения, то они ликвидируют
путем подбора соответствующих параметров. В результате такого подхода удае
ся создать более достоверную модель речи, чем при использовании метода воке
дерного кодирования речи. В методе гибридного кодирования удалось объеди
нить лучшие черты двух предыдущих методов и добиться высококачественно?
передачи речи по низкоскоростным каналам.
Сейчас метод гибридного кодирования широко используется в цифровой ме
бильной связи. Возможно, наиболее популярная технология, основанная на дш
ном методе, применяется в мобильной телефонной связи стандарта GSM (Gener,.
Systems for Mobile).
Еще одной технологией по методу смешанного кодирования является линейное
предсказание с кодовым возбуждением (Coded Excited Linear Prediction, CELP)
которая была недавно стандартизирована ITU. Данная технология обеспечивает
оцифровку речи, передаваемой со скоростью от 5 до 16 кбит/с. В соответствии с
этой технологией, была создана речевая кодовая книга, с помощью которой вме
сто целой серии параметров речи можно передать только номер записи, содержа-
щий данные параметры. Благодаря использованию кодовой книги речь можно
передавать с высоким качеством и по каналам, имеющим малую пропускную спо-
собность.
Гибридные кодеры были разработаны еще десять лет назад, однако широкое
применение получили недавно, поскольку коммерчески выгодными стали только
после создания недорогого цифрового процессора сигналов (Digital Signal Pro-
cessor, DSP), способного обрабатывать до 200 миллионов операций в секунду
На сегодняшний день различные гибридные кодеры, поддерживающие техноло-
гию CELP, встраиваются в мультиплексоры, устройства доступа к сети Frame
Relay (Frame Relay Access Devices, FRAD), а также речевые шлюзы. Благодаря
этому обеспечивается высококачественная передача оцифрованной речи по низко-
скоростным каналам частных сетей, сетей Frame Relay и Интернета.
Адаптивная дифференциальная
импульсно-кодовая модуляция
Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (Adaptive Differen-
tial Pulse-Code Modulation, ADPCM) представляет собой технологию оцифровки и
сжатия речи, в которой вместо кодирования значений выборки с помощью 8 бит,
используемых в соответствии с РСМ, применяются 4-битовые слова, каждое из ко-
торых служит для представления одного из 16 уровней оцифровки. В отличие от
РСМ, где 8 бит служат для определения амплитуды сигнала, в ADPCM 4-битовые
слова предназначены для представления разности между значениями двух после-
довательных выборок. При использовании технологии ADPCM оцифрованную
речь можно передавать со скоростью 32 кбит/с (для сравнения: в случае приме-
нения РСМ данные должны передаваться со скоростью 64 кбит/с).
Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные
303
Создавая эту технологию, разработчики учли тот факт, что при выборке рече-
вого сигнала с частотой 8000 раз в секунду амплитуды сигналов двух соседних
выборок не очень сильно отличаются друг от друга. В устройства, поддерживаю-
щие технологию ADPCM, встраиваются микросхемы с адаптивным предсказы-
вающим кодированием, которые, исходя из значения предыдущей выборки, пы-
таются определить значение следующей. Кроме того, благодаря использованию
в предсказывающем блоке цепи обратной связи существенно уменьшается веро-
ятность появления большой разности между предсказываемым и истинным зна-
чениями выборок. Анализ разности между этими значениями замеров показал,
что для их представления вполне достаточно четырех битов. При использовании
ADPCM уменьшается отношение сигнал/шум и снижается точность восстанов-
ления сигнала. Но когда технология ADPCM применяется для оцифровки обыч-
ной речи, восстановленный сигнал очень трудно отличить от высококачественно-
го сигнала, полученного при использовании РСМ.
Технологии ADPCM и РСМ различаются прежде всего характеристиками мо-
демов, используемых для передачи оцифрованной речи. Технология РСМ требует
применения модемов, работающих со скоростями до 33,6 кбит/с, тогда как техно-
логия ADPCM благодаря использованию адаптивного предсказывания поддер-
живает модемы, передающие данные со скоростью до 9,6 кбит/с. При скорости
передачи выше 33,6 кбит/с сигналы изменяются слишком быстро, чтобы быть
корректно предсказанными, поэтому уровень ошибок значительно возрастает. Вот
почему ADPCM в основном используется в частных сетях, где каналы речевого
диапазона могут быть отведены для передачи речи, оцифрованной с помощью
ADPCM, а остальные каналы могут предназначаться для передачи данных.
Некоторые из используемых в настоящее время технологий ADPCM поддер-
живают передачу данных со скоростью 32 кбит/с, другие, стандартизированные
версии этой технологии оцифровки речи, предназначены для работы со скоростя-
ми 40 и 16 кбит/с (причем при передаче со скоростью 40 кбит/с качество восста-
навливаемого сигнала выше).
Оцифровка речи по технологии CVSD
Дельта-модуляция с переменной крутизной входного аналогового сигнала (Con-
tinuously Variable Slope Data, CVSD) представляет собой низкоскоростную тех-
нологию оцифровки речи, которая первоначально разрабатывалась для примене-
ния военным ведомством, но заняла достойное место среди методов оцифровки
речи и на коммерческом рынке.
В основе технологии CVSD лежит следующая закономерность: чем выше час-
тота выборки сигнала, тем меньше разность между значениями амплитуд двух со-
седних выборок. То есть при достаточном увеличении частоты выборки можно
добиться того, что для двоичного представления разности между значениями ам-
плитуд двух соседних выборок может быть использован всего лишь один бит. Бо-
лее того, с помощью одного бита указывается направление изменения крутизны
входного аналогового сигнала. Если этот бит имеет значение 1, разность между
значениями амплитуд соседних выборок (крутизна) увеличивается, а если этот
304
Глава 6. Технологии мультиплексирования
бит имеет значение 0 — уменьшается. Как производится кодирование в даю-
случае, можно понять из рис. 6.13.
Технология CVSD поддерживает две частоты выборки, 32 000 и 16 000 раз в с
кунду, а следовательно, и две скорости передачи данных, 32 кбит/с и 16 кбит
Если при работе со скоростью 16 кбит/с для оцифровки речи использовать э-
технологию, эффективность передачи будет в четыре раза выше, чем при оци:
ровке речи с помощью РСМ (при той же скорости), и в два раза выше, чем в ел
чае применения ADPCM. Однако поскольку в CVSD изменение крутизны уы.
зывается посредством только одного бита, для передачи речи, оцифрование
с помощью этой технологии, не рекомендуется использовать модемы, предназы.
ченные для передачи данных.
Технология CVSD, равно как и технология ADPCM, предназначена в первх •
очередь для передачи оцифрованной речи с применением низкоскоростных мульт,
плексоров речь/данные. Подробнее об этом будет рассказано в следующем разделе
Рис. 6.13. Кодирование речи с помощью технологии CVSD
Использование мультиплексоров речь/данные
Как уже говорилось выше, низкоскоростные мультиплексоры речь/данные можне
рассматривать как устройства, которые выполняют функпии, присущие TDM- г
STDM-мультиплексорам. Блок устройства, выполняющий функции TDM-муль-
типлексора, используется исключительно для мультиплексирования двух или бо-
лее оцифрованных речевых сигналов и передачи их по высокоскоростному кана-
лу. Хотя мы и ранее использовали термин «высокоскоростной канал», на самом
деле речь шла всего лишь о скорости 56 или 64 кбит/с, что выглядит довольно
скромно по сравнению с показателями Т1 -мультиплексора. Предположим, низ-
коскоростной мультиплексор речь/данные соединен с цифровой выделенной ли-
нией, обеспечивающей скорость передачи 64 кбит/с. Он принимает три речевых
сигнала, и речь оцифровывается с помощью технологии CVSD. Суммарная ско-
рость передачи оцифрованных речевых сигналов составит 48 кбит/с. Это означа-
ет, что блок статического мультиплексирования сможет передавать свои данные
только со скоростью 16 кбит/с (64 - 48).
Низкоскоростные мультиплексоры речь/данные
305
Рассмотрим рис. 6.14, на котором показано распределение каналов цифровой
выделенной линии с пропускной способностью 64 кбит/с. Каждому речевому сиг-
налу выделено по одному временному слоту, то есть можно сказать, что каждый
мультиплексированный оцифрованный речевой сигнал передается по отдельному
каналу со скоростью 16 кбит/с. Что же касается данных, то для них выделен всего
лишь один временной слот, что равносильно суммарной скорости их передачи
16 кбит/с. Данная технология гарантирует, что каждый оцифрованный речевой
сигнал будет передан независимо от статистически мультиплексированных дан-
ных и что при этом не возникнут задержки, способные привести к некорректному
восстановлению сигнала.
Канал статистически мультиплекси- рованных данных Канал 3 Канал 2 Канал 1
---16 кбит/с
16 кбит/с
к*--------------------------------64 кбит/с----------------------------------
16 кбит/с
Рис. 6.14. Распределение каналов мультиплексора
Рассмотрим следующий пример использования низкоскоростного мультиплек-
сора речь/данные. Предположим, что в центральном офисе и в филиале фирмы
имеются частные АТС и что в среднем в течение рабочего дня постоянно исполь-
зуются три телефонных канала. Также предположим, что 10 низкоскоростных
(2400 бит/с) терминалов, расположенных в филиале, время от времени обмени-
ваются данными с компьютером, находящимся в центральном офисе.
Схема соединения устройств, соответствующая описанному выше сценарию,
изображена на рис. 6.15. Здесь для обеспечения одновременной передачи речевой
информации и данных по каналу с пропускной способностью 64 кбит/с, проло-
женному между центральным офисом фирмы и ее филиалом, используется пара
низкоскоростных мультиплексоров речь/данные. Каждый из этих мультиплексо-
ров имеет три встроенные адаптерные платы CVSD, на которые по трем телефон-
ным линиям офисных АТС поступают аналоговые сигналы. После оцифровки
для каждого из сигналов выделяется временной слот, в котором можно за одну
секунду передать 16 кбит данных (см. рис. 6.14). Для мультиплексирования дан-
ных, поступающих от десяти низкоскоростных терминалов, применяется техно-
логия STDM. Причем, как уже говорилось ранее, для их передачи выделен толь-
ко один временной слот (то есть они пересылаются со скоростью 16 кбит/с). Ес-
ли все десять терминалов одновременно начнут передавать файлы компьютеру
центрального офиса, данные будут поступать на мультиплексор с суммарной ско-
ростью 24 кбит/с, что превысит объем данных, который может быть передан с по-
мощью одного временного слота. При возникновении такой ситуации мультип-
лексор инициирует функцию управления потоком, с помощью которой указывает
одному или нескольким терминалам на необходимость приостановить передачу.
306
Глава 6. Технологии мультиплексирования
Что касается экономической целесообразности использования мультиплекс
ра речь/данные, то при оценке его окупаемости следует принимать во вниман?
следующие факторы: расстояние между связывающимися сторонами, текущий
ожидаемый трафики коммутируемой телефонной сети, количество подлежат;
мультиплексированию речевых каналов и каналов данных, а также стоимость с.
мото мультиплексора. Заметим, что в среднем мультиплексор окупает себя за д,-
месяца.
Филиал
Рис. 6.15. Использование низкоскоростных мультиплексоров речь/данные
Резюме
4 Мультиплексирование представляет собой процесс совместного использо-
вания средств передачи с применением разделения частоты или времени
4- Замена большинства аналоговых коммуникационных каналов цифровыми
привела к замене систем FDM системами TDM.
4 Для корректного восстановления аналогового сигнала частота его выборки
должна быть в два раза больше ширины его спектра.
4 Повторители регенерируют цифровые импульсы, удаляя при этом любые
искажения. Этим они отличаются от используемых в аналоговых каналах
усилителей, которые усиливают не только сигнал, но и искажения.
4 Кадрирование — это метод синхронизации групп каналов.
4 При использовании формата кадрирования D4 принимающему устройству
предоставляются только данные синхронизации, а при использовании фор-
мата ESF ему передаются также статистические данные, применяемые для
мониторинга производительности.
4 В соответствии с форматом ESF, вместе с каждым суперкадром передаются
24 кадрирующих бита, из которых 12 являются битами канала данных, 6
битами канала, служащего для отслеживания частоты ошибок, а 6 — бита-
ми формирования значения синхронизации.
Контрольные вопросы
307
4- Использование биполярного кодирования позволяет по одному каналу пе-
редавать одновременно и сигналы, и напряжение питания — для их разде-
ления в каждой группе каналов должен быть установлен трансформатор.
4 Для обеспечения возможности синхронизации в передаваемых данных долж-
но содержаться некоторое минимальное количество двоичных единиц, или,
другими словами, должна поддерживаться необходимая плотность единиц.
4 Если в байте для представления двух последовательно расположенных
знаковых битов используются импульсы одинаковой полярности, считает-
ся, что такой байт закодирован с нарушением биполярности. Преднаме-
ренное нарушение биполярности применяется при передаче управляющей
информации, а также для обеспечения необходимой плотности двоичных
единиц в пересылаемых по цифровому каналу данных.
4 В Северной Америке для коммерческих организаций доступны только сис-
темы Т1 и ТЗ (согласно иерархии систем цифровой передачи).
4 Если передающий мультиплексор при сканировании собственного порта
не обнаружит там активности, для корректного позиционирования данных
он должен внедрить в формируемый кадр символ NULL.
4 В процессе эволюции новые технологии всегда вытесняют старые. Стати-
стические мультиплексоры с разделением времени, STDM, почти повсеме-
стно вытеснили TDM-мультиплексоры. Однако их ждет аналогичная судь-
ба: в настоящее время многие организации заменяют STDM маршрутиза-
торами.
4 Существуют три категории технологий оцифровки речи: кодирование фор-
мы сигнала, вокодерное кодирование и гибридное кодирование.
4 При использовании технологий ADPCM и CVSD речь можно оцифровы-
вать со скоростями, которые в два-четыре раза меньше скорости, требуе-
мой в соответствии с технологией РСМ.
4 В мультиплексоре речь/данные технология TDM используется для муль-
типлексирования нескольких речевых каналов, а технология STDM — для
мультиплексирования потоков данных, поступающих от нескольких источ-
ников.
Контрольные вопросы
1. Мультиплексирование - это:
а) процесс увеличения полосы пропускания канала;
б) технология, позволяющая нескольким источникам данных совместно
использовать один коммуникационный канал;
в) одновременная отправка нескольких писем в одном направлении;
г) технология, в соответствии с которой одной и той же частотой в различ-
ные моменты времени могут пользоваться разные источники данных.
308
Глава 6. Технологии мультиплексирования
2. Одна из причин, по которым системы мультиплексирования с разделен;-
ем частоты были заменены системами с разделением времени, заключает
ся в том, что:
а) частот электромагнитных волн, пригодных для передачи сигналов, гс
раздо меньше, чем различимых устройствами интервалов времени;
б) для расположения в полосе частот магистрального канала мультиплек
сируемых каналов требуются очень сложные и дорогие устройства;
в) при использовании систем FDM наряду с усилением аналогового pent
вого сигнала усиливается и шум;
г) все доступные частоты уже заняты.
3. Метод модуляции, согласно которому для представления аналоговой ин-
формации изменяется амплитуда импульсов, называется:
а) РСМ;
б) PWM;
в) РАМ;
г) PPM.
4. При использовании РСМ выборка сигнала производится с частотой 8000 раз
в секунду, поскольку:
а) это максимальная скорость, поддерживаемая данной технологией мо-
дуляции;
б) при этой скорости можно получить уникальные значения замеров;
в) при этой скорости возможно корректное восстановление аналоговых ре-
чевых сигналов;
г) для замеров с такой скоростью используется самая дешевая микросхема.
5. Цифровые системы обеспечивают более качественную передачу сигналов,
чем аналоговые, потому что:
а) в цифровых системах передачи повторители регенерируют сигнал, уда-
ляя при этом все искажения, а применяемые в аналоговых каналах уси-
лители повышают уровень не только сигнала, но и появившегося при
передаче шума;
б) цифровые сигналы короче аналоговых и менее восприимчивы к иска-
жениям;
в) цифровые сигналы передаются по экранированным кабелям;
г) выборку цифровых сигналов выполнить легче, чем выборку аналоговых.
6. В соответствии с форматом D4, из общего количества кадрирующих битов
битами формирования значения кадрирования являются:
а) 24 бита;
б) 4 терминальных и 8 кадрирующих битов;
в) 8 терминальных и 4 кадрирующих бита;
г) 12 битов.
Контрольные вопросы
309
7. Согласно формату ESF, кадрирующие биты передаются со скоростью:
а) 6 кбит/с;
б) 8 кбит/с;
в) 10 кбит/с;
г) 12 кбит/с.
8. В соответствии с форматом ESF, из 24 кадрирующих битов для формирова-
ния канала, служащего для отслеживания частоты ошибок, используются:
а) 4 бита;
б) 6 бит;
в) 12 бит;
г) 24 бита.
9. В системах Т1 вместо однополярного кодирования применяется биполяр-
ное, потому что:
а) при биполярном кодировании в передаваемых сигналах насчитывается
в два раза больше знаковых битов, чем при однополярном;
б) только при его использовании можно передавать данные между узлами,
один из которых расположен в северном полушарии, а другой в южном;
в) при его использовании не возникает остаточного напряжения, что дает
возможность передавать по одному каналу и сигналы, и напряжение пи-
тания;
г) при его использовании трансформаторы можно располагать на большом
расстоянии друг от друга, что позволяет снизить стоимость передачи
данных.
10. Метод подавления седьмого двоичного нуля (В7) представляет собой тех-
нологию:
а) с помощью которой данные можно передавать по цифровому каналу;
б) при использовании которой в каждом передаваемом байте будет по
меньшей мере один знаковый бит;
в) позволяющую получить «чистый» канал;
г) при использовании которой можно по «чистому» каналу речевого диа-
пазона передавать данные со скоростью 64 кбит/с.
11. Преднамеренные нарушения биполярности:
а) связаны с ошибками кодирования, которые происходят вследствие по-
вреждений коммуникационного канала;
б) предназначены для передачи управляющей информации, а также для
обеспечения необходимой плотности двоичных единиц в данных, пере-
даваемых по цифровому каналу;
310
Глава 6. Технологии мультиплексирования
в) приводят к тому, что в передаваемых байтах импульсы послед овате.;,-
но идущих знаковых битов имеют противоположную полярность;
г) могут возникнуть в канале только в лабораторных условиях.
12. Укажите, сколько сигналов уровня DS1 передается в одном DSS-сигнал
а) 28;
б) 14;
в) 7;
г) 3.
13. При TDM-демультиплексировании данные передаются нужному устро.
ству, исходя из:
а) позиции в кадре;
б) позиции кадра в группе кадров;
в) активности устройства, подключенного к передающему мультиплексор
г) приоритетности в обслуживании подключенных устройств.
14. Главной отличительной чертой технологии ADPCM является:
а) высокая скорость квантования;
б) возможность работы с высокоамплитудными сигналами;
в) использование адаптивного предсказывающего блока;
г) возможность выполнения оцифровки.
15. Максимальная скорость модема, поддерживаемая технологией ADPCV
составляет:
а) 300 бит/с;
б) 1200 бит/с;
в) 4800 бит/с;
г) 9600 бит/с.
16. Укажите, какие из перечисленных ниже технологий кодирования позволя-
ют с максимальным качеством восстанавливать речь, переданную с высо-
кой скоростью:
а) кодирование формы сигнала;
б) вокодерное кодирование;
в) гибридное кодирование;
г) треллис-кодирование.
17. Восстанавливать переданную на низкой скорости речь с максимальным ка-
чеством позволяет технология:
а) кодирования формы сигнала;
б) вокодерного кодирования;
в) гибридного кодирования;
г) треллис-кодирования.
Контрольные вопросы
311
18. Чем выше частота выборки аналогового сигнала:
а) тем меньше разность между значениями соседних выборок;
б) тем больше разность между значениями соседних выборок;
в) тем выше уровень шума;
г) тем большее количество битов потребуется для представления значе-
ния выборки.
19. При использовании технологии CVSD оцифровка речи выполняется со
скоростями:
а) 8 и 64 кбит/с;
б) 64 и 128 кбит/с;
в) 4 и 8 кбит/с;
г) 32 и 16 кбит/с
20. Мультиплексор речь/данные не инициирует функцию управления пото-
ком при мультиплексировании:
а) речевых каналов;
б) каналов данных;
в) временных слотов;
г) нечетных каналов.
Глава 7
Волоконно-оптические
и спутниковые линии связи
4- Введение и исторические перспективы
4- Основы волоконно-оптических систем
4- Волоконно-оптические системы и их компоненты
4- Системы связи
4- Мультиплексирование по длине волны
4- Спутниковые системы связи
В этой главе рассказывается о двух технологиях, произведших настоящую рево-
люцию в области коммуникаций - о волоконно-оптической и спутниковой свя-
зи. Хотя обе они появились еще в 1960-х годах, только в последнее десятилетие
их стали использовать широко. Вы познакомитесь с историей их создания и уз-
наете, почему они вызывают такой ажиотаж в мире коммуникаций. Сначала мы
расскажем о том, как работают волоконно-оптические системы, и объясним зна-
чение нескольких связанных с ними терминов. Затем речь пойдет об их примене-
нии в локальных компьютерных сетях. В конце главы мы познакомим вас с неко-
торыми технологиями и концепциями, используемыми при передаче данных через
геостационарные и низкоорбитальные спутники.
Введение и исторические перспективы
Александр Грэхем Белл был очень любознательным и изобретательным челове-
ком. В 1880 году, через четыре года после изобретения телефона, он запатентовал
аппарат для сигнализации и связи, названый фотофоном. Это устройство, схема-
тически представленное на рис. 7.1, передавало речь на расстояние до 2000 м, ис-
пользуя в качестве носителя информации луч солнечного света. Когда кто-то го-
ворил в рупор фотофона, колебания воздуха передавались на зеркало, изменяя
энергию света, отражаемого на фотогальванический элемент приемника. Генери-
руемый этим элементом электрический ток изменялся синхронно с изменением
энергии света.
Данное устройство наглядно демонстрирует принципы, положенные в основу
современной оптической связи. Однако сто лет назад отсутствовали два основ-
ных компонента, необходимые для коммерческого успеха этой технологии: мощ-
ный и надежный источник света, а также надежная и недорогая среда передачи
излучения источника.
Введение и исторические перспективы
313
Рис. 7.1. Фотофон, демонстрирующий основные принципы
оптической передачи информации
В 1960 году ученые пришли к выводу, что роль такого источника света может
выполнять лазер, и разработали на его основе системы, применяющие в качестве
передающей среды атмосферу или лучевой волновод. В 1966 году было предло-
жено использовать в таких системах оптическое волокно с оболочкой, и уже в
1970 году были продемонстрированы волоконно-оптические кабели с затуханием
не более 20 дБ/км. С этого момента началось интенсивное развитие волоконной
оптики и применение ее для решения все новых и новых задач. В 1979 году в ла-
бораторных условиях было продемонстрировано оптическое волокно с затуханием
менее 0,2 дБ/км, и к новому тысячелетию оно уже получило широкое распростра-
нение в разнообразных системах связи. Современные системы передают данные со
скоростью 10 Гбит/с на расстояние свыше 100 км без повторителей и усилителей.
Всего через 15 лет после того, как спутниковые системы были объявлены средст-
вом связи будущего и начали внедряться на коммерческой основе, волоконная оп-
тика составила им серьезную конкуренцию в некоторых видах связи, для которых
требуется широкая полоса пропускания (в частности, в трансокеанских телефон-
ных системах). Современное оптическое волокно может передавать информацию
со скоростью более 40 Гбит/с. Применение к световым колебаниям принципа час-
тотного мультиплексирования (спектрального уплотнения, или мультиплексиро-
вания по длине волны, Wavelength-Division Multiplexing, WDM) позволяет одно-
временно передавать по одному волоконно-оптическому каналу до 10 сигналов
со скоростью в несколько гигабитов в секунду, а системы с мультиплексировани-
ем по длине волны высокой плотности (Dense WDM, DWDM) обеспечивают пе-
редачу по обычному оптическому волокну не толще человеческого волоса 64
и более сигналов. Для сравнения: такая скорость эквивалентна передаче всего со-
держимого библиотеки Конгресса за одну секунду!
Системы волоконно-оптической передачи данных стали важнейшим изобре-
тением в области телекоммуникаций. Они имеют невероятно широкую полосу
пропускания, защищены от помех и перехвата внешними средствами и к тому же
изготавливаются из очень дешевого материала (из кремния — наиболее распро-
страненного на Земле минерала).
314
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Основы волоконно-оптических систем
В волоконно-оптических системах связи свет передается по специальному волок
ну. В их основе лежит свойство светового луча изменять свое направление при
переходе из одной среды в другую, называемое преломлением или рефракцией
Вот один из типичных примеров преломления света: вы стоите на берегу озера
и смотрите на предмет, лежащий на его дне. Если вы не находитесь прямо над
объектом, как на рис. 7.2, а, то вам будет казаться, что он расположен дальше, че\'
на самом деле. Это объясняется тем, что скорость отраженного от предмета свстт.
при переходе его из воды в воздух увеличивается. Из-за этого лучи преломляют
ся, изменяя угол восприятия объекта (рис. 7.2, 6).
Рис. 7.2. Эффект преломления световых лучей в зависимости
от положения наблюдателя: а — угол зрения равен 90’;
б — угол зрения, отличный от 90"
Закон Снеллиуса
Принцип действия оптического волокна объясняется законом Снеллиуса, кото-
рый формулируется так: отношение синуса угла падения к синусу угла отраже-
ния световой волны равно отношению скоростей распространения волны в двух
Основы волоконно-оптических систем
315
средах. Это константа, равная отношению показателя преломления второй среды
к показателю преломления первой. Приведем формулу, описывающую закон:
sinA
sin A, V2 nr ’
где Ar и A2 — угол падения и угол отражения соответственно, Vj и V2 — скорости
распространения света в двух средах, щ и п2 — показатели преломления света
в двух средах.
Рассмотрим рис. 7.3. Здесь At — угол падения луча на поверхность, А2 — угол
его отражения. Показатель преломления среды 1 (щ) больше показателя прелом-
ления среды 2 (п2). Это означает, что скорость распространения света в среде 2
больше, чем в среде 1.
На рис. 7.3, а показано, как при переходе из среды 1 в среду 2 луч света пре-
ломляется в среде 2, когда Аг меньше критического угла. На рис. 7.3, б представ-
лена ситуация, когда At равняется критическому углу, а угол А2 составляет 90°.
В этом случае луч света проходит по границе между двумя средами.
Как показано на рис. 7.3, в, любые лучи света с углом падения, большим Аь будут
отражаться обратно в среду 1 под углом А2, равным углу At. Именно это свойство
представляет интерес для волоконно-оптических технологий. Мы обсудим его более
подробно в следующих разделах этой главы.
Это свойство важно для
волоконно-оптических
технологий
Рис. 7.3. Преломление луча на границе двух сред: а — луч преломляется;
б — луч поглощается; в — луч полностью отражается
Структура оптического волокна
Оптическое волокно — это диэлектрический (то есть не проводящий электриче-
ский ток) волновод, выполненный из стекла или пластика. Оптическое волок-
но состоит из трех компонентов: сердцевины, оболочки и защитного покрытия
(рис. 7.4). Покрытие защищает волокно, но никак не влияет на передачу инфор-
мации.
/С1)
Сердцевина Обопочка Защитное.покрытие
Рис. 7.4. Структура оптического волокна
316
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Показатель преломления этой конструкции меняется вдоль ее радиуса. Сер.:
цевина волокна имеет постоянный или незначительно изменяющийся показате.--
преломления, обозначаемый буквами NC, а оболочка имеет другой, постоянны-
показатель преломления, обозначаемый символом N. Показатель преломления .
сердцевины выше, чем у оболочки. Поэтому, даже если оптическое волокно изо-
гнуто или завязано в узел, введенный в него световой поток проходит по сердце
вине волокна. У многомодового оптического волокна, которое предназначено дл.
одновременной передачи лучей света, вводимых в него под разными углами, диа
метр сердцевины должен быть в несколько раз больше длины волны света. Дли
ной волны называется расстояние между двумя ближайшими точками среды, дл,
которых разность начальных фаз волны равна 2л. Длина волны измеряется в на
нометрах (нм), или миллиардных долях метра. Толщина оболочки волокна боль-
ше радиуса его сердцевины. Несколько типичных характеристик многомодового
оптического волокна приведено ниже.
♦ Длина волны света 0,8 мкм.
♦ Показатель преломления сердцевины NC равен 1,5.
4- Показатель преломления оболочки N равен 1,485 (0,99 х NC).
4 Диаметр сердцевины равен 50, 62,5 или 100 мкм.
4 Толщина оболочки равна 37,5 мкм.
Оболочка волокна имеет диаметр 125 мкм, и свет в сердцевине распространя-
ется так, как показано на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Прохождение лучей света в многомодовом оптическом волокне
Основы волоконно-оптических систем
317
Исходящие от источника света лучи располагаются под разными углами к оси
волокна. На рис. 7.5 луч света А входит в волокно перпендикулярно срезу сердце-
вины и параллельно оси волокна. Его угол падения A t равен 0, поэтому луч не пре-
ломляется и проходит параллельно оси. Луч света В входит в сердечник волокна
из воздуха (nt = 1) под углом Aw и преломляется под углом А^, поскольку п2
больше щ. Когда луч В достигает границы между сердцевиной и оболочкой, зна-
чение угла падения Аг д больше критического. Поэтому угол отражения А2л равен
AfS и луч преломляется, отражаясь от границы обратно в сердцевину. Этот луч
распространяется зигзагообразно по сердцевине до тех пор, пока не достигнет
другого конца волокна.
Если угол падения слишком велик, как в случае луча С, луч падает на границу
между сердцевиной и оболочкой под углом Аго значение которого меньше кри-
тического. Такой луч входит в оболочку и распространяется в ней или поглоща-
ется защитным покрытием, которое непрозрачно для света.
Модовая дисперсия
Если диаметр сердцевины оптического волокна во много раз превышает длину
волны передаваемого света, то пучок лучей проходит по волокну зигзагообразно,
отражаясь от границы между сердцевиной и оболочкой. Лучи входят в волокно
под разными углами и, пока они достигнут другого конца волокна, отражаются
разное количество раз, проходя пути разной длины. Лучи, входящие в волокно
под разными углами, называются модами, а волокно, поддерживающее несколько
мод, — многомодовым. Многомодовое распространение лучей вызывает эффект
модовой дисперсии. Он заключается в том, что лучи, одновременно вошедшие
в оптическое волокно под разными углами, выходят из него в разное время.
Большинство оптических систем передает информацию в цифровой форме, то
есть в виде последовательностей импульсов света. Однако модовая дисперсия ог-
раничивает возможность волокна передавать различимые импульсы, так как вызы-
вает их расширение (рис. 7.6). После того как луч проходит определенное расстоя-
ние между излучателем и фотоприемником, разделение импульсов затрудняется
или даже становится невозможным. Поэтому начиная с определенного расстояния
при передаче данных по многомодовому волокну возникает слишком большое ко-
личество ошибок либо передача данных вообще становится невозможной.
Выход
Рис. 7.6. Расширение импульсов
318
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Если диаметр сердцевины волокна незначительно (скажем, в 3 раза) превышав
длину волны передаваемого света, то по волокну может передаваться только одш
луч, и модовая дисперсия будет отсутствовать. Такие волокна, называемые одномо
довыми, используются в большинстве систем передачи сигналов. На рис. 7.7, а
и 7.7, б показаны варианты распределения показателя преломления по диаметр}
сердцевины и типичные диаметры сердцевины для многомодовых и одномодовых
волокон.
Рис. 7.7. Изменение показателя преломления: а — ступенчатое многомодовое
волокно; б — ступенчатое одномодовое волокно;
в — градиентное многомодовое волокно
Принципиальное различие между одномодовыми и многомодовыми волокна-
ми состоит в том, что в многомодовом волокне большая часть излучения переда-
ется по сердцевине, а в одномодовом — по оболочке вблизи сердцевины. Когда
длина волны света достаточно велика для одномодовой передачи, около 20 %
мощности излучения приходится на оболочку, а если увеличить длину волны
еще вдвое, то на оболочку придется более 50 % мощности излучения.
Основы волоконно-оптических систем
319
Показатель преломления
Оптическое волокно различается по характеру распределения показателя пре-
ломления вдоль диаметра сердцевины.
4- Ступенчатое волокно. Показатель преломления одинаков по всему диа-
метру сердцевины, а на границе с оболочкой он резко меняется.
4 Градиентное волокно. Показатель преломления плавно уменьшается от
центра сердцевины к ее периферии.
4 Одномодовое волокно. Волокно этого типа, иногда называемое мономодо-
вым, имеет одинаковый показатель преломления по всей сердцевине. Оно
позволяет передавать только один луч света.
4 Градиентное многомодовое волокно. Показатель преломления плавно
уменьшается от центра сердцевины к ее границам, но постоянен в оболоч-
ке. В результате уменьшается модовая дисперсия, поскольку все лучи про-
ходят по волокну почти за одинаковое время.
Некоторые из вариантов распределения показателя преломления показаны на
рис. 7.7. Существуют и другие варианты распределения, разработанные для ре-
шения различных проблем, в частности для уменьшения хроматической диспер-
сии. Примеры вы найдете на рис. 7.8 (для сравнения здесь показаны и ступенча-
тые, и градиентные профили показателя преломления).
а
Рис. 7.8. Распределение показателя преломления в оптическом волокне:
а — ступенчатое; б — оболочка со сниженным показателем преломления;
в — W-образное; г — треугольный профиль; д — градиентное
320
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
На рис. 7.9 представлены траектории прохождения потока света через ступе•
чатое, градиентное и одномодовое волокна. Диаметр сердцевины ступенчато,
волокна обычно составляет от 100 до 500 мкм, градиентного — от 50 до 62,5 мю
а одномодового — от 8 до 10 мкм. И ступенчатое, и градиентное волокна обесь
чивают многомодовое распространение света.
Оболочка
Световые
волны
а
Оболочка
б
Оболочка
в
Рис. 7.9. Прохождение потока света через волокна разных типов:
а — ступенчатое волокно; б — градиентное волокно;
в — одномодовое волокно
Полоса пропускания
Ширину полосы пропускания волоконно-оптических систем ограничивают модо
вая и материальная дисперсии. Описанная выше модовая дисперсия проявляется
в многомодовом волокне. Материальная дисперсия обусловлена тем, что лучи све-
та разной длины распространяются в одной и той же среде с разной скоростью.
Если источник света, например светодиод, излучает импульсы света не на од-
ной длине волны, волны разной длины проходят по волокну с разной скоростью
из-за чего происходит расширение импульсов. Для стандартного светодиода, ра
ботающего на длине волны около 0,8 мкм, разница во времени распространения
волн, длина которых отличается на 1 нм, составляет примерно 100 пс. Если ши-
рина спектра излучения светодиода составляет 50 нм, световые импульсы расши-
ряются на 5 нс при прохождении ими каждого километра. Это ограничивает по-
лосу пропускания значением 100 МГц/км. К счастью, при определенных длинах
волн (приблизительно 1,3 и 1,5 мкм для волокон некоторых типов) в кривой ма-
териальной дисперсии имеются нулевые точки, в которых полоса пропускания
значительно расширяется. Поэтому проводятся исследования с целью разработ-
ки оптического волокна, источников света и фотоприемников, которые хорошо
работали бы в точках минимальной дисперсии, соответствующих длинам волн
1,3 и 1,5 мкм.
Основы волоконно-оптических систем
321
Рис. 7.10. Зависимость затухания от длины волны для оптических волокон
со стеклянной сердцевиной
Что означают числа в спецификации оптического волокна
В спецификации на оптическое волокно обычно указывают два числа, например
62,5/125. Первое число соответствует диаметру сердцевины, второе — диамет-
ру оболочки (значения заданы в микронах). Наиболее распространены много-
модовые волокна трех типов: 62,5/125, 50/125 и 100/140.
Затухание
Уменьшение мощности сигнала по мере прохождения света по оптическому во-
локну характеризуется потерями (затуханием). Потери в оптическом волокне
обусловлены в основном четырьмя факторами: излучением передаваемого света
из сердцевины в оболочку (рассеянием), преобразованием световой энергии в те-
пловую (поглощением), неточным совмещением при соединении волокон и поте-
рями на изгибах волокна.
Рассеяние
Рассеяние энергии сигнала происходит из-за микроскопических дефектов волок-
на, которые подобны мельчайшим каплям воды в стекле. Простейшим примером
влияния вкраплений в передающей среде является цвет неба. Вы видите небо го-
лубым, однако на самом деле бесконечное пространство не имеет цвета и пред-
ставляется черным. Из-за того что солнечные лучи рассеиваются частичками пы-
ли в атмосфере, небо кажется ярко-голубым.
Каким бы совершенным ни был процесс производства оптического волокна,
существует некоторая граница возможного снижения рассеяния, определяемая
неоднородной молекулярной структурой самого стекла. Эта граница, называемая
322
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
границей рэлеевского рассеяния, зависит от длины волны. С увеличением длин
волны источника света влияние рэлеевского рассеяния на потери в оптическое
волокне уменьшается. Эта зависимость графически показана на рис. 7.10. Д.:
света с длиной волны 0,8 мкм обусловленное рэлеевским рассеянием затуханю
составляет примерно 2,9 дБ/км. При длине волны 1,3 мкм это значение равн
примерно 0,3 дБ/км, а при длине волны 1,55 мкм — порядка 0,15 дБ/км. Затуха
ние в промышленно выпускаемом оптическом волокне на длине волны 0,8 мку
составляет около 3,5 дБ/км, а на длинах волн 1,3 и 1,5 мкм — от 0,7 до 1,5 дБ/кл
При прохождении света через оптическое волокно хорошего качества длиной 6 '•
потери меньше, чем в обычном чистом оконном стекле толщиной 3 мм.
Поглощение
Поглощением называется преобразование энергии света в тепло при прохожде
нии его через полностью или частично непрозрачную среду. Это полезное свойс г -
во используется при создании защитного покрытия волокна, не позволяющей
свету выходить из волокна наружу, но в то же время из-за наличия в самом во-
локне микровкраплений происходят некоторые нежелательные потери энергии
света. В современных волоконно-оптических системах внутреннее поглощеши
минимизировано за счет использования волн длиной 0,8,1,3 и 1,5 мкм, соответсг -
вующих минимумам кривой поглощения света.
Потери на стыках
Потери на стыках волокон — явление неизбежное. В волоконно-оптических сис-
темах наибольшие потери происходят именно в местах соединений. Помимо со
единений, выполняемых при прокладке кабеля, как правило, добавляется еще не-
сколько соединений после его ремонта. Как показывает опыт, в линии за 30 лег
эксплуатации обычно происходят два-три случайных повреждения на каждый
километр кабеля. Для хорошего соединения особенно важно как можно точнее
выровнять концы оптических волокон. Отклонение от параллельности должно быть
не более 1°, а центров сердцевины (эксцентриситет) — не более чем 0,5 мкм. Поэто-
му для соединения волокон разработаны специальные технологии. В частности,
одномодовое волокно с диаметром сердцевины менее 10 мкм соединяют при помо-
щи специального устройства и небольшого электрического нагревателя.
Нагреватель обычно представляет собой дуговой сварочный аппарат, размяг-
чающий два стыкуемых конца волокна и сплавляющий их вместе. Это относитель-
но дорогостоящий метод, к тому же требующий времени на охлаждение разогре-
тых концов волокна. Поэтому для соединения разорванных волокон разработан
другой метод — механическое сращивание с помощью зажима. Перед таким сра-
щиванием концы волокон освобождаются от тонкой пластиковой оболочки. По-
тери в месте механического сращивания составляют около 0,15 дБ. Кроме того,
возможно соединение волокон при помощи соединителей — специальных уст-
ройств, позволяющих свету проходить от одного волокна к другому. Потери в со-
единителе составляют от 0,25 до 1,5 дБ. Тем не менее обычно предпочтительнее ис-
пользовать именно их, поскольку на соединение волоконно-оптических кабелей
Основы волоконно-оптических систем
323
при помощи соединителей требуется не более получаса и минимальное количест-
во оборудования.
Потери на изгибах
Когда волокно изогнуто, свет для сохранения фазы должен проходить по наруж-
ной стороне изгиба быстрее, чем по внутренней. С уменьшением радиуса изгиба в
какой-то момент возникает ситуация, когда часть волны в материале сердцевины
волокна должна распространяться быстрее скорости света, что, безусловно, невоз-
можно. Тогда свет выходит за пределы сердцевины. Для оптических кабелей на ос-
нове одномодовых волокон, работающих на длинах волн 1, 3 и 1,5 мкм, изгиб при
их производстве (оптические волокна в кабеле спирально закручиваются вокруг
его центральной оси) и прокладке не вызывает заметного увеличения потерь.
Числовая апертура и максимальный угол ввода
лучей в волокно
Числовая апертура — это параметр, характеризующий способность оптического
волокна принимать свет, падающий под различными углами. Она определяет мак-
симальный угол падения, при котором луч полностью отражается от границы ме-
жду сердцевиной и оболочкой. Числовая апертура обозначается символами NA
и находится по следующей формуле:
NA = ^nLP
Значение числовой апертуры зависит от показателей преломления сердцеви-
ны и оболочки оптического волокна. На ее значение не влияют геометрические
характеристики кабеля. Мощность оптического сигнала зависит от квадрата чи-
словой апертуры. Числовая апертура определяет максимальный угол входящего
луча относительно оси волокна, при котором луч проходит далее по волокну. Чем
больше этот угол, тем менее жесткими становятся требования к точности соеди-
нения волокон на стыках.
Окна прозрачности
Области минимальных потерь вблизи длин волн 1,3 и 1,5 мкм (рис. 7.10) называ-
ются окнами прозрачности. Каждое окно представляет собой диапазон длин волн,
в пределах которого затухание минимально. Поэтому производители разрабаты-
вают лазеры и фотодетекторы, функционирующие на длинах волн, соответствую-
щих этим окнам.
До недавнего времени в наиболее высокоскоростных системах оптической пе-
редачи использовалось окно 1530—1565 нм, называемое С-полосой. В 2000 году
началась работа над производством оптического волокна, лазеров и фотодетекто-
ров для диапазона 1565—1620 нм, называемого L-полосой. На сегодня практиче-
ски все системы оптической передачи работают в одном из трех окон прозрачно-
сти: С-полосе, L-полосе или в окне вблизи длины волны 1,3 мкм.
324
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Волоконно-оптические системы
и их компоненты
Основу волоконно-оптических систем и подсистем составляют несколько ком
нентов. Прежде всего это волокно, источники света и фотоприемники.
Оптическое волокно
Оптическое волокно может производиться несколькими способами, в зависим
сти от производителя и назначения системы. Для изменения показателя прелс >
ления сердцевина и оболочка легируются специальными веществами. С цел.
легирования используются пары германия, фосфора и фтора. Частицы оксиднс
пара оседают на стержне, состоящем из высококачественного плавленого кварк
он называется заготовкой или преформой. Заготовка — это сердцевина с обол<
кой увеличенных размеров, она нагревается до мягкого состояния и вытягивает
в волокно. Размеры сердцевины и оболочки в заготовке и полученном волок:
имеют одинаковое соотношение. Легирующие вещества наносятся либо снаруж.
либо изнутри, либо по оси.
Источники света
Источники света для волоконно-оптических систем должны преобразовывать эле •
трическую энергию в световую (фотоны) и обеспечивать возможность эффект:'
ного ввода излучения в волокно. В настоящее время этим требованиям отвечай,
источники двух типов — поверхностные светодиоды (surface Light-Emitting Di
de, LED) и инжекционные лазерные диоды (Injection Laser Diode, ILD).
Светодиод
Поперечное сечение светодиода показано на рис. 7.11. Он излучает свет в довол>
но широком спектре и относительно большом телесном угле. Поэтому в волоки
от такого источника попадает гораздо меньше световой энергии, чем от инжекцг
онного лазерного диода. В настоящее время при помощи светодиодов в волокне
числовой апертурой 0,2 и более может вводиться до 100 мкВт, то есть эффектив-
ность ввода излучения светодиода составляет всего около 2 %. Зато светодиодь
отличаются малой стоимостью и высокой надежностью.
Инжекционный лазерный диод
Поперечное сечение стандартного инжекционного лазерного диода показано нс
рис. 7.12. Благодаря узкому спектру излучения и эффективности его ввода в оп-
тическое волокно лазерный диод обеспечивает вводимую мощность от 5 до 7 мВт
В настоящее время лазерные диоды значительно дороже светодиодов и срок их
жизни раз в 10 меньше. Кроме того, им необходимы схемы контроля выходной
мощности и средства защиты от бросков наряжения.
Волоконно-оптические системы и их компоненты
325
Металлический контакт
Рис. 7.11. Конструкция светодиода для длины волны 1,3 мкм
Узкий спектр
излучения
Контакт
Рис. 7.12. Конструкция инжекционного лазерного диода
Фотоприемники
На принимающем конце оптической системы связи должен располагаться фото-
приемник с высокой чувствительностью и низким уровнем шумов. Этим требова-
ниям соответствуют устройства двух типов, которые воспринимают свет, преоб-
разуют его в электрический сигнал и усиливают последний. Речь идет о связке,
включающей p-i-n-фотодиод и полевой транзистор (FET), и о лавинном фото-
диоде (APD). В устройстве на основе полевого транзистора объединены p-i-n-фо-
тодиод и трансимпедансный входной усилитель. Это устройство работает при
низком напряжении смещения, малочувствительно к изменению температуры,
очень надежно и просто в производстве.
326
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Лавинный фотодиод усиливает сигнал в 100 и более раз, но при этом он сил
но «шумит», что ограничивает чувствительность приемника. Таким устройств,:'
необходимо высокое напряжение смещения, которое должно изменяться в зав?
симости от температуры. Приемники на основе лавинных фотодиодов настоль к
чувствительны, что при скорости передачи данных от 200 до 400 Мбит/с дл
приема одного бита информации им достаточно всего 200 фотонов.
Системы связи
За последнее десятилетие в большинстве систем связи проводные соединения бь
ли заменены на волоконно-оптические. Что касается систем дальней связи, то к <л
редине 1994 года практически все они были заменены волоконно-оптическими
Исследования, проведенные в 1978 году компанией AT&T, показали, что циф-
ровые средства связи имеют огромные преимущества перед аналоговыми, посколь-
ку в первом случае финансовые затраты гораздо ниже. Эта экономия происходит
за счет различия требований к терминальному мультиплексорному оборудова
нию, предъявляемых этими системами. Разработанная компанией AT&T оптиче-
ская система FT3C обеспечила самую экономную связь, какая только возможна
при нынешнем состоянии волоконно-оптических технологий. В FT3C по одном}
волокну при помощи мультиплексирования по длине волны одновременно пере-
даются три сигнала со скоростью 90 Мбит/с каждый. В результате при использо
вании кабеля, который состоит из 144 оптических волокон, можно поддерживать
240 000 цифровых каналов со скоростью передачи 64 000 бит/с каждый.
Система FT3C стала первым коммерческим применением технологии спек-
трального уплотнения (WDM). Каждый из трех сигналов, передаваемых со ско-
ростью 90 Мбит/с, генерировался при помощи светодиодов, и все они вводились
в одно многомодовое волокно, обеспечивая общую скорость передачи данных
270 Мбит/с.
Первыми случаями применения системы FT3C стали магистраль Northeast
Corridor между Бостоном и Вашингтоном, реализованная AT&T, и магистраль
North/South Lightwave Project компании Pacific Telesis на западном побережье
Соединенных Штатов, связавшая Сан-Франциско и Сан-Диего. На рис. 7.13, а
показана карта системы Northeast Corridor, включающей 78 000 км оптических
волокон. На рис. 7.13, б приведена карта North/South Lightwave Project. Эти сис-
темы были введены в действие в 1983 году и с тех пор значительно расширились.
Преимущества волоконно-оптических систем связи столь значительны, что
в течение 1980-х годов были проложены оптические кабели общей длиной не-
сколько десятков тысяч километров. В начале 1991 года U.S. Sprint перевела 100 %
междугородных линий связи с микроволновых на оптические технологии. Еще
несколько лет спустя перевод своих систем на волоконно-оптические технологии
завершили компании AT&T и MCI Communications.
Системы связи
327
Рис. 7.13. Волоконно-оптические сети; а — Northeast Corridor компании AT&T;
б — North/South Lightwave Project компании Pacific Telesis
За период с середины и до конца 90-х годов вследствие развития Интернета
и других информационных систем наряду с крупнейшими компаниями, традици-
онно предоставляющими услуги связи, такими как AT&T, MCI и Sprint, появи-
лись новые компании, в частности IXC Communications, Quest Communications
и Level 3 Communications. Эти компании проложили более 50 000 миль волоконно-
оптических кабелей (их все чаще называют просто оптическими кабелями) вдоль
газовых, железнодорожных и электрических магистралей, создав собственные сети
328
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
дальней связи. Перед лицом такой мощной конкуренции телекоммуникации
ным компаниям пришлось потратить миллиарды долларов на совершенством
ние инфраструктуры волоконно-оптических линий связи. Модернизация суш
ствующих соединений включала установку новых оптических приемопередатч
ков, которые обеспечивали передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с, а так -
мультиплексирование по длине волны, позволяющее уплотнять в одно волок
до восьми отдельных оптических каналов, по каждому из которых данные пе:
даются со скоростью 2,4 Гбит/с (таким образом, общая скорость передачи дост-
ла 19,2 Гбит/с). Еще десять лет назад те же линии позволяли передавать дани
со скоростью «всего лишь» 300 Мбит/с.
Мультиплексирование по длине волны
Если использовать одномодовое волокно (с низкой дисперсией передающей ср-
ды) и инжекционные лазерные диоды, имеющие узкий спектр излучения (в этс"
случае на одну частоту приходится больше энергии), а также малый телесный yi ।
излучения (благодаря чему в волокно попадает больше энергии), получается ст
тема с наилучшим соотношением полоса пропускания/расстояние (см. в начал
главы). Узкий спектр излучения инжекционного лазерного диода позволяет, и
пользуя технологию мультиплексирования по длине волны, или спектрально?
уплотнения (Wavelength-Division Multiplexing, WDM), передавать по одному вс
локну несколько сигналов от разных источников. Возможность мультиплексир<
вания нескольких аналоговых сигналов в некотором частотном диапазоне под
робно описывалась в главе 6. Как показано на рис. 7.14, мультиплексирование г/
длине волны на оптических частотах эквивалентно FDM-мультиплексировани.
на низких частотах. Свет с двумя или более дискретными длинами волн вводите
в волокно, и свет источника с каждой длиной волны модулируется, образуя и.
ким образом один канал передачи. В результате информационная емкость кажде
го волокна увеличивается в 2 и более раз.
Как уже говорилось в разделе «Системы связи», первое коммерческое приме
нение технологии мультиплексирования по длине волны датировано 1983 годом
когда компания AT&T создала систему FT3C. Система функционировала еле
дующим образом: в многомодовое волокно вводилось излучение трех светодио
дов, каждый из которых передавал информацию со скоростью 90 Мбит/с. Общаг
скорость передачи составляла 270 Мбит/с.
Со времени разработки FT3C в области оптических систем связи было проведе-
но огромное количество исследований, налажено крупномасштабное производство
одномодового волокна, которым в магистральных сетях была заменена значитель-
ная часть многомодовых оптических волокон. Новые разработки в области лазер-
ных технологий позволили создать надежные и долговечные устройства с низким
потреблением энергии, заменившие устройства на основе светодиодов в оптиче-
ских системах большой дальности. Третья новая технология, легирование отрез-
ков оптического волокна эрбием, легла в основу создания усилителей EDFA (Ег-
bium-Doped Fiber Amplifier), позволяющих передавать сигналы на большие рас-
стояния без использования повторителей. В таких повторителях используется
Мультиплексирование по длине волны
329
дорогостоящая технология преобразования оптического сигнала в электрический,
его усиления и преобразования обратно в оптический сигнал. Таким образом,
объединение лазеров, одномодового волокна и усилителей EDFA позволяет про-
изводителям создавать системы, поддерживающие передачу большого количест-
ва сигналов с различными длинами волн по одному волокну. Система связи, в ко-
торой по одному волокну передаются оптические сигналы на более чем восьми
длинах волн, называется системой с мультиплексированием по длине волны вы-
сокой плотности — DWDM (Dense WDM).
Рис. 7.14. Мультиплексирование: а — по частоте;
б — по длине волны
Системы DWDM
Итак, в системах связи DWDM по одному оптическому волокну передается более
восьми сигналов с разными длинами волн. Максимальное количество таких сигна-
лов пока еще не определено, поскольку в 2001 году каждые несколько месяцев про-
изводители волоконно-оптических систем анонсировали системы со все большей
емкостью. Современные промышленно выпускаемые системы поддерживают от
330
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
48 до 64 длин волн, а в лабораториях уже существуют системы, обеспечивают!,
передачу до 1024 сигналов с разными длинами волн.
На рис. 7.15 показаны основные компоненты системы DWDM. Слева расг
ложен мультиплексор, принимающий сигналы от отдельных источников свс -
с разными длинами волн (Х1; Х2... Хп) и направляющий их все в одно оптическ
волокно. Количество поддерживаемых длин волн (спектральных каналов) заь
сит от частоты модуляции сигнала, передаваемого на каждой из этих длин во -
С увеличением этой частоты увеличивается дисперсия импульсов. Посколы
разработчики мультиплексоров должны оставлять между каналами минимал
ные промежутки, называемые минимальным разносом каналов, повышение раб
чей частоты приводит к увеличению минимального промежутка между каналам
Из-за увеличения дисперсии на более высоких частотах необходимы дополни
тельные промежутки между каналами, чтобы импульсы на одной длине волны н-
сливались с импульсами на другой длине волны. С увеличением шага канале
уменьшается их максимальное количество. Напомним, что диапазон длин вот
используемых в оптических системах связи, ограничивается оптическими окна
ми прозрачности, в которых минимальны потери мощности сигнала.
Передатчики Усилитель Приемники
Рис. 7.15. Основные компоненты системы с мультиплексированием по длине волны
высокой плотности: мультиплексор, демультиплексор, одномодовое волокно
и один или более оптических усилителей
Оптический усилитель EDFA представляет собой короткий отрезок оптиче-
ского волокна, легированного эрбием. При облучении лазером такое волокно ра-
ботает как активный усилитель. Это означает, что лазер активизирует электроны
эрбия, а те, в свою очередь, излучают в волокно фотоны с определенной длиной
волны. Усилители EDFA поддерживают сигналы с длинами волн из диапазона от
1530 до 1560 нм, что еще в большей степени ограничивает набор мультиплекси-
руемых длин волн. Однако оптические усилители нового типа, названные кварце-
во-эрбиевыми волоконно-оптическими усилителями (DBFA), расширяют полосу
пропускания до диапазона от 1528 до 1610 нм. DBFA может рассматриваться как
пара усилителей, первый из которых работает в диапазоне EDFA, а второй расши-
ряет этот диапазон. Поскольку его вторая полоса частот соответствует окну про-
зрачности, называемому L-полосой, результатом использования DBFA станет, по
всей вероятности, передача по одному волокну излучения с длинами волн из двух
Мультиплексирование по длине волны
331
диапазонов — С-полосы и L-полосы — и использование одного усилителя для под-
держки оптических сигналов в обеих полосах частот.
Лазер накачки, схематически изображенный на рис. 7.15, обеспечивает активи-
зацию легированного отрезка оптического волокна, и, конечно, для него требуются
корпус и питание. В современных волоконно-оптических линиях примерно на ка-
ждом сотом километре кабеля располагается EDFA и лазер накачки. Таким обра-
зом, магистраль протяженностью 3000 км должна содержать 30 таких устройств.
Вот почему компании, предоставляющие услуги в области связи, так заинтересова-
ны в разработке DWDM-систем с оптическими усилителями, в которых настолько
велико расстояние между промежуточными усилителями-ретрансляторами.
В демультиплексоре выходной оптический сигнал снова разделяется по дли-
нам волн. Для этого в демультиплексоре используется набор зеркал, сквозь кото-
рые проходит весь свет, кроме лучей с заданной длиной волны. Таким образом,
каждое зеркало отражает излучение с определенной длиной волны, направляя
его на соответствующий приемник. На рис. 7.16 показано, как работает такой
DWD-демультиплексор. Для упрощения мы привели схему, рассчитанную на де-
мультиплексирование только четырех сигналов, хотя на практике многие систе-
мы обеспечивают разделение до 64 сигналов с разными длинами волн.
Рис. 7.16. Оптический демультиплексор
Рассмотрев рис. 7.15, нетрудно сделать вывод, что технология DWDM может
быть реализована в двух вариантах — однонаправленном и двунаправленном.
В однонаправленной системе DWDM все сигналы с разными длинами волн прохо-
дят по оптическому волокну в одном направлении. Поэтому для передачи данных
в противоположном направлении необходимо второе волокно. В двунаправленной
системе DWDM для передачи сигналов в двух направлениях спектральные кана-
лы разбиваются на две группы. Хотя при этом отпадает необходимость во втором
волокне, общая пропускная способность системы снижается и, кроме того, каждый
мультиплексор теперь должен выполнять две операции - и мультиплексирование,
и демультиплексирование. Из-за этого усложняется терминальное оборудование.
332
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Другие компоненты DWDM
Два важных компонента систем DWDM заслуживают особого внимания. Этс
мультиплексор ввода-вывода (Add/Drop Multiplexer, ADM) и оптический ком-
мутатор.
Мультиплексор ввода-вывода, как следует из его названия, выполняет выбо-
рочный ввод сигналов с определенными длинами волн в оптическое волокно и
вывод их из него без преобразования оптического сигнала в электрический. На
рис. 7.17 схематически изображено одно из таких устройств. Они используются ь
тех местах DWDM-коммуникаций, где собирается большое количество речевых
и информационных сигналов, которые уплотняются в спектральные каналы и за-
тем добавляются в DWDM-систему. Подобным же образом в определенных точ-
ках сети сигналы с заданными длинами волн могут удаляться (выводиться) из
системы.
Добавление
Рис. 7.17. При помощи мультиплексора ввода-вывода сигналы с определенными
длинами волн могут выборочно вводиться в волокно, по которому
передается несколько сигналов, и выводиться из него
Вторым важным компонентом DWDM-систем, который в настоящее время
проходит стадию испытаний и вскоре появится в коммерческом исполнении, яв-
ляется оптический коммутатор. Это устройство с N входными и N выходными
портами, позволяющее направлять сигнал с определенной длиной волны из любо-
го входного порта в любой выходной порт. Сейчас несколько компаний тестируют
оптические коммутаторы. В 2001 году был достигнут значительный прогресс в раз-
работке оптических коммутаторов на основе миниатюрных электромагнитных
зеркал, выполненных по технологии, получившей название MEMS (микроэлек-
тромеханические системы).
На рис. 7.18 приведен пример оптического коммутатора AW. Обратите внима-
ние, что на вход коммутатора могут подаваться сигналы с различными длинами
волн из демультиплексора DWDM или непосредственно из других оптических
систем, совместимых с оптическим коммутатором. Подобным же образом выход-
ной сигнал оптического коммутатора может быть направлен на один из портов
мультиплексора DWDM или в другую оптическую систему связи. Так, при ис-
пользовании оптических коммутаторов в коммуникационных центрах обеспечива-
ется значительная гибкость маршрутизации между DWDM-системами сигналов
Мультиплексирование по длине волны
333
с разными длинами волн. Работая непосредственно со световыми лучами, опти-
ческие коммутаторы позволяют обойтись без преобразования оптических сигна-
лов в электрические и обратно, а также затрат на соответствующее дорогостоя-
щее оборудование.
Порт 1
Порт 2
Порт N
Рис. 7.18. Оптический коммутатор перенаправляет отдельные
оптические сигналы из входных портов в выходные
SONET
В результате быстрого распространения волоконно-оптических систем связи воз-
никла необходимость в стандартизации, благодаря которой можно было бы обес-
печить взаимодействие между информационными сетями и сетями телефонных
компаний. Потребовались стандартные интерфейсы для соединения коммуника-
ционного оборудования с оптическими сетями. Поэтому в Северной Америке был
создан стандарт, названный SONET (Synchronous Optical Network — синхронная
оптическая сеть), а в Европе — очень близкий к нему стандарт SDH (Synchronous
Digital Hierarchy — синхронная цифровая иерархия). Эти стандарты определяют
параметры устройств, передающих данные в гигабитовом диапазоне, параметры
средств управления сетью, а также методы ее диагностики и тестирования.
До появления стандарта SONET существовали большие проблемы с совмести-
мостью терминального оборудования волоконно-оптических сетей, которое рабо-
тает на скоростях выше, чем у канала DS3 (44,736 Мбит/с). Эта скорость опреде-
ляется устройством, называемым мультиплексором М13, которое позволяет объе-
динить 28 каналов DS1 в канал DS3. Результирующий сигнал DS3 является
асинхронным, поскольку каждый сигнал DS1 тактируется независимо. Хотя каж-
дый сигнал DS1 включает информацию о кадрах, передаваемую со скоростью
8000 бит/с, результирующий мультиплексированный сигнал DS3 содержит три
смешанных кадровых сигнала, из-за чего в нем практически невозможно найти
отдельный сигнал DS0. Поэтому в большинстве случаев для вывода из канала DS3
одного оцифрованного речевого сигнала сначала нужно демультиплексировать
сигнал DS3. Поскольку для этого требуется дополнительное оборудование, стои-
мость сетевой инфраструктуры увеличивается. Понимая это, создатели стандарта
SONET разработали структуру кадров, позволяющую легко удалять из высоко-
скоростного канала низкоскоростные сигналы, равно как и добавлять их в канал.
Этот процесс называется drop-and-insert (удаление и вставка сигнала в канал).
334
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Структура кадра
Базовый кадр SONET состоит из 9 строк по 90 байтов (рис. 7.19). Каждую се
ду передаются 8000 таких кадров, а общая скорость передачи данных состав..
51,84 Мбит/с. Поскольку 27 байт каждого 810-байтового кадра содержат служ--
ную информацию, полезная нагрузка кадра SONET ограничивается величи-
50,112 Мбит/с, а 2,3 Мбит/с используются для передачи дополнительной инс;
мации. Эта дополнительная информация включает сведения о позиционироь.
нии, позволяющие идентифицировать отдельный канал DS0, извлекать дани.-
или добавлять их в заданный канал.
Кроме того, это означает, что внутри базового кадра SONET может пере,
ваться сигнал DS3, представляющий собой 28 сигналов DS1, и каждый из 672
налов DS0 внутри 28 сигналов DS1 может содержать данные, которые легко х..
лить или добавить.
Кадры SONET со структурой, показанной на рис. 7.19, которые передаются
скоростью 8000 кадров в секунду, называют Synchronous Transport Signal-Lex\
или STS-1. Структура SONET является синхронной, поскольку 27 служебнь.
байтов каждого кадра содержат информацию (в форме указателей), позволяют;
синхронизировать его со входным каналом DS0. Помимо указателей значите;:
ная часть служебных байтов в STS-1 зарезервирована для данных, используемь.
функциями управления сетью и обеспечивающих обратную связь, контроль ошг.
бок и сбор информации о производительности.
информация
Рис. 7.19. Структура кадра SONET
Оптический интерфейс
Одним из главных элементов стандарта SONET является набор оптических ин-
терфейсов. До появления SONET каждый производитель разрабатывал свое тер-
минальное устройство с собственным оптическим интерфейсом. Принцип «сде-
лай сам» препятствовал процессу соединения терминальных устройств разных
производителей с помощью общедоступных волоконно-оптических магистралей.
С появлением стандарта SONET было определено 256 оптических интерфейсов
ОС (Optical Carrier), хотя явно текущий стандарт определяет лишь 10 интерфей-
сов (табл. 7.1). Они представляют собой иерархию цифровых сигналов системы
Мультиплексирование по длине волны
335
SONET. Заметьте, что уровень ОС-1 представляет сигнал STS-1, а более высокие
уровни представляют мультиплексированные сигналы STS-1.
Таблица 7.1. Иерархия сигналов SONET
Уровень Скорость передачи данных Каналы OS3
ОС-1 51,84 Мбит/с 1
ОС-3 155,52 Мбит/с 3
ОС-9 466,56 Мбит/с 9
ОС-12 622,08 Мбит/с 12
ОС-18 933,12 Мбит/с 18
ОС-24 1,244 Гбит/с 24
ОС-36 1,866 Гбит/с 36
ОС-48 2,488 Гбит/с 48
ОС-192 9,952 Гбит/с 192
ОС-768 39,808 Гбит/с 768
Хотя SONET прежде всего является стандартом взаимодействия глобальных
общедоступных сетей связи через оптические линии связи, он позволяет круп-
ным организациям и правительственным агентствам передавать сигнал STS-1
в центральный офис провайдера глобальной общедоступной сети. Для этого ис-
пользуется оптический мультиплексор, соединяющий посредством волоконно-
оптического кабеля помещение пользователя с общедоступной сетью. Схема ис-
пользования сигнала STS-1 для соединения локальной сети с общедоступной по-
казана на рис. 7.20. Обратите внимание на то, что благодаря включенным в кадр
SONET указателям мультиплексированный сигнал, поступающий от оптическо-
го мультиплексора клиента, легко может быть разделен на исходные сигналы,
причем для этого не потребуется демультиплексировать и снова мультиплекси-
ровать весь поток данных, как для сигнала DS3. Со временем SONET позволит
сократить стоимость передачи информации для пользователей большой сети и
увеличить надежность связи за счет волоконно-оптических линий, связывающих
глобальную сеть с сетью клиента.
Структура SONET
За последнее десятилетие при создании сетей SONET в основном использова-
лись две топологии — «точка-точка» и «кольцо». SONET-кольцо состоит из двух
концентрических колец, образованных последовательностью соединений «точка-
точка», одно из колец используется для практически мгновенного резервного ко-
пирования другого (основного) кольца. Если перерезать кабель SONET, отсутст-
вие излучения в волокне немедленно будет обнаружено терминальным оборудо-
ванием соединения «точка-точка», и передача будет перенаправлена в резервное
кольцо. Благодаря этой возможности мгновенного восстановления SONET явля-
ется весьма надежной коммуникационной системой.
336
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Обозначения:
ОМ — оптический мультиплексор
MDX —мультиплексор
Рис. 7.20. Схема использования SONET для соединения общедоступных и частных сетей
Трансконтинентальные системы связи
В результате применения волоконно-оптических технологий для изготовления
подводных кабелей удалось создать линии связи с пропускной способностью, ко-
торая сравнима с возможностями спутниковых систем. При этом такие линии
связи имеют меньшую стоимость, обеспечивают меньшие задержки, защищены
от помех, вызываемых нестабильностью условий окружающей среды, и от элек-
тромагнитных наводок. Кроме того, они не транслируют потенциально секрет-
ную информацию на полмира.
С прокладкой и обслуживанием подводных кабельных систем связаны очевид-
ные трудности. Окружающая их среда — это соленая вода, а давление на глубине
7300 м достигает 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, кабель может
быть поврежден якорями и вследствие смещений земной поверхности на мелково-
дье. Важным требованием, предъявляемым к таким системам, является размеще-
ние ретрансляторов на как можно большем расстоянии друг от друга, чтобы пре-
дельно снизить вероятность сбоев системы и количество потребляемой электро-
энергии, поскольку энергия подается с концов кабеля.
На рис. 7.21 показана схема системы SL Undersea Lightguide. Эта система состо-
ит из высоковольтного источника питания, супервизорного терминала, мультип-
лексора со входами для ввода информации нескольких типов, источников излуче-
ния для кабеля, самого кабеля и повторителей (ретрансляторов). Кабель состоит
из центральной жилы и защитного слоя (рис. 7.22). Центральная жила диаметром
2,6 мм содержит 12 оптических волокон, спирально закрученных вокруг омеднен-
ного стального провода, который называют еще королевским проводом. Централь-
ная жила залита эластомерным веществом, а поверх покрыта нейлоновой оболоч-
кой. Сверху вся эта конструкция защищена стальными проволоками и помещена
Мультиплексирование по длине волны
337
। медную трубку, которая покрыта полиэтиленом низкого давления, обеспечи-
1ающим электрическую изоляцию и сопротивление изнашиванию. Внешний диа-
гетр кабеля составляет 21 мм, то есть примерно 0,8 дюйма.
Оптические волокна, входящие в состав этого кабеля, предназначены для ра-
боты на длине волны 1,312 мкм. Скорость передачи данных для каждой пары во-
токон достигает 280 Мбит/с, повторители установлены через каждые 35 км. Об-
цая пропускная способность системы составляет более 35 000 двунаправленных
речевых каналов. Входные сигналы от цифровых источников данных мультип-
лексируются прямо в поток. Аналоговые сигналы сначала преобразуются в циф-
ровые при помощи технологии адаптивной дельта-модуляции, а затем обрабаты-
ваются посредством специальной цифровой схемы (Digital TASI), объединяю-
щей сигналы из множества входных речевых каналов в меньшее количество
выходных каналов. Источниками являются инжекционные лазерные диоды, из-
лучающие свет с длиной волны около 1,3 мкм со средней выходной мощностью
1 мВт. Роль детекторов света выполняют приемники на основе индиево-галлие-
во-арсенидных (InGaAs) p-i-n-фотодиодов и кремниевых биполярных трансим-
педансных (управляемых током) усилителей напряжения. В каждой схеме име-
ются три запасных лазерных диода, дистанционно включаемых в случае выхода
из строя основных диодов.
Рис. 7.21. Система SL Undersea Lightguide
338
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
а б
Рис. 7.22. Подводный оптический кабель: а — кабель; б— центральная жила
В конце 1980-х годов через Атлантический океан было проложено несколь.-
подводных волоконно-оптических кабелей, соединяющих Нью-Йорк с Англш
Францией и Испанией. Успешная работа этих систем побудила телекоммуни}
ционные компании расширить свои планы относительно прокладки подводнъ
волоконно-оптических кабелей. В начале 1990-х было проложено несколько к.
бельных линий через Тихий океан и Средиземное море. К середине 1990-х го.г
уже большая часть речи, данных и видеосигналов между Соединенными Штат,
ми и Европой, Японией и Австралией передавалась по волоконно-оптически'
межконтинентальным линиям связи.
По мере роста объемов использования оптических кабелей геостационарньл
спутники стали применяться для передачи речи между фиксированными точкам)
реже. Главное преимущество волоконно-оптической связи перед спутниковой за
ключается в том, что эти линии связи не подвержены электромагнитным помеха?-'
Еще одним важным фактором является отсутствие задержек в полсекунды и более
вызываемых тем, что при спутниковой связи сигнал должен проходить 50 00<
«лишних» миль. В настоящее время большинство геостационарных спутников
используется для телевидения и передачи данных, нечувствительных к задерж-
кам. Но с появлением в 1990-х годах новой серии низкоорбитальных спутников
(о которой рассказывается в следующем разделе) возможности использования
спутников для речевой связи значительно расширились. Эти спутники обеспечи-
вают работу новой системы мобильной связи, называемой Personal Communica-
tions Service (PCS), о которой также рассказывается далее в этой главе.
Локальные сети
За последнее десятилетие значительно возросла доля локальных сетей, в которых
используются волоконно-оптические технологии. В конце 1980-х годов волокон-
но-оптические кабели совместно с электрооптическими повторителями обычно
Мультиплексирование по длине волны
339
применялись с целью увеличения протяженности локальной сети. В настоящее
время получили распространение локальные сети типа FDDI (Fiber Distributed
Data Interface — распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оп-
тическим каналам), к которым относятся локальные сети с волоконно-оптиче-
скими соединениями и скоростью передачи данных 100 Мбит/с. Технология
FDDI обеспечивает передачу данных на расстояние более 50 миль, благодаря че-
му она может использоваться для создания городских магистралей. В локальных
сетях другого типа, Gigabit Ethernet, волоконно-оптические кабели применяются
во всех соединениях длиной свыше 100 м, так как слишком трудно обеспечить
безошибочное распознавание данных приемником, если они передаются в виде
очень коротких импульсов по медным проводам. Поскольку в современном дело-
вом мире требования к скорости передачи данных постоянно возрастают, в бли-
жайшем будущем ожидается рост использования волоконно-оптических соеди-
нений в локальных сетях.
Технология FTTH
Одной из самых разрекламированных идей в области телекоммуникаций являются
так называемые цифровые магистрали (digital highway). Указанный термин впервые
начал использовать вице-президент США Альберт Гор-младший для обозначения
волоконно-оптических соединений между компьютерными исследовательскими
центрами. Впоследствии он стал применяться ко всем типам высокоскоростных
соединений, в том числе к оптическим кабелям, подведенным к домам пользова-
телей.
В начале 1994 года в Калифорнии и Флориде было проведено несколько испы-
таний волоконно-оптических соединений с домами (Fiber to the Home, FTTH).
При этом по оптическим кабелям выполнялась одновременная передача до сотен
телевизионных каналов, речи и интерактивных данных. Испытания отличались
степенью интерактивности, предлагаемой домашнему пользователю, и возмож-
ностью интерактивно запрашивать разные функции. Например, при некоторых
испытаниях можно было заказывать фильмы для показа в определенное время
(эта функция называется видео по заказу). Другие были ориентированы на пре-
доставление интерактивных банковских услуг и возможностей заказа товаров.
Для интегрированной передачи речи, данных и видео начали использовать новый
термин — мультимедиа, хотя диапазон услуг, предоставляемых разными мульти-
медиа-провайдерами, бывает очень разным.
Не так давно в соревнование между операторами кабельного телевидения и те-
лефонными компаниями за доллары потребителей мультимедиа-услуг включи-
лась новая технология. Большинство телефонных компаний постепенно обеспечи-
вают своим пользователем поддержку технологии Digital Subscriber Line (DSL).
В ответ операторы кабельного телевидения прокладывают гибридные коммуника-
ции, состоящие из волоконно-оптических и коаксиальных кабелей, обеспечиваю-
щих поддержку двунаправленной связи, и предлагают своим абонентам кабельные
модемы.
340
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Технология HFC и кабельные модемы
В дополнение к испытаниям волоконно-оптических соединений с домашнимv
пользователями индустрия кабельного телевидения занялась модернизацией знс.
чительной части своей инфраструктуры путем перевода ее на технологию гиб
ридных оптико-коаксиальных сетей (Hybrid Fiber Coax, HFC). В такой сети о*
500 до 3000 абонентов кабельного телевидения могут обслуживаться с помощьк
единственного узла на конце магистральной волоконно-оптической линии, со
единенного со множеством коаксиальных линий передачи и ответвительных ка
белей. Кроме того, широкая полоса пропускания оптического магистрального ка-
беля позволяет оператору кабельного телевидения поддерживать передачу ь
обратном направлении, от абонентов к офису. Таким образом, инфраструктур..
HFC обеспечивает операторам кабельного телевидения возможность предостав-
ления телефонной связи, доступа к Интернету и других услуг, для которых необ-
ходима двунаправленная передача сигналов.
На рис. 7.23 показана схема гибридной сети на основе волоконно-оптических
и коаксиальных кабелей. Обратите внимание на то, что каждая из основных ма-
гистралей состоит из оптического кабеля, от которого к абонентам ответвляются
коаксиальные кабели, так что отпадает необходимость прокладки к ним новых
коммуникаций. Этот метод построения сети позволяет операторам кабельного
телевидения повысить пропускную способность своих систем исключительно
экономичным способом, поскольку коаксиальный кабель, проложенный ранее
к абонентам, используется и в новой системе.
Абоненты
Рис- 7.23. Гибридная оптике-коаксиальная сеть кабельного телевидения
Однако для обеспечения двунаправленной связи операторы кабельного теле-
видения должны обновить свои усилители. На центральной станции кабельного
телевидения располагается оборудование для приема спутникового телевидения
и ретрансляции его абонентам. Для поддержки телефонных услуг необходима
Спутниковые системы связи
341
гибридная оптико-коаксиальная сеть, показанная на рис. 7.23. Но двунаправлен-
ная передача сигналов интерактивного телевидения, интернет-приложений и
других подобных вещей может выполняться и обычными коаксиальными кабель-
ными системами, модернизированными для ее поддержки. Главным отличием
между двумя системами является то, что благодаря использованию волоконно-
оптических кабелей можно значительно сократить количество магистральных
кабельных линий и обеспечить защиту от всевозможных шумов (электромагнит-
ных помех).
В большинстве кабельных модемов имеются приемники, работающие в диапа-
зоне 50 750 МГц с шагом 6 МГц, позволяющие модему применять для приема
данных полный телевизионный канал. При использовании 64- или 256-символь-
ной квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation,
QAM) и большей части полосы пропускания телевизионного канала может под-
держиваться скорость передачи данных 36 Мбит/с. В обратном направлении ка-
бельные модемы передают сигналы на частотах от 5 до 42 МГц и поддерживают
скорость передачи данных 10 Мбит/с. Подробнее о технологии кабельных моде-
мов рассказывается в главе 5.
Технологии домашнего мультимедиа пока еще находятся в том же младенче-
ском возрасте, в каком компьютерная индустрия пребывала в 1970-х годах. И хо-
тя трудно предсказать, какие услуги будут предоставляться потребителям в буду-
щем, одно известно наверняка: какие бы наборы услуг ни предоставлялись под
названиями видео по заказу, мультимедиа и т. п., сигналы этих служб будут дос-
тавляться прямо к домам пользователей либо по оптическим кабелям, либо через
гибридные оптико-коаксиальные сети.
Спутниковые системы связи
Спутниковые системы связи позволяют пользователям обойтись без услуг тради-
ционных телекоммуникационных компаний, а поставщикам этих услуг - осуще-
ствлять широковещательную передачу информации за номинальную плату.
Основы спутниковых технологий
Спутниковые системы — это микроволновые системы связи, функционирующие
в пределах прямой видимости с использованием одного повторителя. Как уже го-
ворилось в главе 3, спутник называется находящимся на геостационарной орбите,
когда его скорость соответствует скорости вращения Земли на экваторе. Посколь-
ку спутник находится на очень большом расстоянии от Земли (около 22 300 миль)
и размеры его антенны таковы, что возможности фокусировки вещания весьма
ограниченны, конус вещания одного спутникового передатчика охватывает пло-
щадь, равную Соединенным Штатам.
Для тех случаев, когда информация исходит из одной точки и передается во
множество точек в одном направлении, что характерно, например, для телевизи-
онного и радиовещания, такая система связи подходит идеально. Относительно
большие задержки между моментом отправки сигнала и его получением (около
342
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
240 мс) при однонаправленной передаче ни на что не влияют. Однако в тех с.т-
ях, когда сигналы передаются в обоих направлениях и переданный сигнал ~
жен быть получен только в одной точке, как это бывает при телефонных разгс?
рах или сеансах обмена данными, такая большая область вещания и задерл •
могут вызывать проблемы.
Обмен данными и телефонные разговоры обычно имеют форму последоь.
тельности сообщений, передаваемых в одном направлении, на которые nocrv--
ют ответные или подтверждающие сообщения в другом направлении. Задер.-
между прямыми и ответными сообщениями снижают скорость передачи даннь
Большие задержки при разговоре вызывают у человека ощущение, что собесе
ник его не слышит. Кроме того, при передаче телефонных разговоров или даннь
через спутник возникают серьезные проблемы с их защитой, поскольку, буду •
предназначенными только одному получателю, они передаются на весь континен
Мощное движение в сторону цифровой передачи вызвано как раз тем, что оцис
рованную информацию проще зашифровать, чтобы в случае ее перехвата зле
умышленнику по крайней мере пришлось повозиться с ее дешифрацией.
Спутниковые системы связи состоят из одной или более наземных станций
геостационарного спутника, видимого с этих станций. На рис. 7.24 показан теле
порт Americatel, расположенный в Майами (штат Флорида) и включающий тр,
спутниковых антенны большого диаметра, входящие в состав наземной станции
Americatel — это региональная телекоммуникационная компания, предоставляю-
щая услуги речевой связи, передачи данных и факсимильной связи другим теле
коммуникационным компаниям и частным организациям в Центральной и Юж-
ной Америке. Многие абоненты Americatel в Центральной и Южной Америке
используют для связи с Северной Америкой терминальное оборудование VSAT
(Very Small Aperture Terminals), позволяющее им обходиться без наземных ком-
муникационных линий. Оборудование VSAT предоставляет пользователям, на-
ходящимся в удаленных от цивилизации местах (например, на горных разработ-
ках), современные возможности связи. Существуют стандарты на использование
спутниковых частот, позволяющие избежать накладок и помех при приеме и пе-
редаче сигналов. Для отправки сигнала спутнику и получения сигнала от него ис-
пользуются разные частоты. Общая схема назначения частот спутниковым систе-
мам приведена в табл. 7.2.
Таблица 7.2. Диапазоны частот для спутниковых систем
Частоты для передачи от наземной станции к спутнику, ГГц Частоты для передачи от спутника на наземную станцию, ГГц
5,925-6,425 3,700-4,200
7,900-8,400 7,250-7,750
14,00-14,50 11,70-12,20
27,50-30,00 17,70-20,20
Спутники оборудованы устройствами-повторителями, называемыми транс-
пондерами. Многие системы имеют 10 или 12 транспондеров, а международные
Спутниковые системы связи
343
спутники серии INTELSAT VI содержат по 46 транспондеров. Разные транспон-
деры используются для решения различных задач. Те из них, которые отвечают
за передачу телефонных разговоров или эквивалентных данных (с номинальной
полосой пропускания 4 кГц), могут обеспечивать функционирование до 3000 та-
ких каналов.
Рис. 7.24. Телепорт Americatef включает три спутниковые антенны большого диаметра
(фото любезно предоставлено Americatel Corporation)
Общая полоса пропускания спутника INTELSAT VI за счет применения тех-
нологий многократного использования частот может составлять 3460 МГц.
Транспондеры работают с разными несущими частотами. В настоящее время
для большинства коммуникационных приложений используются семь полос час-
тот, приведенных в табл. 7.3. Обратите внимание на то, что полосы С и Ku приме-
няются исключительно для широковещания - например, для трансляции теле-
визионных передач НВО, Showtime и т. п.
Таблица 7.3. Полосы частот спутниковой связи
Полоса Диапазон частот, ГГц
L 1,0-2,0
S 2,01-4,0
С 4,01-8,0
X 8,01-12,0
Ku 12,01-18,0
К 18,01-27,0
Ка 27,01-40,0
344
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Системы множественного доступа
Телефонные системы и мультиплексоры для передачи данных разрабатываются
с учетом того факта, что не все телефоны и терминалы, которые могут передавят
информацию, будут делать это одновременно. Можно сказать и так: обладател
телефона или терминала практически наверняка не займет всю полосу пропуска
ния канала. Это верно и для абонентов спутниковых систем. Существуют различ-
ные методы организации совместного использования ресурсов спутников и на
земных станций несколькими абонентами так, чтобы им казалось, будто каждом1,
из них выделен отдельный канал.
Множественный доступ с разделением частот
Множественный доступ с разделением частот (Frequency Division Multiple Access
FDMA) — это еще один пример уже знакомой вам технологии передачи данных j.
речи, называемой мультиплексированием с разделением частот (FDM). Техноло-
гия FDMA используется для выделения отдельным пользователям небольших
частей широкой полосы пропускания (500 МГц для спутниковых транспондеров)
Например, телекоммуникационной компании в некоторой стране, скажем, в Бра-
зилии, может потребоваться 132 канала для передачи речи и аналоговых данных
в другие страны. Для такого количества каналов необходима полоса пропускания
10 МГц. Поэтому 1 транспондер с полосой пропускания 500 МГц может обслужи-
вать 50 пользователей (выделяя по 132 канала на каждого). Бразильскому поль-
зователю может быть выделена полоса частот от 5990 до 6000 МГц для передачи
данных на спутник и полоса от 3765 до 3775 МГц для получения данных со спут-
ника. Другим пользователям могут быть назначены другие части полосы пропус-
кания того же транспондера. Например, португальскому пользователю может
быть выделена полоса частот 6220-6230 МГц для передачи данных на спутник и
полоса 3995-4005 МГц для получения данных со спутника. Канадский пользова-
тель может передавать данные на спутник в полосе частот 5930-5940 МГц и по-
лучать данные со спутника полосе частот 3705-3715 МГц. На рис. 7.25 показано,
как трем пользователям может быть назначена одна общая полоса передачи на
одном транспондере и три разных полосы приема. Благодаря такой организации
можно выполнять одновременную двунаправленную передачу между любыми
тремя станциями, используя лишь часть полосы пропускания одного спутнико-
вого транспондера.
Множественный доступ с разделением времени
Множественный доступ с разделением времени (Time Division Multiple Access,
TDMA) — это эквивалент FDMA, но не в частотной, а во временной области.
Метод работает подобно мультиплексированию с разделением времени, исполь-
зуемому в наземных системах передачи данных и речи. Каждый спутниковый
транспондер может передавать данные со скоростью от 10 до 100 Мбит/с. При пе-
редаче наземной станции доступна полная полоса пропускания транспондера,
но периодически она должна на некоторое короткое время прекращать передачу,
чтобы предоставить доступ к транспондеру другим станциям. Информация пере-
дается на спутник кадрами. Кадр содержит один непрерывный поток информа-
ции от каждой наземной станции, которой был предоставлен доступ к одному
г
Спутниковые системы связи 345
транспондеру. Формат стандартного кадра показан на рис. 7.26. Суммарная дли-
тельность отдельных потоков не равна длительности кадра, поскольку между по-
токами оставляются небольшие защитные временные интервалы.
Рис. 7.25. Многопользовательская спутниковая система
Рис. 7.26. Структура кадра TDMA
346
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
Одной из главных проблем такого способа совместного использования рсс\.
сов спутника является управление временем приема-передачи потоков. Вызван
это следующими обстоятельствами. Во-первых, спутники не вполне стационар?:
на своих орбитах (каждый из них перемещается по небольшой траектории в фор'-'
восьмерки). Во-вторых, время прохождения сигнала между различными назе\
ными станциями и спутником неодинаково, поскольку они находятся на разно1
расстоянии от спутника. Технология TDMA позволяет спутниковому передатчик
передавать сигналы более высокой мощности, чем при использовании технолс
гии FDMA. Это возможно потому, что транспондер в каждый момент времени за
нимает только одну полосу частот, снижая тем самым интермодуляционные и с
кажения.
Множественный доступ с предоставлением каналов
по требованию
При использовании технологии множественного доступа с предоставлением ка-
налов по требованию (Demand Assignment Multiple Access, DAMA) каждый спут-
никовый транспондер функционирует подобно телефонному коммутатору. Этс
означает, что каждый подканал выделяется только тогда, когда имеется трафик
для передачи. Этот принцип противоположен принципу работы описанных выше
технологий FDMA и TDMA, согласно которому каналы закрепляются за пользо-
вателями раз и навсегда, независимо от текущего трафика. Технологию DAMA
можно считать разновидностью FDMA в том отношении, что часть транспондеров
или все они распределяются по отдельным каналам, доступным всем наземнью
терминалам, обслуживаемым транспондером DAMA. Централизованная или рас-
пределенная компьютерная система на Земле управляет тем, кто и когда получае г
в свое распоряжение каждый канал. DAMA особенно удобна для обеспечения
наиболее эффективной загрузки транспондеров в тех случаях, когда каждой из
наземных станций нужно всего несколько каналов.
Персональные услуги связи
В 1970-х и 1980-х годах о спутниковой связи часто говорили как о коммуникаци-
онной технологии будущего. Многие авторы писали, что со временем она заме-
нит почти всю наземную связь. Но этого не произошло, прежде всего из-за задер-
жек, обусловленных передачей сигнала на спутник и обратно па Землю. Такая
передача осуществляется через атмосферу на расстояние более чем 25 000 миль.
Задержка затрудняет использование спутниковой связи для передачи данных
в тех случаях, когда требуется периодическое подтверждение получения блоков
данных. На речевой связи задержка отражается гораздо меньше, и поэтому спут-
ники все шире используются в новой роли — как средство предоставления персо-
нальных услуг (Personal Communications Services, PCS).
Главное отличие между развивающимися персональными спутниковыми сис-
темами связи и существующими сотовыми телефонами заключается в методе со-
единения. Пользователи сотовых телефонов взаимодействуют через узлы сото-
вой связи, соединенные с общедоступной коммутируемой телефонной сетью при
помощи наземных линий. Системы PCS также предоставляют услуги речевой
связи, подобные сотовой связи, с использованием различных частот для передачи
Спутниковые системы связи
347
на сотовые узлы. Кроме того, наземные пользователи могут также подписываться на
услуги низкоорбитальной спутниковой связи. Такая подписка позволяет абонентам
пользоваться сотовой связью или получать пейджинговые сообщения через низко-
орбитальные спутники, находясь в любой точке планеты.
Несколько компаний разработали спутниковые системы, включающие от 12
до 60 или более негеостационарных низкоорбитальных и среднеорбитальных
спутников для обеспечения внутриконтинентальной или практически глобаль-
ной связи. Они создавались для поддержки нового типа беспроводных телефон-
ных услуг с трансляцией в частотных диапазонах L и Ка и поддержкой высокока-
чественной речевой связи, а также передачи факсимильных и пейджинговых
сообщений.
Одной из первых спутниковых систем для предоставления персональных услуг
связи стала система Iridium компании Iridium, Inc. Эта компания является консор-
циумом телекоммуникационных операторов и промышленных компаний, перво-
начально организованным компанией Motorola, которая и сейчас имеет в ней не-
большую долю. Идея, положенная в основу Iridium, родилась в 1985 году, когда
Карэн Бертье, исполнительный директор компании Motorola, отдыхая на Кариб-
ских островах, не смогла позвонить по сотовому телефону в Соединенные Штаты.
Она убедила мужа в необходимости создания глобальной беспроводной системы
мобильной связи. Первоначально планировалось, что Iridium будет содержать 77
низкоорбитальных спутников, но позднее их количество сократилось до 66. И хотя
консорциум был назван по имени 77-го элемента, переименовывать его не стали.
Ведь иначе его пришлось бы назвать по имени 66-го элемента диспрозием, что пе-
реводится как труднодоступный! Первый спутник был создан компанией Lockheed
Martin по заказу Motorola Satcom в октябре 1995 года. К 1997 году Iridium вывела
на орбиту 47 спутников, а к 1998 году над Землей вращалось полное созвездие из
66 спутников.
Итак, спутниковая сеть Iridium состоит из 66 спутников, вращающихся в шес-
ти орбитальных плоскостях примерно в 480 милях над Землей. Для связи с ними
используются специальные мобильные телефоны Iridium и традиционные теле-
фонные системы со спутниковыми шлюзами, конвертирующими наземные сиг-
налы в Ка-диапазон для передачи на спутники Iridium. Но хотя система Iridium
завоевала значительную популярность, количество ее абонентов так и не превы-
сило малой части от ожидавшихся компанией. Поэтому Iridium объявила о бан-
кротстве и собиралась изменить траектории спутников так, чтобы они сгорели в
земной атмосфере. К счастью, на помощь пришло министерство обороны США
с контрактом на использование спутниковой системы, компания была реоргани-
зована и продолжила свою деятельность. Другие крупнейшие коммуникацион-
ные компании тоже создали спутниковые системы для персональных услуг связи.
Одной из таких систем стала ORBCOMM — совместная собственность корпора-
ции Orbital Sciences, канадской Teleglobe, Inc. и базирующейся в Малайзии Tech-
nology Resources Industries.
Низкоорбитальные спутники идеально подходят для сотовой и пейджинговой
связи. Благодаря их низким орбитам для передачи сигналов на такие спутники
требуется меньше энергии. Каждый, кто видел старый телефильм Тома Кланси,
в котором разведчик открывает дипломат и собирает маленькую наземную станцию
348
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
для получения сигналов со спутника, теперь поймет, что этот разведчик у стан.-. _•
ливал связь с геостационарным спутником. Для сравнения, в фильме «Air For
One» Гаррисон Форд использовал маленький сотовый телефон, поскольку
связывался с низкоорбитальным спутником. К сожалению, сотовый телефон
связи с низкоорбитальным спутником по весу и размеру скорее напоминает кг.
пич и стоит несколько тысяч долларов. Поэтому Iridium и другие низкоорбита.'
ные спутниковые системы пока не привлекли достаточного количества абонс
тов, и большинство операторов спутниковой связи испытывает значительн:-
финансовые трудности.
Резюме
♦ Процесс прохождения света по оптическому волокну, подчиняется закон
Снеллиуса.
♦ Свет в многомодовом оптическом волокне может проходить по неско.т:
ким траекториям, а одномодовом волокне — только по одной.
♦ Показатель преломления кварцевого стекла, из которого делается опти'р
ское волокно, изменяется вдоль радиуса волокна и имеет максимально
значение в его центре.
♦ Полоса пропускания волоконно-оптической системы ограничивается ме-
довой и материальной дисперсиями.
♦ Расстояние, на которое может передаваться информация по оптическом;,
волокну, ограничено рассеянием, поглощением, потерями на стыках и из-
гибах кабеля.
♦ Оптическое волокно с изменяющимся показателем преломления произво
дится путем нагревания кварцевой заготовки, легированной оксидами раз-
личных веществ, таких как германий и фосфор, и вытягивания их до нуж-
ного диаметра.
♦ Передатчиками для волоконно-оптических систем служат светодиоды или
полупроводниковые инжекционные лазеры.
♦ Приемниками для волоконно-оптических систем служат лавинные фото-
диоды или p-i-n-фотодиоды.
4- Окно прозрачности представляет собой диапазон длин волн, в котором поте-
ри при передаче такого излучения по оптическому волокну минимальны.
♦ Оптические усилители на волокне, легированном эрбием, позволяют уси-
ливать оптический сигнал без его преобразования в электрический.
♦ Количество каналов, поддерживаемых системой на основе мультиплекси-
рования по длине волны повышенной плотности, зависит от скорости пе-
редачи данных на каждой длине волны и длин волн, используемых при
мультиплексировании.
♦ SONET представляет собой набор стандартов, обеспечивающих совмести-
мость волоконно-оптических систем передачи данных различных сетей ин-
формационного обмена и телефонных сетей.
Контрольные вопросы
349
4 Волоконно-оптические кабели все чаще используются в локальных сетях.
♦ Ожидается появление новых услуг для домашних пользователей, называе-
мых видео по заказу и мультимедиа, которые будут реализованы с исполь-
зованием оптических кабелей, подведенных к домам пользователей.
4 Для спутниковой связи выделены четыре полосы частот, используемых при
передаче информации с наземных станций, и четыре полосы частот для пе-
редачи сигнала на наземные станции.
4 Технология TDMA позволяет спутниковым передатчикам работать на боль-
ших мощностях, чем это возможно при использовании технологии FDMA.
4 Низко орбитальные спутники лучше подходят для обеспечения сотовой свя-
зи, поскольку они ближе к Земле и для доступа к ним требуется меньше
энергии.
Контрольные вопросы
1. Каковы требования к системе связи, работающей в световом диапазоне?
Выберите один из вариантов ответа:
а) мощный, надежный источник света;
б) прочное стекло;
в) надежная недорогая передающая среда;
г) мощные усилители.
2. Сердцевина оптического волокна имеет:
а) более низкий коэффициент преломления света, чем воздух;
б) более низкий коэффициент преломления света, чем оболочка;
в) более высокий коэффициент преломления света, чем оболочка;
г) ничего из вышеперечисленного.
3. У одномодового волокна диаметр сердцевины примерно:
а) в 10 раз больше радиуса волокна;
б) в 3 раза больше длины волны света, проходящего по волокну;
в) равен 15 мкм;
г) в 10 раз больше длины волны света, проходящего по волокну.
4. Сколько раз за 30 лет обычно случаются повреждения на одном километре
волоконно-оптического кабеля? Выберите один из вариантов ответа:
а) ни разу;
б) один раз;
в) 10 раз;
г) 2 или 3 раза.
350
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
5. Как называется оптическое волокно с одинаковым коэффициентом пре
ломления сердцевины? Выберите один из вариантов ответа:
а) ступенчатое волокно;
б) градиентное волокно;
в) волокно с постоянным коэффициентом преломления;
г) волокно с изменяющимся коэффициентом преломления.
6. Оптическое волокно 62,5/125 имеет:
а) оболочку диаметром 62,5 мкм;
б) оболочку диаметром 125 мкм;
в) сердцевину диаметром 62,5 мкм;
г) сердцевину диаметром 125 мкм.
7. Легирующие вещества вводятся в заготовку оптического волокна:
а) осаждением пара снаружи;
б) осаждением пара по оси;
в) осаждением пара изнутри;
г) всеми тремя способами.
8. Сколько энергии светодиод может ввести в оптическое волокно? Выбери-
те один из вариантов ответа:
а) 10 Вт;
б) 10 мВт;
в) 100 мкВт;
г) 1 пВт.
9. Приемник на основе лавинного фотодиода фиксирует бит данных, получив:
а) 1 фотон;
б) 10 фотонов;
в) 100 фотонов;
г) 200 фотонов.
10. Какая из следующих проблем не решена для спутниковых систем? Выбе-
рите один из вариантов ответа:
а) область покрытия;
б) защита от перехвата;
в) полоса пропускания;
г) доступ.
11. Сколько длин волн может использовать волоконно-оптическая система
связи FT3C компании AT&T? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1;
б) 2;
Контрольные вопросы
351
в) 3;
г) 10.
12. Какое устройство возбуждает электроны эрбия в оптическом усилителе на
волокне, легированном эрбием? Выберите один из вариантов ответа:
а) лазер накачки;
б) WDM;
в) DWDM;
г) кварц.
13. Какие два фактора ограничивают количество каналов в системе на основе
мультиплексирования по длине волны высокой плотности? Выберите один
из вариантов ответа:
а) кварц и эрбий;
б) уровень легирования оптического волокна и возбуждение;
в) разнос каналов и скорость передачи данных на каждой длине волны;
г) сумма длин волн в полосах С и L.
14. Сколько двунаправленных речевых каналов связи может поддерживать
система SL Undersea Lightguide? Выберите один из вариантов ответа:
а) 10 000;
б) 100 000;
в) 35 000;
г) 760.
15. Какова скорость распространения света в материале 1 по сравнению с ма-
териалом 2, если коэффициент преломления материала 1 больше, чем та-
ковой материала 2? Выберите один из вариантов ответа:
а) больше или равна;
б) больше;
в) меньше;
г) равна.
16. Как называются различные траектории распространения света в оптиче-
ском волокне, если диаметр сердцевины во много раз больше длины вол-
ны света? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) эмиттерами;
б) модами;
в) сенсорами;
г) рефракторами.
17. В одномодовом волокне большая часть энергии передается через:
а) покрытие;
б) сердцевину;
352
Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
в) оболочку;
г) воздух.
18. Как называются потери энергии сигнала при прохождении света по во.
ну? Выберите один из вариантов ответа:
а) распространение;
б) рассеяние;
в) поглощение;
г) затухание.
19. Какова эффективность ввода излучения светодиода в оптическое воло>
с числовой апертурой 0,2 или более? Выберите один из вариантов otbi _
а) 60 %;
б) 10%;
в) 2 %;
г) 0,1 %.
20. Сколько волокон содержит оптическая система FT3C? Выберите одиь
вариантов ответа:
а) 12;
б) 144;
в) 128;
г) 64.
21. Главным достоинством стандарта SONET является то, что он обеспечивав
а) высокую скорость передачи данных;
б) взаимодействие между различными системами информационного of
мена и телефонными сетями;
в) доставку данных на домашние компьютеры;
г) соединение локальных сетей.
22. Какое количество служебных байтов содержит кадр SONET? Выберит
один из вариантов ответа:
а) 90;
б) 9;
в) 27;
г) 87.
23. Сколько сигналов ОС-1 содержит сигнал SONET ОС-3? Выберите оди’
из вариантов ответа:
а) 3;
б) 6;
в) 9;
г) 12.
Контрольные вопросы
353
24. Геостационарный спутник, используемый в коммуникационных системах:
а) неподвижно висит в небе;
б) вращается вместе с Землей;
в) располагается над экватором;
г) неподвижен относительно поверхности Земли;
д) варианты а) и в);
е) варианты б), в) и г).
25. Как называются повторители в коммуникационных спутниках? Выберите
один из вариантов ответа:
а) транспондерами;
б) детекторами;
в) модуляторами;
г) станциями.
26. Сколько полос частот в настоящее время выделено для передачи сигналов
с Земли на спутник? Выберите один из вариантов ответа:
а) 16;
б) 8;
в) 4;
г) 2.
27. Какая полоса пропускания необходима для передачи 132 каналов речевой
связи FDM на международную спутниковую систему? Выберите один из
вариантов ответа:
а) 500 МГц;
б) 10 МГц;
в) 1320 МГц;
г) 50 МГц.
28. Что такое Iridium? Выберите один из вариантов ответа:
а) геостационарный комплекс из 77 спутников;
б) низкоорбитальный комплекс из 77 спутников;
в) геостационарный комплекс из 66 спутников;
г) низкоорбитальный комплекс из 66 спутников.
29. Чем определяется главное преимущество низкоорбитальных спутников при
двунаправленной связи? Выберите один из вариантов ответа:
а) расположением станций на Земле;
б) энергией, необходимой для доступа;
в) погодой;
г) защищенностью от солнечных вспышек.
354 Глава 7. Волоконно-оптические и спутниковые линии связи
30. Главной проблемой, связанной с использованием низкоорбитальных с
ников Земли для персональной связи, является:
а) расстояние до спутника;
б) область охвата;
в) размер спутника;
г) стоимость и размер телефонной трубки.
Глава 8
Протоколы и контроль
ошибок
4- Протоколы и интерфейсы
+ Элементы протокола
4- Протоколы Teletypewriter и XMODEM
4 Сверточное кодирование — контроль с помощью циклического
избыточного кода
4- Полудуплексные протоколы
4- Дуплексные протоколы
В этой главе рассказывается о правилах организации взаимодействия систем пе-
редачи данных, о способах обнаружения такими системами ошибок при передаче
данных и о некоторых методах устранения этих ошибок. Поскольку в настоящее
время используется много разных схем передачи данных (в частности, синхрон-
ные и асинхронные, дуплексные и полудуплексные системы), для них разработа-
но множество наборов правил, называемых протоколами, и множество схем обна-
ружения и исправления ошибок. В данной главе будут рассмотрены наиболее
популярные из этих технологий.
Протоколы и интерфейсы
Протоколы — это соглашения между людьми или процессами (процессами обычно
являются компьютерные программы) о том, кто, что, для кого и когда должен или
может делать. Протокол отличается от интерфейса. Интерфейс — это набор пра-
вил (часто реализованных в виде элементов аппаратного обеспечения), управ-
ляющий взаимодействием между двумя различными машинами или процессами,
например между компьютером и модемом. Протокол — это набор правил, опреде-
ляющий порядок взаимодействия между двумя одинаковыми или выполняющи-
ми общие функции машинами или процессами. Отличие между интерфейсом и
протоколом иллюстрирует рис. 8.1. Здание А и здание В выглядят одинаковыми,
и в них располагаются две одинаковые, хотя и довольно странные группы людей.
Английскому инженеру, занимающему верхний этаж здания А, нужна связь с дру-
гим английским инженером, который расположился на верхнем этаже здания В.
Однако единственный телефон, имеющийся в каждом из зданий, находится на
356
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
первом этаже и принадлежит шведскому бизнесмену. Инженеры не говорят
шведски, а бизнесмены не говорят по-английски.
Рис. 8.1. Протоколы и интерфейсы
Два инженера, как и большинство людей, которым часто приходится разгова
ривать по телефону, имеют выработанную годами схему взаимодействия. Тот
кто услышал звонок и поднял трубку, говорит: «Алло». Звонящий отвечает: «Ат
ло, это Регги». Тогда первый инженер произносит примерно следующее: «Пр;
вет, Регги. Как дела, дружище?» Это называется преамбулой. Далее начинаете
разговор об Уимблдоне, о погоде, а иногда даже о профессиональных делах. Н.
большинство фраз тот, кому задается вопрос, отвечает, но не обязательно пред.к
жением — это может быть и просто междометие. Если одна из сторон в течени
некоторого времени не слышит ответов другой стороны, может последовать во
прос: «Алло, ты меня слышишь?» И, если ответа не будет, человек, скорее всей
прекратит разговор и начнет весь процесс сначала. Если одна сторона не понима
ет другую, может прозвучать вопрос: «Что-что?», и вторая сторона повторит по
следнее предложение. Когда разговор окончен, завершающий его человек гово
рит: «Ну ладно, пока» и его собеседник отвечает: «Пока». Шведский бизнесме;
использует при разговоре со своим собеседником похожую технологию. Все эти
действия, выполняемые по взаимному соглашению, и составляют протокол. Как
рассказывается далее в этой главе, протоколы, предназначенные для организации
взаимодействия между процессорами в компьютерах, основываются на тех же
принципах, что и протоколы общения между людьми.
Хотя наши два инженера могут прекрасно общаться друг с другом благодаря
наличию коммуникационного протокола, у них есть одна проблема — отсутствие
непосредственного доступа к коммуникационному каналу, который ревностно ох-
раняется здоровенными шведами. Решением этой проблемы может стать обеспе-
чение возможности непосредственного взаимодействия между англичанином
и шведом, то есть интерфейса. Каждый из инженеров привлекает еще одного че-
ловека, который стоит на лестнице между этажами, переводит слова инженера на
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
357
шведский и передает их бизнесмену, который проговаривает их по телефону биз-
несмену во втором здании, а тот произносит их на шведском для второго челове-
ка на лестнице, который, наконец, переводит их на английский и передает второ-
му инженеру.
Эта процедура кажется сложной и неэффективной, и во многих отношениях
так оно и есть. Но это именно та процедура, которая используется в миллионах
систем обмена данными и позволяет прикладной программе, общающейся при
помощи одного набора символов (например, ASCII) и генерирующей их с одной
скоростью, взаимодействовать через монитор (систему дистанционной обработ-
ки), использующий другой набор символов (например, EBCDIC) и совершенно
иную скорость, с программой сетевого интерфейса, оперирующей третьим набо-
ром символов. О стандартных интерфейсах мы рассказали в главе 4. В этой главе
речь пойдет о протоколах.
Элементы протокола
Основными элементами протокола передачи данных являются набор символов,
называемый набором знаков, набор правил, определяющий последовательность и
время выдачи сообщений (составлены из знаков указанного набора) и процедур
для выявления и исправления ошибок при передаче. Набор знаков состоит из
подмножества, которое имеет смысл для человека (обычно это подмножество назы-
вается печатными знаками), и еще одного подмножества, представляющего управ-
ляющую информацию (это подмножество называется управляющими знаками).
Каждый знак соответствует группе символов канала связи. Так, символ А мо-
жет соответствовать двоичному коду 1000001 с десятичным значением 65. За мно-
гие годы было выработано несколько стандартных способов кодировки знаков
последовательностями нулей и единиц (битов); это, например, кодировка ASCII
(о которой рассказывалось в предыдущих главах). Набор правил, которому следу-
ют отправитель и получатель данных, определяет значение символов, разрешен-
ные последовательности и временные интервалы между управляющими симво-
лами и содержащими их сообщениями. Процедура выявления и исправления
ошибок позволяет обнаруживать и вовремя устранять ошибки, вызываемые фак-
торами, внешними по отношению к терминалам на обоих концах линии связи.
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
Простейшие из распространенных протоколов связаны с передачей стартстоп-
ных или асинхронных данных. В свое время они были разработаны для взаимо-
действия между телетайпами. Это электромеханические устройства, и предназна-
ченные для них протоколы были ориентированы на взаимодействие с имеющи-
мися в телетайпах простыми механическими контроллерами. В одном из первых
протоколов для телетайпов (TTY) использовался набор из 58 знаков: 50 печат-
ных знаков, знак пробела и 7 управляющих. Первоначально он назывался CCITT
Alphabet No. 2. Как показано на рис. 8.2, знаки в этом протоколе кодировались 5-раз-
рядными двоичными кодами.
358
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Двоичный Десятичный Символ LTRS Символ FIGS
00000 00 BLANK BLANK
0000 1 01 Е 3
000 1 0 02 LF LF
0 0 0 1 1 03 А —
00100 04 Space Space
00101 05 S /
00110 06 I 8
00111 07 и 7
0 1000 10 CR CR
0 10 0 1 11 D WRU
0 10 10 12 R 4
0 10 11 13 J BELL
0 1 1 0 0 14 N
0 110 1 15 F
0 1110 16 С
0 1111 17 К (
1 0000 20 т 5
1 000 1 21 Z +
10010 22 L )
10 0 11 23 W 2
10 10 0 24 Н
10 10 1 25 Y 6
10 110 26 Р 0
10 111 27 Q 1
110 0 0 30 О 9
110 0 1 31 В ?
110 10 32 G
110 11 33 FIGS FIGS
11100 34 М
1110 1 35 X /
11110 36 V
11111 37 LTRS LTRS
Рис. 8.2. Протокол CCITT Alphabet No. 2
Печатными символами являются буквы (в верхнем регистре), цифры и 14 знг
ков препинания. К управляющим символам относятся символ возврата каретк
(CR), символ перевода строки (LF) и символ выдачи звукового сигнала (BELL
Кроме того, имеются символы NULL (пустой символ NULL — это не то же самое
что пробел) и WRU. Символ WRU, означающий «Who Are You» (Кто ты?), ис
пользуется для идентификации терминала. Оставшиеся два управляющих сим
вола — это FIGS, переключающий телетайп на печать цифр и знаков препинание
и LTRS, переключающий его на печать символов алфавита. Как рассказывался:,
в главе 1, этот набор символов с соответствующими двоичными кодами обычш
называется кодом Бодо, по имени Эмиля Бодо, придумавшего первую кодировку
с символами фиксированной длины.
Протокол для системы передачи сообщений на основе кода Бодо примерно та
ков (эта процедура может немного изменяться в зависимости от конкретного one
ратора системы), как описано ниже.
1. Между двумя машинами устанавливается канал связи. Это может быть вре-
менное коммутируемое соединение или постоянная выделенная линия.
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
359
2. Машина-отправитель отсылает символ WRU, чтобы убедиться в том, что
машина-получатель — это именно та машина, которой предназначается со-
общение.
3. Машина-отправитель отсылает сообщение «Это...», идентифицирующее ее
для получателя.
4. Машина-отправитель посылает преамбулу, или заголовок сообщения, иден-
тифицирующий имя и адрес получателя сообщения, дату и время ввода
сообщения в систему, а также его номер, дату и время передачи. В некото-
рых системах отправитель указывает два номера — номер сообщения с на-
чала текущего дня и соответствующий количеству сообщений, отправлен-
ных данному получателю за этот день.
5. В конце сообщения отправитель отсылает еще одну последовательность
«Это...» и еще один WRU. Второй символ WRU нужен для подтверждения
того, что машина получателя все еще на связи. Если сообщение отправляет-
ся вручную, оператор машины-отправителя иногда отсылает несколько зна-
ков BELL, чтобы привлечь внимание человека, обслуживающего машину-
получатель.
Данный протокол отрабатывался в течение многих лет, пока пересылка сооб-
щений выполнялась операторами телетайпов вручную. Как видите, он включает
все элементы, описанные во введении этой главы: заранее определенный набор
символов и соответствующие коды, подходящие для передачи, преамбулу, сообще-
ние и даже элементарную процедуру выявления ошибок (к ней можно отнести от-
правку символа WRU в начале и в конце сеанса).
Этот простейший протокол хорошо работает только тогда, когда при обмене
данными между двумя телетайпами практически не происходит ошибок. В неко-
торых случаях отдельные символы могут искажаться так, что машина-получа-
тель будет печатать бессмысленный набор знаков, а машина-отправитель ничего
об этом не узнает. Проверка с помощью символа WRU в конце сообщения под-
тверждает только тот факт, что получатель все еще на связи. Но о том, получено
ли сообщение и в каком виде, эта процедура проверки ничего не говорит. Для обес-
печения правильной передачи данных в простых протоколах иногда используются
две технологии: контроль четности и эхоплекс.
Контроль четности
Вот кредо коммуникатора: «Да пребудем в вере, надежде и четности, но четность
прежде всего».
Контролем четности называется технология добавления передатчиком к каж-
дому набору битов, кодирующему один символ, еще одного бита, предназначен-
ного для обнаружения ошибок. При использовании механизма контроля четности
бит четности передается с каждым символом, и обычно ему присваивается значе-
ние, при котором код символа содержит четное количество единиц. Поэтому этот
вид контроля и называется контролем четности. Приемник повторно вычисляет
бит четности и сравнивает его с полученным битом. Если они совпадают, значит,
получен верный код символа. Если нет, передающему терминалу направляется
360
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
соответствующее уведомление, обычно путем пересылки вместо ошибочного с?
вола специального символа ошибки.
Методы контроля четности
В синхронных системах связи обычно используется один из двух методов к
троля четности: проверка на четность или проверка на нечетность. Существу •
еще три дополнительных метода: контроль по единичному биту четности, кс
троль по нулевому биту четности и отсутствие контроля по четности с последу?
щим уведомлением о том, что бит четности не используется для контроля он.
бок. При выполнении проверки на четность бит четности устанавливается т<-.
чтобы набор битов символа вместе с битом четности содержал четное количест,-
битов, равных 1. При выполнении проверки на нечетность бит четности усташ.
ливается так, чтобы набор битов символа вместе с битом четности содержал е-
четное количество битов, равных 1. При контроле по единичному биту четное?
бит четности всегда устанавливается равным 1, а при контроле по нулевому би-
четности — равным 0.
Для примера рассмотрим процесс передачи ASCII-символа М, двоичный к
которого равен 1001101. Поскольку этот код содержит четыре установленных б,
та (четыре 1), для проверки на нечетность к нему добавляется 1, а для проверь
на четность — 0 (рис. 8.3).
Схема контроля четности выявляет ошибку при неправильной передаче одно-
бита символа, но если ошибок было несколько, она может их не обнаружить. Буш ~
ли обнаружена группа ошибок, зависит от того, где в символе располагались непр<.
вильно переданные биты и каков набор битов (двоичный код) этого символ
Пусть, к примеру, из-за помех на линии передачи первые два бита ASCII-симв
ла М были инвертированы, в результате чего приемник получил последовател
ность битов 0101101. В этом случае количество установленных битов остаетс-
тем же и схема контроля четности не обнаруживает ошибку. Теперь допусти.'.'
что помехи на линии передачи воздействовали на биты со второго по четвертый
изменив передаваемый код символа М на 1110101. Обратите внимание, что те
перь установлено пять битов, и это позволяет схеме контроля четности обнар-.
жить ошибку. Как видите, проверка на четность в одних случаях выявляет ошибк;.
а в других — нет. Простейшим способом исправления ошибки является отправка
получателем запроса на повторную пересылку символа.
Б
I U U I 1 и 1 [Z
Т
Н
О
С
т
и
10 0 110 1 1 Проверка на нечетность
10 0 110 1 0 Проверка на четность
Рис. 8.3. Бит четности для ASCII-знака М
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
361
Контрольные суммы
При использовании технологии контроля четности бит четности добавляется в ко-
нец символа и передается вместе с ним. Эта схема иногда называется вертикаль-
ным контролем с использованием избыточных кодов (Vertical Redundancy Chec-
king, VRC) или вертикальной четностью, поскольку, если расположить бумажную
перфоленту горизонтально, каждый символ будет представлен на ней вертикаль-
ным столбцом отверстий. Можно также (во многих системах так и делается) вклю-
чить в передаваемую последовательность битов горизонтальный контрольный знак,
используемый для контроля четности каждой строки отверстий на ленте.
На рис. 8.4 показан набор знаков, представленных в виде пробитых в перфо-
ленте отверстий, с вертикальным (или знаковым) битом четности сверху соответ-
ствующего каждому знаку ряда отверстий и горизонтальным битом (или знаком
четности блока) справа. Знак четности блока обычно называется контрольной
суммой, поскольку он формируется путем сложения последовательности знаков
без переноса. Иногда его также называют знаком продольного контроля по избы-
точности (Longitudinal Redundancy Check, LRC). Он отсылается как дополни-
тельный знак в конце каждого блока сообщения. Система, в которой используются
и вертикальный контроль четности, и контрольные суммы, обычно может выяв-
лять все однобитовые и даже некоторые многобитовые ошибки в одном символе.
Этот метод выявления ошибок является одним из трех методов, поддерживаемых
протоколом BiSync, которые описаны далее в этой главе.
LRC или контрольная
сумма
О
О
О
О
Горизонтальный контроль четности
(проверка на четность с VRC)
Биты
вертикальной четности
О
О
О
О
О
О
О
О
О
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
Движение ленты Отверстия для лентопротяжного устройства
Рис. 8.4. Вертикальный и горизонтальный контроль четности
Эхоплекс
Пожалуй, не совсем правильно классифицировать эхоплекс как элемент протоко-
ла, но все же об этой технологии стоит упомянуть. Суть ее заключается в том, что
приемник отсылает обратно каждый полученный символ. Оператор-отправитель,
просматривая копию отправленной информации, видит, прошла ли передача всех
символов без искажений. Правда, если отправитель получает один из знаков с
ошибкой, он не знает, когда произошла эта ошибка — то ли на пути к получателю,
то ли на обратном пути. Но по крайней мере он знает о ее существовании.
362
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Протокол XMODEM
Протокол XMODEM был предложен Уордом Кристенсеном, по сути это -
стая схема выявления ошибок, подходящая для контроля операций пересы*, <
файлов между компьютерами. Для реализации этой схемы требуется, чтобы од- •
терминал или компьютер был настроен (оператором либо компьютерной nporps.*
мой) как отправитель, а другой — как получатель. После установки соедине.1-
с помощью протокола получатель должен отослать отправителю символ отрнх^
тельного подтверждения — NAK (Negative Acknowledge), представляющий соб •
последовательность 0010101 в кодировке ACSIL Получатель настраивается
отправки символа NAK каждые 10 с. Когда отправитель обнаруживает симы ’
NAK, он начинает отправку сообщений блоками по 128 знаков данных, обрамле-
ных определенными управляющими символами протокола. О начале каждого б.~
ка сигнализирует символ SOH (Start of Header). За ним следует номер блока
ASCII-коде, а затем тот же номер блока, все биты которого инвертированы. Пс
цесс инверсии битов называется дополнением до единицы, так что за номере >-
блока следует дополнение номера блока до единицы. За 128-символьным фра
ментом файла следует контрольная сумма, которая равна остатку от деления сум
мы всех 128 байт сообщения на 255. Математически контрольную сумму (che-
sum) протокола XMODEM можно представить так:
128
X AS СП_ код_ символа
CHEKSUM = R ’---------~----------
где R — остаток от деления.
Формат блока протокола XMODEM показан на рис. 8.5.
Начало заголовка Номер блока Дополнение номера блока До единицы 128 символов данных Контрольная сумма
Рис. 8.5. Формат блока протокола XMODEM
Получатель проверяет каждую часть присланного блока и пытается выяснить
следующее.
♦ Является ли первым символом SOH?
4- Равен ли номер блока значению, которое на единицу больше номера пре-
дыдущего блока?
4 Соответствуют ли друг другу номер блока и его дополнение до единицы?
4 Получено ли в точности 128 символов данных?
4 Равна ли локально вычисленная контрольная сумма последнему получен-
ному символу блока?
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
363
Если ответы на все эти вопросы утвердительны, получатель посылает отпра-
вителю положительное подтверждение — символ АСК (Acknowledge) — и отпра-
витель отсылает следующий блок. В противном случае посылается символ отри-
цательного подтверждения NAK, и отправитель повторно посылает блок, при
передаче которого произошла ошибка. Этот процесс продолжается блок за бло-
ком до тех пор, пока не будет переслан и проверен весь файл. Вслед за последним
блоком данных отправитель посылает символ конца текста — EOT (End of Text),
после чего получатель оправляет символ АСК и сеанс завершается.
Недостатки протокола XMODEM
Протокол XMODEM имеет несколько ключевых характеристик. Во-первых, его
легко реализовать, но для этого требуется по компьютеру на каждом конце соеди-
нения. Во-вторых, он не поддерживает пакетный режим передачи, и приходится
вручную указывать имя каждого отсылаемого файла. В-третьих, технология кон-
троля ошибок недостаточно эффективна, в частности она не обеспечивает надеж-
ного выявления ошибок наиболее распространенного типа — шумовых импульсов,
которые могут длиться около 10 мс (за это время может быть принято с ошибкой
примерно 12 бит при использования линии передачи со скоростью 1200 бит/с).
В-четвертых, это полудуплексный режим связи, то есть информация отправляет-
ся, и затем отправитель ждет ответа, не отсылая следующее сообщение. Поскольку
протокол XMODEM обычно применяется на полнодуплексных линиях связи, то
возможности последних используются недостаточно эффективно.
Для того чтобы лучше понять главную проблему, связанную с такими полно-
дуплексными протоколами, как XMODEM, можно проанализировать потоки
данных при помощи временной диаграммы. На рис. 8.6 представлена временная
диаграмма передачи двух блоков данных при помощи протокола XMODEM. Об-
ратите внимание, что блок п+1 не может быть отправлен до тех пор, пока не под-
твержден прием блока п. Это и есть полудуплексная процедура, при которой пе-
редающая станция перед пересылкой очередного блока ожидает подтверждения
приема предыдущего, что уменьшает скорость передачи.
Несмотря на указанные ограничения, протокол XMODEM (а также несколь-
ко его разновидностей) поддерживается большинством асинхронных коммуни-
кационных программ для персональных компьютеров. А секрет его популярно-
сти прост: в свое время протокол XMODEM распространялся как бесплатный
и общедоступный продукт. Кроме того, он обеспечивал возможность связи между
программами, созданными разными производителями, что было крайне важно
в 1970-х годах, когда многие разработчики программного обеспечения использо-
вали собственные протоколы, которые функционировали только тогда, когда две
компьютерные системы использовали одно и то же программное обеспечение.
В результате в большинство асинхронных коммуникационных программ, раз-
работанных в начале 1980-х годов, была включена поддержка XMODEM. В конце
1980-х получили распространение несколько его модификаций с расширенными
функциями. В некоторые версии XMODEM был добавлен код механизма контро-
ля ошибок CRC, о котором рассказывается далее в этой главе. На сегодня практи-
чески все коммуникационные программы для персональных компьютеров под-
держивают XMODEM и несколько его модификаций.
364
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Рис. 8.6. При использовании полудуплексного протокола XMODEM отправитель
не может начать передачу блока п+1 до подтверждения приема блока п
Модификации протокола XMODEM
Если вы используете внешний модем и передаете файлы при помощи проток^ -
XMODEM, то наверняка заметили два присущих ему недостатка: малый разм.
блока и полудуплексный метод передачи. Получая файл, вы увидите, что инди;-_
тор приема данных Receive Data (RD) модема загорается на короткое время, пос.' -
чего на мгновение загорается индикатор передачи данных Send Data (SD). Эта г
следовательность (секунду горит RD, затем мигает SD) повторяется до тех пор.
ка пересылка файла не будет завершена или не прекратится вследствие того, 1
из-за плохой связи будет выполнено 10 неудачных попыток передачи.
Наблюдая за индикаторами SD и RD, вы обратите внимание на то, что они зс
жигаются строго поочередно, поскольку передача является полудуплексной. Э’
означает, что после получения блока данных ваш компьютер прекращает прие-.
и передает символ АСК или NAK. Отключив приемник модема и включив перс
датчик, компьютер создает небольшую задержку. Эта задержка еще более увели
чивается, поскольку удаленный компьютер ожидает подтверждения АСК или NAK
в ответ на отправку блока и, пока не получит его, не возобновляет передачу. Дл>
сравнения отметим, что протоколы пересылки файлов, поддерживающие полно-
дуплексную передачу, позволяют одновременно передавать и принимать данные
что значительно ускоряет операцию.
В 1970-х годах, когда создавался протокол XMODEM, размер блока данных
в 128 байт был вполне обоснован, если принять во внимание качество линий, по-
скольку увеличение размера блока привело бы к тому, что в случае ошибки при
ходилось бы повторять передачу большего количество символов. Однако начиная
с конца 1970-х годов телекоммуникационными компаниями были проложены сот-
ни тысяч миль оптических кабелей. А поскольку волоконно-оптическая связь не
подвержена электромагнитным помехам, вероятность ошибок при передаче дан-
ных значительно ниже. Вследствие появления такой связи 128-байтовый размер
блока, используемый протоколом XMODEM, стал неэффективным.
В лаборатории, где условия передачи идеальны, пожалуй, можно передавать
весь файл единым большим блоком. Но в реальном мире всегда ожидается неко-
торый уровень ошибок передачи, который зависит от используемых технических
средств. Если весь файл пересылается единым блоком и происходит ошибка пе-
редачи, приходится повторять передачу всего файла. С другой стороны, если
файл передается небольшими блоками, в случае ошибки производится повторная
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
365
передача очень малого объема данных. Однако из-за некоторого фиксированного
количества служебных символов, передаваемых в каждом блоке, использование
очень маленьких блоков также неэффективно. На рис. 8.7 показано соотношение
между размером блока и пропускной способностью канала передачи данных. Ко-
гда стало очевидно, что вследствие малого размера блока, используемого прото-
колом XMODEM, пропускная способность канала снижается (и ее значение попа-
дает в левую часть приведенной диаграммы), было разработано несколько разно-
видностей этого протокола для передачи блока, размер которого был увеличен
примерно в 8 раз.
Рис. 8.7. Зависимость пропускной способности канала от размера блока
Проанализировав зависимость между пропускной способностью канала и раз-
мером блока, вы увидите, что оптимальный размер блока соответствует макси-
мальной пропускной способности канала связи. К сожалению, характеристики ли-
ний передачи данных значительно различаются, что делает невозможным выбор
оптимального размера блока на все случаи жизни. Поэтому некоторые протоколы
допускают изменение размера блока в зависимости от уровня ошибок, происходя-
щих при передаче. Протокол Microcom Networking Protocol (MNP), разработан-
ный для использования при модемной связи, описывался ранее в этой книге.
Хотя протокол XMODEM по-прежнему очень популярен, возможно, вы пред-
почтете использовать одну из его модификаций, например протокол XMODEM/
CRC, YMODEM или ZMODEM, обеспечивающих более высокую скорость и точ-
ность передачи файлов.
Выбор подходящего протокола прежде всего зависит от того, какие протоколы
поддерживаются вашим компьютером и компьютером, с которым вы взаимодей-
ствуете. Хотя это ограничение и сужает выбор, тем не менее в вашем распоряже-
нии может оставаться с полдюжины популярных протоколов. Возможные вариан-
ты перечислены в табл. 8.1 и рассматриваются ниже. В данной таблице использу-
ются следующие обозначения: CS — контрольная сумма, П — полудуплексный
(режим передачи), Д — дуплексный (режим передачи), CRC — циклический из-
быточный код.
XMODEM/CRC
Этот протокол отличается от описанного выше протокола XMODEM только тем,
что контрольная сумма в нем заменена полиномиально-генерируемым CRC-ко-
дом, о формировании которого рассказывается далее в этой главе. Так как метод
366
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
CRC обеспечивает более высокий уровень обнаружения ошибок, чем метод, с
ванный на использовании контрольных сумм, этот протокол сокращает вер
ность появления необнаруженных ошибок по сравнению с протоколом XMOD? •
Таблица 8.1. Протоколы передачи файлов и их параметры
Протокол Поддержка пакетного режима Размер блока Метод контроля ошибок Режим передачи Количество разрядов дл« представление символа
ASCII Отсутствует — Отсутствует — 7
XMODEM Отсутствует 128 CS п 8
XMODEM/CRC Отсутствует 128 CRC п 8
XMODEM-1K Отсутствует 128/1024 CRC п 8
XMODEM-G Отсутствует 128/1024 Отсутствует п 8
YMODEM Существует 128/1024 CRC п 8
YMODEM-G Существует 128/1024 Отсутствует п 8
WXMODEM Отсутствует 128 CRC д 8
ZMODEM Существует 128/1024 CRC д 8
KERMIT Существует Максимум 1024 CRC/CS П и Д 8
XMODEM-1К
XMODEM-1K - это такой же протокол, как XMODEM/CRC, но функциони
рующий с использованием 1024-байтовых (что составляет 1 Кбайт) блоков данны>
В большинстве случаев он сокращает время передачи по сравнению с протоколами
XMODEM и XMODEM/CRC. Это связано с тем, что при использовании боль
ших блоков сокращается и общее количество подтверждений, и суммарное время
ожидания перед отправкой очередного блока или повторной пересылкой преды
дущего блока. Таким образом, протокол XMODEM-1K позволяет повысить ско
рость пересылки файлов.
XMODEM-G
Протокол XMODEM-G — это разновидность протокола XM0DEM-1K, разрабо-
танная с учетом того факта, что многие типы модемов используют собственные
технологии обнаружения и исправления ошибок. Дополнительное программное
обеспечение для обнаружения и устранения ошибок при использовании такого
модема совершенно излишне и только замедляет процесс пересылки файла.
Протокол XMODEM-G эквивалентен XMODEM-1К, но не содержит средств
обнаружения и исправления ошибок. Из-за их отсутствия XMODEM-G превраща-
ется в «потоковый» протокол, в котором блоки размером 1 Кбайт отсылаются без
контроля ошибок. Хотя CRC-коды при этом вычисляются, как и в XMODEM-1К,
они игнорируются протоколом. Конечно, этот протокол должен использоваться
только с модемами, которые имеют собственные (встроенные) средства контроля
и исправления ошибок. В противном случае процесс пересылки не будет защи-
щен от ошибок.
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
367
YMODEM
В отличие от протокола XMODEM и его разновидностей, позволяющих пересы-
лать только один файл, YMODEM поддерживает возможность одновременной
пересылки нескольких файлов. Поскольку этот протокол позволяет формировать
пакеты файлов для пересылки, во многих программных продуктах он называется
YMODEM BATCH. Для обеспечения возможности пересылки групп файлов в нем
используется заголовок блока, содержащий имя каждого из пересылаемых фай-
лов, дату его создания или последней модификации и размер.
На рис. 8.8 показан базовый формат блока YMODEM. Хотя он и похож на фор-
мат блока XMODEM, между ними есть несколько существенных различий. Преж-
де всего, в YMODEM символ SOH, используемый в протоколе XMODEM, заме-
нен символом STX (Start of Text). Этот символ информирует получателя о том,
что в блоке содержится 1024 знака. Заменив знак STX знаком SOH, протокол
YMODEM может переключиться на использование блоков объемом по 128 симво-
лов данных. Это происходит автоматически, например в тех случаях, когда такая
пересылка более эффективна.
STX Номер блока Дополнение номера блока до единицы 1024 символа данных Старший байт CRC Младший байт CRC
Рис. 8.8. Формат блока YMODEM
Второе различие между XMODEM и YMODEM касается поля номера блока.
В отличие от протокола XMODEM, в котором нумерация блоков начинается с 1,
YMODEM поддерживает блок с номером 0 — специальный блок, используемый
для передачи имени файла, даты его создания или последнего изменения, а также
размера. Еще одно различие связано с содержащимися в блоке данными для кон-
троля ошибок. Как показано на рис. 8.8, в блоке YMODEM содержится два байта
данных CRC, так что протокол передачи файлов может вместо 8-битовой кон-
трольной суммы, которая используется в XMODEM, передавать 16-битовую.
Подобно XMODEM-1K, протокол YMODEM использует 1024-байтовые блоки
данных и является полудуплексным. В некоторых реализациях YMODEM пользо-
вателю разрешается задавать имена файлов и их расширения с использованием
символов подстановки, таких как звездочка (*) и знак вопроса (?). Например, ес-
ли задать имя файла test*.doc, для пересылки будут выбраны все файлы с пре-
фиксом «test» и расширением «doc». Другие реализации YMODEM требуют по
отдельности вводить имя каждого файла, включаемого в пересылаемый пакет.
Независимо от способа задания имен файлов протокол YMODEM позволяет уст-
ранить задержку между моментами завершения передачи одного файла и начала
передачи следующего (в течение этого времени пользователь вводит имя очеред-
ного файла). Но, прежде чем воспользоваться этим протоколом, стоит проверить,
достаточно ли имеющегося у вас свободного дискового пространства для загрузки
файлов. В противном случае может оказаться, что, инициировав пересылку и от-
правившись за очередной чашечкой кофе, по возвращении вы обнаружите, что
выполнена только часть операции. К сожалению, YMODEM не сообщает о том,
368
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
что пересылка прервана из-за недостатка свободного места, и вам придется ш
верить содержимое каталога, чтобы выяснить, в чем дело.
YMODEM-G
Протокол YMODEM-G можно рассматривать как пакетную версию XMODEM
Это значит, что YMODEM-G пересылает файлы 1024-байтовыми блоками
выявляя и не исправляя ошибки. Как и XMODEM-G, YMODEM-G должен
пользоваться только при работе с модемами, имеющими встроенные средства к
троля и исправления ошибок.
WXMODEM
WXMODEM — это дуплексный протокол с «раздвижным окном», позволяют:
передавать до четырех 128-байтовых блоков данных формата XMODEM без г:
межуточных подтверждений. При использовании этого протокола обеспечивав
ся контроль появления ошибок по методу CRC. Протокол разработан для
пользования в сетях с коммутацией пакетов, в которых передача данных в в и.,
маленьких пакетов, требующих подтверждения, может заметно сказаться на п:
пускной способности. Передача нескольких блоков данных без промежуточна
подтверждений значительно повышает скорость пересылки. К сожалению, про-
кол WXMODEM не поддерживает одновременную пересылку нескольких файл
Механизм использования «раздвижного окна» интегрирован в несколько пр
токолов, включая Transmission Control Protocol (TCP), который входит в паю
протоколов TCP/ IP, используемый в Интернете. Эта технология позволяет г
высить скорость передачи данных, особенно в современных глобальных сетт
где данные передаются преимущественно по волоконно-оптическим каналам.
ZMODEM
Это дуплексный протокол, поддерживающий блоки данных размером как 128
так и 1024 байта. Размер блока данных, передаваемых по протоколу ZMODEV
зависит от качества линии, определяемого количеством полученных запросов
повторную пересылку. На линии плохого качества, с большим количеством п.
вторных пересылок, ZMODEM использует 128-байтовые блоки данных, посколь
ку чем меньше блок, тем меньше данных приходится повторно пересылать пр;
наличии ошибки. На линиях хорошего качества ZMODEM, наоборот, используе
1024-байтовые блоки данных, поскольку при малом количестве ошибок увеличе-
ние размера блока повышает скорость передачи данных.
Помимо изменения размера пересылаемого блока в зависимости от качества
линии протокол ZMODEM позволяет возобновлять прерванную пересылку фай-
ла с точки сбоя. Другие протоколы не предоставляют подобной возможности, так
что процесс пересылки файла приходится начинать с начала. Двумя дополни-
тельными возможностями ZMODEM являются поддержка пересылки несколь-
ких файлов и поддержка стандартного и расширенного методов контроля ошибок
по методу CRC. Расширенный метод контроля CRC заключается в формирова-
нии 4-байтового CRC-кода, позволяющего сократить вероятность появления не-
обнаруженной ошибки до менее одной миллионной. И хотя многие пользователи
отдают предпочтение ZMODEM, поскольку он обеспечивает дуплексный режим
передачи, на самом деле потоковый протокол (XMODEM или YMODEM) обес-
печивает эквивалентную или даже более высокую скорость передачи данных.
Протоколы Teletypewriter и XMODEM
369
Подобно протоколу YMODEM, ZMODEM сначала передает имя файла, его
размер и дату создания. Это привело к разработке коммуникационных программ,
отражающих ход выполнения пересылки одного или нескольких файлов.
На рис. 8.9 показано диалоговое окно File Progress коммуникационной програм-
мы ProcommPlus для Windows, поддерживающей протокол ZMODEM. Обратите
внимание, что на момент вывода этого окна было получено 40 960 байт. Зная раз-
мер файла (в данном случае это 145 263 байт) и отслеживая скорость передачи
данных в байтах в секунду (916), коммуникационная программа может отобра-
жать время, оставшееся до конца пересылки файла. Как видно на рис. 8.9, на мо-
мент вывода окна до конца пересылки файла оставалось 1 мин 53 с. Индикатор
процесса пересылки показывает, что уже передано 28 % данных, содержащихся
в файле.
Zrnndem
I VsO’ivinq.
rnvHtJ zip
f ilc Progress
Batch Prnqruss
No batch intcirrnatfon
File Number:
Hyte r nunt 409h0
Cormctirms 11
Trnnsfnr statue,.
Hytrts/sncund 91Б
ITmr remaining ПО 01.53
Hatch rnmeininq
File Length.
ИЬ?6Л
Bytes
I Cancel ]
Г Цапд up modem after hle(s) transferred
Рис. 8.9. Диалоговое окно File Progress
программы ProcommPlus для Windows при
использовании протокола ZMODEM
При передаче нескольких файлов программа ProcommPlus для Windows ис-
пользует информацию протокола ZMODEM о каждом из них, полученную в на-
чале операции пересылки. На основе этой информации она выводит индикатор,
отражающий (в процентах) ход пересылки всего пакета, а не отдельного файла,
так что пользователь знает, сколько времени остается до окончания операции.
Протокол KERMIT
Протокол KERMIT, разработанный в Колумбийском Университете, назван по
имени Kermit the Frog (Лягушки Кермита), одного из популярных персонажей
Маппет-шоу. Этот протокол отличается от серии протоколов XMODEM тем, что
он ориентирован на специфические характеристики операционных систем, ис-
пользуемых в некоторых мини-компьютерах и мэйнфреймах. Серия протоколов
370
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
XMODEM и его разновидностей предназначена для пересылки данных, п;
ставляемых 8-разрядным кодом. Однако в некоторых операционных системах ,
пользуются 7-разрядные символы, и эти системы могут не поддерживать у и:.
ляющие символы ASCII и символ DEL. Для пересылки файлов между так;'
компьютерами и был разработан протокол KERMIT.
Первоначально KERMIT разрабатывался как полудуплексный протокол. В ;
для кодирования каждого символа используется 7 или 8 разрядов. Протокол ;.
кает восьмой бит и предваряет получившийся в результате символ еще одна
символом. Это позволяет операционным системам, не поддерживающим 8-ра
рядные символы данных или определенные управляющие символы ASCII, вы-
полнять пересылку файлов с такими символами.
Со времени создания KERMIT в него было внесено множество измененш
В настоящее время он поддерживает пересылку нескольких файлов, может рас
тать в дуплексном режиме с «раздвижным окном» и оперировать переменны'-
размером блока (до 1024 символов). Хотя для доступа к компьютерам, не подде:
живающим 8-разрядные символы или управляющие символы ASCII, этот прот.
кол необходим, в других случаях им пользоваться не следует. Генерируя префикс
ные символы, он значительно увеличивает объем избыточных данных и работае-
примерно на 10-20 % медленнее протокола XMODEM.
Выбор протокола
Каждый из рассмотренных в этом разделе протоколов имеет свою область приме
нения и максимально подходит для определенных ситуаций. Поэтому при выборы
протокола нужно просто проанализировать свои потребности. В табл. 8.2 перечис-
лены некоторые из возможных ситуаций, которые могут возникнуть, и рекомендо-
ваны соответствующие им протоколы.
ASCII и электронная почта
Поскольку протокол ASCII не содержит средств контроля ошибок, вас может за-
интересовать, для чего же его можно использовать. Дело в том, что первона-
чально большинство систем электронной почты требовали, чтобы входные дан-
ные задавались в формате ASCII. Поэтому, если сообщение составлялось вне
программы электронной почты, например в текстовом редакторе, приходилось
сохранять файл в формате ASCII и затем передавать его при помощи протокола
ASCII.
Исключение составляли вложения в электронные сообщения одного или несколь-
ких файлов. В настоящее время двоичные файлы можно вкладывать в большинст-
во, если не во все электронные сообщения. И хотя шлюзы между многими систе-
мами электронной почты по-прежнему поддерживают только 7-разрядные сим-
волы, в большинстве систем используется одна или более схем кодирования для
преобразования 8-разрядных двоичных символов в несколько 7-разрядных. Сре-
ди популярных методов кодирования можно назвать UUencode/UUdecode, ХХеп-
code/XXdecode и MIME.
Сверточное кодирование
371
Таблица 8.2. Рекомендации по выбору протокола
Ситуация Варианты выбора Рекомендации
Встроенная в модем схема контроля ошибок XMODEM-G для Оба протокола являются потоковыми, одного файла; то есть в них не выполняется контроль YMODEM-G для ошибок. Эффективность их использования нескольких файлов зависит от того, соответствует ли метод контроля ошибок, используемый вашим модемом, методу, применяемому в удаленном модеме
Плохое качество линии передачи ZMODEM Замечателен своей способностью возобновления передачи с того места, на котором она была прервана, благодаря чему в случае сбоя не приходится начинать пересылку данных сначала
Имеется только три протокола: XMODEM-1К использует блоки данных размером 1024 байт и контроль ошибок по
XMODEM, XMODEM/CRC, или XMODEM-1К методу CRC; он обеспечивает более высокую скорость передачи, чем XMODEM/CRC. XMODEM/CRC и XMODEM оперируют 128-байтовыми блоками данных; метод CRC, используемый в XMODEM/CRC, обеспечивает более высокую степень целостности данных, чем метод контрольных сумм, применяемый протоколом XMODEM
Необходимо переслать несколько файлов YMODEM; YMODEM-G Используйте YMODEM-G только в том случае, если ваш модем может взаимодействовать с удаленным модемом через встроенный в модем протокол исправления ошибок. В противном случае используйте протокол YMODEM, обеспечивающий обнаружение ошибок по методу CRC
Взаимодействие с компьютерными системами, операционные системы которых не поддерживают расширенный код ASCII и управляющие символы ASCII Сеть с коммутацией пакетов KERMIT KERMIT усекает восьмой бит и помещает перед результирующим символом еще один символ, из-за чего снижается скорость пересылки данных. Поэтому используйте KERMIT только в тех случаях, когда это необходимо для доступа к удаленному компьютеру ZMODEM; WXMODEM ZMODEM использует большие блоки данных, чем WXMODEM, поэтому предпочтительнее использовать именно его
Сверточное кодирование
Существует несколько схем выявления ошибок в двоичных коммуникационных
системах — с использованием обратной связи и с применением сверточного коди-
рования. При использовании обоих методов в конец каждого сообщения добав-
ляется вычисляемая отправителем информация, которая позволяет получателю
определить, произошли ли ошибки при передаче. Дополнительная информация
372
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
связана с сообщениями и поэтому избыточна. Получатель повторно вычис~-
это значение и сравнивает его с переданным. Если они совпадают, все в поря/ •
Если нет, получатель уведомляет отправителя об ошибке и сообщение отправь
ется повторно. Эти методы получили общее название контроль с помощью ш •
лического избыточного кода (Cyclic Redundancy Checking, CRC), а добавляем*
к сообщениям значения называются CRC-кодами или символами контроля б.ю-
(Block Check Characters, ВСС). CRC-код вычисляется аппаратным обеспечен!!!.’
с использованием многосекционных сдвиговых регистров с обратной связьк
логических элементов Исключающее ИЛИ (XOR), которые устанавливаются м-
жду секциями и после завершающей секции. Типичная схема такого регистра ш
казана на рис. 8.10. Этот регистр реализует метод ITU/ISO High-Level Data L..
Control (HDLC) CRC, известный как ITU-T-CRC. Кружками co знаком «+» в с
редине помечены логические элементы XOR. Вот два правила выполнения он-
рации XOR для значений В = 0 и В = 1:
В XOR 1 = О
В XOR 0 = В
Последовательная передача
MSB
Регистр ВСС
LSB
Ввод
данных
Номер сдвига
Начало 1 000 00 1 0000 0000000 1000000 0000-^ 1 000 "*-1 - "lsb н 0
2 0 10 00 0100000 0 100 0 0
3 0 0 10 0 00 1 0000 00 10 0 0
4 000 1 0 0001000 000 1 0 1
5 1 0 00 1 1000100 1000 0 0
6 0 1000 1100010 0 10 0 0 0
7 00 100 0110001 0010 0 0
8 000 1 0 0011000 100 1 0 1
9 1 00 0 1 1001100 1100 0 0
10 01000 1100110 0 110 0 0
11 00 100 0110011 0011 0 1
12 10010 1011001 00 0 1 0 1
13 11001 1101100 0000 0 0
14 0 1100 1110110 0000 0 0
15 00110 0111011 00 00 ^ 0 -0
16 Ю о о 11 0011101 1 о о о ]-*- Г^0' "MSB 0
Знак контроля блока (ВСС)
Стрелки указывают
на бит данных
и младший бит регистра ВСС,
к которым перед сдвигом
применяется операция XOR
Обозначения-
Обратная связь перед
осуществлением
сдвига
16-битовое слово данных
□ — ступень регистра ВСС
е — xor
CRC — CCITT = X16 + X21 + X5 + 1
Рис. 8.10. Реализация сдвигового регистра при использовании метода ITU-T-CRC
В начале вычисления CRC-кода для передаваемого сообщения сдвиговый ре-
гистр инициализируется только нулями. Далее каждый передаваемый бит посту-
пает в точку А, а затем весь регистр сдвигается на 1 бит вправо. При этом каждый
г
Полудуплексные протоколы 373
бит, который появляется в точке А, воздействует на состояние других элементов
XOR, и это эффект распространяется по регистру еще несколько раз после перво-
го появления бита. Таким образом, любой символ продолжает воздействовать на
передаваемые данные в течение значительного времени после его отправки. По-
сле отправки последнего бита данных биты CRC-кода дополняются в сдвиговом
регистре и отправляются вслед за данными.
В приемнике данных происходит тот же процесс, и, когда обнаруживается ко-
нец сообщения, включающий CRC-код, последний проверяется на уникальность.
Если CRC-код совпадает со значением, вычисленным в источнике, значит, все
в порядке, и регистр CRC заполняется нулями для следующего сообщения. В про-
тивном случае считается, что произошла ошибка, и отправителю отсылается от-
рицательное подтверждение.
Преимущество метода CRC состоит в том, что текущее состояние сдвигового
регистра является результатом событий, происходящих в течение некоторого пе-
риода времени, и поэтому маловероятно, что в случае ошибок, вызванных шумо-
выми импульсами, какие часто возникают при последовательной передаче данных,
получатель вычислит такие же значения CRC, какие были отправлены. Фактиче-
ски 16-битовые процедуры определения CRC, такие как CRC-16 и ITU-CRC, выяв-
ляют все ошибки в пакетах длиной 16 или менее битов. Кроме того, они выявляют
более 99,9 % ошибок в пакетах длиной более 16 битов. Еще одним преимуществом
технологии CRC является то, что при ее применении не требуется добавлять до-
полнительный бит к каждому отправляемому символу, как в схемах VRC и LRC.
Однако при ее использовании добавляется один или два (два для CRC-16 и ITU-
CRC) дополнительных символа в конце каждого передаваемого блока.
Алгоритмы CRC первоначально реализовывались аппаратно, а их интеграль-
ные схемы разрабатывались таким образом, чтобы они поддерживали более одно-
го метода CRC-контроля ошибок, как, например, методы CRC-12, CRC-16 и ITU-
CRC. Можно также выполнять все вычисления программно.
Полудуплексные протоколы
Полудуплексный протокол часто называют протоколом «остановки и ожидания»,
поскольку при передаче в обратном направлении передача в текущем направле-
нии должна быть остановлена. В этом разделе рассматриваются топология сети,
рабочие характеристики и принципы функционирования нескольких очень по-
пулярных полудуплексных протоколов.
Протоколы канального уровня
Главным объектом, принцип действия которого определяет протокол канального
уровня, является канал передачи данных. Канал передачи данных включает моде-
мы и другое интерфейсное оборудование, а также линии связи, соединяющие два
или более терминалов так, чтобы они могли обмениваться информацией. Вероят-
но, наиболее широко используемым протоколом канального уровня с середины
374
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
1980-х годов стал определенный IBM набор процедур синхронной передачи две.
ных данных — Binary Synchronous Communications, обычно называемый B1S
или BSC. Этот набор процедур определял работу канала передачи данных в i
ном направлении в каждый момент времени. BiSync может использоваться и д\
лексными схемами, но информация все равно в каждый конкретный момент вл
мени передается в одном направлении, так что преимущества дуплексных сх-
практически сводятся на нет.
При рассмотрении протоколов важно учитывать физическую форму кана.
связи. Процедуры установления и разрыва соединения могут меняться в завис,
мости от того, является ли оно постоянным или коммутируемым, а также в зав,'
симости от задержек между отправкой и получением данных. Последний факте:
особенно важен при спутниковой связи — из-за большой разницы во времен,
прохождения сигнала через спутниковые и наземные каналы. Но независимо с
физической формы канала связи данные передаются по нему в виде потока chv
волов, закодированных в виде битовых последовательностей, а специальные сред
ства выполняют передачу и распознавание символов управления каналом ил,
управляющих символов.
Соединения типа «точка-точка»
Соединение типа «точка-точка» — это соединение между двумя станциями, ана
логичное показанному на рис. 8.11, а. Такие соединения осуществляются при ис
пользовании выделенных или коммутируемых линий, и могут быть как полудуп-
лексными, так и дуплексными.
б
Обозначения'
DTE — терминальное оборудование
DCE — коммуникационное оборудование
Рис. 8.11. Соединения: а — типа «точка-точка», б — многоточечное
Полудуплексные протоколы
375
Многоточечное соединение
Многоточечные соединения обеспечивают связь трех и более станций, как показа-
но на рис. 8.11, б. Поскольку коммуникационное оборудование в промежуточных
точках может рассматриваться как ответвление от основной линии, соединение
с аналогичной топологией обычно называется многоотводной линией. Очевидно,
что для определения того, какая станция может использовать соединение в каж-
дый конкретный момент времени, необходима некоторая управляющая процеду-
ра. Поэтому одна из станций многоотводной линии назначается управляющей
или главной станцией, а все остальные — подчиненными. Управляющая станция
руководит трафиком, назначая станции, которым выделяется канал, посредством
процедуры опроса и выбора. В каждый конкретный момент времени обмен дан-
ными через многоточечное соединение выполняется только между двумя стан-
циями, а все остальные станции находятся в режиме ожидания.
Коды передачи — наборы символов
IBM сформировала протокол BiSync таким образом, чтобы он поддерживал три
набора символов и соответствующих двоичных кодов. Каждый из них состоит из
набора графических символов (букв, цифр и знаков препинания, набора символов
для управления терминалом и форматирования (BELL, Form Feed, WRU и т. п.)
и набора кодов для управления каналом передачи данных (Start of Text, End of
Transmission и т. д.). Этими тремя наборами символов являются Six-Bit Trans-
code (SBT), Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (EBCDIC) и United
States of America Standard Code for Information Interchange (USASCII, или просто
ASCII).
Указанные наборы различаются количеством разрядов, требуемых для коди-
рования символа (6 разрядов в SBT, 7 в ASCII и 8 в EBCDIC) и количеством
символов в наборе (64 символа в SBT, 128 в ASCII и 144 в EBCDIC). Кроме того,
они различаются по способу сортировки букв и цифр.
Коды управления каналом связи
Под термином «управление каналом связи» подразумевается правильное распо-
знавание управляющих символов и проведение соответствующих действий. Ни-
же дан перечень управляющих кодов, используемых в BiSync.
+ End of Transmission Block (ETB) — идентифицирует конец блока, кото-
рый начинается с символа SOH или STX. Сразу за ЕТВ отсылается символ
ВСС. После получения кода ЕТВ необходимо дать ответ с указанием со-
стояния станции-получателя (АСКО, АСК1, NAK, WACK или RVI).
♦ End of Text (ЕТХ) — завершает блок данных, начинающийся с символа
STX или SOH, переданный как единое целое. Сразу за кодом ЕТВ отсыла-
ется символ ВСС. После получения кода ЕТХ также требуется дать ответ
с указанием состояния станции-получателя.
376
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
4- End of Transmission (EOT) — сигнализирует о конце передачи сообще:
данной станцией; сообщение может содержать один или более блоков. Пост
получения EOT все принимающие станции переходят в режим ожидани
Кроме того, EOT используется для ответа на запрос, когда опрашиваемс
станции нечего отослать, а также как сигнал аварийного завершения, кои.
отправитель не может продолжить передачу.
4- Enquiry (ENQ) — запрос на повторную передачу ответа на блок сообш-
ния, если первый ответ поврежден или не получен. Кроме того, ENQ може~
указывать на конец последовательности опроса или выбора станций и ис-
пользуется для запроса канала при соединении «точка-точка».
4- Affirmative Acknowledgment (АСКО или АСК1) — сигнализирует о пра
вильном получении предыдущего блока и о том, что получатель гото;-
к приему следующего блока. АСКО и АСК1 используются альтернативны v
образом, и получение не того символа указывает на ошибку, произошедшую
при передаче. АСКО является положительным ответом первичной станции
производящей выбор (при многоточечном соединении) или запрашиваю-
щей канал (при соединении «точка-точка»),
4 Wait-Before-Transmit Affirmative Acknowledgment (WACK) — сигнали
зирует станции-отправителю о временной неготовности получателя принять
данные и дает положительное подтверждение факта приема предыдущего
блока. Стандартным ответом на WACK является отправка станцией-отпра-
вителем символа ENQ, но допускаются также ответы EOT и DLE EOT. Ес-
ли после отправки символа WACK был получен символ ENQ, принимаю-
щая станция продолжает передавать символы WACK, пока она не будет го-
това к приему данных.
4- Negative Acknowledgment (NAK) — указывает, что предыдущий блок по-
лучен с ошибкой, но получатель готов к приему следующего блока. Кроме
того, символ NAK используется в качестве сообщения о неготовности пер-
вичной станции произвести выбор станции или запросить канал связи.
4 Data Link Escape (DLE) — указывает получателю, что следующий за DLE
символ должен интерпретироваться как управляющий.
4 Reverse Interrupt (RVI) — сигнализирует о том, что станция-получатель
запрашивает разрешение на прекращение текущей передачи, так как должно
быть отправлено сообщение с более высоким приоритетом (такое, например,
как уведомление об остановке системы). Кроме того, RVI является положи-
тельным подтверждением факта получения предыдущего блока. В случае
многоточечного соединения символ RVI, отправленный управляющей стан-
цией, означает, что она хочет выбрать другую станцию.
4- Temporary Text Delay (TTD) — указывает, что станция-отправитель не го-
това к немедленной передаче, но хотела бы оставить линию связи за собой.
Получающий терминал отвечает на TTD символом NAK. TTD обычно от-
правляется в том случае, если в течение 2 с отправитель не может начать
передачу следующего блока; этот управляющий код предотвращает сраба-
тывание 3-секундного таймера завершения связи на получающем термина-
ле. Ответом на TTD является символ NAK, и TTD может быть повторен
Полудуплексные протоколы
377
несколько раз. Кроме того, TTD используется для досрочного прекраще-
ния связи путем отправки символа EOT в ответ на NAK.
+ Switched Line Disconnect (DLE EOT) — указывает получателю, что пере-
датчик собирается «повесить трубку» (в случае использования коммути-
руемого соединения).
Последовательности кодов
Просмотрев таблицы кодов ASCII и EBCDIC, вы увидите, что для некоторых из
перечисленных выше управляющих символов не назначен никакой код. Такие
управляющие коды представлены двухзнаковыми последовательностями. В табл. 8.3
показано соответствие между этими управляющими символами и последователь-
ностями стандартных символов.
Таблица 8.3. Последовательности стандартных и управляющих символов
при использовании соединения BiSync
Управляющий символ BiSync Последовательности символов для различных наборов кодов
ASCII EBCDIC SBT
АСКО DLE0 DLE 70 DLE-
АСК 1 DLE 1 DLE/ DLET
WACK DLE ; DLE , DLEW
RVI DLE DLE @ DLE 2
TTD STX ENQ STX ENQ STX ENQ
Опрос и выбор
Действия активных участников соединения BiSync координируются управляю-
щей станцией, которая направляет требуемой подчиненной станции сообщения
Poll и Select. Сообщение Poll (опрос) — это приглашение, позволяющее подчинен-
ной станции отправить управляющей станции любое сообщение. Сообщение Select
(выбор) уведомляет подчиненную станцию, что управляющая станция должна ей
что-то отправить. Таким образом управляющая станция выделяет подчиненным
станциям линии связи и указывает направление передачи.
Станциям, соединенным линией связи, присваиваются уникальные адреса дли-
ной от одного до семи символов. Первый символ определяет станцию, а каждый
последующий — какую-нибудь ее часть, например принтер. В некоторых реализа-
циях BiSync адрес станции для надежности повторяется.
Контроль ошибок
В BiSync используются три метода контроля ошибок — это VRC/LRC, CRC-12 и
CRC-16. Какой именно и при каких обстоятельствах, вам станет ясно из табл. 8.4.
Режим прозрачности описывается далее в этом разделе. VRC — это метод про-
верки на нечетность, выполняемый для каждого передаваемого символа, включая
и символ LRC в конце блока. На рис. 8.12 показано, как формируются коды VRC
378
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
и LRC для 8-знакового блока данных. Обратите внимание на то, что для вычис_
ния LRC используются все символы блока, тогда как для определения VRC
только некоторые из них.
Таблица 8.4. Типы CRC-контроля, поддерживаемые BiSync
Набор кодов Отсутствие прозрачности Режим прозрачности задан, и соответствующий механизм функционирует Режим прозрачности задан, но соответствующий механизм не функционирует
EBCDIC CRC-16 CRC-16 CRC-16
ASCII VRC/LRC CRC-16 VRC/CRC-16
SBT CRC-12 CRC-12 CRC-12
В протоколе BiSync символ LRC называется символом контроля блока (В1о
Check Character, ВСС). Он отсылается вслед за символом ЕТВ, ITB или ЕТ'
Переданный вместе с данными символ ВСС сравнивается получателем с вычи.
ленным значением; если они совпадают, значит, передача блока выполнена ус
пешно. Вычисление ВСС начинается после получения первого символа STX ил.
SOH либо после изменения направления передачи (называемого реверсирование'.'
передачи). В процесс вычисления включаются все символы, кроме символа SYN
полученные начиная с этого момента и до следующего реверсирования передачи
Если сообщение пересылается блоками без реверсирования, за каждым блокоу
следует символ ITB, а затем ВСС. Тогда процесс нового вычисления ВСС начи
нается после получения следующего символа STX или SOH.
Символ Бить Бит четности
данных символа (VRC)
1 1 0 1 0 1 1 0 1 0
2 0 1 1 0 1 0 1 0 1
3 0 1 1 1 0 1 0 1 0
4 1 0 1 0 0 1 0 1 1
5 1 0 0 1 0 0 1 0 0
6 0 1 0 0 1 0 0 1 0
7 1 0 0 1 0 0 1 0 0
8 0 1 1 0 1 0 0 1 1
Символ четности блока (LRC) 1 1 0 0 1 0 0 1 0
Рис. 8.12. Контроль VRC/LRC
CRC-коды используются для контроля ошибок точно так же, как коды LRC
Если для передачи данных применяется набор кодов SBT, то выполняется кон-
троль ошибок по методу CRC-12, поскольку каждый передаваемый символ пред-
ставляется только 6 разрядами. Для набора кодов EBCDIC предназначена схема
CRC-16. А для набора кодов ASCII корпорация IBM предложила схему VRC/LRC
в режиме непрозрачности (стандартный режим) и схему CRC-16 в режиме про-
зрачности. Режим прозрачности описывается далее в этой главе.
Полудуплексные протоколы
379
Сообщения и блоки
Сообщение состоит из одного или нескольких блоков текста, обрамленных сим-
волами синхронизации, заголовка и контроля ошибок. Блоки текста образуют
тело сообщения. Начало каждого блока идентифицируется управляющим симво-
лом STX, а все блоки, за исключением последнего, заканчиваются либо симво-
лом ЕТВ, либо ITB. Последний блок сообщения заканчивается символом ЕТХ.
Форматы сообщений
Информация при использовании протокола BiSync передается в виде сообщений.
Каждое сообщение может состоять из нескольких частей: синхронизирующей по-
следовательности, заголовка, некоторого текста и контрольной последовательно-
сти блока. Каждая из этих частей идентифицируется одним (или несколькими)
управляющим символом. Если сообщение используется только для контроля, не-
которые его части, такие как заголовок, текст и ВСС, могут отсутствовать.
Синхронизация
Если приемник и передатчик не «договорятся» о конкретной (вплоть до бита)
точке начала сообщения, они не смогут взаимодействовать. Для достижения та-
кой синхронизации необходимы три условия.
1. Модемы или другие коммуникационные устройства на обоих концах со-
единения должны поддерживать битовую синхронизацию. Методы такой
синхронизации описаны в главе 5.
2. Коммуникационное интерфейсное оборудование, входящее в состав тер-
минального оборудования, должно обеспечивать синхронизацию символов.
Такая синхронизация выполняется путем поиска в потоке битов заданной
последовательности двоичных цифр, называемой символом синхрониза-
ции (Synchronization Character, SYN). В ASCII это код 0010110. Для пре-
дотвращения неверной идентификации SYN в большинстве систем, вклю-
чая BiSync, выполняется передача двух последовательных символов SYN.
Они интерпретируются как управляющая последовательность, называе-
мая синхронизирующей, и в большинстве диаграмм обозначаются как 0.
Чтобы гарантировать правильную передачу первого и последнего символов
при использовании протокола BiSync, некоторые станции добавляют перед
первым символом SYN и после каждого сигнала ВСС, EOT и АСК символ
PAD. Этот прием был придуман для обхода аппаратных ограничений, при-
сущих некоторым ранним аппаратно-реализованным терминалам BiSync.
3. Программы, использующие данный протокол, должны поддерживать меха-
низм синхронизации сообщений. Иными словами, программа должна быть
способна определить начало каждого сообщения или последовательности
управляющих символов. Для этого она выполняет программный просмотр
символов, полученных вслед за синхронизирующей последовательностью,
380
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
в поиске управляющего символа, который отмечает начало блока дани-
или последовательности управляющих символов. Такими символами я
ляются SOH, STX, АСКО/1, NAK, WACK, RVI и EOT.
Заголовок
Заголовок — это последовательность символов, начинающаяся с символа SOI
которая используется для идентификации типа сообщения, его номера, указан?
приоритета и маршрута. Появление SOH означает начало накопления символе
контроля блока ВСС (но сам символ SOH при этом не учитывается). Заголовс
может иметь фиксированную или переменную длину и всегда оканчивается cm
волом STX.
Текст
Текстовая часть сообщения содержит информацию, пересылаемую между при
кладными программами. Текст начинается с символа STX и оканчивается симво
лом ЕТХ. Для обеспечения лучшего контроля ошибок текст может быть разбш
на блоки. Каждый блок, в свою очередь, начинается символом STX и заканчива
ется символом ЕТВ, за исключением последнего блока, который заканчиваето-
символом ЕТХ. О нормальном окончании передачи сигнализирует символ EOT
за которым следует ЕТХ. В теле текстового блока использование управляющих
символов не допускается. Если такой символ будет обнаружен, принимающая
станция прекратит работу до тех пор, пока не поступят два символа ВСС.
Тайм-ауты
Коммуникационная программа и терминал должны поддерживать тайм-ауты, пре
дотвращающие задержки неопределенной длительности, вызываемые ошибками
В BiSync определено четыре вида тайм-аутов: передачи, приема, разрыва соеди-
нения и продолжения.
Тайм-аут передачи обычно устанавливается равным 1 с. Он определяет часто-
ту вставки в данные синхронизирующей последовательности «холостых» симво-
лов (SYN SYN или DLE SYN), помогающих поддерживать синхронизацию битов
и символов.
Тайм-аут приема обычно устанавливается равным 3 с. Он выполняет несколь-
ко задач, включая перечисленные ниже.
4- Ограничивает время ожидания ответа передающей станцией.
4- Сигнализирует принимающей станции о том, что следует проверить линию
на предмет наличия синхронизирующей последовательности «холостых»
символов, указывающих, что передача продолжается. Тайм-аут получения
переустанавливается после получения каждой синхронизирующей после-
довательности.
4- Устанавливает лимит времени, в течение которого подчиненная станция
в многоточечном соединении может оставаться в управляющем режиме.
Этот таймер сбрасывается при каждом получении сигнала ENQ или АСК,
пока станция остается в управляющем режиме.
Тайм-аут разрыва соединения заставляет станцию, неактивную в течение 20 с
в коммутируемой сети, отсоединиться от линии.
Полудуплексные протоколы
381
Тайм-аут продолжения вызывает отправку станцией, передающей символ TTD,
еще одного такого символа, если эта станция все еще не может отправить текст.
Если же получающая станция временно не может получать данные, она должна
каждые 2 с передавать символ WACK.
Режим прозрачности текста
Часто между двумя машинами передаются не символьные данные, а некоторая
произвольная последовательность битов. Вполне может оказаться, что, например,
двоичные данные содержат последовательность битов, совпадающих с управляю-
щими символами BiSync. Режим прозрачности текста, иногда называемый просто
режимом прозрачности, позволяет пересылать такие данные и при этом избегать
их неправильной интерпретации коммуникационной программой. Прозрачность
обеспечивается предварением каждого настоящего управляющего символа симво-
лом DLE, как показано на рис. 8.13, а. Если символ DLE встретится в тексте сооб-
щения, он также будет предварен символом DLE. В результате последователь-
ность битов интерпретируется как управляющий символ только в том случае,
если ей предшествует символ DLE. Результирующее сообщение, обработанное
соответствующей программой, удалившей символы DLE, показано на рис. 8.13, б.
Обратите внимание на то, что в случае любой встречающейся в тексте последова-
тельности DLE DLE первый символ DLE игнорируется, а второй интерпретиру-
ется как часть данных.
а
б
Рис. 8.13. Режим прозрачности в протоколе BiSync: а — передаваемый блок;
б — блок после удаления управляющих символов,
обеспечивающих прозрачность
382
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Дуплексные протоколы
Процедуры двоичной синхронной передачи данных были разработаны в то в
мя, когда линии связи работали со скоростью 2400 бит/с и представляли соб
двухпроводные полудуплексные линии, соединяющие удаленные терминалы, .-
торые предназначались для ввода программ и считывания данных с перфока;
с мэйнфреймами. С удешевлением интерактивных приложений, используют,
удаленные видеотерминалы, и с внедрением четырехпроводных соединений вс
никла необходимость в коммуникационном протоколе, обеспечивающем лупле-
ную связь. Такой протокол «отвечает» за следующее.
+ Сообщения должны одновременно передаваться в обоих направлениях
+ Должна быть обеспечена одновременная передача по каналу связи бол
одного сообщения (протокол BiSync допускает только одно сообщение)
4- Механизм прозрачности должен быть интегрирован в протокол, а не доба
ляться в него позднее.
4 Протокол должен работать с коммутируемыми, полудуплексными и мне
готочечными сетями, а также с дуплексными соединениями.
4 Схема определения и исправления ошибок должна быть достаточно мош
ной и решать проблему подмены сообщений.
Последнее условие выполнить особенно трудно. Подмена происходит, koi;..
фрагмент сообщения, содержащий ошибку, возникшую при передаче, интерпр^
тируется как правильное сообщение (то есть поврежденное сообщение выгляди
как правильное). Это может быть очень серьезной проблемой, особенно в таких
важных приложениях, как системы управления движением финансовых среде т
между счетами или системы управления вооруженными силами. И в между и,,
родных центрах стандартизации, и в частных компаниях было проведено множе-
ство исследований, посвященных разработке протоколов, решающих проблема
подмены. В результате были созданы три широко используемые в настоящее вре
мя схемы. Две из них сходны между собой принципиально и функционально
а также в том, что для обеих требуется специальное аппаратное обеспечение, но
продвигаются они на рынок разными организациями. В третьей, разработанной
в Digital Equipment Corporation, используется другая технология, и она предна-
значена для работы со стандартным ориентированным на символы (байты) ин-
терфейсным оборудованием.
Высокоуровневые процедуры управления
линиями передачи данных
Важнейшая задача, которую необходимо решить для предотвращения подмены,
заключается в определении начала и конца блоков сообщения, а также того, ка-
кая часть полученной приемником информации должна быть включена в CRC-
код. В результате работы, проведенной в IBM Дж. Рейем Керсеем и другими со-
трудниками в начале 1970-х годов, был предложен протокол, в 1979 году приня-
тый ISO в качестве международного стандарта. Он называется High-level Data
Дуплексные протоколы
383
Link Control (HDLC). Хотя HDLC был разработан в 1970-х годах, он использует-
ся и по сей день (в несколько модифицированной форме) в качестве транспорт-
ного протокола для сети Integrated Services Digital Network (ISDN), протокола
канального уровня передачи данных в виде пакетов, соответствующих стандар-
ту Х.25, и в качестве протокола канального уровня передачи данных, ориентиро-
ванного на использование модемов. В контексте ISDN он называется protocol-D
(LAP-D), а в контексте передачи пакетов стандарта Х.25 и связи при помощи моде-
мов — LAP-B и LAP-М, соответственно.
При использовании HDLC индикатор синхронизации сообщений (называе-
мый флагом) первоначально генерировался аппаратными схемами, а другие ап-
паратные схемы использовались для предотвращения передачи данных с таким же
флагом. При этом флаг становился своего рода кадровым сигналом «out-of-band»,
подобным сигналу завершения сеанса в протоколе для телетайпов. В настоящее
время операции HDLC могут выполняться программным путем благодаря значи-
тельно повысившимся вычислительным возможностям современных микропро-
цессоров.
Поскольку передаваемые данные бит за битом анализируются для выявления
возможной подмены флага, HDLC и ему подобные протоколы (в частности, раз-
работанный IBM протокол Synchronous Data Link Control, SDLC) называются
бит-ориентированными протоколами (Bit-Oriented Protocols, ВОР). В отличие
от BiSync и DDCMP (о котором рассказывается далее), текстовая часть сообще-
ния, передаваемая с помощью протокола HDLC, в принципе может иметь любой
размер в битах. Однако на практике в большинстве реализаций протоколов типа
ВОР, как и в BiSync и DDCMP, длина текста в битах должна быть кратной коли-
честву битов в символе (которое, как правило, равняется восьми).
Кадры, флаги и поля
Согласно HDLC, вся информация разделяется на кадры трех типов: информаци-
онные кадры (1-кадры), супервизорные управляющие последовательности (S-кад-
ры) и ненумерованные команды/ответы (U-кадры). На рис. 8.14 показан один ин-
формационный кадр в виде прямоугольного блока, разделенного на шесть полей:
поле флага начала кадра (F), поле адреса (А), управляющее поле (С), информаци-
онное поле (I), поле контрольной последовательности кадра (FCS) и поле флага
конца кадра (F). S-кадры и U-кадры имеют такие же поля, правда, поля I, в них нет.
1-кадры используются для передачи информации и положительного подтвер-
ждения факта приема сообщений и битов Poll или Final. S-кадры обеспечивают
супервизорное управление каналом связи и, в частности, управляют подтвержде-
нием сообщений, запросами на передачу и запросами на временное удержание
линии при передаче 1-кадров (подобно символу WACK в BiSync). U-кадры пре-
доставляют гибкий формат для передачи дополнительных данных управления
каналом связи, поскольку в них отсутствуют порядковые номера кадров и за счет
этого освобождается место для дополнительных 32 функций команд и 32 функ-
ций ответов. Ниже перечислены функции полей кадра в HDLC.
4- Поле флага. Каждый из кадров начинается и оканчивается флагом с кодом
01111110. Этот флаг может служить окончанием одного кадра и началом
следующего. Каждая станция, соединенная с каналом связи, должна посто-
янно искать этот флаг в получаемых данных.
384
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
4- Поле адреса. В кадрах команд адрес идентифицирует станцию назначен,
команды. В кадрах ответов адрес идентифицирует станцию, отправившх
ответ.
4 Управляющее поле. Содержит команды и ответы (рис. 8.15).
4 Информационное поле. Может содержать любую последовательность б
тов, которая, в принципе, не обязательно должна быть связана с конкре
ным набором символов или структурой данных. На практике длина инфо?
мационного поля почти всегда кратна длине символа, которая, как правил
равняется 8 бит.
4 Поле контрольной последовательности кадра. Как уже говорилось вьш.
в качестве механизма контроля ошибок в HDLC всегда используется ГП
CRC.
Начало ---------Последовательная передача Конец
Биты 8 8 8 Кратно 8 16 8
Обозначения.
F — флаг, указывающий начало и конец кадра (01111110)
А — адрес
С — управляющая информация
I — информация
FCS — контрольная последовательность кадра
Рис. 8.14. Формат HDLC
Для того чтобы гарантировать уникальность флага, передающее аппаратнг
обеспечение должно просматривать битовый поток между начальным и коне-
ным флагами на предмет присутствия строк из 5 бит, все значения которых ра-
ны 1. Если встретится такая строка, аппаратное обеспечение вставляет после ее
пятого бита 0, чтобы строка не выглядела как флаг. Этот дополнительный би'
удаляется приемником. После выполнения такой процедуры любое появлени-
строки единиц длиннее 5 бит интерпретируется как флаг, как ошибка передач;'
или как намеренное заполнение единицами промежутка между кадрами.
Четкое определение в протоколе уникального, аппаратно генерируемого флаг;,
и длины полей адреса, последовательности управляющих символов и контро.т
ной последовательности кадра обеспечивает полную прозрачность информациог
ного поля (данных). Аппаратное обеспечение не допускает, чтобы в отправлен
ной прикладной программой последовательности битов встречалось более пят
последовательных единиц, и вставляет в такие последовательности нули, удалж
мые при приеме данных. Кроме того, позиция флага контроля определяется i
основании полученного конечного флага, что позволяет немедленно сравнит
значение в регистре CRC с фиксированным значением (0001110100001111).
Для адресов, команд, ответов и порядковых номеров кадров определен поря
док передачи битов: младший бит передается первым. Для информационной
поля порядок передачи битов не определен. Кадр считается принятым непра-
вильно, если он не содержит флагов или если расстояние между флагами короче
Дуплексные протоколы
385
32 бит. Такие кадры игнорируются (в отличие от кадров с неверной контрольной
последовательностью, в случае приема которых отправляется символ NAK).
Семантика HDLC
До сих пор мы говорили о синтаксисе HDLC. Синтаксис в данном случае опреде-
ляется битовыми последовательностями и порядком передачи битов, позво-
ляющим правильно формировать сообщения. Однако для того чтобы понимать,
что происходит при использовании HDLC, необходимо определить семантиче-
ское содержание сообщений, то есть значения, которые присваиваются правиль-
но сформированным сообщениям.
Нормальная последовательность сообщений в HDLC состоит из одного или
более кадров, содержащих информационные поля с данными, передаваемыми от
источника данных (передающей станции) к потребителю данных (принимающей
станции). Принимающая станция подтверждает получение данных путем отправ-
ки кадра в обратном направлении. Источник должен сохранять передаваемые со-
общения, пока не получит явного подтверждения их приема. Значение ожидае-
мого при приеме кадра N(R) указывает, что передавшая его станция правильно
получила все информационные кадры с номерами до N(R). Информационные
кадры и S-кадры (рис. 8.15) нумеруются от 0 до 7 (для нерасширенных управляю-
щих полей). Для каждой пары источник-приемник данных используется независи-
мая последовательность номеров. В ответе приемника может за один раз подтвер-
ждаться прием нескольких (но не более семи) полученных сообщений, и этот ответ
может быть включен в 1-кадр, отправляемый от приемника к источнику.
Формат кадра в HDLC Биты в управляющем поле
1 2 3 4 5 6 7 8
1-кадр (команды/ответы для передачи информации) 0 N(S) P/F N(R)
S-кадр (супервизорные кома нды/ответы) 1 0 S P/F N(R)
U-кадр (ненумерованные команды/ответы) 1 1 м P/F М
Обозначения:
N(S) — последовательный номер отправки передающей станцией, бит 2 — младший
P/F — бит Poll при передаче первичной станцией и конечный бит при передаче вторичной станцией
N(R) — последовательный номер получения передающей станцией, бит 6 — младший
S — биты супервизорных функций
М — биты модификационных функций
Рис. 8.15. Содержимое управляющего поля
Канал передачи данных состоит из двух или более станций, и поэтому для
управления таким каналом необходимо назначить одну из станций первичной,
отвечающей за управление потоками данных и процедуры исправления ошибок.
Такая станция передает командные кадры. Другие станции называются вторич-
ными и взаимодействуют с первичной, посылая ей ответные кадры. Первичная
станция может передавать информацию вторичным станциям, пользуясь битом
Select управляющего поля 1-кадра, или разрешать передачу данных вторичным
станциям, передавая им бит Poll.
386
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Вторичные станции могут работать в одном из двух режимов: NRM (Norm.
Response Mode — обычный режим ответа) или ARM (Asynchronous Response М
de — асинхронный режим ответа). В режиме NRM вторичная станция может пер
давать что-либо только в ответ на конкретный запрос или разрешение от перви
ной станции. Вторичная станция явно указывает последний передаваемый ка.
путем присвоения последнему биту управляющего поля значения 1. В режи'.
ARM вторичная станция может независимо инициировать передачу, без полу1:
ния явного разрешения или бита Poll от первичной станции.
Если вы хотите больше узнать о протоколе HDLC, обратитесь к документа1
ISO 3309-1979 (Е), ISO 4335-1979 (Е) и ISO 6256-1981, содержащим полное oi
ределение протокола HDLC. Эти документы составляют стандарт на процедура
управления каналом передачи данных, поддерживаемый Национальным иг
статутом стандартизации США (ANSI) и называемый Advanced Data Comma
nications Control Procedures (ADCCP). Функционально он эквивалентен HDLC
Управление синхронным каналом
передачи данных
Стандартный протокол управления дуплексным синхронным каналом данных
используемый в продуктах IBM и соответствующий ее системной сетевой архи
тектуре (System Network Architecture), называется Synchronous Data Link Cont
rol (SDLC). Функционально он эквивалентен HDLC, но имеет некоторые отли
чия: длина информационных полей SDLC должна быть кратна 8 битам, SDLC
включает дополнительные команды и ответы, не определенные в стандартах ISO
На рис. 8.16 показана структура кадра SDLC (она такая же, как и структур,
кадра HDLC), а в табл. 8.5 описаны стандартные режимы, команды и ответы
Внимательный анализ рисунка поможет вам понять особенности протокола SDLC
и его отличия от HDLC.
Рис. 8.16. Формат SDLC
Дуплексные протоколы
387
1блица 8.5. Значения полей кадра протокола SDLC
lone Значение Описание
злаг 01111110 Если последовательность из пяти единиц встретится внутри кадра, передатчик вставит бит 0, а приемник его удалит
дрес Адрес вторичной станции
J(S) От ООО до 111 (затем нумерация начинается сначала) Порядковый номер отправляемого кадра
7F Это поле используется при работе с группой терминалов. Когда компьютер приглашает терминал к передаче, он устанавливает этот бит в значение Poll. Все кадры, посылаемые терминалами, имеют значения бита Poll. Если это последний кадр, посылаемый терминалом, то в данном поле устанавливается значение бита Final.
M(R) От ООО до 111 (затем нумерация начинается сначала) Порядковый номер получаемого кадра
MODE 00 Получатель готов к приему (RR)
10 Получатель не готов к приему (RNR)
01 Отклонение получателем данных (Reject)
C/R Команда от первичной станции или ответ от вторичной станции Команда:
000-00 Ненумерованная информация (NSI)
001-00 Установить для ответа обычный режим (SNRM)
010-00 Разрыв связи (DISC)
100-00 Ответ опрашиваемой станции не обязателен
000-10 Установка режима инициализации (SIM) Ответ:
000-00 Ненумерованная информация (UI)
110-00 Ненумерованное подтверждение (UA)
000-10 Запрос на инициализацию (RIM)
001-10 Кадр не принят (FRMR)
000-11 Запрос в реальном масштабе времени (DM)
Данные Поле имеет переменную длину, зависящую от передаваемой информации В супервизорных кадрах данное поле не используется Поле имеет переменную длину для ненумерованной информации
Контрольная сумма кадра Контроль с помощью циклического избыточного кода
388
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
Протокол DDCMP
В то время, как в IBM создавался протокол SDLC, Джордж Френд, Стивен Расс -
и Стюарт Уэкер получили задание разработать синхронный протокол для Dig.'-
Equipment Corporation, которая сейчас входит в состав Compaq Computer Con •
ration. Требования к этому протоколу были подобны перечисленным выше
бованиям к дуплексным протоколам, но с одним важный дополнением: проток
должен был работать с существующим коммуникационным оборудованием, п;-'
жде всего с асинхронными, а также и с синхронными соединениями. В резулыа’
был создан Digital Data Communications Message Protocol (DDCMP).
с и м в о л с и м в о л к л А С с Счетчик (14 бит) Флаг (2 бита) Ответ (8 бит) Порядковый номер (8 бит) Адрес (8 бит) Кон- троль- ная сумма 1 (16 бит) Информация (любое количество 8-разрядных символов) Кон- троль- ная сумма 2 (16 бит)
1---*- Примечание '
xxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx
XX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXX?
Сообщения с данными 1000001
Положительное подтверждение 0000101
Отрицательное подтверждение 0000101
Причина
Ошибка заголовка ВСС
Ошибка данных ВСС
Повторный ответ
Буфер не доступен
Приемник перегружен
Сообщение слишком длинное
Ошибка формата заголовка
Ответное сообщение
Начальное сообщение
Начальное подтверждение
Служебное сообщение
Количество символов QS Resp #
00000001000000 QS Resp #
ООООООЮПричина QS Resp #
Mess # Адрес
00000000 Адрес
00000000 Адрес
00000101
00000101
00000101
10010000
000001
000010
000011
001000
001001
010000
010001
00000001100000 QS 00000000
00000110000000 1 1 00000000
00000111000000 1 1 00000000
Количество символов 1 1 00000000
LstMess# Адрес
00000000 Адрес
00000000 Адрес
00000000 Адрес
Примечания
1. Только сообщения сданными и служебные сообщения содержат символы, и только эти сообщения
имеют информационные поля и поля контрольной суммы, показанные в схеме формата сообщения.
2. Resp # означает «номер ответа». Это номер последнего правильно полученного сообщения.
При использовании отрицательного подтверждения предполагается, что сообщение со следующим
номером не получено, получено с ошибками или не принято по другой причине. См. поле Причина.
3. Mess #— это порядковый номер сообщения. Номера присваиваются передающей станцией;
за сообщением 255 следует сообщение 000.
4. LstMess# — номер последнего переданного станцией сообщения.
5. Адрес — адрес подчиненной станции в многоточечной системе. Используется в сообщениях,
направляемых подчиненной станции и от нее, В соединениях «точка-точка» адрес тоже указывается,
но игнорируется приемником.
6. Q и S — соответственно флаг быстрой синхронизации и бит выбора.
Рис. 8.17. Подробный формат сообщения в соответствии с DDCMP
DDCMP — это протокол, который ориентирован на символы (байты), а не на
биты, как SDLC. Поэтому DDCMP не требует специального аппаратного обеспе-
чения для вставки и удаления битов и может использоваться с интерфейсами
разных типов, в том числе и с асинхронными устройствами. Для определения
Резюме
389
длины сообщения (для поиска ВСС) в заголовок включается 14-битовое поле
счетчика. Это счетчик количества символов, содержащихся в информационном
поле сообщения. Поскольку возможность передачи сообщения без ошибок зави-
сит от правильного определения поля счетчика, заголовок сообщений DDCMP
имеет постоянную длину и собственный символ ВСС, проверяемый перед нача-
лом получения информационной части сообщения. Формат сообщений DDCMP
показан на рис. 8.17. Внимательно изучив этот рисунок, вы поймете, какие бито-
вые последовательности соответствуют различным полям кадров для сообщений
разных типов.
DDCMP имеет два преимущества и несколько недостатков по сравнению с дру-
гими протоколами. Одним из преимуществ этого протокола является то, что для
него не нужно специальное аппаратное обеспечение и он может работать с син-
хронными, асинхронными и даже с параллельными каналами передачи данных.
Второе его преимущество заключается в том, что он позволяет одновременно пе-
редавать по каналу до 255 сообщений (номера которых указываются в поле по-
рядкового номера), что необходимо для работы с дуплексными каналами спутни-
ковой связи. С другой стороны, для него более остро стоит проблема подмены,
чем для бит-ориентированных протоколов. Данный протокол критиковали за не-
эффективность, связанную с включением символа ВСС после заголовка в кадрах,
эквивалентных 1-кадрам, но это не соответствует действительности. На самом де-
ле для передачи сообщений средней длины DDCMP даже более эффективен, чем
бит-ориентированные протоколы, в которых аппаратное обеспечение добавляет
дополнительные биты. Кроме того, на практике подмена не вызывает в DDCMP
заметных проблем.
Резюме
+ Протоколы — это правила взаимодействия подобных процессов, а интер-
фейсы — правила взаимодействия различных процессов.
4- Протоколы обмена данными определяют передаваемые символы, набор ко-
дов для преобразования этих символов в двоичный код и правила, позво-
ляющие установить корректность последовательности символов.
4 Проверка четности — это метод добавления к кодируемым символам избы-
точной информации, помогающей выявлять ошибки при передаче.
4 XMODEM — простой протокол, используемый для асинхронной передачи
информации между микрокомпьютерами.
4 Протокол YMODEM позволяет передавать между компьютерами по не-
скольку файлов сразу.
4 Протокол ZMODEM поддерживает возобновление передачи файлов с той
точки, в которой она была прервана, а также динамическое изменение раз-
мера блоков данных в зависимости от количества ошибок, возникающих
при передаче.
390
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
♦ Код циклического контроля с избыточностью (CRC-код) — это значени-.
вычисляемое источником на основе передаваемых данных и повторно вы
числяемое приемником, что позволяет проверить данные на наличие они-
бок при передаче.
4- В Соединенных Штатах наиболее широкое распространенение получил-
коды ASCII и EBCDIC.
4 Протоколы должны подходить для использования с коммутируемыми со-
единениями и выделенными линиями и для двух видов сетевых соедине-
ний: типа «точка-точка» и многоточечных.
4 В Соединенных Штатах наиболее широко используются протоколы TTY
XMODEM, BiSync, SDLC и DDCMP.
Контрольные вопросы
1. Коммуникационный протокол всегда включает:
а) набор символов;
б) начало заголовка;
в) специальный символ-флаг;
г) символ ВСС.
2. Сколько битов используется в коде Бодо для представления символа? Вы-
берите один из вариантов ответа:
а) 9;
б) 7;
в) 5;
г) 8.
3. При передаче символов с проверкой на нечетность количество нулевых би-
тов в каждом символе:
а) нечетно;
б) четно;
в) неизвестно;
г) ваш ответ.
4. Предположим, что вы передаете 7-разрядный символ с десятичным значе-
нием 65 с использованием проверки на нечетность. Каково двоичное зна-
чение этого символа? Выберите один из вариантов ответа:
а) 10000010;
б) 10000000;
в) 11000001;
г) 10000011.
Контрольные вопросы
391
5. При использовании контроля по единичному биту четности каждый бит
четности:
а) имеет значение 0 или 1;
б) всегда имеет значение 0;
в) всегда имеет значение 1;
г) не используется.
6. Какой символ при использовании протокола XMODEM ждет отправитель,
чтобы начать передачу? Выберите один из вариантов ответа:
a) WACK;
б) АСК;
в) RVI;
г) NAK.
7. Если каждый символ в блоке, который передается с помощью протокола
XMODEM, имеет ASCII-значение 50, какова должна быть добавляемая
к блоку контрольная сумма? Выберите один из вариантов ответа:
а) 50;
б) 23;
в) 41;
г) 25.
8. Пропускная способность при использовании полудуплексного протокола:
а) больше, чем при использовании дуплексного;
б) меньше, чем при использовании дуплексного;
в) такая же, как дуплексного;
г) больше, чем при использовании протоколов всех остальных типов.
9. При переменных (изменяемых) характеристиках линий передач:
а) можно задать фиксированный размер блока, оптимально подходящий
для любых соединений;
б) большой размер блока оптимален для зашумленных линий;
в) переменный размер блока оптимален для использования на любых ли-
ниях;
г) малый размер блока оптимален для линий передачи с низким уровнем
шумов.
10. В протоколе YMODEM блок 0 используется:
а) для передачи информации, необходимой для исправления ошибок;
б) для передачи двух контрольных сумм;
в) для передачи информации о передаваемом файле;
г) как 1024-байтовый блок данных.
392
Глава 8. Протоколы и контроль ошибок
11. Какое количество символов содержит поле данных во втором блоке пр<
кола YMODEM, используемом для транспортировки 1100-байтового ц
ла? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1024;
б) 100;
в) 128;
г) 64.
12. Потоковый протокол:
а) обеспечивает защиту от ошибок;
б) не обеспечивает защиту от ошибок;
в) использует 64-байтовые блоки;
г) требует ручной настройки.
13. Какой из следующих протоколов является протоколом с «раздвижным с
ном»? Выберите один из вариантов ответа:
a) XMODEM;
б) YMODEM;
в) YMODEM-G;
г) WXMODEM.
14. Какой из следующих протоколов меняет размер блока в зависимости о~
количества ошибок, возникающих при передаче? Выберите один из вари
антов ответа:
a) XMODEM;
б) YMODEM;
в) ZMODEM;
г) WXMODEM.
15. Какое из следующих выражений не является правильным при выполне-
нии операции XOR? Выберите один из вариантов ответа:
а) 0 XOR 0 = 0;
б) 1 XOR 1 = 1;
в) 1 XOR 0 = 1;
г) В XOR В = 0.
16. Какой из следующих управляющих символов протокола BiSync не опреде-
лен в наборе символов EBCDIC? Выберите один из вариантов ответа:
a) STX;
б) АСКО;
в) ENQ;
г) TTD.
Контрольные вопросы
393
17. Прием скольких сообщений при использовании протокола BiSync может
быть не подтвержден? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1;
б) 2;
в) 4;
г) 8.
18. Какой набор символов используется в протоколе BiSync, когда применя-
ется метод контроля ошибок VRC/LRC при работе не в режиме прозрач-
ности? Выберите один из вариантов ответа:
a) EBCDIC;
б) ASCII;
в) SBT;
г) Fieldata.
19. Какой из следующих символов протокола BiSync является специальным
символом, указывающим в режиме прозрачности, что следующие после не-
го символы являются управляющими? Выберите один из вариантов ответа:
a) ESC;
б) SYN;
в) DLE;
г) RVI.
20. Главным отличием DDCMP от SDLC является то, что:
a) DDCMP не поддерживает режим прозрачности;
б) SDLC не использует CRC;
в) DDCMP имеет заголовок сообщения;
г) DDCMP не требует специального аппаратного обеспечения для поиска
начала сообщения.
Глава 9
Коммуникационное
программное обеспечение
для ПК
♦ Функции коммуникационных программ
♦ Коммутируемые сети
♦ Использование программы ProcommPlus for Windows
В этой главе речь пойдет о программном обеспечении, позволяющем персонал,
ным компьютерам взаимодействововать через коммутируемую телефонную сеть
Мы рассмотрим некоторые важные функции коммуникационного програм
много обеспечения, посредством которых можно контролировать работу модема
эмулировать терминал нужного типа, передавать двоичные и ASCII-коды и вы-
полнять другие коммуникационные операции. Поскольку наилучшим способе'.'
знакомства с коммуникационным программным обеспечением для персональногг
компьютера является использование типичных программ, в этой главе вашему вни-
манию будет представлено несколько популярных программных продуктов.
В начале мы обсудим функции поддержки коммутируемых соединений, встро-
енные в несколько версий операционной системы Windows, а также программ}
HyperTerminal, входящую в состав операционных систем Microsoft Windows 95
Windows 98, Windows Millennium Edition (Me), Windows NT 4.0 и Windows 2000
Затем рассмотрим две коммуникационные программы сторонних производителей
ProcommPlus и ProcommPlus for Windows. Представленные рисунки — изобра-
жений экранов персонального компьютера — помогут вам понять, как пользо-
ваться каждой из этих программ для установки подключения, изменения пара-
метров подключения и выполнения пересылки файлов.
Функции коммуникационных программ
Чтобы оценить возможности коммуникационных программ для персональных
компьютеров, следует изучить общие принципы их работы. Однако прежде всего
необходимо убедиться, что интересующая вас программа подходит для компью-
терной платформы, которую вы используете.
Функции коммуникационных программ
395
Операционная система и поддержка
операционного окружения
До конца 1980-х годов каждому типу персональных компьютеров соответствова-
ла одна операционная система, что очень упрощало выбор коммуникационных
программ. IBM PC и совместимые с ними компьютеры работали под управлени-
ем Disk Operating System (DOS), а компьютеры Apple — под управлением опера-
ционной системы Macintosh. Позднее, с появлением System 7, операционная сис-
тема Macintosh была значительно переработана, а в мире IBM PC и совместимых
с ними компьютеров наряду с DOS стало возможным использование нескольких
версий операционной системы Microsoft Windows. Это означает, что теперь при
выборе коммуникационной программы необходимо учитывать, подходит ли она
для работы с конкретной операционной системой.
Несмотря на то что разные версии Windows (включая 95, 98, Me, NT, 2000
и ХР) предусматривают средства для выполнения DOS-программ, при работе
в этом режиме программы не поддерживают такие функции операционного окру-
жения, как обмен информацией между приложениями с помощью операций выре-
зания и вставки, а также знакомый графический интерфейс пользователя (GUI)
упомянутых операционных систем.
Поддержка модема
После того как вы выберете коммуникационную программу, удовлетворяющую
требованиям вашей операционной среды и компьютерной платформы, вам при-
дется подумать о важном аппаратном устройстве, которое будет использоваться
для связи, — модеме. Большинство модемов поддерживает набор стандартных
модемных команд (Hayes Microcomputer Products), однако эти команды позволя-
ют управлять лишь базовыми функциями модема. Как рассказывалось в главе 4,
в тех случаях, когда в интеллектуальный модем интегрируются такие функции,
как сжатие данных, управление потоком, выявление и исправление ошибок, про-
изводители по-разному обеспечивают управление этими функциями. Одни из них
задействуют команды АТ, другие — специальные установки регистра S. В резуль-
тате получается, что помимо стандартного набора команд модемы разных произ-
водителей поддерживают разные дополнительные команды.
Если еще несколько лет назад для использования большинства модемов было
достаточно поддержки стандартного набора команд, то современные коммуника-
ционные программы должны обеспечивать поддержку от десятка до полусотни и
более различных модемов. В качестве альтернативы поддержке наборов команд
большого количества модемов некоторые приложения дают пользователю воз-
можность самому конфигурировать программу для работы с интеллектуальным
модемом. Подобные приложения предоставляют пользователю меню функций мо-
дема, позволяют вводить соответствующие АТ-команды и управлять регистром S.
И хотя просмотр документации модема с целью поиска команд и установок реги-
стра для каждой из функций модема и ввод этих данных вручную требуют боль-
ших затрат времени, зато такая программа поддерживает любые модемы.
396
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Ну а теперь, когда вы имеете представление о взаимодействии программ:-:
обеспечения, компьютерной платформы и модема, давайте обратимся к интер<р
су между двумя устройствами и функциям коммуникационной программы, с
занным с управлением передачей данных между устройствами.
Управление интерфейсом
Коммуникационное программное обеспечение должно обеспечивать у прав лен/
передачей данных между компьютером и модемом. Чтобы вы поняли, в чем за
ключается это управление, в настоящем разделе мы рассмотрим потоки данны?
между двумя устройствами, а также то, как осуществляется управление этим?
потоками при использовании таких функций, как сжатие данных, выявлен?
и исправление ошибок.
На рис. 9.1 показана схема потока данных между компьютером и модемом
Обратите внимание, что скорость передачи данных компьютером не всегда совпа
дает со скоростью передачи данных модемом. Обычно в случае использовани/
модема, выполняющего сжатие данных, при помощи коммуникационной програм.
мы задается скорость работы последовательного порта, которая должна в два, че-
тыре или более раз превышать скорость работы модема. Причем скорость поступ-
ления данных в модем должна превышать скорость их передачи модемом. Напри
мер, если модем поддерживает средний коэффициент сжатия 4:1 и работает сс
скоростью 9600 бит/с, последовательный порт компьютера должен быть настроен
на передачу данных модему со скоростью, вчетверо большей, то есть 38 400 бит/с
Однако учтите, что коэффициент сжатия зависит от сжимаемости данных. Так чтс
же произойдет, если модем не сможет выполнить сжатие информации или осущест-
вит его, но с меньшим коэффициентом?
Скорость передачи
данных модемом
Компьютер Скорость передачи данных компьютером Модем
Рис. 9.1. Поток данных между компьютером и модемом
Если данные поступают на модем со скоростью 38 400 бит/с, но модем сжима-
ет их с коэффициентом менее 4:1, его выходная скорость оказывается меньше
входной. Это означает, что через очень короткий промежуток времени буфер мо-
дема переполнится и данные будут утеряны. Очевидно, что для пользователей
модема такая ситуация неприемлема. Для ее предотвращения предназначены
функции управления потоком.
Управление потоком
Управление потоком определяется как регулирование операции передачи дан-
ных. Функцию управления потоком данных модема можно включать и выклю-
чать при помощи соответствующей команды или установки регистра S. Если
Функции коммуникационных программ
397
управление потоком включено, то, как только буфер модема будет заполнен, мо-
дем отправит компьютеру, к которому он подключен, соответствующий сигнал,
указывающий на необходимость приостановить передачу данных. Когда уровень
заполнения буфера модема несколько понизится, модем выдаст другой сигнал,
означающий, что передачу можно возобновить.
Большинство модемов поддерживают три метода управления потоком, каждому
из которых соответствует один из следующих сигналов: inband, outband и ENQ/
АСК. Сигнал inband означает передачу управляющих символов XON и XOFF,
а сигнал outband — повышение и понижение уровня сигнала CTS интерфейса
RS-232. Сигнал ENQ/АСК подобен сигналу, осуществляющему передачу управ-
ляющих символов XON и XOFF и обычно используемому в терминальных уст-
ройствах Hewlett-Packard. Таким образом, коммуникационное программное обес-
печение, превращающее ваш компьютер в терминал, должно поддерживать одну
или несколько технологий управления потоком данных через модем, что позволит
предотвратить потери информации при работе модема в режиме сжатия. Кроме
того, управление потоком необходимо осуществлять в том случае, когда модем
выявляет и исправляет ошибки передачи.
Дело в том, что модем должен сохранять в памяти блок данных до получения
положительного подтверждения их приема. Если на линии произойдут ошибки,
буфер модема быстро заполнится, поскольку от компьютера будут передаваться
все новые данные, а модем не сможет удалить из памяти переданную ранее ин-
формацию. В этом случае он, как обычно, передаст компьютеру сигнал управле-
ния потоком, который должна будет распознать работающая на нем коммуника-
ционная программа.
Скорость передачи данных
Скорости передачи данных компьютером, поддерживаемые большинством ком-
муникационных программ, лежат в диапазоне от 300 до 115 200 бит/с. Как прави-
ло, скорость 115 200 бит/с устанавливается в тех случаях, когда модем работает на
скорости 28 800 бит/с и более со включенной встроенной функцией сжатия. Еще
две большие скорости передачи данных компьютером, допускаемые некоторыми
коммуникационными программами, 57 600 бит/с и 76 800 бит/с, обычно исполь-
зуются для поддержки сжимающих модемов, работающих на скорости 14 400
и 19 200 бит/с соответственно.
Перед тем как задавать скорость передачи данных компьютером, следует уста-
новить для последовательного порта автоопределение скорости или же ту ско-
рость передачи данных, которую вы собираетесь установить для модема. В про-
тивном случае модем не сможет распознавать данные, передаваемые ему компью-
тером, из-за несоответствия скорости обмена данными.
Последовательный порт модема и скорость его работы задаются при помощи
кодов команд или установок регистра S. Эти установки не зависят от возможно-
стей коммуникационных программ — они определяются возможностями модема.
Таким образом, метод, с помощью которого коммуникационная программа по-
зволяет задавать эти две скорости, не имеет значения, поскольку реальные уста-
новки зависят от используемого модема.
398
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Каталог телефонных номеров
Одной из самых важных функций многих коммуникационных программ являе-
поддержка каталога телефонных номеров. Пользователь может вводить телеф
ные номера и сохранять их в памяти программы для последующего автомат?
ского набора. В большинстве коммуникационных программ подобная функг
дополнена возможностью назначения, просмотра и модификации различных кс
муникационных установок. Вот наиболее распространенные из установок, ко-
рне обычно можно изменять в телефонном каталоге:
♦ скорость работы последовательного порта компьютера;
♦ четность;
♦ количество битов данных и стоповых битов на символ;
♦ протокол передачи файлов, который должен использоваться по умолчаниг
♦ тип терминала, который эмулирует коммуникационное программное oot
печение;
♦ связь с телефонным каталогом файла сценариев.
При выборе коммуникационной программы большинство пользователей пре
жде всего обращают внимание на такие установки, как поддерживаемые скорост,
работы последовательного порта, типы протоколов передачи файлов, типы эм\
лируемых терминалов, а также поддержка языка сценариев.
Протоколы передачи файлов определяют возможность обмена таковыми с BBS
другими персональными компьютерами и информационными системами. Хот>
практически все коммуникационные программы поддерживают базовый набор
протоколов передачи файлов, некоторые из них включают поддержку WXMO
DEM, ZMODEM и прочих протоколов, разработанных для удовлетворения од-
ного или нескольких специфических коммуникационных требований, которыч
другие протоколы не отвечают. Например, в ZMODEM используется 32-битовыг
CRC-контроль, на порядок снижающий вероятность невыявленных ошибок по
сравнению с другими протоколами передачи файлов, a WXMODEM поддержи-
вает передачу файлов по сети с коммутацией пакетов
Поддерживаемые коммуникационной программой типы эмулируемых терми-
налов определяют ее возможность взаимодействовать с другими типами компью-
терных систем. Это особенно важно, когда программа должна использоваться для
доступа к мэйнфреймам и мини-компьютерам, поддерживающим определенные
типы полноэкранных терминальных устройств Подобные компьютеры передают
специальные управляющие коды для выполнения таких функций, как очистка
экрана, перемещение курсора в определенное положение, вывод текста разными
цветами, определение защищенных полей и подсветка. Без правильной эмуляции
терминала ваш компьютер, вероятнее всего, не сможет корректно отобразить ин-
формацию, полученную от удаленного компьютера. Кроме того, отдельные ко-
манды, вызываемые нажатием клавиш на компьютере, могут быть неправильно
восприняты удаленным компьютером. Это происходит потому, что разные эмуля-
торы терминала используют разные комбинации клавиш для представления тех
управляющих клавиш терминала (в частности, клавиш программных функций
IBM), которые отсутствуют на обычной клавиатуре.
Служба удаленного доступа
399
При помощи языка сценариев можно автоматизировать определенные комму-
никационные функции, например вход в систему электронной почты, проверку на-
личия новых сообщений и загрузку писем из почтового ящика. Некоторые комму-
никационные программы включают функцию запоминания сценария: пользова-
телю достаточно один раз выполнить какую-либо часто повторяемую операцию,
и программа сама составит соответствующий сценарий.
Ниже приведен перечень функций и характеристик коммуникационной про-
граммы, которые можно использовать для выбора программ и сравнения их воз-
можностей:
♦ совместимость с операционной системой;
♦ поддержка модема;
♦ поддержка управления потоком;
♦ поддерживаемые скорости работы последовательного порта;
♦ количество поддерживаемых записей в каталоге телефонных номеров;
+ поддерживаемые протоколы передачи файлов;
♦ эмулируемые терминалы;
♦ поддерживаемые языки сценариев.
Ну а теперь, когда мы рассмотрели основные функции коммуникационных
программ, давайте перейдем к знакомству с самими программами. В качестве при-
мера воспользуемся двумя похожими и тесно связанными средствами, имеющи-
мися в нескольких версиях операционной системы Microsoft Windows. Это служ-
ба удаленного доступа к сети (Dial-Up Networking) и программа HyperTerminal.
Служба удаленного доступа
Программа удаленного доступа позволяет не только работать с совместно исполь-
зуемой информацией на другом компьютере, но и настроить модем и взаимодей-
ствовать с провайдером интернет-услуг, компьютер которого применяется в ка-
честве сервера. Для интерактивного взаимодействия с BBS, мэйнфреймами и
мини-компьютерами используется программа HyperTerminal, входящая в состав
практически всех современных версий операционной системы Windows, включая
Windows 95, 98, ME, NT, 2000 и ХР, или программа другого производителя, пред-
назначенная для работы в выбранной вами операционной системе.
Служба удаленного доступа входит во все версии Windows начиная с 3.11.
Причем в разных версиях Windows активизировать ее можно по-разному. Если
на вашем компьютере установлена система Windows 95, 98 или Me, выберите ко-
манду Удаленный доступ к сети в подменю Связь меню Стандартные стартового ме-
ню. В других версиях Windows, и в частности в Windows 2000, следует дважды
щелкнуть на ярлыке Мой компьютер, и в одноименном окне появится ссылка
с надписью Сеть и удаленный доступ к сети. Однако в отличие от других версий в
Windows 2000 включен мастер сетевых соединений, выполняющий настройку
компьютера для поддержки сетевых функций.
400
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Давайте создадим при помощи службы удаленного доступа подключение к про-
вайдеру интернет-услуг в Windows 98, но прежде чем использовать коммуника-
ционные возможности операционной системы Windows, необходимо инсталлиро-
вать драйверы модема, подключенного к компьютеру.
Инсталляция драйверов модема
Инсталляцию драйверов модема нетрудно выполнить вручную. При этом от вас
не потребуется ни знания установок модема, ни сведений о его изготовителе и
модели. В процессе инсталляции драйверов Windows 98 сама обратится к модему
и получит от него всю необходимую информацию.
Чтобы Windows 98 автоматически распознала подключенный к компьютеру
модем, выполните следующие действия.
1. Подключите модем к последовательному порту компьютера (СОМ-пор-
ту), если у вас внешний модем, или вставьте в компьютер карту модема,
если он внутренний.
2. Включите компьютер, загрузите операционную систему Windows 98 и вы-
берите команду Панель управления меню Настройки стартового меню.
3. В появившемся окне выполните двойной щелчок на значке Модемы. По-
скольку ранее драйверы модема не инсталлировались, на экране появится
окно Установка нового модема. Если драйвер какого-либо модема уже уста-
новлен, для открытия окна Установка нового модема щелкните на кнопке
Добавить.
4. Нажмите кнопку Далее, чтобы Windows 98 распознала подключенный модем.
5. В следующем окне (рис. 9.2) также выполните щелчок на кнопке Далее.
После этого Windows 98 начнет процесс инсталляции драйвера модема.
В окне, которое отображается по окончании процесса инсталляции моде-
ма, нажмите кнопку Готово.
Windows 98 распознает модемы многих фирм-производителей, но все-таки не
всех. Если операционная система не сможет автоматически распознать модем,
вам придется взять бразды правления в свои руки и самим указать фирму-произ-
водитель, а также тип модема. Для этого выполните такие действия.
1. Подключите модем к последовательному порту (COM-порту) компьютера
или вставьте в свободный слот компьютера карту модема.
2. Включите компьютер, загрузите операционную систему Windows 98 и вы-
берите команду Панель управления меню Настройки стартового меню.
3. В появившемся окне выполните двойной щелчок на значке Модемы. По-
скольку ранее драйверы модема не инсталлировались, на экране появится
окно Установка нового модема. Если это не так, то есть драйвер какого-либо
модема уже был установлен, щелкните на кнопке Добавить, чтобы открыть
окно Установка нового модема.
4. Установите флажок Выбирать тип модема вручную и нажмите кнопку Далее.
Служба удаленного доступа
401
Рис. 9.2. Windows 98 самостоятельно определяет модель
подключенного к компьютеру модема
5. В поле Изготовители отметьте название фирмы-изготовителя вашего моде-
ма, а в поле Модели — его модель, после чего нажмите кнопку Далее.
Если у вас настолько «экзотический» модем, что Windows 98 при всем же-
лании не может его распознать, и, кроме того, название данного модема от-
сутствует в списке, в поле Изготовители отметьте элемент Стандартные мо-
демы и укажите в поле Модели модем, скорость работы которого совпадает
со скоростью работы модема, установленного в компьютере.
Выполните щелчок на кнопке Далее.
6. В открывшемся окне посредством выбора соответствующего элемента ука-
жите, к какому порту подключен модем, и нажмите кнопку Далее.
7. После того как Windows 98 инсталлирует необходимые драйверы и скон-
фигурирует модем, нажмите кнопку Готово.
Конфигурирование модема
После инсталляции драйверов модема Windows 98 автоматически конфигуриру-
ет его. Однако стандартная конфигурация модема не для всех задач является оп-
тимальной. Например, если модем подключен к локальной АТС, вам придется
конфигурировать его самостоятельно. Чтобы отобразить на экране окно свойств
модема, сделайте следующее.
1. Откройте окно Панель управления, выбрав команду Панель управления в ме-
ню Настройки стартового меню.
2. Выполните щелчок на значке Модемы.
402
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
3. Отметьте название нужного модема в поле списка отобразившегося от -
щелкните на кнопке Свойства.
После этого на экране появится окно, с помощью которого можно сконф?
рировать модем.
Вкладка Общие диалогового окна свойств модема
На вкладке Общие диалогового окна свойств модема отображаются название г.
та, к которому подключен модем, уровень громкости динамика, а также скор*,
обмена данными.
Каждый модем имеет встроенный динамик, громкость которого вы можете
регулировать с помощью регулятора громкости. Для этого следует, удержи*
нажатой левую кнопку мыши, переместить упомянутый регулятор в нужное
ложение.
Рис. 9.3. Вкладка Общие диалогового окна свойств модема
Воспользовавшись полем Наибольшая скорость, вы можете задать максимально
допустимую скорость передачи данных модемом. Узнать, какую максимальную
скорость передачи данных поддерживает модем, можно из руководства, постав-
ляемого вместе с модемом. Если на вкладке Общие выбран флажок Подключение
только на данной скорости, то передача данных со скоростью, меньшей той, которая
указана в поле Наибольшая скорость, станет невозможной. Когда флажок Подклю-
чение только на данной скорости отключен, модем автоматически приспосабливает-
ся к той скорости, с которой работает модем абонента.
Служба удаленного доступа
403
Чтобы сконфигурировать модем, необходимо открыть вкладку Подключение.
В области Параметры подключения данной вкладки отображаются три поля, назна-
чение каждого из которых вы можете узнать, ознакомившись со следующей таб-
лицей.
Поле Назначение
Биты данных Определение полной «длины» пакета данных. Как правило, пакет данных содержит 8 бит
Четность Чтобы проверить, удачно ли прошла передача пакета данных, определяется сумма битов этого пакета. Здесь вы задаете способ проверки. В случае использования 8-битовых пакетов данных, как правило, проверка не требуется
Стоповые дискеты По стоповым битам определяется конец пакета данных. Большинство абонентов работает с одним стоповым битом
В области Параметры вызова можно изменить установки, влияющие на процесс
набора номера.
Обычно модем, прежде чем приступить к процессу набора, ожидает поступле-
ния сигнала о том, что линия свободна. Если модем подключен к локальной АТС,
следует снять флажок Дождаться гудка в линии, так как сигнал, свидетельствую-
щий о том, что линия свободна, поступит лишь после набора модемом цифры вы-
зова локальной АТС (в большинстве случаев это цифра 0 или 9).
Если вы хотите, чтобы по окончании определенного промежутка времени по-
пытки установить соединение прекращались, активизируйте флажок Отмена вы-
зова при отсутствии связи. После этого укажите в соответствующем поле ввода вре-
мя (в секундах), по прошествии которого связь должна быть прервана. Если
ввести в упомянутом поле, например, число 60, то Windows 98 прекратит попыт-
ки установить связь с абонентом по истечении 60 с.
Установив флажок Отключение при простое более, вы можете «приказать» мо-
дему автоматически разрывать связь, если в течение определенного времени дан-
ные через него не передавались. На практике это означает, что если вы, предполо-
жим, установили связь с каким-либо абонентом и, не разорвав ее, отлучились от
компьютера, то связь будет разорвана автоматически по истечении периода, ука-
занного в поле ввода флажка Отключение при простое более.
Вкладка Перенаправление
Установив на вкладке Перенаправление флажок Использование перенаправления
вызова, вы сможете обращаться к службам переадресации вызовов, поддерживае-
мым некоторыми телефонными компаниями. Переадресация звонков особенно
полезна для пользователей, которые не всегда находятся рядом с компьютером и
хотят иногда принимать звонки по другому номеру. При поступлении на компью-
тер вызов будет автоматически переадресован на указанный номер. В поля Код ак-
тивизации и Код отключения вкладки Перенаправление необходимо ввести соответ-
ственно код разрешения или запрещения переадресации звонков.
404
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Задание параметров набора номера
Чтобы Windows 98 «знала», в какой стране и в каком городе вы находитесь и ка:-.
тип набора номера (тоновый или импульсный) будете использовать при устанг
лении связи, следует сделать соответствующие установки в диалоговом окне
раметры набора номера.
1. Посредством команды Панель управления меню Настройки стартового мен-
откройте окно Панель управления.
2. Выполните двойной щелчок на значке Модемы.
3. В открывшемся окне щелкните на кнопке Параметры набора номера.
4. В поле Место звонка появившегося диалогового окна (рис. 9.4) введите на
звание места, где вы сейчас находитесь, или места, откуда в дальнейше'-
предполагаете устанавливать связь (например, «Офис»),
5. В поле Код города укажите код города и выберите из поля списка Стра-а
или регион название страны, в которой в настоящее время пребываете.
6. Если модем подключен к локальной АТС, введите в поля Префикс выхода
на линию (в случае местной линии) и Префикс выхода на линию (в случа-
междугородной линии) цифру или код их вызова.
Рис. 9.4. Диалоговое окно Параметры набора номера
Служба удаленного доступа
405
7. Посредством установки переключателя Тип набора номера: тоновый или Тип
набора номера: импульсный определите, какой набор должен осуществлять
модем — тоновый или импульсный.
Настройка подключения для доступа
к Интернету
Как только вы заключите договор с провайдером интернет-услуг и получите от
него всю необходимую информацию, можете подключаться к Интернету. Но пре-
жде чем устанавливать какое-либо соединение, его следует создать и сконфигу-
рировать.
Для установления первого соединения с узлом провайдера (а в дальнейшем
для соединения с другими узлами этого же или иного провайдера) выполните
перечисленные ниже действия.
1. Активизируйте команду Удаленный доступ к сети в подменю Связь меню
Стандартные стартового меню.
2. Выполните двойной щелчок на значке Новое соединение, для того чтобы
открыть первое окно одноименного мастера (рис. 9.5). Укажите в поле Вве-
дите название соединения имя соединения, а в списке Выберите модем — имя
модема, с помощью которого хотите устанавливать соединение, и щелкни-
те на кнопке Далее.
Рис. 9.5. Первое окно мастера Новое соединение
3. В поле Код города появившегося окна укажите код области или региона,
где вы находитесь, затем выберите в поле списка Код страны название стра-
ны, гражданином которой являетесь, и, наконец, введите в поле Телефон
406
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
номер телефона для компьютера, к которому производится подключена
Нажмите кнопку Далее.
4. В следующем окне нажмите кнопку Готово.
В результате в окне программы удаленного доступа к сети появится новь
значок, с помощью которого можно будет получать доступ к нужному узлу И;
тернета (рис. 9.6).
Рис. 9.6. Окно программы Удаленный доступ к сети
Теперь, когда соединение создано, необходимо его должным образом сконсф
гурировать. Делается это следующим образом.
1. Выберите команду Удаленный доступ к сети в подменю Связь меню Стандарт
ные стартового меню.
2. В окне программы удаленного доступа к сети отметьте только что создан-
ный значок и активизируйте команду Свойства в меню Файл. На экране
появится состоящее из четырех вкладок окно, название которого будет со-
ответствовать названию соединения с узлом Интернета.
3. Откройте вкладку Тип сервера и задайте в поле Тип сервера удаленного дос-
тупа тип протокола, который вы собираетесь использовать для установле-
ния соединения с сервером провайдера (рис. 9.7). Далее отключите все оп-
ции, находящиеся на данной вкладке, за исключением опции TCP/IP, и на-
жмите кнопку Настройка TCP/IP.
4. Узнайте у своего провайдера IP-адрес — ваш адрес в сети Интернет. Этот
адрес может быть постоянным или же изменяться от сеанса к сеансу. Если
Служба удаленного доступа
407
провайдер сообщил вам постоянный IP-адрес, установите в окне Настройка
TCP/IP переключатель Адрес IP назначается сервером и введите этот адрес
в поле IP-адрес (рис. 9.8). В противном случае (то есть если IP-адрес дол-
жен назначаться динамически) установите переключатель Адрес IP вводит-
ся вручную.
ig_i ЕЗЕЗГ
~7~' —~
Г"Дешеветь ' - ' '. ;
гидо*...
Г ТребзетсчвиФмеандад®»*»:
жГ“. .тг
;ПЙе0»_; .
. ...
ййЙ11 < -ЛйлМ
Рис. 9.7. Вкладка Тип сервера
Рис. 9.8. Окно Настройка TCP/IP
408
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Затем установите в окне Настройка TCP/IP переключатель Адреса вводятся
вручную, чтобы иметь возможность вручную задать адрес DNS-сервера ва-
шего провайдера. Введите указанный провайдером адрес DNS-сервера г
поле Первичный адрес DNS. Если провайдер сообщил вам адреса двух DNS-
серверов, введите адрес второго в поле Вторичный адрес DNS. Закройте окно
Настройка TCP/IP, выполнив щелчок на кнопке ОК.
5. Откройте вкладку Общие в окне свойств соединения с узлом Интернета
и нажмите кнопку Настройка. На экране появится уже знакомое вам окно
свойств модема, однако оно будет дополнено новой вкладкой, которая на-
зывается Параметры.
6. Активизируйте вкладку Параметры и установите флажок Открыть окно тер-
минала после набора номера. Окно терминала позволит вам посредством вво-
да имени пользователя и пароля регистрироваться на сервере провайдер,,
и получать таким образом доступ к Интернету.
7. При необходимости установите на вкладке Параметры флажок Отобразит=
состояние модема, благодаря чему в процессе работы в Интернете на пане-
ли задач будет отображаться значок в виде двух соединенных компьюте-
ров. Дважды щелкнув на этом значке, вы сможете открыть окно со сведе-
ниями о том, какое количество информации передано и получено. Кроме
того, вы узнаете скорость, с которой осуществляется обмен данными меж-
ду вашим модемом и модемом провайдера.
8. Закройте окно, нажав кнопку ОК.
Теперь, когда соединение с нужным интернет-узлом создано и сконфигуриро-
вано, вы можете установить связь с данным узлом. Для установления связи с ис-
пользованием программы удаленного доступа нужно сделать следующее.
1. Выберите команду Удаленный доступ к сети в подменю Связь меню Стандарт-
ные стартового меню.
2. Выполните двойной щелчок на значке соединения с нужным вам узлом
Интернета.
3. В открывшемся окне (рис. 9.9) нажмите кнопку Подключиться (при этом не
важно, какие данные будут введены в поля Имя пользователя и Пароль).
4. После того как модем наберет номер, на экране появится окно терминала,
в котором после подсказки username (или login) необходимо ввести имя
пользователя, а после подсказки password - пароль, которые сообщил вам
провайдер, и нажать кнопку Продолжить.
Если вы все выполнили правильно, то через некоторое время на панели инст-
рументов появится значок в виде двух соединенных компьютеров, а вы сможете
обращаться к ресурсам Интернета с помощью браузера Internet Explorer, полу-
чать и отправлять электронную почту, читать новости посредством программы
Outlook Express, а также делать многое другое.
Служба удаленного доступа
409
Рис. 9.9. Окно Установка связи
HyperTerminal
Программа HyperTerminal запускается из меню Пуск ► Программы ► Стандартные ►
Связь ► HyperTerminal. Она разработана для Microsoft компанией Hilgraeve of Mon-
roe (Мичиган) и впервые была включена в Windows 95.
По умолчанию программа HyperTerminal настроена для доступа к нескольким
информационным утилитам и системам электронной почты. В ней имеются соот-
ветствующие значки и связанные с ними номера телефонов. Последние версии
HyperTerminal, входящие в состав Windows Me и Windows 2000, не содержат за-
ранее настроенных значков. Однако программа позволяет создавать собственные
подключения, и сделать это очень просто.
При первом запуске HyperTerminal открывается окно с набором значков и пред-
ложением ввести название нового подключения. Как только вы это сделаете, от-
кроется диалоговое окно Подключение. На рис. 9.10 показано открываемое при
выборе программы MCI окно Подключение с номером телефона для бесплатного
доступа к службе MCI Mail. Щелкнув на кнопке ОК, вы получите готовый значок
подключения, который можно будет использовать для доступа к MCI Mail.
Теперь диалоговое окно Подключение можно вызывать двойным щелчком на
созданном значке подключения. Это окно для созданного выше значка MCI пока-
зано на рис. 9.11. Если щелкнуть на кнопке Набрать номер, программа тут же набе-
рет введенный вами ранее номер. Однако перед тем как это сделать, нажмите
кнопку Параметры, чтобы взглянуть на некоторые поддерживаемые программой
дополнительные настройки. Справа на рис. 9.11 изображено диалоговое окно Па-
раметры набора номера. Обратите внимание, что префикс для удаленных звонков
или выполнения локальных звонков из частной телефонной системы задается не
в строке номера телефона, а в данном диалоговом окне. В случае ввода этого пре-
фикса в строке номера телефона программа сообщит вам, что указан неправиль-
ный номер. Заметьте также, что в диалоговом окне Параметры набора номера можно
выбрать тип набора номера, отключить ожидание звонка и даже задать возмож-
ность использования телефонной карточки.
410
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Рис. 9.10. Окно Подключение
' ' И-идамть,
&аш»>^»И81ЖвкйК ровое место '
' ' - . Н
Ьу " ;
аеа'жа:
ifciiiA
i.Cesd-BBfcr
'киг* '-'Тмлнйб^аномера:'Г ген
i ,-’ ,
-? ИЛрдадай нои -.' ч..;„ •_. .. .
\." ' . ' '
>/ uix i 'Jinei-u i ' IfTi-"
....4'.,'—SS......<.<.>Л1Й^...>.к...MS-,.№..'y . '---H. b-.J-.... >.„..<„.
Рис. 9.11. Окна Подключение и Параметры набора номера
Вернувшись в диалоговое окно Подключение, щелкните на кнопке Набрать но-
мер, чтобы начать набор номера MCI Mail. На рис. 9.12 показан вид окна MCI -
HyperTerminal, когда в ящике находится 54 новых сообщения.
Хотя вы можете не быть подписчиком AT&T или MCI Mail, заранее настроен-
ные конфигурации будут вам полезны для изучения программы HyperTerminal.
Проанализировав заданные в них настройки, вы узнаете много важного для соз-
дания собственных конфигураций.
Служба удаленного доступа
411
Рис. 9.12. Использование программы HyperTerminal для доступа к учетной записи MCI Mail
Давайте посмотрим, какие протоколы передачи файлов поддерживает Hyper-
Terminal. Из меню Передача можно отправлять и получать файлы при помощи
нескольких популярных протоколов. На рис 9.13 показано диалоговое окно От-
правка файла с развернутым списком поддерживаемых протоколов.
|2-модем с восст. поспе сбоя
Рис. 9.13. Окно Отправка файла
Хотя HyperTerminal не так богата возможностями, как другие коммуникаци-
онные программы, она имеется во всех современных версиях Windows. И если
вам нужна элементарная коммуникационная программа, а не несколько эмулято-
ров терминала либо средство для чата или других специальных функций, Hyper-
Terminal может вполне удовлетворить вашим требованиям. Однако вам могут по-
надобиться и такие функции, которые отсутствуют в HyperTerminal, и тогда вам
придется приобрести какую-нибудь программу стороннего производителя. Для
тех читателей, которым может потребоваться подобная программа, в этой главе
рассматриваются две версии популярной программы ProcommPlus. Каждая из
них имеет множество функций, доступных лишь при покупке продукта.
412
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Использование ProcommPlus
ProcommPlus — это многофункциональная и очень удобная коммуникацио-
программа, которой легко пользоваться. Для работы с ней достаточно залом
лишь несколько сочетаний клавиш с клавишей Alt. После того как вы устанс
и запустите эту программу на компьютере, появится ее главное окно, показа
на рис. 9.14. Содержимое верхней строки в окне программы понятно, а ниж
требует некоторых пояснений.
’ЛОСЯМИ PLUS Лет Ду! ....... ' '
i FOR HELP| вгё ! f FPX | 1Z00 Е?1 Г LOG CLOSES Г ШНТ WF | OFF~LtHE
Рис. 9.14. Главное окно программы ProcommPlus с информацией
о состоянии в нижней строке
Нижнюю строку в окне программы ProcommPlus можно рассматривать ка.-
строку состояния, информирующую о состоянии ключевых функций программь
и предоставляющую пользователю подсказки относительно ее использования Та
кой подсказкой является текст Alt-Z FOR HELP, указывающий комбинацию клавиш
которую нужно нажать для получения справки. Кроме того, в строке состояния
на рис 9.14 выводится следующая информация:
♦ текущая эмуляция терминала (ANSI);
+ режим передачи (FDX);
+ скорость передачи данных;
+ четность;
4- значения битов данных и стоповых битов (1200 Е71);
4- включена ли поддержка журнала (LOG CLOSED);
4- будет ли печататься каждая строка выводимой на экран информации
(PRINT OFF);
4- состояние связи (OFF-LINE)
Далее в этой главе мы воспользуемся программой ProcommPlus для установки
подключения, и вы увидите, как некоторые элементы строки состояния автомати-
чески изменяются в зависимости от выполняемых в данный момент действий.
Служба удаленного доступа
413
Меню команд ProcommPlus
Для того чтобы познакомиться со справочной системой ProcommPlus, нажмите
комбинацию клавиш Alt+Z. Появится меню команд программы, показанное на
рис. 9.15. Это простейший способ получения информации о сочетаниях клавиш,
необходимых для выполнения тех или иных коммуникационных функций без
использования печатного варианта руководства программы. Обратите внимание,
что большинство функций программы вызывается нажатием двух клавиш. По-
знакомившись с программой поближе, вы увидите, что это очень удобно.
Первое сочетание клавиш, приведенное на рис. 9.15, это Alt+D, посредством ко-
торого вызывается каталог телефонных номеров. Это сочетание клавиш указано
первым, поскольку оно позволяет пользователю установить коммуникационные
параметры и начать сеанс подключения на основании заданных ранее установок.
РВОСОММ PLUS COHMftnu К f и u
-----— BEFORE
Dialing Directory Alt-D
--------DURING
Script Files ... ftlf Г5
Meta Keys ........ Hlt-tl
Redisplay ....... Alt-Гб
Clear Screen .... Alt-C
Break Bey .......
Elapsed. Time .... fill T
--------O'l’HKB------- ---
Chat Mode ........ Alt-0
Host Mode ........ Alt Q
Auto Answer ...... Alt-У
Tnit Modem .... . Alt-J
COMMUNICATIONS ------------—-----
--------------------- АГТЕВ --------
Hang Up ......... ЛИ-И
Exit ............. ftlt-X
Send Files........PgUp
Receive Files .... PgDn
Log File On/Off Alt-Fl
Log File Pause . Alt F2
Screen Snapshot . ft 1t-G
Printer Dn/Off .. ft И 1.
Record Mode ..... Hit-R
Duplex Toggle ... Alt E
CR-CRzLF Toggle Hlt~F3
Kermit Server Cmd Alt-K
Screen Piuse AHN
> SET UP i
Setup Facility .. ftlt-S
Line/Port Setup . ЙИ-Р
Translate Table . Alt-W
Key Mapping .... Alt-FS
OTHER FUNCTIONS 4—i
File Directory .. ftll-F
Change Directory Alt-F?
Uiew a File ...... ЙИ-У
Editor ........ ftlt-A
DDS Gateway .... Alt Ft
Program Info .... Alt-1
Clipboard .......Alt--
Monitor Mode ... Ctrl 4
Toggle Status .. Ctrl 1
Toggle Lines ... Llrl--
Pulldown Menu Key ...
Рис. 9.15. Меню команд ProcommPlus
Каталог телефонных номеров
На рис. 9.16 показан каталог телефонных номеров программы ProcommPlus с ин-
формацией обо всех записях. Первая запись играет особую роль, поскольку по-
зволяет позвонить в систему BBS разработчика программы. Сравнив ProcommPlus
или другую коммуникационную программу стороннего производителя с Hyper-
Terminal, вы увидите, что каталог телефонных номеров в ней служит для выпол-
нения базовых функций программы, а не просто для задания отдельной конфигу-
рации для каждого телефонного номера. Причем здесь можно ввести номера
телефонов и конфигурационную информацию в одну общую базу данных, что из-
бавляет от необходимости работать со множеством разных файлов.
Если вы выберете в каталоге телефонных номеров программы ProcommPlus
нужную строку и нажмете Enter, программа начнет автоматический набор указан-
ного номера. Например, нажав Enter на первой строке каталога, вы свяжетесь
с разработчиком программы.
414
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
ЯйИМВ 1>1Я£СГОВ¥. rCPLUS.Dlfl
МАНЕ __________ HU
I data^turf*а
Z tymnet
3 mci
4 Frederick engineering
5 delphi
f, network world ь,ьис
7 tymnet 9
8 Telenet '
9 the corner gh F
10 boyan
S D P SCRIPT
ЧЙЙ-f «'-«I
PgUp Scroll Up Spe
PgDn Scroll Bn Bn<
Home First Page D J
End Lest Page tl F
t/1 Select Entry й F
Esc Exit R h
tory
JS
lay
ury
Choice-.
Hit Z 1'ИГ» HELP FbX E7t LUG <4 USED I’RJN'I OFF UH LINE
Рис. 9.16. Каталог телефонных номеров программы ProcommPlus
На рис. 9.17 показано окно программы ProcommPlus при установке подключ
ния. Обратите внимание, что некоторые элементы строки состояния изменилис
в соответствии с установками в выбранной вами записи каталога. Так, элемент-
2400 и N81 указывают, что последовательный порт компьютера передает даннь -
со скоростью 2400 бит/с при использовании 8 бит данных на символ, без бит.,
четности и с одним стоповым битом на символ. Кроме того, заметьте, что в строк-
состояния отображается индикатор ON-LINE, поскольку подключение уже уста
новлено.
Welcome to the DftTftSTOBH TJtCHMOLOblES, INC. file Distribution BBS
You nre connected tn line 3 of it using
Supra. Corporation’s SupraFftXMoAem U<3Zbis modem.
ЛИ elrurn Hues rm be rtwrW it 314 375 0503.
Technical Support urrently provided on the DBS
You may reach technical support at the following:
VtfiCr Technical Support 314,875.0530
Fax Technical Support 314.875.8595
Electronic Support - CompuServe - GO DATftSTCRM
Hrst Name? _
итнжЕмитми
MUI
Рис. 9.17. Окно установки сеанса связи
Если какие-либо записи в телефонном каталоге требуют изменения, нужно
выделить одну из них и нажать клавишу R. На рис. 9.18 показано окно Revise Entry 1
с набором параметров и установок, которые можно изменять. Если выделить за-
пись протокола, программа выведет окно со списком поддерживаемых протоколов
Служба удаленного доступа
415
передачи файлов. Чтобы назначить для записи телефонного каталога новый про-
токол, достаточно его выделить и нажать клавишу Enter.
OIALIWG &1RECT0MY: PCPLUS.DIB
НОМЕ
г
э
4
5
6
?
в
з
to
datastnrnx
XMODEM
FgUp
PgDn
Hans
End
I/L
Esc
Choi^“
Revise Entry 11=" ..-..7.7.
datastorm
3,3140750503
2400
NONE
В
1
FULL
NAME:
NUMBER •
BAUD;
PARITY:
DATA BITS:
STOP BITS:
DUPLEX:
FORT: DEFAULT
SCBIFT:
protocol: W
TERMINAL; ANSI
MODE: MODEM
PASSWORD:
META FILE:
KBD FILE:
MOTE FILE:
IDEM
imodem
YMODEM
YMODEH-6
1K-XM0DEM
1K-XMDDEM-G
CDMPUSEBUE :
XERIilT
SEAL INK
ASCII
BAH ASCII
TELINK
MODEM?
WXMODEM
IMODEM
TEXT 13
TEXT 21
IBXT 31
В+
baud твз d Р SCBIFT
2400 Е?1 F D
24Э0 071 Г И
240® «81 Г D
2400 «81 F D
2400 W81 F D
1200 071 F D
2400 Е71 F В
2400 Я81 F О
240© «81 Н D
Bed
rgtsl
1
в
X
т
s
Print Directory
Dialing Codes
Exchange Dir
Toggle Display
Sort Directory
24вО W81 F й
У
Рис. 9.18. Окно изменения протокола передачи файлов, назначенного
в каталоге телефонных номеров
На рис. 9.19 демонстрируется, как использовать ProcommPlus для выбора или
изменения протокола передачи файлов в режиме реального времени. Нажмите
клавишу Page Down, чтобы открыть окно Download Protocols. Здесь можно изменить
выбранный ранее используемый по умолчанию протокол или нажать клавишу
Enter для сохранения текущего протокола. Если сравнить набор протоколов, под-
держиваемых ProcommPlus или коммуникационной программой других произ-
водителей, с набором протоколов, поддерживаемых HyperTerminal, обнаружится
еще одно существенное различие (см. рис. 9.13 и 9.19).
Т - TYPE File to your screen
C - w“- j Download Protocols - 227139594 bytes free |......"•
ft -
X - X) XMODEM ft) ASCH
0 - Z) ZMODEM R) PAU ASCII
у _ У) УГШИКЯ (BatcoJ T) ‘ШЛМК
G - G) YMODEM-G (BaUJt) Ю MODEM?
3 - 0) 1K-XM0DEM W) WXMODEM
К - E) 1K-XMDDEM-G П IMODEM
Ы - C) COMPUSERVE D* 1) ГЕХТ 11
2 K) KERMIT Z) IFXT 71
S) SEftLTHX ?<) ГЕХТ 31
Choo
Your Select ion fpreSs. ЬЮТ 1 m- ZWDEM)
file •—.. —-
File Size. 5Z Records
Protocol: XMODEM
Est. Time: 0 mlns, 39 secs at 2400 bps
Awaiting Stari Signa}
(Clrl-X tu abort)
nit и ГПК HELP I fiNSI | ГВХ I РЛОв «91 I LOG CLOSED | PRINT ШГ | UN LINK
Рис. 9.19. Список выбора протокола передачи файлов
416
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
После того как вы начнете передачу файла, ProcommPlus автоматически с
сопровождать этот процесс визуальной индикацией происходящего. На рис
показан процесс пересылки файла посредством протокола ZMODEM. Справа
бражено окно, в котором содержатся сведения о передаваемом файле, завися
от используемого протокола. Некоторые протоколы, и в частности XMODH '-
передают информацию о размере файла, дате его создания либо последней м
фикации. Для подобных протоколов ProcommPlus не может вычислить, ско.~
процентов от общего объема файла передано, и вывести индикатор отображ-
процесса передачи (см. нижнюю часть рис. 9.20). Обратите внимание на napav
Average CPS в окне с информацией о передаваемом файле. Сравнив этот по- _.
тель с аналогичными показателями, полученными при пересылке одного фа.-. •.
с использованием разных протоколов, вы сможете определить, какой из них •
полняет передачу в данном коммуникационном окружении наиболее быстр*:
Т - TYPE file to your screen
C - ASCII with DC2/DC4 Capture
A - ASCII only> no Control Codes
X - XMODEM
0 - XMODEM-lk
Y - YMODEM (Batch)
G - YMODEM-g (Batch)
S - SEA link
К - KERMIT
U • SuperKERMIT (Sliding UindowsJ
Z - ZMODEM-90(Tm)
Choose one (Q to Quit): 2
File Name; MNP-S.EXE
File Size; 6501 Bytes
Protocol: ZM0DEM-9G(Tns J
EsL. Time: 0 minsj 28 secs at 24(-M3 bps
PROTOCOL:
FILE NAME:
FILE SIZE:
BUICK CHECK:
TOTAL BUICKS:
TIME ESTIMATE:
TRANSMITTED.
BYTE COUNT:
BLOCK COUNT:
CORRECTIONS:
fiUERAGE CPS:
LAST MESSAGE:
ZMODEM
rrrnp—9.exe
6581
CBC-32
00:27
312
2048
PROGRESS:
0
228
Awaiting Start Signal
(Ctrl-X to aborts
hie IFansIrr in progress .. LSc tn abort ___
Рис. 9.20. В окне с информацией о передаваемом файле отображается
индикатор процесса передачи при использовании протокола ZMODEM
Программа ProcommPlus for Windows
Описанная выше коммуникационная программа была предназначена для испс -
зования в среде DOS. Разработчики этой программы создали ее версию и ~
Windows.
Главное окно программы
Выбор за вами — использовать программу, предназначенную для работы в сре.:
DOS, или отдать предпочтение приложению для Windows. Главное окно пр
граммы ProcommPlus for Windows показано на рис. 9.21. Курсор указывает
кнопку с изображением книги, щелчком на которой вызывается каталог телефон
ных номеров.
Программа ProcommPlus for Windows
417
Сравнив рис. 9.14 и 9.21, вы увидите, что главные окна программы Procomm-
Plus для DOS и для Windows значительно отличаются друг от друга. При работе
с DOS-версией ProcommPlus вы должны либо помнить множество сочетаний кла-
виш, либо постоянно нажимать Alt+Z для получения подсказки. В Windows-вер-
сии для выполнения большинства операций достаточно просто щелкнуть мышью
на соответствующих им кнопках, но можно использовать и сочетания клавиш.
__________ PHOCOMMPLUSiorW.njmw. ’___________ г’Й
File Edit Setup Online Fax Scripts Tools Help
ANSI BBS Ztniidum TnlnllltlP'.nn-Auhi-d.mt ЧЙПО NKI nl O-dOnlC Л (
[ Shnwth«cumintOinling.Piffichinr “ W~ .. 7 " , . j'pWto^ ('ЙЖ«Г
Рис. 9.21. Главное окно программы ProcommPlus for Windows
Поскольку не существует стандартного определения функций, связанных с раз-
ными кнопками, переключение между двумя Windows-программами, содержа-
щими множество кнопок, может оказаться затруднительным. Для того чтобы вам
легче было разобраться с назначением кнопок, в ProcommPlus for Windows ис-
пользуются два метода вывода подсказок. Во-первых, когда вы задерживаете кур-
сор над кнопкой, всплывает подсказка, описывающая ее функцию. Для примера
на рис. 9.21 показана подсказка для кнопки Dialing Directory, нажав на которую
можно вывести каталог телефонных номеров. Во-вторых, если задержать курсор
над кнопкой, ее подробное описание отобразится в строке состояния в нижней час-
ти экрана. На упоминаемом рисунке в строке состояния выведено текстовое со-
общение Show the current Dialing Directory.
418
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
Каталог телефонных номеров
Если вы щелкнете на кнопке Dialing Directory (рис. 9.21), откроется окно кат^-. »*
телефонных номеров (рис. 9.22). Сравните его с эквивалентным окном про:;.^»
мы для DOS, представленным на рис. 9.16.
М .. 111111'......1111 .....OfalfogDirectoty-jpcplus.rlir ]
File Edit Options Setupl Help!
Cail Type:
| Local
I Current Connection
Terminal:
Protocol
jZmodam
Script
| [ None J
Capture:
| [ None]
i
Рис. 9.22. Каталог телефонных номеров программы ProcommPlus for Windows
Обратите внимание, что в этом окне множество кнопок. С их помощью выпе
няются операции, которые в DOS-программе осуществлялись посредством кл
виатуры. Использование таких кнопок позволяет не только упростить, но и ус к
рить работу с программой.
Альтернативные методы выполнения задач
Еще одним преимуществом графического интерфейса пользователя коммуника
ционных программ является то, что такой интерфейс обычно поддерживает hi
сколько способов выполнения одной и той же задачи. Как правило, представлен
ные в меню команды можно вызывать при помощи соответствующих кнопок. На
личие альтернативных возможностей позволяет пользователю выбрать наиболее
удобный для него метод работы.
На рис. 9.23 показано меню Online программы ProcommPlus for Windows. Об-
ратите внимание на первые две команды этого меню: Send File и Receive File, ис-
пользуемые для отправки и получения файла. Эти же операции можно выпол-
нить при помощи кнопок, на которых изображена папка и стрелка вверх или
вниз. В указанном меню содержатся и другие команды, для активизации которых
Программа ProcommPlus for Windows
419
предусмотрены альтернативные кнопки и сочетания клавиш. В частности, чтобы
очистить экран, можно либо выбрать в меню Online команду Clear Screen, либо на-
жать сочетание клавиш Alt+C, либо щелкнуть на кнопке с изображением монито-
ра, расположенной на панели инструментов.
FileEdit getup .........
| CompuServe
Beceive File
JCermit Command
Capture File...
File Clipboard...
Doorway Mode
Send Information
Chat Window
Monitor Window
Hang Up
Break
Initialize Data Modem Alt+J
Clear Screen Alt+C
Reset Terminal AH+U
А1Щ
Alt+F2
Alt+B
Alt+Fl
Alt+=
ТЯЙПЖ'' T~&**&* Г iTsl^itlW^Auta-Cnror ' "'ЙйГ 'Т'ЯЧМ "b?S"ctS ?
Sand (uptoad) aple to anpflier computer [ office * ШПШНЙ
Рис. 9.23. Меню Online программы ProcommPlus for Windows
Использование программы
ProcommPlus for Windows
Для того чтобы посмотреть, как работает программа ProcommPlus for Windows,
давайте подключимся к сети CompuServe и загрузим из нее какой-либо файл. Если
вы уже включили в каталог телефонных номеров программы запись для Compu-
Serve, можете выбрать ее из каталога или раскрывающегося списка Rapid Dial-Data
(рис. 9.21). В ответ программа выведет диалоговое окно Dialing using (рис. 9.24) с
информацией о ходе подключения. В данном окне, в частности, указан модем,
с помощью которого будет выполняться подключение. Здесь можно также пре-
рвать процесс подключения.
Подключившись к сети CompuServe и перейдя в соответствующую библиоте-
ку, вы можете начать операцию передачи файла. В левой части основного окна
программы, показанного на рис. 9.25, приведена последовательность чисел от 1 до 7
и перечислены названия семи протоколов передачи файлов, поддерживаемых
CompuServe. Хотя в этой сети могут использоваться протоколы XMODEM
420
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
и YMODEM, возможность работы с протоколом ZMODEM (используемым н-« •
ранее) не предусмотрена. Для изменения протокола передачи файлов нажмите
клавиатуре клавишу 2. В ответ будет выведено меню протоколов, поддержит-^-
мых нашей программой. Выберите в нем CIS-B+ — протокол передачи фай.- ч
который обычно используется для обмена файлами в сети CompuServe. В лис-
товом окне, представленном на рис. 9.25, указано, что пересылка файла thmp1 s -
выполняется при помощи протокола CIS-B+.
Рис. 9.24. Информация о ходе подключения к сети CompuServe
PROCOMM PLUS for Windows
File Edit Setup Online Fax Scdpts Tools Help
CnmpuSeivt
. CIS-B*
Receiving: thraple exe
atitoiai llnte___'Script Lite
r --
Enter choice i
Library Protoi
Transfer prot
1
2
3
4
5
Б
?
XtIDDEH
CompuServe
всг/осз 'г
УИ0ОЕП
CompuServe
Kermit
DUICKTEL
Enter choice 12
File THHPL5.EXE.
Byte count 8132
СмнчЯемг O'O-V" Л
status
lining'.:
nltertlhfsitranslehhd
- ; - Л
,451328 Byte
Fite name for your computer: tbmpls.exe
тшмжмж
л* Il Е"ЕГ I. • ctsMun | мимсп. login ЦтигопН
TTY USB. 1 elrhit mntl-Aot.i
....... -
0
flbori tl-drijl
Рис. 9.25. Пересылка файла посредством программы ProcommPlus for Windows
Резюме
421
Как видите, графический интерфейс значительно облегчает и ускоряет работу
пользователя. Поддерживающие его программы позволяют выбирать наиболее
удобный способ выполнения операций и включают средства для облегчения иден-
тификации функций кнопок. Пользователю больше не нужно запоминать бесчис-
ленное множество клавиш и их сочетаний. Все это ведет к тому, что количество
пользователей персональных компьютеров стремительно увеличивается, и те-
перь к их числу относятся не только профессионалы, но и люди, занятые в совер-
шенно иных областях деятельности, а также множество студентов самых разных
специальностей.
Резюме
+ Возможность коммуникационной программы работать на отдельной ком-
пьютерной платформе с графическим интерфейсом пользователя зависит
от поддержки ею конкретной операционной системы.
+ Поддержка стандартного набора команд модема обычно обеспечивает вы-
полнение его базовых функций. Чтобы управлять более сложными функ-
циями, коммуникационная программа должна поддерживать именно ис-
пользуемый вами модем.
+ Для обеспечения эффективной работы модема при использовании сжатия
данных последовательный порт должен работать с большей скоростью, чем
модем.
4 Управление потоком - это управление передачей данных через модем. Для
предотвращения потери данных при их пересылке между компьютером и
модемом коммуникационную программу необходимо настроить таким об-
разом, чтобы она поддерживала метод управления потоком, используемый
модемом.
4 Служба удаленного доступа, интегрированная в Microsoft Windows, пре-
доставляет стандартизированный способ выбора модема и доступа к про-
вайдеру интернет-услуг.
+ Программа HyperTerminal, интегрированная в Microsoft Windows, обеспе-
чивает базовый набор коммуникационных функций для доступа к системе
BBS или компьютерам определенных типов при помощи ограниченного на-
бора средств эмуляции терминала.
+ Каталоги телефонных номеров, поддерживаемые большинством коммуни-
кационных программ, обеспечивают возможность выбора и набора теле-
фонных номеров и назначения им нужных коммуникационных параметров.
+ Функция эмуляции терминала, поддерживаемая коммуникационной про-
граммой, позволяет использовать последнюю для доступа к мини-компью-
терам и мэйнфреймам.
4- Языки сценариев дают возможность автоматизировать определенные ком-
муникационные функции.
422
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
4- Способность программы выводить разную информацию о состоянии -
дачи файла зависит от используемого протокола.
4 Применение коммуникационной программы с графическим интерфс >•
позволяет повысить производительность работы пользователя.
Контрольные вопросы
1. Проблема совместимости с набором стандартных команд модемов
Microcomputer Products возникает при:
а) управлении базовыми функциями модемов;
б) управлении дополнительными функциями модемов;
в) управлении потоком;
г) сжатии данных.
2. XON/XOFF:
а) используются редко;
б) включены всегда;
в) являются методом управления потоком;
г) являются функцией сжатия данных.
3. Для эффективного использования модема, выполняющего сжатие даннь.
нужно:
а) установить скорость передачи данных последовательного порта равн<
скорости передачи данных модемом;
б) установить скорость передачи данных последовательного порта бол
шей скорости передачи данных модемом;
в) установить скорость передачи данных последовательного порта меньше
скорости передачи данных модемом;
г) задать возможность автоматического определения скорости передачи дат
ных последовательным портом.
4. Какая скорость работы последовательного порта требуется для эффектна
ного функционирования модема, выполняющего сжатие данных и работаю
щего на скорости 14 400 бит/с, со средним коэффициентом сжатия 4. Г'
Выберите один из вариантов ответа:
а) 14 400 бит/с;
б) 28 800 бит/с;
в) 55 400 бит/с;
г) 57 600 бит/с.
5. Что из перечисленного является примером сигнала outband? Выберите один
из вариантов ответа:
a) XON/XOFF;
б) ENQ/ACK;
Контрольные вопросы
423
в) RS-232;
г) CTS.
6. Основное назначение каталога телефонных номеров состоит в:
а) хранении адресной информации;
б) предоставлении пользователю возможности вводить номера телефонов
для набора;
в) хранении коммуникационных параметров;
г) обеспечении управления потоком.
7. В каком из следующих протоколов передачи файлов используется 32-би-
товый циклический контроль с избыточностью (CRC)? Выберите один из
вариантов ответа:
a) YMODEM;
б) XMODEM;
в) XYMODEM;
г) ZMODEM.
8. Удаленный доступ:
а) представляет собой полнофункциональную коммуникационную програм-
му для доступа к мэйнфреймам;
б) поддерживает эмуляцию 12 терминалов;
в) обеспечивает коммуникационное подключение к провайдеру интернет-
услуг;
г) обеспечивает передачу файлов между мэйнфреймами с использовани-
ем 14 различных протоколов передачи файлов.
9. Термин «максимальная скорость», используемый в программе удаленного
доступа, относится к:
а) скорости интерфейса модема;
б) скорости передачи сигналов модемом;
в) частоте модуляции модема;
г) схеме сжатия данных модемом.
10. Программа HyperTerminal:
а) поддерживает Point-to-Point Protocol для доступа к Интернету;
б) обеспечивает доступ к системе BBS;
в) поддерживает 12 протоколов передачи файлов;
г) стоит 29,95 долларов.
И. Где в программе ProcommPlus выводится информация об установках ком-
муникационных параметров? Выберите один из вариантов ответа:
а) в главном меню;
б) в строке состояния;
424
Глава 9. Коммуникационное программное обеспечение для ПК
в) в окне протокола;
г) в журнале.
12. Какая клавиша или сочетание клавиш в программе ProcommPlus вы
ет функцию разрыва соединения? Выберите один из вариантов ответ .
a) Alt+X;
б) Page Down;
в) Alt+Q;
г) Alt+H.
13. Информация о ходе выполнения передачи, выводимая в ProcommPlu?
висит от:
а) используемого протокола передачи файлов;
б) параметра Average CPS;
в) даты создания файла;
г) размера файла.
14. Передачу файла в программе ProcommPlus for Windows можно начать г:
помощи:
а) щелчка на кнопке со стрелкой, указывающей на папку;
б) выбора в меню Online команды Receive File;
в) щелчка на элементе раскрывающегося списка Rapid Dial;
г) щелчка на кнопке со стрелкой, указывающей на папку, или путем вь
бора в меню Online команды Receive File.
Глава 10
Архитектура глобальных
сетей и пакетные сети
+ Эталонная модель взаимодействия открытых систем
+ Многоуровневое представление протоколов
+ Пакетные сети
+ Преимущества коммутации пакетов
+ Пакетные системы Х.25
+ Дополнительные службы
+ Серия X рекомендованных стандартов
+ Новейшие разработки
+ Сравнение стоимости сетей
В этой главе рассматриваются основные концепции архитектуры глобальных се-
тей передачи данных — их устройство и структура. В начале главы рассказывается
об эталонной модели взаимодействия открытых систем, разработанной Между-
народной организацией по стандартизации (International Standards Organization,
ISO). Далее речь идет о многоуровневом представлении протоколов пакетных се-
тей, а затем о двух таких сетях — сети с коммутацией пакетов Х.25, разработан-
ной Международным союзом по телекоммуникациям (International Telecommu-
nications Union, ITU) и ее вероятной преемнице, сети ретрансляции кадров Fra-
me Relay.
Эталонная модель взаимодействия
открытых систем
В 1983 году шестилетняя работа ISO над эталонной моделью архитектуры сети
передачи данных завершилась публикацией международного стандарта 7498, кото-
рый был использован Международным союзом по телекоммуникациям при раз-
работке стандарта ITU-T Х.200. Оба документа имеют общее название — эталон-
ная модель взаимодействия открытых систем, или модель OSI.
426
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Модель OSI не является протоколом и не содержит других протоколов,
темы, соответствующие установленным моделью правилам, открыты друг для
га, то есть между ними возможен обмен данными.
Потребность в обмене данными между существовавшими десятилетиями
совместимыми или географически удаленными системами привела к необх
мости глобальной стандартизации архитектур систем передачи данных. Ct,
многие комитеты по стандартизации заняты разработкой протоколов для раз.
ных уровней тех многочисленных систем, в которых применяется модель О>.
Уровни модели OSI
В модели OSI определена полная архитектура системы передачи данных, сос:
щая из семи уровней. Какой-либо специфической причины, определившей на.
чие именно такого количества уровней, не существует, просто выполняемые ‘
делью функции были условно разделены на семь групп. Три нижних уровня
ответствуют физическому, канальному и пакетному уровням сети Х.25. Дру:..
пакетная сеть, Frame Relay, соответствует двум нижним уровням модели О4
Оптимизация функций, позволяющая Frame Relay работать на уровне 2, сущеч
венно увеличивает пропускную способность этой пакетной сети по сравнена-
с пропускной способностью сети Х.25, о чем будет рассказано далее.
Протоколы существуют, продолжая разрабатываться, и для систем других bj
дов: факсимильной связи, интегрированных сетей передачи речевых сигнало;
и цифровых данных, а также видеотекста.
Ниже приведены официальные названия всех семи уровней, начиная с верх
него.
7. Прикладной (Application).
6. Представления данных (Presentation).
5. Сеансовый (Session).
4. Транспортный (Transport).
3. Сетевой (Network).
2. Канальный (Data link).
1. Физический (Physical).
При поступлении данных от приложения на каждом уровне к ним добавляет
ся соответствующий заголовок. Данные с последовательностью заголовков пере-
даются по каналу связи к месту назначения, где заголовки удаляются по мере пе-
редачи данных от уровня к уровню принимающей системы. На рис. 10.1. показано
соотношение семи уровней с системой, три уровня которой соответствуют уров-
ням сети Х.25. (В этом случае заголовок пакета обозначен символами NH и соот-
ветствует сетевому уровню.) При изучении сети Frame Relay вы увидите, что, ис-
ключив функционирование третьего уровня, можно существенно увеличить про-
пускную способность пакетной сети.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем
427
Прикладной
уровень
Уровень
представления
данных
Сеансовый
уровень
Транспортный
уровень
Сетевой
уровень
уровень
Уровень
представления
данных
Сеансовый
уровень
Транспортный
уровень
Пользовательские данные
Сетевой
уровень
Данные (одно поле)
— Кадр Х.25 -----
Биты
Канальный
уровень
Физический
уровень
Канальный
уровень
Физический
уровень
Канал связи
Физическая срвда передачи
Рис. 10.1. Семь уровней модели OS1
Аналогия с телефонным разговором
Любой вид человеческого общения, в том числе и посредством компьютера, мож-
но разбить на семь составляющих, соответствующих семи уровням модели OSI.
Не вдаваясь в подробности терминологии стандарта OSI, проиллюстрируем, что
происходит на всех семи уровнях, начиная с нижнего, на примере телефонного
разговора.
4- Физический уровень. Этот уровень представлен звуками, которые произ-
носят в трубку и слышат из нее собеседники.
4 Канальный уровень. Участники диалога говорят и слушают по очереди,
если что-либо непонятно, просят повторить сказанное либо говорить мед-
леннее.
4 Сетевой уровень. Для начала общения требуется соединение: один из со-
беседников набирает номер и слушает. Если звучат короткие гудки, он ли-
бо набирает номер повторно, либо кладет трубку. По окончании разговора
кто-то из собеседников прерывает связь.
4 Транспортный уровень. До начала разговора следует решить вопросы
о том, как наиболее эффективно осуществить сеанс (сеансы) связи с фи-
нансовой точки зрения и к какому поставщику услуг обратиться.
4 Сеансовый уровень. Сколько звонков нужно для решения вопроса? Пона-
добится ли привлекать к разговору других людей в различное время? Кто
будет вести разговор при участии в нем нескольких сторон? Кто должен
перезванивать в том случае, если связь будет прервана?
428
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
4- Уровень представления данных. Определяется язык или диалект обще?'
♦ Прикладной уровень. Вы общаетесь с тем собеседником, который вам
жен? Кто оплачивает телефонный разговор? Удачное ли время вы выбра. •
для звонка или следует позвонить позднее? Есть ли у вашего собеседн'-
бумага и ручка, чтобы делать заметки?
Каждому, кто использует телефон в своей частной либо профессионалы
деятельности, приходится сталкиваться с только что описанными семью уров
ми эталонной модели. Изучив сети Х.25 и Frame Relay, а также их соотношег
с моделью OSI, вы сможете установить аналогии с протоколами физического. :• -
нального и сетевого уровней.
Многоуровневое представление
протоколов
Протокол — это набор правил, регулирующий временную последовательность с
бытий, происходящих между однотипными объектами (оборудованием или ело -
ми на одном и том же уровне).
Физический уровень
В главе 4 рассматривались механические, физические, электрические, Логин-
ские и функциональные связи и назначение проводов и сигналов в последов^
тельном интерфейсе, а также процесс обмена с их помощью битами данных меж.;
оконечным оборудованием (Data Terminal Equipment, DTE) и оборудованием пере
дачи данных (Data Circuit-Terminating Equipment, DCE). В частности, вы узналг
что биты, проходящие через передающую линию исходного DTE, должны в итоге
попасть на принимающую линию конечного DTE. Подобные правила и называ-
ются протоколами уровня 1 — самого нижнего уровня эталонной модели OSI.
Протоколы данного уровня описывают физический обмен данными или пере-
дачу битов по физической среде между DTE. На физическом уровне определяют-
ся способ кодировки битов для передачи, порядок их передачи устройству и схе-
ма соединения с устройством.
Канальный уровень
В главе 8 рассмотрены средства представления различных полей (например, ад-
реса, текста, контроля ошибок) в одном и том же потоке битов и описано несколь-
ко специальных протоколов канального уровня. Используемые при этом техно-
логии применяются для однозначного определения границ полей в потоке битов,
передачи информации определенному терминалу по многоточечному каналу свя-
зи, обнаружения и устранения ошибок при передаче — в общем, для управления
каналом связи.
Пакетные сети
429
Можно сказать, что канальные протоколы находятся на более высоком уровне
по сравнению с физическими протоколами. Однако вся информация, использую-
щаяся в протоколе канального уровня, в действительности содержится в потоке
битов, передаваемом через последовательный интерфейс. Концептуально мы рас-
сматриваем поля канальных протоколов как вложенные (содержащиеся внутри)
в поток битов протоколов физического уровня или расположенные в них в ви-
де слоев.
В первую очередь протоколы канального уровня отвечают за передачу данных
между двумя точками или узлами сети. Канальный уровень определяет поля кад-
ра, а также способ обнаружения и устранения ошибок. В эталонной модели OSI
эти протоколы представляют второй уровень.
Сетевой уровень
Третьим по счету в модели OSI является сетевой уровень. Протоколы этого уровня
могут применяться для пересылки данных из одного канала в другой по сети, со-
держащей интеллектуальные узлы. Такими узлами могут быть маршрутизаторы
или коммутаторы пакетов. Протокол сетевого уровня задает метод, с помощью
которого осуществляется маршрутизация и связанное с ней администрирование.
Информация протокола сетевого уровня, именуемая заголовком пакета, вклады-
вается в информационное поле кадра канального уровня, часть этой информации
используется коммутатором пакетов уровня 3 для направления данных в следую-
щий канал и т. д.
Пакетные сети
Пакетная сеть — особый вид сети передачи данных, в которой содержатся интел-
лектуальные узлы коммутации. Пакетным сетям свойственны следующие черты.
4- Информационное сообщение, прежде чем оно будет передано, делится на
короткие блоки, с заданной максимальной длиной. Каждый блок снабжает-
ся заголовком, содержащим адреса и, возможно, информацию о пути пере-
дачи. На уровне канального протокола, в котором обычно содержатся сред-
ства контроля ошибок, каждый пакет становится информационным полем.
4 Передача пакетов от узла к узлу осуществляется очень быстро — для попа-
дания в пункт назначения требуются доли секунды.
4 Узловой компьютер, как правило, не выполняет архивирование (сохране-
ние) данных. Узел, с которого отправлено сообщение, обычно «забывает»
о таковом, как только следующий узел проверит наличие в нем ошибок
(в случае необходимости) и подтвердит факт получения.
Термины DTE и DCE вам уже знакомы. В пакетных сетях используется также
термин «аппаратура коммутации данных» (Data Switching Exchange, DSE). DSE —
сетевой узел, соединяющий три или более каналов. На рис. 10.2. показаны связи
между DTE, DCE и DSE в пакетной сети. Точку, в которой кабель последователь-
ной связи подключается к DCE, иногда называют сетевым шлюзом.
430
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
В отличие от уровня 1, на котором для конкретного сообщения или группы
общений выделяется определенный канал, пакеты данных пересылаются ме^
DSE таким образом, что становится возможной передача пакетов из многих
точников ко многим приемникам через один и тот же межузловой канал в р.
личные моменты одного короткого периода времени. А поскольку пакеты из м-
гих источников могут передаваться между DSE по одному каналу, затраты
этим каналам можно разделить между многими пользователями. В этом состс.
одно из главных преимуществ пакетной сети: появляется возможность исподы-
вать для передачи данных аппаратуру, которая могла бы оказаться слишком г.
рогой для одной организации. Далее мы расскажем о том, какие еще экономя-,
ские выгоды по сравнению с иными методами передачи данных дает использо?
ние пакетных сетей.
Рис. 10.2. Пакетная сеть с двумя узлами
Преимущества коммутации пакетов
Коммутация пакетов может предоставлять различные преимущества по сравне-
нию с другими технологиями передачи данных.
4- При наличии приложений, в которых поток обмена между терминалами не
оправдывает затрат на предназначенный для этого канал, экономически
более выгодно использовать коммутацию пакетов, чем передачу по отдель-
ным линиям.
♦ В случае применения приложений, в которых сеансы обмена данными ко-
роче подлежащей оплате минимальной единицы времени телефонного раз-
говора, пакетная коммутация также экономически более выгодна, чем пе-
редача данных по коммутируемым линиям.
4 Поскольку информация об адресе назначения является частью пакета,
большое число сообщений может быть отправлено различным адресатам
Пакетные системы Х.25
431
так быстро, как это способно сделать DTE отправителя. Задержки готовых
к передаче пакетов практически отсутствуют, что зависит от типа приме-
няемого пакетного сервиса.
♦ Маршрутизация данных выполняется динамически компьютерами узлов
сети. Каждый пакет проходит маршрут, определенный для него как опти-
мальный на данный момент. Этот параметр помогает максимально увели-
чить производительность сети и минимизировать ее перегрузку.
♦ Пакетная сеть в случае возникновения сбоя автоматически перестраивает
маршрут движения пакетов в обход поврежденного участка.
4- Сеть обеспечивает широкий спектр коммуникационных функций, в том чис-
ле: обнаружение и устранение ошибок, подтверждение доставки сообще-
ний, групповую адресацию, проверку последовательности сообщений и ди-
агностику.
Пакетные системы Х.25
Стандарт Х.25 для систем коммутации пакетов определяет одну из наиболее ши-
роко используемых сетевых архитектур обмена данными. Фактически стандарт
Х.25 является частью большого набора рекомендаций по сетям общего пользова-
ния, разработанным Международным союзом по телекоммуникациям (Interna-
tional Telecommunications Union, ITU). Чтобы получить о нем максимально точ-
ное представление, необходимо изучить всю серию стандартов X.
Можно сказать, что стандарт Х.25 описывает протоколы физического, каналь-
ного и сетевого уровней интерфейса DTE-DCE при передаче через шлюз сети
с коммутацией пакетов. На первый взгляд описание пакетной сети посредством
параметров шлюза может показаться странным, но с точки зрения пользователя
большего и не требуется. Если все стандарты по голосовой телефонной сети, от-
носящиеся к физическим, электрическим, логическим и функциональным свой-
ствам абонентских каналов и их сигналов, объединить в одном документе, полу-
чится эквивалент стандарта Х.25 для телефонной сети. На рис. 10.3 показано, что
согласно Х.25 терминал данных связывается со шлюзом пакетной сети аналогич-
но тому, как в соответствии со стандартами сигналов абонентских каналов теле-
фонный аппарат подключается к центральной АТС телефонной сети.
Если вы никогда даже не видели телефонный аппарат и не звонили по нему,
то знания об устройстве телефонной сети и ее сигналах, как и знания о конструк-
ции аппарата, не помогут вам выполнить телефонный звонок. Вам придется нау-
читься пользоваться телефоном. Аналогичным образом, стандарт Х.25 не дает
описания ни терминала данных, ни пакетной сети передачи данных, но в нем
оговорено, какие задачи они могут выполнять.
Как уже было сказано, стандартом Х.25 определены три отдельных прото-
кольных уровня в шлюзе последовательного интерфейса. На физическом уровне
стандарта Х.25 используется протокол Х.21 (или X.21bis). В Х.21 применяется
15-контактный синхронный интерфейс, который не получил особого признания
в США, где популярны ранее созданные стандарты RS-232 и V.35. Учитывая этот
432
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
факт, ITU одобрила протокол X.2Ibis как возможную альтернативу Х.21. Пре -
кол X.21bis определяет стандарты V.24/V.28 (эквивалент RS-232), X.26/IS-4?
(эквивалент RS-449) и V.35 с соответствующими скоростями передачи бит
Поскольку американские поставщики сетевого оборудования обычно испо.ть
ют стандарт RS-232 или V.35, то им не требуется вносить какие-либо изменен, •
в выпускаемые устройства.
Абонентский
канал
АТС
Телефонная сеть
АТС
Абонентский
Рис. 10.3. Аналогия между Х.25 и общими стандартами абонентских каналов
Канальный уровень
На канальном уровне определен высокоуровневый протокол управления кант
лом (High-level Data Link Control, HDLC), в соответствии с терминологией Х.2'
именуемый также сбалансированной процедурой доступа к каналу связи (Lin-
Access Procedure Balanced, LAPB). В ранней версии Х.25 применялся протоко.
доступа к каналу связи (Link Access Protocol, LAP), который по существу уже пе -
рестал использоваться. В сетевом шлюзе LAPB обеспечивает двустороннюю связь
между DTE и DCE. Структура кадра LAPB идентична структуре кадра протоко-
ла синхронного управления каналом передачи данных (Synchronous Data Linx
Control, SDLC), которая рассматривалась в главе 8. Поэтому механизмы ограничи-
теля, преждевременного прекращения, незанятого канала, прозрачности передачи
установления последовательности кадров, управления потоком и контроля оши-
бок также идентичны механизмам SDLC. Различия между протоколами LAPB
и SDLC в основном относятся к методам управления линиями связи и адресации
Эти вопросы рассмотрены далее в настоящей главе.
Пакетные системы Х.25
433
Сетевой уровень
Сетевой уровень в стандарте Х.25 называется пакетным. Все пакеты Х.25 переда-
ются в виде информационных полей кадров LAPB. Пакет содержит, по крайней
мере, один заголовок размером в три или более октетов (октет — группа из восьми
битов). Большинство пакетов включают также пользовательские данные, но суще-
ствуют пакеты только для управления, индикации состояния и диагностики (эти
понятия будут объяснены ниже). Максимальное количество пользовательских дан-
ных в пакете определяется поставщиком, но, как правило, оно равно 128 октетам.
Возможности сетей Х.25
Стандарт Х.25 дает описание двух обязательных сервисов — виртуального вызо-
ва и постоянного виртуального канала, наличие которых определяет полное соот-
ветствие системы передачи этому стандарту.
Служба виртуального вызова
Служба виртуального вызова (Virtual Call Service, VC) обеспечивает установку
виртуального соединения между логическим каналом, ведущим от вызывающего
DTE, и логическим каналом, ведущим к вызываемому DTE, после чего может
осуществляться пересылка пакетов. Функционально установка виртуального со-
единения эквивалентна заказу разговора по телефону. Установка и разрыв вирту-
ального соединения осуществляются при помощи специальных пакетов с уни-
кальными потоками битов, обычно не содержащими данных. После установки
соединения два DTE могут вести двусторонний диалог до тех пор, пока не будет
передан пакет с запросом на разъединение.
Соединение, которое обеспечивает сервис, называется виртуальным, посколь-
ку в сети не существует фиксированного маршрута — сетевая логика просто пере-
дает указанный номер логического канала одного DTE каналу другого DTE.
Для DTE может быть задано множество номеров активных логических кана-
лов в одном интерфейсе Х.25 одновременно. После установки виртуального со-
единения, например, между логическим каналом 319 одного DTE и каналом 14
другого DTE, заголовки пакетов данных фактически должны ссылаться только
на номера логических каналов. Интеллектуальная сеть поддерживает связь меж-
ду DTE, благодаря чему пакет данных из логического канала 319 одного DTE по-
является в логическом канале 14 другого DTE.
Служба постоянного виртуального канала
Постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC) является функ-
циональным эквивалентом частных линий связи. Как и в случае с виртуальным
вызовом для постоянного виртуального канала существует маршрут, обозначен-
ный конечными точками. Таким образом, интеллектуальная сеть связывает соот-
ветствующие логические каналы двух DTE, при этом нет необходимости посы-
лать специальные пакеты для установки или разрыва соединения. Постоянный
виртуальный канал устанавливается по письменному запросу к поставщику ус-
луг, обеспечивающему сервисы пакетной сети, и остается действующим до его
434
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
упразднения опять же по письменному запросу. Терминалы, расположен ны-. « -
жду конечными точками соединения, для которых был установлен виртуалг «
канал, передают пакеты данных только по назначенным логическим каналам
скольку у DTE в интерфейсе Х.25 может быть множество активных логичен.- *
каналов одновременно, одни из них могут использоваться как постоянные вит-
альные каналы, а другие — для обеспечения виртуальных вызовов по мере н-.
ходимости.
Как при виртуальном вызове, так и по постоянному виртуальному канат.
кеты должны доставляться в заданном порядке, даже если физический марш;
изменяется вследствие загруженности канала или, скажем, сбоя. Соотноси-
стоимости виртуального вызова и постоянного виртуального канала подобье
отношению стоимости междугородного телефонного разговора и частных ли?
связи. Другие стандартные свойства пакетной сети, например контроль omir’ •
и диагностика, эквивалентны для виртуального вызова и постоянного виртуа.
ного канала.
Дополнительные услуги
Согласно стандарту ITU-T, услуга — это необязательная функция, предлагай-
службой, иногда за дополнительную плату. В стандарте Х.25 определен широк/
диапазон возможных услуг, предоставляемых службами виртуального вызова
постоянного виртуального канала. Решение о целесообразности использован:,
той или иной из них принимает сам клиент.
Службы виртуального вызова могут обеспечивать быстрый выбор, блокирс
ку входящих вызовов, блокировку исходящих вызовов, организацию групп пол
зователей и реверсивную тарификацию. Услуга быстрого выбора предоставил
пользователю возможность быстро и эффективно отправлять и получать даннь
с некоторого числа удаленных станций, не устанавливая для этой цели обычнь
виртуальные соединения. Эта услуга может применяться при рассылке электро:
ной почты, учете товаров и т. д.
Процедуры LAP В
Объем этой книги не позволяет подробно рассмотреть протокол сетевого уровня
стандарта Х.25, однако следующая информация даст вам общее представление
о процедурах LAPB. Стандарт Х.25 включает их полное описание, а примерь:
функционирования собраны в Приложении 2 документа ISO 4335.
LAPB обеспечивает одновременную двустороннюю передачу по двухточечной
линии между DTE и DCE через шлюз пакетной сети (см. рис. 10.2). Поскольку
линия является двухточечной, в адресном поле А кадра LAPB может появляться
только адрес DTE или DCE. Эти адреса показаны на рис. 10.4. Поле А относится к
адресу связи, а не к сетевому адресу. Сетевой адрес вызываемого терминала содер-
жится в заголовке пакета (PH), который является частью информационного поля.
Обе станции (DTE и DCE) могут передавать друг другу команды и ответы
(рис. 10.4). В каком качестве, команды или ответа, будет выступать кадр, зависит
от сочетания двух факторов:
4- направления движения кадра (кадр проходит по линии передачи от DTE
или по линии приема к DTE);
4 значения поля А.
Пакетные системы Х.25
435
Схема адресации исключает какую-либо неопределенность, даже если кадры
движутся между DTE и DCE в противоположных направлениях одновременно.
В кадрах линии приема:
А = 11000000 для команд,
А = 10000000 для ответов
Рис. 10.4. Передача данных в соответствии с процедурой LAPB
В табл. 10.1 и 10.2 приведены команды и ответы кадров LAPB, а также соот-
ветствующие им контрольные значения октетов. Применяемые здесь аббревиату-
ры и термины разъяснены далее.
При функционировании LAPB большинство кадров являются командами. Кадр
ответа нужен при получении кадра команды, содержащего Р = 1; такой ответ бу-
дет содержать F = 1. Все остальные кадры содержат Р = 0 или F = 0. Символы Р
и F в данном случае означают бит опроса (poll bit) и конечный бит (final bit) соот-
ветственно. Команда содержит бит опроса на месте бита 5 (табл. 10.1), а ответ, ко-
нечный бит (табл. 10.2), — на месте бита 5.
Пара SABM/UA является постоянной парой команда-ответ, применяющейся
для установки в исходное значение всех счетчиков и таймеров в начале сеанса,
а пара команда-ответ DISC/DM используется в конце сеанса. FRMR — это ответ
на любую недействительную команду, для которой отсутствует обозначение ошиб-
ки передачи в соответствии со значением поля FCS (Frame Check Sequence —
контрольная последовательность кадра).
Таблица 10.1. Команды LAPB
Имя команды 876 Номера битов
5 432 1
I (Information — информация) N(R) P N(S) 0
RR (Receiver Ready — получатель готов) N(R) P 000 1
RNR (Receiver Not Ready — получатель не готов) N(R) P 010 1
REJ (Reject — отказ) N(R) P 100 1
SABM (Set Asynchronous Balanced Mode — установка асинхронного сбалансированного режима) 001 P 111 1
DISC (Disconnect — разъединение) 010 P 001 1
436
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Таблица 10.2. Ответы LAPB
Имя ответа 876 Номера битов
5 432 1
RR (Receiver Ready — получатель готов) N(R) F 000 1
RNR (Receiver Not Ready — получатель не готов) N(R) F 010 1
REJ (Reject — отказ) N(R) F 100 1
UA (Unnumbered Acknowledgment — ненумерованное подтверждение) 011 F 001 1
DM (Disconnect Mode — режим разъединения) 000 F 111 1
FRMR (Frame Rejected — кадр отброшен) 100 F 011 1
Команды I применяются для передачи пакетов. Пакеты никогда не пересыл?.
ются в качестве ответов. N(S) является трехбитовым счетчиком пакетов, которы,
может осуществлять счет от 0 до 7 (в двоичной системе счисления от ООО до 111
После передачи восьми пакетов счетчик устанавливаются в значение ООО и сче
продолжается дальше.
В то время как счетчик N(S) ведет подсчет пакетов, отправляемых с одной
конца линии, значение N(R) указывает на следующее значение N(S), которое, как
ожидается, будет передано с другого конца линии. Обновляя значение N(R).
станция подтверждает факт получения пакетов; точно так же подтверждается по-
лучение кадров в SDLC. Например, DTE отправляет пакет (команду I), для кото
рого N(S) = 5 и Р = 1, a DCE возвращает ответ RR, в котором N(R) = 6 и F = 1
благодаря чему DTE узнает, что пакет был принят. Если же N(R) = 5 и F = 1, то
получатель не подтверждает прием пакета. Таких случаев не должно быть болег
семи, иначе возникнет неоднозначность.
Станция передает ответ RR в том случае, когда она должна ответить, но готовых
пакетов для передачи у нее нет. В данной ситуации ответом на команду I может
быть RR с F = 1. Такая процедура необходима для обнаружения ошибок LAPB.
Команда REJ сигнализирует о восстановлении сети после аварийной ситуа-
ции и запрашивает повторную передачу кадров. Команда RNR применяется для
управления потоком, когда необходимо обозначить состояние занятости. Данная
команда предотвращает дальнейшую передачу кадров до поступления ответа RR.
Процедуры пакетного уровня
Протокол сетевого (пакетного) уровня — самая интересная часть стандарта Х.25.
Как вы помните, пакеты содержатся в кадрах команд I канального (кадрового)
уровня и каждый из них снабжен заголовком, состоящим, по крайней мере, из
трех октетов. Большинство пакетов (но не все) включают пользовательские дан-
ные, остальные предназначены для управления, индикации состояния или диаг-
ностики. На рис. 10.5 показана общая схема заголовков пакетов стандарта Х.25.
Во всех форматах биты располагаются в том же порядке, в котором они появля-
ются в буфере до передачи. Бит 1 октета 1 является первым битом, передаваемым
терминалом. Во всех ситуациях, описанных в этой главе, идентификатор общего
формата содержит значение 0001.
Пакетные системы Х.25
437
Рис. 10.5. Общая схема заголовков пакетов стандарта Х.25
Пакеты данных
Если бит 1 в октете 3 заголовка пакета имеет значение 0, то это значит, что в пакете
находятся данные. Как правило, заголовок пакета данных состоит из трех октетов.
Пакет данных стандарта Х.25 содержит до 128 октетов пользовательских данных,
следующих за заголовком. Схема типичного пакета данных показана на рис. 10.6.
В этом разделе мы не будем рассматривать все возможные варианты и расшире-
ния стандарта Х.25. (Например, в стандарте предусмотрены счетчики P(S) и P(R)
по модулю 128, для каждого из которых нужно 7 битов; в такой системе для заго-
ловка пакета данных потребовалось бы минимум четыре октета.)
Как уже говорилось, стандартом Х.25 определены два обязательных сервиса:
виртуальный вызов и постоянный виртуальный канал. После установки соедине-
ния по виртуальному вызову пакеты данных будут функционировать так же, как
и при постоянном виртуальном канале. Об этом будет рассказано далее, а затем
мы рассмотрим некоторые дополнительные особенности виртуального вызова,
в частности процесс установки соединения.
Теоретически любой интерфейс шлюза стандарта Х.25 может поддерживать до
16 групп логических каналов, каждая из которых содержит до 256 логических ка-
налов, то есть в одном шлюзе одновременно может быть задействовано до 4096 ло-
гических каналов. Владельцы сетей сами решают, сколько каналов в действи-
тельности будет выделено для каждого вида сервиса — виртуального вызова
и постоянного виртуального канала.
Обратите внимание, что на рис. 10.6 октет 3 заголовка пакета данных содер-
жит два трехбитовых поля, P(S) и P(R), и одно однобитовое поле М (означает
«больше данных» — «more data»). Если М имеет значение 1, то за пакетом еще по-
следуют дополнительные пакеты данных, которые необходимо считать одним
блоком. Если значение М равно 0, в этом блоке больше не будет пакетов. P(S) и
P(R) — это счетчики пакетов данных, каждый из которых может вести подсчет
438
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
в диапазоне от ООО до 111 (от 0 до 7). После прохождения значения 111 в счет-
вновь устанавливается ООО. (Учтите, что эти счетчики отличаются от счетчи-
N(S) и N(R), о которых говорилось ранее в этой главе.) Счетчик P(S) подсчи
вает только пакеты данных. В каждом пакете данных, передаваемом по ин*
фейсу DTE-DCE через сетевой шлюз (см. рис. 10.2), как и в каждом пакете д
ных, передаваемом из DCE к DTE через сетевой шлюз, есть счетчик P(S).
По определению, счетчик P(R) содержит значение P(S), получение котор
ожидается при передаче пакета по логическому каналу в другом направлен..
Счетчики P(S) и P(R) в логическом канале на сетевом уровне находятся в так
же зависимости друг от друга, как значения N(S) и N(R) в двухточечной линь.
Однако N-счетчики не связаны с Р-счетчиками, поскольку первые подсчитыва?
все пакеты, передаваемые по линии связи, а вторые — только пакеты данных, i
правляемые по конкретному логическому каналу в линии.
Рис. 10.6. Типичный пакет данных в сети Х.25 стандарта ITU-T
Схема изменения значений счетчиков P(S) и P(R) при двусторонней (дуп
лексной) передаче пакетов данных по логическому каналу по интерфейсу междх
DTE и DCE через шлюз пакетной сети показана на рис. 10.7. Каждый прямоуголь-
ник представляет пакет. Первое число в прямоугольнике является значением счет-
чика P(S), а второе — счетчика P(R).
P(S) P(R)
От DTE 0 0
1 12 1
3 2 4 3
От DCE
0 0
P(S) P(R)
Время-----------------------►
Рис. 10.7. Схема изменения значений счетчиков P(S) и P(R)
Пакетные системы Х.25
439
Анализ приведенной на рис. 10.7 схемы подтверждает два указанных ранее
факта.
4- Значения счетчика P(S) пакетов, передаваемых в определенном направле-
нии, изменяются согласно цифровой последовательности 0, 1, 2, 3 и т. д.
4 Значение счетчика P(R), отправленное в пакете, не становится равным i до
тех пор, пока весь пакет, для которого значение счетчика P(S) равно г - 1,
не будет получен полностью и без ошибок. Изменение значения счетчика
подтверждает факт передачи всех пакетов по логическому каналу, когда
P(S) = г-1.
Процессы динамического установления соединения для виртуального вызова и
его разрыва, осуществляемые при помощи специальных пакетов, аналогичны про-
цессам, происходящим при обычном телефонном разговоре (табл. 10.3 и 10.4). При
этом используются пять пакетов, названия которых вам еще не известны. Собы-
тие, возникающее на одной стороне сети, обычно составляет пару с комплемен-
тарным ему событием на другой стороне. Так, пакет запроса соединения, посту-
пающий от вызывающего DTE к DCE в одном интерфейсе, инициирует передачу
пакета запроса соединения от DCE к вызываемому DTE в другом интерфейсе.
В табл. 10.5 перечислены идентификаторы типов пакетов (октет 3 заголовка).
Таблица 10.3. Аналогии между телефонной и пакетной сетями
при установке соединения
Телефонная сеть Пакетная сеть Х.25
Набираем номер Отправка пакета «Запрос соединения» (Call Request)
Звонит телефон Получение пакета «Запрос соединения»
Снимаем трубку телефона Отправка пакета «Вызов принят» (Call Accepted)
Слышим «Алло» Получение пакета «Вызов принят»
Не можем ответить на звонок Отправка пакета «Запрос разъединения» (Clear Request)*
Нет ответа или занято Получение пакета «Индикатор свободного состояния» (Clear Indication)
Кладем трубку Отправка пакета «Подтверждение свободного состояния» (Clear Confirmation)*
* Причины указаны в пакете.
Таблица 10.4. Аналогии между телефонной и пакетной сетями
после установки соединения
Телефонная сеть Пакетная сеть Х.25
Кладем трубку, чтобы Отправка пакета «Запрос разъединения»
прекратить связь Слышим, что собеседник Получение пакета «Индикатор свободного состояния»*
положил трубку Кладем трубку после того, как Отправка пакета «Подтверждение свободного состояния»
это сделал собеседник Разрыв соединения в сети Получение пакета «Индикатор свободного состояния»*
* Причины указаны в пакете.
440
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
На рис. 10.8 показана обычная последовательность событий при виртуалы
вызове: установка соединения, одновременная двусторонняя передача даннь:
разрыв соединения по инициативе терминала. Обратите внимание, что чет:
идентификатора типов пакетов, указанные в табл. 10.5, передаются по сети '
изменений.
Рисунок 10.9 иллюстрирует события, происходящие в случае невозможное
завершить виртуальный вызов. Если виртуальный вызов был отвергнут вызыв..
мым DTE, это DTE отправляет пакет запроса разъединения. Если виртуальн
вызов отклонен сетью, вызывающее DTE получает пакет индикатора свободн
состояния.
Таблица 10.5. Идентификаторы типов пакетов, предназначенные для установки
и разрыва соединения виртуального вызова
От DTE к DCE От DCE к DTE Октет 3
Call Request (запрос соединения) Incoming Call (входящий вызов) 0000101•
Call Accepted (вызов принят) Call Connected (соединение установлено) 000011 г
Clear Request (запрос разъединения) Clear Indication (идентификатор свободного состояния) 0001001-
Clear Confirmation (подтверждение свободного состояния по инициативе DTE) Clear Confirmation (подтверждение свободного состояния по инициативе сети) 0001011•
Вызывающее РТЕ
Сеть
Вызываемое РТЕ
Данные _
__ Запрос
разъёдйР5й^-
Идентификаторы типов
пакетов передаются
без изменений
Подтверждение.
свободного
состояния
Подтверждение
i СВОБОДНОГО
состояния
Рис. 10.8. Обычная последовательность событий при виртуальном вызове
Пакетные системы Х.25
441
Время
Вызывающее DTE
З^ссоединения
или i
Сеть
Вызываемое DTE
^Ходящий вызов
Запрос —
--*-раз5едийёнйя
*---"Еостояния
---033тверждещ.в
Рис. 10.9. Незавершенный виртуальный вызов
Пакеты запроса соединения и входящего вызова
Заголовки пакетов запроса соединения и входящего вызова имеют наиболее слож-
ный формат. Кроме трех основных октетов, изображенных на рис. 10.5, они со-
держат адрес пункта назначения и информацию о выборе устройства. В некото-
рых случаях в них также могут храниться и пользовательские данные.
Номера логических каналов (Logical Channel Number, LCN) и номера групп
логических каналов (Logical Channel Group Number, LCGN) для постоянного вир-
туального канала присваиваются его службой из специального диапазона номе-
ров. Номера, присваиваемые на противоположных концах логического канала,
могут быть разными, при этом интеллектуальные коммутаторы выполняют необ-
ходимые преобразования при передаче пакетов туда и обратно.
В случае виртуального вызова значения номеров логических каналов в интер-
фейсах отправителя и получателя никогда не бывают одинаковыми — сеть всегда
преобразует их. Доступные на момент установки соединения для виртуального
вызова номера каналов хранятся в специальном списке.
При отправке пакета запроса соединения вызывающее DTE выбирает наиболь-
ший номер логического канала, который не выходит за установленный диапазон
номеров, и не используется для другого виртуального вызова. Сеть ставит в соот-
ветствие выбранный номер логического канала виртуальному вызову. В точке на-
значения сеть выбирает наименьший номер логического канала, который не выхо-
дит за установленный диапазон номеров и не используется вызываемым DTE,
и назначает его этому виртуальному вызову. Два DTE, задействованные в транзак-
циях постоянного виртуального канала или виртуального вызова, никогда не зна-
ют, какой LCGN или LCN используется в другом интерфейсе DTE-DCE.
Адресация при виртуальном вызове
Поле адреса DTE в формате пакетов запроса соединения и входящего вызова со-
держит цифры, обрабатываемые подобно телефонным номерам. Для междуна-
родных виртуальных вызовов используется 14-значный адрес, описанный в стан-
дарте Х.121. Для выполнения местного вызова требуется меньшее количество цифр.
В этой книге мы не смогли охватить все детали стандарта Х.25, да и к тому же
список устройств и кодов диагностики продолжает расти, поэтому рекомендуем
вам изучить сам стандарт.
442
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Дополнительные службы
В стандарте Х.25 описана основная служба двухточечной связи с очень гибке ..
возможностями, предоставляемыми через общедоступную сеть. С точки зре
пользователя, применяющего терминалы, которые поддерживают стандарт X
обеспечивают передачу значительного потока данных по различным направлю
ям и связываются через последовательный интерфейс DTE-DCE с сетевым il
зом Х.25, стандарт Х.25 почти не имеет недостатков. Тогда как для пользоват
который лишен этих возможностей, стандарт создает определенные ограничен •
Дополнительные (предоставляемые за отдельную плату) службы, и в частил
предлагаемые такими компаниями, как AT&T, Sprint (ранее GTE Telenet)
Tymnet (ранее Tymnet), обеспечивают следующие возможности:
4 широковещательную передачу (одновременная отправка одних и те'
данных большому количеству получателей);
4 коммутируемый доступ (поскольку интерфейс DTE-DCE разработан
двунаправленный синхронный шлюз, доступ в пакетном режиме не мо,-
осуществляться через общую телефонную сеть);
4- переход на низкоскоростную стартстопную передачу данных для терми
лов с малым объемом;
4 преобразование кодов и протоколов.
Серия X рекомендованных стандартов
Как было отмечено выше, стандарт Х.25 является частью серии X рекомендов^
ных стандартов для общедоступных сетей передачи данных, опубликованнь.
ITU-T. Стандарты серии X делятся на две категории: стандарты Х.1-Х.39 (каса
щиеся сервисов, аппаратуры, терминалов и интерфейсов) и стандарты Х.40-Х 2
(относящиеся к сетевой архитектуре, передаче данных, сигналов, коммутант
техническому обслуживанию и администрированию). Стандарты серии X, явля -
щиеся наиболее важными с точки зрения пользователя пакетной сети, перечне, и
ны в следующем списке.
4 Х.1 - международные классы обслуживания пользователей в общедоступ
ных сетях передачи данных. Стандарт определяет номера классов для раз
личных типов терминалов и скоростей их работы.
4 Х.2 — международные службы в общедоступных сетях передачи данные
Стандарт определяет обязательные и дополнительные сервисы и функции
4 Х.З - средства сборки-разборки пакетов (Packet Assembler/Disassembler
PAD) в общедоступной сети передачи данных. Стандарт дает описание
средств сборки-разборки пакетов, которые обычно применяются в сетевое'
шлюзе для обеспечения соединения стартстопного терминала с пакетной
сетью.
Серия X рекомендованных стандартов
443
♦ X.20bis — использование DTE, предназначенных для установки связи
с асинхронными дуплексными модемами серии V, в общедоступных сетях
передачи данных. Разрешает применять стандарты V.24/V.28 (то же, что
RS-232, предложенный Ассоциацией электронной промышленности (Elect-
ronics Industries Association, EIA)).
♦ X.21bis — использование DTE, разработанных для установки связи с син-
хронными модемами серии V, в общедоступных сетях передачи данных.
Разрешает применять стандарты V.24/V.28 и V.35.
4- Х.25 - интерфейс между DTE и DCE для терминалов, функционирующих
в пакетном режиме в общедоступных сетях передачи данных. Стандарт оп-
ределяет архитектуру с тремя уровнями протоколов, необходимую для об-
мена данными между терминалом пакетного режима и шлюзом пакетной
сети по кабелю последовательной связи.
4- Х.28 - интерфейс DTE-DCE для DTE стартстопного режима, применяе-
мого с целью получения доступа к PAD в общедоступной сети передачи
данных, которая расположена в пределах одной страны. Стандарт опреде-
ляет архитектуру протоколов, предназначенную для обмена данными между
стартстопным терминалом и PAD Х.З по кабелю последовательной связи.
4 Х.29 — процедуры для обмена управляющей информацией и пользователь-
скими данными между PAD и DTE пакетного режима или другим PAD.
Стандарт определяет архитектуру протоколов, используемую при обмене
данными между двумя PAD или между PAD и терминалом пакетного ре-
жима на другой стороне сети.
4 Х.75 — процедуры управления терминалом и транзитным вызовом, а также
система передачи данных по международным линиям связи между сетями
с коммутацией пакетов. Стандарт определяет архитектуру протоколов при
обмене данными между двумя общедоступными пакетными сетями.
4 Х.121 — международная схема присвоения номеров общедоступным сетям
передачи данных.
Взаимосвязь стандартов серии X
На рис. 10.10 показана взаимосвязь между некоторыми из стандартов серии X.
Стандарт Х.25 определяет принципы взаимодействия между DTE пакетного ре-
жима и пакетной сетью. Стандарт Х.28 задает связи между стартстопным (асин-
хронным) DTE и PAD стандарта Х.З, которое должно размещаться между непа-
кетным DTE и пакетной сетью. Стандарт Х.29 содержит дополнительные усло-
вия к тем, что определены стандартом Х.25, которым должно удовлетворять DTE
пакетного режима, сообщающееся с непакетным DTE через пакетную сеть и PAD.
Стандарт Х.29 также регулирует отношения между двумя PAD, использующими-
ся для сообщения между двумя непакетными DTE через пакетную сеть.
444
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Рис. 10.10. Взаимосвязь между некоторыми стандартами серии X
Ключевым в системе обеспечения взаимодействия непакетных терминалов че-
рез пакетную сеть является устройство PAD, которое может быть как удаленный
так и локальным. В последнем случае терминалы могут быть напрямую связаны
PAD, которое должно поддерживать многочисленные соединения с пакетной с<
тью. Изначально PAD поддерживали только стартстопные (асинхронные) onept.
ции, однако в течение последнего десятилетия были разработаны устройства, по
зволяющие преобразовывать для передачи по сети Х.25 трафик протоколов ВС4
и SNA компании IBM.
В следующем разделе будет рассмотрена более современная сеть Frame Relaj.
но справедливости ради нужно отметить, что пакетные сети Х.25 по-прежнем;-
используются достаточно широко. Например, если вы при покупке расплачивае
тесь с помощью кредитной карточки, соответствующая транзакция, скорее всего
будет передана в центр данных кредитной компании по сети Х.25.
Сеть Frame Relay
Хотя пакетные сети на основе стандарта Х.25 получили широкое распростране-
ние, заложенные в них методы управления данными при все увеличивающемся
объеме применения волоконно-оптических кабелей стали служить ограничиваю-
щим фактором. Использование кабелей указанного типа для передачи данных,
речевых сигналов и видеоизображения между центральными станциями постав-
щиков услуг связи уменьшило вероятность возникновения ошибок передачи дан-
ных с 1 на 105 битов (в аналоговых средах передачи) до 1 на 109 битов. В пакетных
Серия X рекомендованных стандартов
445
сетях Х.25 потоки пакетов проходят через многочисленные устройства коммута-
ции данных, и каждое такое устройство выполняет проверку на наличие ошибок,
а иногда и процедуры управления потоком, причем и те и иные действия вызыва-
ют задержки, отрицательно сказывающиеся на пропускной способности сетей.
Процедуры проверки на наличие ошибок были необходимы, когда для установ-
ки соединений между DSE в пакетных сетях использовались аналоговые выделен-
ные линии. Но в случае применения передачи данных по волоконно-оптическим
кабелям производить многократные проверки на наличие ошибок не следует, так
как они мешают развить высокую скорость при передаче данных и эффективно
использовать всю доступную полосу пропускания. Этот недостаток сетей Х.25 при-
вел к созданию разновидности сети с быстрой коммутацией пакетов, названной
сетью с ретрансляцией кадров (Frame Relay).
Сеть Frame Relay можно считать логическим продолжением сети с коммутаци-
ей пакетов Х.25. Но во Frame Relay устраняется большинство функций проверки
на наличие ошибок и управления потоком, благодаря чему передача данных в сети
с ретрансляцией кадров осуществляется со скоростью, приблизительно равной
скорости канала ТЗ, то есть до 45 Мбит/с, что существенно выше скорости, дос-
тигаемой в пакетных сетях Х.25.
Основные различия между сетями Frame Relay и Х.25 касаются областей функ-
ционирования протоколов, контроля ошибок, игнорирования данных и управле-
ния потоком. Как уже отмечалось в этой главе, Frame Relay предоставляет опти-
мизированный протокол коммутации пакетов уровня 2. Благодаря оптимизации
каждый узел сети с ретрансляцией кадров просто передает кадры по сети, не вы-
полняя при этом проверки на наличие ошибок, как это делалось в сети Х.25. Кро-
ме того, когда на коммутатор сети передается слишком много данных, он может
игнорировать отдельные кадры в периоды перегрузки. В этом случае коммутатор
сети Х.25 вызвал бы нисходящий поток управляющих данных, направленный к
другим коммутаторам, и таким образом обеспечил бы управление потоком дан-
ных, передающихся к коммутатору, который начинал испытывать перегрузку.
Еще одно существенное различие между сетями Frame Relay и Х.25 касается
времени ожидания, связанного с прохождением кадров. В сети Frame Relay время
ожидания минимально, поскольку выполняется только чтение адреса назначения
и передача кадра, тогда как в сети Х.25 каждый узел осуществляет проверку на
наличие ошибок в каждом пакете, что приводит к возникновению небольших за-
держек. Более того, любая функция управления потоком, реализуемая на пути сле-
дования пакета, вызывает дальнейшие задержки потока данных.
Благодаря устранению функций управления потоком и максимальному умень-
шению времени ожидания сети стала возможной передача оцифрованных речевых
сигналов, данных и факсов. Наиболее широкое распространение сети с ретранс-
ляцией кадров, эксплуатация которых началась в конце 90-х годов, получили
в сфере передачи оцифрованных речевых сигналов между филиалами компаний.
Стоимость оборудования, необходимого для передачи оцифрованных речевых сиг-
налов, окупается в течение трех лет, и становится возможной передача речевой ин-
формации по довольно низкой цене (скажем, 1 цент за минуту). В табл. 10.6 срав-
ниваются основные характеристики сетей Х.25 и Frame Relay.
446
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Таблица 10.6. Сравнительные характеристики сетей Х.25 и Frame Relay
Характеристика Х.25 Frame Relay
Уровень модели OSI 3 2
Контроль ошибок на узлах Производится Не выполняется
Наличие функций управления Имеется При перегрузке узла
потоком на узлах игнорируются
Скорость работы линии доступа До 56/64 Кбит/с До 45 Мбит/с
Время ожидания Продолжительное Непродолжительное
Возможность передачи речевых сигналов Отсутствует Имеется
Компоненты сети Frame Relay
Для подключения компьютера или терминала данных к сети Frame Relay тр<.
ется установить различное оборудование, а также знать свойства, присущие э-
му механизму передачи данных. Физически подключение компьютера пользой,
теля к провайдеру сервиса Frame Relay во многом подобно подключению пг
использовании провайдеров других сетей.
Типичная схема подключения компьютера пользователя к офису провайдс:
Frame Relay представлена на рис. 10.11. Обратите внимание, что любое устройст-
(например, буферный процессор, мультиплексор или маршрутизатор), соответс-
вующее техническим условиям сети Frame Relay, может быть установлено в пом
щении пользователя. Предполагается, что маршрутизатор, обеспечивает доступ все
рабочих станций ЛВС к сети Frame Relay. Для преобразования данных, пересылае-
мых с терминалов различных типов, которые не соответствуют требованиям сет
ретрансляции кадров, в кадры, подходящие для передачи по этой сети, используете,
устройство доступа к сети Frame Relay (Frame Relay Access Device, FRAD), подоб-
ное PAD, применяющемуся в сети Х.25. Основное различие между FRAD и мар
шрутизатором состоит в том, что маршрутизатор является более мощным устрой
ством, выполняющим и функции FRAD, тогда как FRAD разработаны для реалг
зации таких специальных задач, как объединение данных от низкоскоростных
источников и оцифрованных речевых данных в сети Frame Relay.
Помещение
пользователя
Рис. 10.11. Компоненты сети Frame Relay
Серия X рекомендованных стандартов
447
Модуль обслуживания канала и данных (Channel Service Unit/Data Service
Unit, CSU/DSU) преобразует униполярные цифровые сигналы в биполярный
формат для передачи по локальной цифровой сети доступа (см. главу 5). Хотя нет
причин, по которым для получения доступа к сети Frame Relay нельзя было бы ис-
пользовать местную аналоговую линию, нынешняя политика провайдеров пред-
писывает, что скорость доступа к сети Frame Relay должна быть равной 56 кбит/с
и что должна использоваться цифровая выделенная линия. Местная линия дос-
тупа проводится на телефонную станцию, где она подсоединяется к оборудова-
нию, расположенному в точке присутствия (Point Of Presence, POP) провайдера
Frame Relay (предполагается, что провайдер является поставщиком услуг даль-
ней связи). Недавно несколько местных поставщиков в США объявили о предос-
тавлении услуг сетей Frame Relay, что особенно заинтересовало организации, ко-
торым требуется передавать данные в пределах ограниченной территории. Неза-
висимо от того, кто является провайдером Frame Relay, местные линии доступа
могут передавать мультиплексированные данные, представляющие две или более
точки назначения, определенные провайдером Frame Relay, как точки виртуаль-
ных каналов.
Подобно пакетной сети Х.25, сеть Frame Relay позволяет пересылать данные
в различные точки назначения по одной выделенной линии. Чтобы лучше понять
эту концепцию, рассмотрим сеть Frame Relay с четырьмя узлами, изображенную
на рис. 10.12, а. В этом примере организация, имеющая четыре географически
удаленные ЛВС, установила четыре линии доступа к сети Frame Relay, каждая из
которых связывает местную ЛВС с провайдером Frame Relay. При необходимо-
сти обмена данными между ЛВС сеть с ячеистой структурой, предоставляемая
провайдером, используется для обеспечения виртуальных каналов между каждой
ЛВС. Обратите внимание, что для обмена данными между ЛВС требуется иметь
четыре маршрутизатора с одним портом для каждого. Для сравнения скажем, что
при использовании выделенных линий для обеспечения организации услугами
сети Frame Relay потребовалось бы 6 выделенных линий и 12 портов маршрути-
заторов, как показано на рис. 10.12, б.
Формат кадров и поток данных
Чтобы понять, как образуется поток данных в сети Frame Relay, необходимо сна-
чала изучить структуру ее кадров. На рис. 10.13 изображена структура кадра сети
Frame Relay, а также структура его 2-байтового заголовка.
Поля флага содержат последовательности битов ОИИИОи функционируют так
же, как флаг HDLC, то есть служат ограничителями кадров. В любую последова-
тельность из 6 единичных битов данных будет добавляться 0, чтобы данные не
были интерпретированы как флаг.
Поле заголовка состоит из серии подполей, содержащих служебную информа-
цию. Далее вам придется подробно изучить каждое подполе этого поля.
Поле данных содержит передаваемую информацию. Данные могут представ-
лять протокол IPX системы NetWare, TCP/IP или SNA компании IBM. Макси-
мальная длина поля равна 8192 байт, однако в большинстве сетей Frame Relay ис-
пользуется поле данных меньшей длины.
448
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
а
б
Рис. 10.12. Схемы создания сети Frame Relay: а — с использованием провайдера;
б — на основе собственного оборудования
Обозначения:
DLC1 — идентификатор канала передачи данных
C/R — бит команды-ответа
FECN — явное прямое уведомление о перегрузке
BECN — явное обратное уведомление о перегрузке
DE — индикатор возможности игнорирования
АЕ — бит адресного расширения
Рис. 10.13. Структура кадра сети Frame Relay
Серия X рекомендованных стандартов
449
Поле контрольной суммы кадра (Frame Check Sequence, FCS) служит для об-
наружения ошибок. Однако оно не применяется для того, чтобы сообщать преды-
дущему узлу о необходимости передать данные повторно, это поле используется
в пункте назначения, где вычисляется локальное значение FCS и сравнивается с
переданным FCS. Если они не совпадают (что указывает на возникновение ошиб-
ки), протокол более высокого уровня выполняет запрос на повторную передачу
данных. Таким образом, Frame Relay снимает с сети большую часть ответственно-
сти за обнаружение и устранение ошибок и переносит ее на такие конечные стан-
ции, как совместимые с Frame Relay маршрутизаторы и устройства FRAD.
В сети Frame Relay идентификатор канала передачи данных (Data Link Con-
trol Identifier, DLCI) подобен номеру логического канала, применяемому в сети
Х.25. Он определяет постоянный виртуальный маршрут в сети. В действительно-
сти этот идентификатор имеет локальное значение, поскольку определяет вирту-
альный маршрут от оборудования, связанного с первым коммутатором Frame Re-
lay в сети. Оператор сети Frame Relay конфигурирует маршруты на каждом ком-
мутаторе и связывает порт коммутатора с DLCI. На рис. 10.14 показан пример
прохождения кадра по маршруту от FRAD в Нью-Йорке до FRAD, расположен-
ного в Чикаго. Таблицы коммутатора 1 конфигурируются таким образом, чтобы
кадры, поступающие в порт 1 с DLCI, равным 37, переключались на порт 4 и по-
кидали его с идентификатором 52. Таблицы коммутатора 2 конфигурируются та-
ким образом, чтобы кадры, поступающие в порт 1 с DLCI, равным 52, после изме-
нения их идентификатора на 105 переключались на порт 3. В результате кадры,
сгененрированные в Нью-Йорке с DLCI, равным 37, достигают FRAD в Чикаго
с DLCI, равным 81.
Хотя на рис. 10.14 изображен только один постоянный виртуальный канал,
между Нью-Йорком и Чикаго, сеть Frame Relay может поддерживать на одном
маршруте несколько постоянных виртуальных каналов. Однако при этом каж-
дый постоянный виртуальный канал будет иметь различные наборы DLCI.
Рис. 10.14. DLCI создают постоянный виртуальный канал
450
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Наличие множества постоянных виртуальных каналов обеспечивает пес-
различных потоков данных между одними и теми же или разными пунк-х-*1
Маршрутизация данных осуществляется в зависимости от значения DLC
дого кадра. Например, FRAD, находящиеся в Нью-Йорке, может испоят
один постоянный виртуальный канал для обмена данными между ЛВС в h
Йорке и Чикаго, а другой - для обеспечения доступа контрольного устрс
системной сетевой архитектуры (System Network Architecture, SNA) коме
IBM к мэйнфрейму IBM, расположенному в Далласе.
Бит команды-ответа (Command/Response, С/R) в заголовке кадра Fran- •
lay используется устройствами, в которых применяется опросный протоке/
обеспечения передачи данных по ретранслирующей сети.
Бит адресного расширения (Address Extension, АЕ) указывает, присутс-’-
ли в поле заголовка дополнительный байт. Если значение этого бита равно С
чит, последует еще один байт заголовка. Если же бит адресного расширения
значение 1, байт, в котором он находится, является последним в поле зато/
Поскольку некоторые сети ретрансляции кадров поддерживают использование _
ширенных DLCI, разрешается применять до 4 байт в заголовке кадра. В слу-.-а'
заголовка из 3 байт DLCI имеет длину 17 бит, а в случае заголовка из 4 байт
увеличивается до 24 бит.
Контроль перегрузки
Три бита в заголовке кадра Frame Relay связаны с состоянием перегрузки в се~
К ним относятся бит возможности игнорирования (Discard Eligibility, DE), с •
явного прямого уведомления о перегрузке (Forward Explicit Congestion Not:’
cation, FECN) и бит явного обратного уведомления о перегрузке (Backward Е
plicit Congestion Notification, BECN).
Бит DE автоматически устанавливается сетью Frame Relay, если скорость .
редачи данных в сеть превышает так называемую согласованную скорость перес .
чи данных (Committed Information Rate, CIR). Поэтому, прежде чем использова-
бит DE, а также биты FECN и BECN, следует тщательно изучить методику пер
дачи данных в сеть Frame Relay.
В сеть Frame Relay данные передаются по линии доступа, обеспечивающей п
стоянную скорость передачи данных 56/64 кбит/с или 1,544 Мбит/с. Такая лини
доступа связана с портом коммутатора, определяющим максимально возможную
скорость, с которой данные могут попадать в сеть, и задает максимальную рабе
чую скорость любого виртуального канала, ведущего от линии доступа. Посколь-
ку общедоступная сеть Frame Relay служит для передачи данных многими поль-
зователями, устройства, которые провайдер использует для обеспечения сервиса
могут оказаться не способными передать все данные, поступающие в сеть.
Провайдеры Frame Relay гарантируют минимальную скорость сквозной пере-
дачи по каждому постоянному виртуальному каналу, связывающему ваше поме-
щение и какой-либо удаленный пункт. Эта минимальная скорость и называется
согласованной скоростью передачи данных. Чем выше этот показатель, тем выше
производительность сети, а значит, и стоимость услуг провайдера.
Серия X рекомендованных стандартов
451
Многие провайдеры Frame Relay обеспечивают CIR, изменяющуюся с шагом
16 или 64 кбит/с. Если, например, в организации имеется доступ по дробному ка-
налу Т1 со скоростью 256 кбит/с, можно задать CIR, равную 0, 64, 128, 192 или
256 кбит/с. Если CIR равна 0, любой кадр, поступающий в сеть Frame Relay, в пе-
риод перегрузки может не учитываться. Аналогичным образом, если CIR состав-
ляет 64 кбит/с, кадры, которые поступают в сеть со скоростью, превышающей
64 кбит/с, также могут не учитываться.
В кадрах, которые могут быть отброшены, устанавливается бит DE. Благодаря
этому коммутатор, испытывающий перегрузку, может проигнорировать эти кад-
ры. Поскольку конечные станции отвечают за корректный прием данных, по про-
шествии некоторого времени принимающая станция формирует запрос к пере-
дающей станции на отброшенные кадры. Обратите внимание, что за такие кадры
отвечают конечные станции, а не сеть.
Хотя согласованная скорость передачи, равная 0, может показаться рискован-
ной, многие провайдеры гарантируют доставку 99,9 % кадров с установленными
битами DE. Если вы не используете приложения, которые не допускают задер-
жек, связанных с повторной передачей (например, передачей оцифрованной ре-
чи), для уменьшения стоимости услуг связи можно задать низкую CIR или даже
CIR, равную 0.
Согласованный объем информации (в битах), который может быть передан со
скоростью CIR, обозначается как ВС (Commited Burst Size). CIR не может пре-
вышать скорость доступа к линии связи, однако суммарная скорость передачи
данных группой пользователей может превысить CIR. Избыточный объем ин-
формации, который может быть передан сверх ВС, обозначается как BE (Excess
Burst Size). Согласованная скорость передачи данных измеряется за интервал
времени (ТС).
Соотношение между CIR и ТС выражается следующим образом:
ВС
CIR=TC
Почти во всех сетях Frame Relay значение ТС устанавливается равным 1 с,
благодаря чему CIR становится равной величине согласованного объема ВС.
На рис. 10.15. показано потенциальное соотношение между скоростью досту-
па к линии связи, BE, ВС и CIR. Обратите внимание, что сумма ВС и BE равна
скорости доступа к линии связи, если ТС равен 1 с. Учтите также, что в кадрах,
передающихся со скоростью, которая превышает CIR, установлены биты DE.
Теперь, когда вы знаете, как обозначаются кадры, которые в случае перегрузки
могут не учитываться, следует рассмотреть биты FECN и BECN. Они указывают
на необходимость уменьшить скорость передачи данных в сеть Frame Relay, что
позволяет уменьшить нагрузку заранее, не прибегая к игнорированию кадров.
Как только коммутатор начинает испытывать перегрузку, он устанавливает
в проходящих через него кадрах соответствующие значения битов FECN и BECN.
По достижении установленного порога в кадрах, передающихся в сеть от абонен-
та, FECN присваивается значение 1, а в кадрах, передающихся в противополож-
ном направлении (к абоненту из сети), устанавливается бит BECN. На рис. 10.16
452
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
показано, что испытывающий перегрузку коммутатор 1 устанавливает в кал:.
биты FECN и BECN.
Возможность
игнорирования
Рис. 10.15. Соотношение между скоростями передачи
данных в сети Frame Relay
Рис. 10.16. Как только коммутатор начинает испытывать перегрузку,
в кадрах, передающихся по направлению к отправителю,
устанавливается бит FECN, а в кадрах, передающихся
по направлению к получателю, — бит BECN
Передающее устройство получает кадры с установленными битами ЕЕ О
и таким образом узнает о необходимости уменьшить скорость передачи данных
Кадры с битами BECN, передающиеся в противоположном направлении, опосре
дованно влияют на перегрузку. Они пересылаются получателю, который воспри
нимает эти биты как сигнал отложить отправку подтверждений передающему
устройству.
Сравнение стоимости сетей
453
Новейшие разработки
Существенное влияние на развитие пакетных сетей оказали создание соглаше-
ний о качестве обслуживания (Service-Level Agreement, SLA), ввод системы при-
оритетов при передаче данных по сети, а также появление устройств FRAD, соот-
ветствующих требованиям передачи речи.
Впервые SLA было предложено в 1997 году одним из провайдеров Frame Re-
lay, но уже через год те или иные его виды предлагались большей частью постав-
щиков. На данный момент SLA могут содержать гарантии, касающиеся продол-
жительности работоспособности сети, доставки кадров, времени перехода по сети
или времени ожидания кадров, а также максимального срока устранения непола-
док. Если поставщик не обеспечивает должный уровень услуг, определенный SLA,
клиенту обычно возвращается 10 % от месячной их стоимости.
Приоритеты в передаче данных позволяют провайдеру установить при помо-
щи сетевых коммутаторов различные уровни сервиса в зависимости от классов
потоков данных. Например, провайдер может предложить три уровня обслужи-
вания сети, для каждого из которых будет определено максимальное время ожи-
дания. Абонент может выбрать самый высокий уровень сервиса, что гарантирует
ему минимальное время ожидания при передаче оцифрованной речи, а вот для
пересылки файлов достаточно более низких уровней сервиса. Поскольку приори-
тетная передача информации осуществляется за дополнительную плату, ее нуж-
но использовать только для обмена данными, требующими минимального време-
ни ожидания.
FRAD, удовлетворяющие последним требованиям передачи речи, состоят из
интерфейса для связи с телефонной системой частного использования (Private
Branch. Exchange, РВХ) и платы оцифровки речи, поддерживающей оцифровыва-
ние речевых сигналов посредством низкоуровневой кодировки. К таковой отно-
сится, например, алгоритм повышенного линейного предсказания кода (Code Ex-
cited Linear Prediction, CELP), позволяющий передавать разговор в виде потока
данных со скоростью 8 кбит/с. Поскольку при передаче оцифрованной речи не до-
пускаются задержки длительностью более четверти секунды, введение некоторы-
ми провайдерами приоритетов в области пересылки данных существенно расши-
рило возможности их сетей по передаче оцифрованной речи.
Сравнение стоимости сетей
Чтобы оценить затраты на эксплуатацию сетей Frame Relay, необходимо учесть
ряд факторов. Большинство провайдеров устанавливают плату за порт Frame Re-
lay с учетом рабочей скорости интерфейса, а также выбранной CIR. Одни провай-
деры взимают отдельную плату за CIR для каждого постоянного виртуального
канала, а другие — за назначение полосы пропускания, представляющей сумму
CIR для всех виртуальных каналов. Кроме того, может быть назначена фиксиро-
ванная плата за виртуальный канал либо плата, зависящая от общего количества
переданных кадров или от дальности передачи.
454
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
Резюме
4 OSI — эталонная модель архитектуры, коренным образом изменившая
взгляд на телекоммуникации.
4 При многоуровневом представлении протоколов данные, поступающие
высших уровней, вкладываются в поля кадров низших уровней.
4 При коммутации пакетов на каждом узле необходимо использовать бы
рые компьютеры.
4 Х.25 - это международный стандарт архитектуры сети с коммутацией •
кетов, определяющий три уровня протоколов в сетевом шлюзе.
4 Сети Х.25 обеспечивают быстрый, надежный, удобный и недорогой спос
передачи данных.
4 Стандартом Х.25 определены два сервиса: виртуальный вызов, аналоги
ный телефонному звонку, и постоянный виртуальный канал, аналогична
частной линии связи.
4 Х.25 не обеспечивает коммутируемый доступ или стартстопную передач
данных — их предоставляют дополнительные сервисы.
4 Отдельный интерфейс Х.25 может использовать множество логических ка-
налов одновременно.
4 Х.25 относится к группе стандартов ITU-T для общедоступных сетей пере-
дачи данных.
4 Ретрансляция кадров представляет собой разновидность коммутации па-
кетов, при которой контроль ошибок и управление потоком снижены дс
минимума.
4 Согласованная скорость передачи данных (CIR) — это гарантированная
скорость передачи данных по сети Frame Relay.
4 Передача данных со скоростью, превышающей CIR, приводит к установке
в каждом кадре бита DE.
4 Когда коммутатор в сети Frame Relay испытывает перегрузку, он устанав-
ливает биты FECN и BECN, сообщая таким образом передающей и полу-
чающей станциям о необходимости снизить скорость пересылки данных
и подтверждений.
4 Идентификатор канала передачи данных (DLCI) определяет виртуальный
маршрут в сети Frame Relay.
Контрольные вопросы
455
Контрольные вопросы
1. Эталонная модель OSI:
а) бесполезна;
б) представляет собой протокол;
в) не является протоколом;
г) правильный ответ здесь не указан.
2. В модели OSI уровнем 1 является:
а) канальный;
б) физический;
в) сетевой;
г) транспортный.
3. Прикладным уровнем в модели OSI является:
а) седьмой;
б) шестой;
в) пятый;
г) четвертый.
4. За электрическое состояние контрольных линий в последовательном ин-
терфейсе отвечает:
а) протокол физического уровня;
б) протокол канального уровня;
в) протокол сетевого уровня;
г) правильный ответ здесь не указан.
5. Стандарт Х.25 определяет:
а) технику коммутируемого доступа;
б) технику передачи стартстопных данных;
в) скорость передачи битов данных;
г) интерфейс DTE-DCE.
6. Стандарт Х.25:
а) необходим для всех сетей с коммутацией пакетов;
б) является рекомендацией ITU-T;
в) дает полное описание общедоступных сетей передачи данных;
г) используется всеми пакетными терминалами.
7. Аналогию для стандарта пакетных сетей Х.25 можно провести со стандар-
тами:
а) РВХ для телефонной сети;
б) телефонных трубок;
456
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
в) абонентских каналов для телефонной сети;
г) коммутации для телефонной сети.
8. Поле А в кадре LAPB обозначает:
а) вызывающее DTE при виртуальном вызове;
б) вызываемое DTE при виртуальном вызове;
в) приемник данных при виртуальном вызове или в постоянном вирт.
альном канале;
г) один из двух конечных пунктов последовательного интерфейса.
9. Группа пакетов, передающаяся по сети Х.25 от источника к приемник}
а) доставляется в том же порядке только при виртуальном вызове, но
по постоянному виртуальному каналу;
б) доставляется в том же порядке по постоянному виртуальному канал;,
но не при виртуальном вызове;
в) доставляется в таком же порядке и при виртуальном вызове, и по по-
стоянному виртуальному каналу;
г) правильный ответ здесь не указан.
10. Соотношение значений N(S) и P(S) правильно представляет выражение
a) N(S) - P(S) = количество неподтвержденных пакетов;
б) N(S) - P(S) = количество неподтвержденных кадров;
в) N(S) - P(S) = количество активных логических каналов в линии связи:
г) правильного ответа здесь нет, поскольку значения не соотносятся меж-
ду собой.
И. Протокол — это набор правил, определяющий временную последователь-
ность событий, происходящих:
а) между одноранговыми узлами в сети;
б) между узлами различного ранга в сети;
в) в интерфейсе;
г) правильный ответ здесь не указан.
12. Модель OSI определяет функции для семи уровней протоколов:
а) включая пользовательские средства и средства связи;
б) за исключением пользовательских средств и средств связи;
в) включая только средства связи;
г) включая только пользовательские средства.
13. Стандарт Х.25 описывает следующее количество уровней модели OSI:
а) 3;
б) 4;
в) 7;
г) ни одного.
Контрольные вопросы
457
14. В архитектуре сети канальные протоколы находятся:
а) на более низком уровне, чем физические протоколы;
б) на более высоком уровне, чем физические протоколы;
в) на том же уровне, что и физические протоколы;
г) правильный ответ здесь не указан.
15. Пакет данных состоит из заголовка пакета и:
а) сетевого уровня;
б) административного уровня;
в) пользовательских данных;
г) коммутатора пакетов.
16. Узел сети, соединяющий три или более каналов, называется:
a) DSE;
б) DTE;
в) DCE;
г) DTEhDCE.
17. Для шлюза последовательного интерфейса стандартом Х.25 определено
следующее количество отдельных уровней протоколов:
а) 8;
б) 2;
в) 4;
г) 3.
18. Порядок следования полей в кадрах LAPB и SDLC:
а) разный;
б) идентичный;
в) обратный;
г) правильный ответ здесь не указан.
19. Функционально установка виртуального соединения эквивалентна:
а) заказу телефонного разговора;
б) подключению виртуальной памяти;
в) установке физического соединения между DTE и DCE;
г) ваш вариант ответа.
20. Обычно пакеты данных в протоколе сетевого уровня стандарта Х.25 со-
держат:
а) один октет заголовка плюс данные;
б) два октета заголовка плюс данные;
в) три октета заголовка плюс данные;
г) четыре октета заголовка плюс данные.
458
Глава 10. Архитектура глобальных сетей и пакетные сети
21. Согласованная скорость передачи данных в сети Frame Relay — это:
а) максимальная скорость передачи данных по сети;
б) скорость устойчивой передачи данных по сети;
в) минимальная скорость передачи данных по сети;
г) скорость передачи данных в интерфейсе.
22. Для установки соединения посредством сети Frame Relay между обору.;
ванием, находящимся в четырех различных пунктах, требуется следуют,
количество каналов:
а) 2;
б) 4;
в) 6;
г) 8.
23. Для установки соединения между оборудованием в четырех различны
пунктах требуется следующее количество портов:
а) 3;
б) 6;
в) 9;
г) 12.
24. Ответственность за обнаружение и устранение ошибок при передаче дан
ных в сети Frame Relay несет (несут):
а) сетевой оператор;
б) сама сеть;
в) сетевые протоколы;
г) конечные станции.
25. Идентификатор канала передачи данных:
а) всегда имеет фиксированное значение;
б) имеет глобальное значение;
в) может изменяться при передаче данных по сети Frame Relay;
г) на выходе из сети всегда соответствует входному значению.
26. Уведомление о перегрузке в сети Frame Relay выполняется посредством:
а) согласованной скорости передачи данных;
б) прямого уведомления о перегрузке;
в) обратного уведомления о перегрузке;
г) как прямого, так и обратного уведомления о перегрузке.
27. В кадрах, попадающих в сеть Frame Relay со скоростью, превышающей CIR,
устанавливается бит:
a) DE;
б) BECN;
Контрольные вопросы
459
в) FECN;
г) XON.
28. Согласованный объем информации, передаваемый за 1 с (BE):
а) составляет половину CIR;
б) равен CIR;
в) означает передачу данных со скоростью, превышающей CIR;
г) всегда равен CIR.
29. CIR:
а) никогда не может превышать скорость доступа к линии;
б) всегда превышает скорость доступа к линии;
в) никогда не бывает равной скорости избыточного превышения;
г) всегда сбрасывается.
30. Несоответствие уровня сервиса соглашениям приводит к:
а) установке приоритетов в передаче данных;
б) скидкам для абонентов;
в) скидкам для поставщиков;
г) пересмотру соглашений.
Глава 11
Локальные сети
4- Обзор локальных вычислительных сетей
4- Передача данных в локальных сетях
4- Идеальная ЛВС
4- Стандарты ЛВС
4- Ethernet
4- Другие сети Ethernet
4- Fast Ethernet
4- Gigabit Ethernet
4- 10 Gigabit Ethernet
4- Локальные сети с передачей маркера
4- Сети FDDI
4- Устройства межсетевого обмена данными
Данная глава начинается с определения характеристик идеальной локальной вы-
числительной сети (ЛВС) и тех факторов, которые мешают достижению идеаль-
ного результата. Наиболее распространенными являются следующие типы ЛВС:
системы с ассоциативным доступом, системы с передачей маркера, системы с дос-
тупом на основе опроса, использующие в качестве среды коаксиальный кабель,
и широкополосные системы с частотным разделением. На примерах существую-
щих ЛВС мы рассмотрим каждый из перечисленных типов. В настоящей главе
речь пойдет о разновидностях сетей Ethernet, которые изначально были опреде-
лены спецификациями компаний Intel, Digital Equipment и Xerox, а позже — се-
рией стандартов IEEE 802.3, в том числе о Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, сети
ARCnet корпорации Datapoint, а также сети Token-Ring компании IBM co скоро-
стью передачи данных 4 и 16 Мбит/с. Ознакомившись с базовой информацией
о функционировании наиболее распространенных ЛВС, мы перейдем к описа-
нию используемых для их расширения сетевых устройств. К таким устройствам
относятся мосты, маршрутизаторы, шлюзы и коммутаторы.
Передача данных в локальных сетях
461
Обзор локальных вычислительных сетей
Локальная вычислительная сеть - это система передачи данных, которая обеспе-
чивает функционирование высокоскоростных коммутируемых соединений между
процессорами, периферийными устройствами и терминалами в пределах одного
здания или территории организации. В основе развития локальных сетей лежали
такие технологии обработки данных, при которых с экономической точки зрения
было целесообразно относительно дорогие устройства хранения информации и
принтеры использовать совместно многими компьютерами. Таким образом, одной
из причин развития локальных сетей стало появление недорогих вычислительных
машин, для которых были необходимы дорогие периферийные устройства. Дейст-
вительно, локальные сети первых поколений представляли собой распределенные
компьютерные системы, где для передачи данных между обрабатывающими узла-
ми и периферийным оборудованием использовались высокоскоростные каналы.
Второй причиной развития ЛВС послужила потребность в осуществлении распре-
деленной обработки данных. Предоставляя возможность распределить вычисли-
тельные мощности между несколькими компьютерами, локальная сеть позволяет
пользователям обращаться к ресурсам всех подключенных к ней устройств. Та-
кое распределение вычислительных мощностей повышает производительность
работы пользователей, а также позволяет снизить требования к мощности сис-
тем, хранящих данные. Этот процесс называется переносом прикладных систем
с больших компьютеров на малые.
По мере развития локальных сетей расширялась и область их применения. Се-
годня специальные типы локальных сетей используются в качестве инфраструкту-
ры для систем с архитектурой «сервер-хранилище данных» (Storage Area Net-
works, SAN), а современная версия Ethernet co скоростью передачи информации
10 Гбит/с, функционирование которой основано на передаче данных по волокон-
но-оптическому каналу, рассматривается в качестве параллельной транспортной
системы, способной оказывать в пределах городских зон услуги, обычно выполняе-
мые телефонными компаниями.
Передача данных в локальных сетях
О перспективах использования локальной вычислительной сети как средства циф-
ровой передачи данных можно судить по рис. 11.1. Данная иллюстрация отобража-
ет зависимость полосы пропускания от расстояния, на которое передаются данные,
для четырех различных технологий передачи: с использованием компьютерных
шин, каналов передачи данных в диапазоне речевого сигнала, цифровых абонент-
ских линий (Digital Subscriber Line, DSL) и локальных вычислительных сетей.
Компьютерные шины используются в мэйнфреймах, где высокоскоростная пере-
дача данных обеспечивается за счет применения высоких тактовых частот (не-
сколько сотен мегагерц) и параллельной передачи информации (например, 32
или 64 бита за один частотный цикл). Такие системы экономичны и практичны
только в том случае, если длина соединения не превышает нескольких метров.
Передача данных в диапазоне речевого сигнала характерна для телефонных
462
Глава 11. Локальные сети
линий и осуществляется с помощью модемов. В подобных системах расстоян? •
теоретически не ограничено, однако скорость передачи сигналов в аналоговом
лефонном канале не может превышать 33 600 бит/с.
1 000 000 000 —
1 000 000 —
100 000 —
10 000 —
1000 —
100 —
10 —
1 —
Локальная
вычислительная
—\ сеть
Высоко- 1
скоростная
компью-
терная
иина/*'
Цифровая
абонентская
_линия _
Цифровые
частные
телефонные
сети
Характеристики локальной сети
выбираются путем нахождения
компромисса между
расстоянием и шириной полосы
пропускания
Общественные
телефонные сети
Передача данных в диапазоне речевого -----
.сигнала а частных аналоговых телефонных линиях
III i г~
1 10 100 1000 10 000
Расстояние, м
Рис. 11.1. Зависимость скорости передачи данных от расстояния
Как уже говорилось ранее в этой книге, когда речь шла о различных типах
цифровых абонентских линий (DSL), существует возможность использовать весь
частотный диапазон витой пары и достичь скорости около 1,5 Мбит/с, однако рас-
стояние от пользователя до центральной телефонной станции при этом не должно
превышать 18 000 футов (5486,4 м).
Как видно из рис. 11.1, выбор характеристик локальной сети осуществляется
путем нахождения компромисса между расстоянием и шириной полосы пропуска-
ния. Системы некоторых архитектур благодаря переходу от использования высо-
коскоростных параллельных шин к применению менее связанных распределенных
систем теперь способны конкурировать с ЛВС. Таким образом, представленная
на рисунке область функционирования ЛВС с левой стороны перекрывается об-
ластью действия распределенных компьютерных систем, а снизу — цифровых
абонентских линий и цифровых телефонных систем, которые обеспечивают уме-
ренные скорости передачи данных и представляют собой недорогостоящее до-
полнение к услугам телефонных компаний.
Зависимость расстояния от скорости передачи данных в ЛВС характеризует
ЛВС лишь с одной стороны. По мере расширения рынка и совершенствования
технологий стало ясно, что посредством локальных сетей могут быть решены
проблемы, связанные не только с передачей информации, но и с обменом данны-
ми. В одном здании или группе зданий, как правило, выполняются различные ра-
боты и используется разнообразное оборудование. Если эти работы поддержива-
ются одной системой передачи данных, однотипным аппаратным и программным
Идеальная ЛВС
463
интерфейсами и единым набором процедур, то итоговая стоимость системы сни-
жается, а администрирование значительно упрощается. На рис. 11.2 представлена
локальная сеть, которая обслуживает оборудование, применяемое для решения
нескольких независимых прикладных задач.
Обработка
текстовой информации
Рис. 11.2. Локальная сеть, обслуживающая оборудование, используемое
для решения трех независимых прикладных задач
В следующем разделе приведены характеристики идеальной локальной сети,
то есть сети, в которой поддерживаются все приложения. Далее мы опишем со-
временные локальные сети и сравним их с идеальной сетью.
Идеальная ЛВС
Идеальной ЛВС можно считать распределенную информационную систему, кото-
рую так же легко использовать, как и обычную распределенную электрическую
сеть переменного тока. То есть процедура добавления к идеальной локальной сети
терминала ввода данных, процессора или периферийного устройства должна со-
стоять лишь в подключении этих устройств к удобно расположенному порту. По-
сле подключения такое устройство должно корректно осуществлять обмен дан-
ными с другими устройствами по сети. Одним словом, идеальная ЛВС должна
обладать такими свойствами электрической сети переменного тока, которые де-
лают последнюю удобной в использовании. К их числу относятся:
4- единовременное развертывание сети;
4- возможность повсеместного доступа;
4 независимость от приложений;
4 избыточная пропускная способность;
4 простота в обслуживании и администрировании.
464
Глава 11. Локальные сети
Перечисленные характеристики сетей переменного тока позволяют значите,
но снизить затраты на их эксплуатацию. Хотя стоимость типичной электрическ
сети можно уменьшить, подводя провода только к тем местам, где в настоящий \
мент требуется питание, однако в случае, если понадобится расширить такую се
стоимость монтажных работ превысит сумму всех сэкономленных средств Ч~
бы развертывание сети было единовременным, необходимо обеспечить повсе-.
стный доступ, то есть сделать так, чтобы электрические розетки имелись прае:
чески везде, где они могут понадобиться. Более того, номинальная мощное -
в каждой розетке должна быть больше потребляемой мощности подключаемь '
ней электрических устройств. А дополнительную проводку или повторный м
таж следует осуществлять лишь при необходимости подключения специальн
устройств либо устройств с высокой потребляемой мощностью (например, п;
боров, требующих напряжения питания 240 В или большого тока в цепи).
На протяжении последних 20 лет неоднократно делались попытки приспос
бить имеющиеся в домах и офисах электрические проводные сети для использов
ния их также в качестве локальных вычислительных сетей. К сожалению, в схем
«данные вместе с питанием» не удалось преодолеть такие преграды, как трав
форматоры, поэтому, несмотря на потенциальные возможности распределеннь
сетей переменного тока, на практике подобные идеи пока не реализованы
Основные препятствия для создания
идеальной ЛВС
Если бы существовала система распространения информации с перечисленным!'
выше свойствами, то перемещение и подключение телефонов, терминалов вводе
данных, принтеров и устройств хранения информации осуществлялось бы так же
легко, как подключение и отключение настольной лампы. Более того, допустимьв
стало бы изготовление устройств несколькими различными производителями Хо
тя в настоящее время идеальных ЛВС не существует, создание некоторых типов
локальных вычислительных сетей можно рассматривать как первый шаг на пути к
разработке таких систем. Об основных препятствиях, возникающих при разработ-
ке идеальной системы передачи данных, мы поговорим в следующих разделах.
Отсутствие единого стандарта
Постоянное изменение статуса локальных сетей, а также наличие конкуренции
между производителями обусловили появление различных стандартов для ло-
кальных сетей. В связи с этим при соединении различных типов локальных сетей
многие организации вынуждены использовать специальные межсетевые устрой-
ства, такие как мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Однако для этого обычно тре-
буется сложное и дорогое оборудование, а кроме того, возрастают требования
к поддержке оборудования.
Дополнительные требования
Для обеспечения коммуникации в современном офисном здании необходимы сис-
темы передачи данных, голосовой и видеоинформации, регулирования потребле-
ния энергии, пожарной сигнализации, безопасности, служба электронной поч1ы
Идеальная ЛВС
465
и другие. Каждая из этих систем имеет собственные параметры скорости передачи
данных, задержки передачи, устойчивости, а также частоты появления ошибок
при передаче.
Дорогостоящая среда передачи данных
Если пропускная способность одного устройства равна десяткам или сотням ме-
габитов в секунду, а другого - лишь нескольким тысячам битов в секунду, то в
результате дорогостоящая среда передачи данных окажется связанной с низко-
скоростными устройствами. Лучшим экономическим решением будет создание
иерархической сети (то есть такой сети, где предусмотрены различные уровни
пропускной способности). При этом устройства с низкой и средней скоростью
подключаются с помощью витых пар к магистральной высокоскоростной систе-
ме, в которой обмен данными осуществляется по коаксиальному кабелю или во-
локонно-оптическому каналу.
Сложные функциональные требования
Обеспечение требуемой скорости передачи данных на определенное расстоя-
ние — это только один из аспектов общей проблемы построения сети. Прежде чем
одно устройство сможет корректно обмениваться данными с другим устройст-
вом, необходимо согласовать огромное количество вопросов. Эти вопросы каса-
ются использования кодов, форматов, обеспечения контроля ошибок, адресации,
маршрутизации, управления потоком, управления конфигурацией, а также рас-
пределения затрат.
Модель OSI
Международной организацией по стандартизации (International Standards Orga-
nization, ISO) была проведена формальная иерархическая идентификация всех
функций коммуникационных сетей и создана система требований, получившая
название модели взаимодействия открытых систем OSI — ISO Model for Open Sys-
tems Interconnection. Данная модель (рис. 11.3) определяет семь отдельных уров-
ней функциональных требований к коммуникационным сетям. Нижние три уровня
упомянутой модели были предложены Международным союзом по телекомму-
никациям (International Telecommunications Union, ITU) для обеспечения уни-
фикации при проектировании интерфейсов для сетей общего пользования с ком-
мутацией пакетов. Этот стандарт, известный как «Рекомендации ITU, протокол
Х.25», а также модель OSI были детально описаны в главе 10.
Для создания идеальной ЛВС потребуется использование всех уровней функ-
циональных требований, представленных стандартом OSI. Однако для обеспече-
ния эффективной связи в локальной сети не обязательно реализовывать все уров-
ни. Наличия в локальной сети нижних уровней уже достаточно для поддержки
множества приложений. Среда передачи и интерфейсы нижних уровней, по сути,
являются общими, поэтому обмен данными может происходить в пределах вирту-
альных подсетей, скажем отдела, осуществляющего финансовое управление.
466
Глава 11. Локальные сети
Передача между
Рис. 11.3. Модель взаимодействия открытых систем OSI
Стандарты ЛВС
Стандарты для локальных сетей (как и другие коммуникационные стандарты) ус-
танавливаются ведущими производителями и официальными организациями по
стандартизации. Лидирующей официальной организацией по разработке стандар-
тов для ЛВС в Соединенных Штатах является комитет стандартов IEEE 802.
В его состав входят несколько рабочих групп, ответственных за разработку раз-
личных стандартов для локальных сетей:
4- 802.1 — координирует интерфейс между первым, вторым и пятью верхни-
ми уровнями OSI;
4 802.2 — стандарт, определяющий канальный уровень для различных физи-
ческих методов доступа, подобных HDLC и ADCCP;
4 802.3 — стандарт сетей Ethernet, использующих метод доступа CSMA/CD
и шинную топологию;
4 802.Зае - стандарт для сетей 10 Gigabit Ethernet;
4 802.3 - стандарт для сетей Fast Ethernet;
4 802.3z - стандарт для сетей Gigabit Ethernet;
Стандарты ЛВС
467
4- 802.4 - стандарт для сети с шинной топологией и передачей маркера (To-
ken-bus);
4 802.5 — стандарт для сетей на основе колец с передачей маркера (Token-
Ring);
4 802.9а - стандарт для сетей IsoENET;
4 802.12 - стандарт для сетей 100VG-AnyLAN.
Управление логической связью
Чтобы в локальных сетях поддерживались различные методы доступа, комитет по
стандартам IEEE 802 разделил канальный уровень модели OSI на два подуровня
(рис. 11.4): управления логической связью (Logical Link Control, LLC) -я управления
доступом к среде (Media Access Control, МАС). Процедуры управления LLC оп-
ределены рабочей группой 802.2 такими же, как и для протокола HDLC (High-
level Data Link Control - высокоуровневый протокол управления каналом пере-
дачи данных) стандарта ITU Х.25 в сбалансированном режиме (LAPB). Сбалан-
сированный режим предназначен для равноструктурированных сетей, в которых
каждая станция может инициировать обмен данными с любой другой станцией.
Прикладной
уровень
Уровень
представления
данных
Сеансовый
уровень
Транспортный
уровень
Сетевой
уровень
Канальный
уровень
Физический
уровень
Управление
логической 802.2
связью (LLC)
" Управление
доступом 802.3, 802.4, 802.5
к среде (МАС)
Разделение канального
уровня IEEE 802
Модель взаимодействия
открытых систем OSI
Рис. 11.4. Взаимосвязь между разделением канального уровня IEEE 802
и моделью взаимодействия открытых систем OSI
На уровне 802.2 LLC обеспечивается работа базовых служб двух типов. Служба
первого типа отвечает за такой режим функционирования системы, при котором
станция-источник передает сообщение станции-получателю (или станциям) без
предварительной установки логического соединения для приема положительных
подтверждений. Такой режим предназначен для передачи не очень важных сооб-
щений, а также для применения в системах, где исправление ошибок и установка
последовательности сообщений осуществляются на более высоких уровнях (как
в Ethernet).
46В
Глава 11. Локальные сети
При использовании службы второго типа между двумя подуровнями LLC ус-
танавливается логическая связь. Каждый подуровень LLC может передавать
принимать как сообщения, так и ответы, а кроме того, отвечает за целостност;
и точность доставки своих сообщений.
Дополнительное разделение на подуровни
В результате развития новых ЛВС-технологий появилась возможность исполь-
зовать в рамках одной технологии различные среды передачи. Например, средой
передачи могут служить металлические проводники в четырех витых парах или
волоконно-оптические пары, которые поддерживают передачу данных со скоро-
стью 100 Мбит/с. Для обеспечения поддержки различных типов среды необходи-
мо применять разные скорости передачи сигналов и методы кодирования. На-
пример, в волоконно-оптическом кабеле скорость передачи сигналов гораздо
выше, чем в витой паре, поскольку оптическое волокно обладает более высокой
пропускной способностью.
Для того чтобы различные типы среды передачи поддерживались единым стан-
дартом, комитет IEEE разделил физический уровень на три подуровня (рис. 11.5).
Подуровень физического кодирования определяет метод кодирования, исполь-
зуемый в различных типах среды. Подуровень привязки к физической среде пре-
образовывает сообщения подуровня физического кодирования в сообщения для
передающей среды. Третий подуровень, зависящий от физической среды, опреде-
ляет физический соединитель и его электрические свойства, используемые для
соединения со средой. Обратите внимание, что на указанном рисунке представле-
ны два стека, включающие по три подуровня, что позволяет показать назначение
каждого подуровня; к тому же посредством определения дополнительных групп,
содержащих по три подуровня, можно разработать дополнительные независимые
от среды интерфейсы. Таким образом, разделение физического уровня на поду-
ровни обеспечивает гибкость ЛВС при работе с использованием новейших типов
среды, которые будут разработаны в дальнейшем.
Физический
уровень
Независимый от среды интерфейс
Подуровень физического кодирования Подуровень привязки к физической среде Подуровень, зависящий от физической среды • • • • • • Подуровень физического кодирования Подуровень привязки к физической среде Подуровень, зависящий от физической среды
Рис. 11.5. Разделение физического уровня на подуровни для поддержки
мультимедийных приложений в высокоскоростных ЛВС
I
Стандарты ЛВС
469
CSMA/CD
Стандарт IEEE 802.3 определяет подуровень МАС для метода CSMA/CD (Carrier
Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контро-
лем несущей и обнаружением конфликтов) и соответствующий физический уро-
вень для соединения с коаксиальным кабелем, по которому могут передаваться
как модулированные, так и немодулированные сигналы, а также для соединения
с витой парой. В основе данного стандарта лежит спецификация Ethernet. Моду-
ляция сигналов позволяет передавать в общей среде множество сигналов, подоб-
но тому как это делается в системах кабельного телевидения. Если модуляция не
используется, то в среде можно передавать только один сигнал.
Одиночный канал
Без модуляции
Частота
Каналы
С модуляцией
Рис. 11.6. Сравнение способов передачи немодулированных и модулированных сигналов
Изменения на физическом уровне позволяют передавать данные со скоростью
1, 5, 10 и 100 Мбит/с, а также 1 Гбит/с. Возможно, когда вы будете читать эту
книгу, обычным делом станет и скорость передачи 10 Гбит/с. В многоточечной
сети, объединяющей до 100 станций, длина коаксиального кабеля, соединяющего
две сетевые станции, не может превышать 500 м, тогда как стандарт Ethernet до-
пускает расстояние между станциями до 1500 м. Однако согласно стандарту IEEE
802.3, в системе может быть до пяти сегментов, соединенных коаксиальным кабе-
лем. Позже мы рассмотрим исходные стандарты Ethernet, их сетевые архитекту-
ры и форматы кадра.
Кольцевая сеть с передачей маркера Token-Ring
Стандарт IEEE 802.5 определяет метод передачи маркера в кольцевой сети, где
доступ к среде осуществляется посредством передачи маркера. Маркер, представ-
ляющий собой предопределенную последовательность битов, дает принявшей
его рабочей станции право на передачу кадра или последовательности кадров.
Когда рабочая станция принимает маркер, она создает кадр, который включает
адрес станции-получателя, ее (рабочей станции) исходный адрес, информацион-
ное поле, а также последовательность контроля кадра. Данная последовательность
применяется для выявления ошибок. Делается это тем же способом, как и в слу-
чае применения метода CRC (Cyclic Redundancy Check - контроль с помощью
470
Глава 11. Локальные сети
циклического избыточного кода), или посредством символов ВСС (Block Che.
Character — символ контроля блока). При прохождении кадра по кольцу каж;;..
станция проверяет адрес станции получателя. Если адрес получателя совпадав
с адресом рабочей станции, последняя принимает данные из информационно'
поля, а затем устанавливает в кадре поле, указывающее на успешный прием ка.:
ра. Поскольку кадр продолжает движение по кольцу, он попадет на станцию-и
точник, которая узнает об успешной доставке информационного кадра. Даш-
станция-источник создает и передает новый маркер, который позволяет други '•
станциям получить доступ к среде передачи. Несмотря на то что использован!!
маркеров в кольцевых сетях обеспечивает предсказуемость процесса передач.-
данных, такая технология сложнее, чем технология Ethernet. Поэтому и стои-
мость сетевых адаптеров для кольцевых сетей с передачей маркера выше стоимо-
сти адаптеров для сетей Ethernet. Хотя изначально сети с передачей маркера бы-
ли популярны и использовались во многих организациях, включая финансовые
учреждения, различие в стоимости адаптеров, а также тот факт, что многие про-
изводители сосредоточили свое внимание на разработке сетей, основанных н..
технологии Ethernet, привели к снижению уровня использования сетей Token -
Ring на рынке ЛВС приблизительно на 15 %.
Ethernet
Хотя коммуникационную сеть Ethernet нельзя назвать первой локальной вычис-
лительной сетью, стандарт Ethernet является наиболее важным, поскольку в нем
впервые были определены общедоступный коммуникационный интерфейс и про-
токол. Используя экспериментальные разработки, сделанные в исследователь-
ской лаборатории Xerox Corporation, компании Digital Equipment, Xerox и Intel
(изначально данная группа называлась DIX) объединили свои усилия и выпус-
тили несколько коммерческих продуктов на основе общих коммуникационных
стандартов. Данная акция послужила толчком для разработки совместимых про-
граммных продуктов другими производителями. Такая рыночная стратегия ока-
залась достаточно успешной. В результате Ethernet был принят в качестве стан-
дарта даже для тех систем, где коаксиальный кабель не применялся в качестве
среды для передачи немодулированных сигналов, как это изначально предпола-
галось в Ethernet.
Архитектура Ethernet основана на принципе функционирования спутниковой
коммуникационной сети Aloha, разработанной в Гавайском университете. Систе-
ма Aloha позволяет множеству распределенных устройств обмениваться данны-
ми по одному радиочастотному каналу, используя спутник в качестве ретранс-
лятора. Перед началом передачи информации станция-источник ожидает осво-
бождения радиоканала (что определяется путем контроля несущей), а затем
посылает пакет данных, который содержит адрес получателя, адрес источника и
избыточные контрольные биты для обнаружения ошибок передачи. Все неактив-
ные станции постоянно «прослушивают» канал и принимают те пакеты, кото-
рые содержат их адрес и правильную контрольную сумму битов. Когда какая-ли-
бо станция получает пакет данных, она передает станции-источнику сообщение,
Ethernet
471
подтверждающее прием информации. Не получив сообщения об успешном
приеме в течение определенного промежутка времени, станция-источник повтор-
но отправляет пакет, предполагая, что предыдущий был поврежден помехами в
канале передачи или пакетами, передаваемыми другой станцией. (Столкновение
двух пакетов в сети называется коллизией.) В Ethernet также используется прин-
цип передачи с коллизиями и изначально в качестве среды передачи применяется
коаксиальный кабель, проложенный в здании или на территории организации.
Физический уровень Ethernet
На раннем этапе развития Ethernet средой передачи в этой сети служил только
обычный коаксиальный кабель, а передача сигналов осуществлялась по одному ка-
налу (без модуляции) со скоростью 10 Мбит/с. В настоящее время в сетях Ethernet
в качестве среды передачи применяются тонкий коаксиальный кабель, различные
типы витых пар и волоконно-оптических кабелей. Шинная технология поддержи-
вается при использовании коаксиального кабеля обоих типов, однако в случае
применения витых пар локальная сеть Ethernet должна строиться на основании
топологии «звезда». Волоконно-оптический кабель служит как для расширения
сети Ethernet (соединения отдельных ее сегментов), так и в качестве основы для
создания сети Gigabit Ethernet с топологией «звезда».
Передача без модуляции подразумевает передачу данных без использования
несущей частоты и только по одному каналу, который определен в системе. При
передаче с модуляцией доступная полоса частот разделяется на множество кана-
лов, поддерживающих передачу сигналов различных типов, например аудио- и
видеоданных. Принцип разделения частотной полосы при передаче модулирован-
ных и немодулированных сигналов продемонстрирован на рис. 11.6. В соответст-
вии со спецификацией IEEE 802.3, был определен стандарт для сети Ethernet
с передачей модулированных сигналов, названный 10BROAD-36. Позже в этой
главе мы сравним технологию Ethernet с другими стандартами IEEE 802.3.
При передаче сигналов в сети Ethernet со скоростью 10 Мбит/с задействована
вся пропускная способность системы. Кодировка данных в этом случае осуществ-
ляется методом манчестерского кодирования, как показано на рис. 11.7. В сетях
Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с и 1 Гбит/с используются
другие методы кодирования (о них мы расскажем далее).
I I I I I I I I I I
Рис. 11.7. Манчестерское кодирование в линии
Метод манчестерского кодирования обеспечивает строгую частотную синхро-
низацию, поскольку синхронизирующий переход всегда осуществляется в центре
472
Глава 11. Локальные сети
каждого бита. При таком типе кодирования каждый период бита разделяете?
два полупериода. Переход от отрицательного напряжения к положительна
в центре периода бита соответствует двоичной единице, а переход от поло,-
тельного напряжения к отрицательному - двоичному нулю. Другим свойст:-
манчестерского кодирования является поддержка равного числа положитель?.
и отрицательных электрических потенциалов (импульсов) в линии. Это пред
вращает нарастание компонентов постоянной составляющей тока, что упрош..'
реализацию схемы принятия решения по пороговым величинам в детектор
данных.
Хотя в этом методе для передачи данных не используется несущая част
в качестве таковой может рассматриваться продолжительная передача манчесп.:
ского кода. При этом можно следить за активностью в канале (с помощью мете.
контроля несущей). Множественный доступ к сети с коаксиальным кабелем обе
печивается за счет пассивных ответвлений, дающих возможность подключать и от
ключать станции (называемые точками) без нарушения трафика в системе.
Необходимо, чтобы свойства канала передачи и ассоциированного электрон
ного оборудования позволяли передатчику, осуществляющему пересылку сигна
лов, определять наличие другого активного передатчика. Данная способность на
зывается обнаружением коллизий. Таким образом, в названии метода CSMA/CI
выражены три базовых принципа доступа к линии Ethernet - множественны;
доступ, контроль несущей и обнаружение коллизий.
Способность обнаруживать коллизии позволяет станциям, сигналы которых
столкнулись, сразу после этого события освободить канал, не занимая его на дли-
тельный период. В системе Aloha (где отсутствовала возможность обнаружения
коллизий) станции передавали сообщения полностью, не «зная» о том, произош
ла ли коллизия. Поскольку станции в сети Ethernet проверяют наличие несущей
до начала передачи, коллизии происходят только тогда, когда две станции начи-
нают передачу в течение временного интервала, равного задержке распростране-
ния сигнала между двумя станциями. Уменьшив максимальное расстояние между
передающими станциями в локальной сети с коаксиальным кабелем до 2500 м.
вы можете уменьшить «окно» коллизии до 23 мкс с учетом задержек повторителей.
Начиная передачу, станция должна быть уверена, что коллизия может про-
изойти только в течение периода кругового распространения сигнала, равного
46,4 мкс. Поскольку при скорости 10 Мбит/с время распространения одного бита
равно 0,1 мкс, решение о коллизии может быть принято в течение первых 464 пе-
риодов бита. Максимальная длина кадра составляет 12 144 бита; таким образом,
коллизия будет обнаружена в самом начале передачи кадра, что позволит более
продуктивно использовать время передачи, которое было бы потрачено впустую,
если бы кадр передавался полностью.
В случае возникновения коллизии передающие станции, сигналы которых
столкнулись, определяют это состояние и переходят в режим ожидания, длитель-
ность которого произвольна, после чего начинают повторную передачу данных.
Фактическое время ожидания определяется посредством алгоритма усеченной
бинарной экспоненциальной задержки времени. Следовательно, для инициации
повторной передачи станциям не нужно ожидать прихода положительного под-
тверждения. (На этом уровне работы протокола передачи данных положитель-
ные подтверждения не нужны, но они могут понадобиться на более высоком
Ethernet
473
уровне, для гарантии того, что сообщение принято станцией-адресатом.) Метод
произвольного выбора периода ожидания перед попыткой повторной передачи
уменьшает вероятность повторения коллизии. В условиях напряженного трафи-
ка после 10 неудачных попыток средняя задержка перед повторной передачей на-
чинает увеличиваться. После 16 коллизий дальнейшие попытки передачи сооб-
щения прекращаются, а приемопередатчик (трансивер) сообщает станции о воз-
никновении ошибки.
При подготовке к передаче информационного кадра физический уровень дол-
жен вставить 64-битовую преамбулу (см. рис. 11.9), чтобы все приемники в сети
могли синхронизироваться с потоком данных до начала передачи информацион-
ного кадра. Преамбула состоит из чередующихся нулей и единиц и заканчивается
двумя единицами, символизирующими начало кадра.
Интерфейс физического уровня Ethernet
Стандартными разъемами трансиверов Ethernet являются 15-контактные разъемы
D-shell (например, типа MIL-C-24308). Вилка разъема соответствует трансиверу,
а розетка разъема - станции. Таким образом, соединительный кабель должен
иметь по одному разъему каждого типа. Ниже приведено назначение контактов.
1. Защитный экран. 9. Наличие коллизии -
2. Наличие коллизии +. 10. Передача -.
3. Передача +. И. Зарезервирован.
4. Зарезервирован. 12. Прием -.
5. Прием +. 13. Питание.
6. Обратное питание. 14. Зарезервирован.
7. Зарезервирован. 15. Зарезервирован.
8. Зарезервирован.
На рис. 11.8 показана схема аппаратных компонентов, необходимых для соеди-
нения рабочей станции с шинным коаксиальным кабелем. Интерфейсная плата
(или сетевая карта) обычно подключается к одному из системных слотов расши-
рения внутри персонального компьютера. Такую плату (или карту) часто называ-
ют контроллером Ethernet.
Рис. 11.8. Схема аппаратных компонентов Ethernet
474
Глава 11. Локальные сети
Контроллер Ethernet форматирует данные, которые поступают от компьютс
формируя кадры для передачи через кабель от одного трансивера к другому. Тр,-.
сивер конвертирует униполярные цифровые сигналы, генерируемые компью-
ром, в цифровые сигналы, обработанные методом манчестерского кодирован.
Кроме того, трансивер отвечает за обнаружение коллизий, поэтому он постояв?
контролирует уровень напряжения в кабеле. Если величина напряжения прев,
шает обычное номинальное значение, значит, произошла коллизия.
Канальный уровень
На канальном уровне происходит пакетирование сообщений и управление кав
лом. В отличие от физического уровня, зависящего от среды, данный уровень я_-
ляется независимым. Пакетирование сообщений включает следующие этапы.
+ кадрирование — определение начала и конца сообщения;
+ адресация — установка полей для адресов источника и получателя;
+ контроль ошибок - использование избыточных кодов для обнаружения ошв
бок в канале.
На рис. 11.9 показан формат кадра Ethernet. Извещением о передаче кадра сл\ -
жит преамбула, которая состоит из повторяющейся последовательности 101010
продолжительностью 8 байт (или 64 бита). Генерирование и удаление преамбу-
лы — это функция физического уровня. Конец кадра определяется по отсутствию
сигнала несущей, так как переходы битов прекращаются после последнего бита
контрольной последовательности кадра. Обратите внимание, что кадр должен сс
держать целое число байтов в пределах от 72 до 1526 (или от 576 до 12 208) бит
Поле типа протокола зарезервировано для индикации использования одного из
нескольких высокоуровневых протоколов.
] 8 байт 6 байт 6 байт 2 байта 46-1500 байт 4 байта
Преамбула Адрес получателя Адрес источника Тип протокола Данные Контрольная последовательность кадра
Рис. 11.9. Формат кадра Ethernet канального уровня
Изучая кадры Ethernet, вы наверняка заметите, что в различных источниках
указаны разные значения минимальной и максимальной длины кадров. В одних
книгах говорится, что минимальная длина кадров Ethernet составляет 64 байта, то-
гда как в других указана минимальная длина 72 байта. Точно так же в одних источ-
никах указывается максимальная длина кадра 1518 байт, а в других - 1526 байт.
Причина таких различий кроется в способе определения длины кадров в стан-
дартах Ethernet и IEEE 802.3. Согласно стандарту Ethernet, длина кадра измеряет-
ся от поля преамбулы до конца поля контрольной последовательности кадра, что в
результате дает минимальную и максимальную длину 72 и 1526 байт соответствен-
но. А в соответствии со стандартом IEEE 802.3, уровень МАС не воспринимает
Ethernet
475
синхронизирующие биты, которые добавляются при вводе в среду кадра. Таким
образом, согласно стандарту IEEE 802.3, длина кадра изменяется в пределах от 64
до 1518 байт. Однако если вы добавите синхронизирующие биты, длина кадра со-
ставит от 72 до 1526 байт, что отвечает стандарту Ethernet.
Конфигурации сетей Ethernet
Кроме систем, где используется один кабель (рис. 11.8), существуют и другие кон-
фигурации сетей Ethernet, в которых несколько многоточечных сегментов (воз-
можно, находящихся в разных зданиях) соединены между собой с помощью не-
скольких кабелей (соединение «точка-точка») и повторителей. Типичная конфи-
гурация многосегментной сети представлена на рис. 11.10. При такой схеме сеть
Ethernet может иметь следующие характеристики:
+ максимальная длина кабеля многоточечной линии - 1500 м, кабеля соеди-
нения «точка-точка» между сегментами -1000 м, кабеля трансивера — 50 м.
4- максимальное число станций — 1024.
Рис. 11.10. Типичная конфигурация сети Ethernet большого масштаба
476
Глава 11. Локальные сети
Правило топологии 5-4-3
В первоначальной версии Ethernet, на базе коаксиального кабеля, для подкис
ния различных отделов одной организации к главному кабелю использовал,,
древовидная структура сети. В соответствии с протоколом CSMA/CD, пере.,
ваемый в среду сигнал должен достичь станции, находящейся в любой части сы
в течение определенного промежутка времени. Поскольку каждый повторите
(а также каждый совместноиспользуемый концентратор, который действует
повторитель) несколько увеличивает задержку прохождения сигнала, было раз
ботано правило, касающееся допустимых топологий сети Ethernet, получившее .
звание 5-4-3.
Согласно правилу 5-4-3, при передаче данных между двумя узлами в с г.
Ethernet информация не должна проходить более чем через 5 сегментов, соед;
ненных 4 повторителями, а количество сегментов, к которым подключены сы
ции, не должно превышать число 3. Первая часть данного правила, где говорит
о том, что между любыми двумя узлами сети Ethernet должно быть не болы:
5 сегментов, является результатом ограничения максимальной длины одного се
мента величиной 500 м, а общей длины кабеля (диаметр сети) — 2500 м, что сы,
ветствует «окну» коллизий 23 мкс. Вторая часть правила ограничивает количес
во повторителей числом 4, когда в передаче между двумя станциями задействова
но 5 сегментов. Третья часть правила касается сегментов, к которым подключень
станции, - их должно быть не больше 3. Правило 5-4-3 является очень важны'.'
для сетей Ethernet, однако следует отметить, что для других типов ЛВС, а также
для сетей Ethernet, в которых используются только волоконно-оптические кана
лы, оно не применяется.
На первый взгляд может показаться, что для системы, показанной на рис. 11.10
правило 5-4-3 не выполняется, поскольку ко всем 5 сегментам в сети подключены
рабочие станции. Однако если вы сосчитаете число сегментов и повторителей ме-
жду любыми двумя станциями в сети, то увидите, что для передачи сигналов ме-
жду двумя произвольными станциями задействовано не более 3 сегментов и 2 по-
вторителей.
Другие сети Ethernet
Когда мы говорим об Ethernet, то подразумеваем группу сетей, функционирую-
щих на основе протокола CSMA/CD. В соответствии с первоначальным стандар-
том Ethernet, разработанным компаниями Xerox, Digital Equipment и Intel, сеть
строилась на основе толстого коаксиального кабеля с сопротивлением 50 Ом и
скоростью передачи данных 10 Мбит/с. После стандартизации технологии Ether-
net комитетом IEEE 802.3 были опубликованы дополнительные пять стандартов
для Ethernet, которые обеспечивали скорость передачи до 10 Мбит/с. Затем поя-
вилось еще несколько новых стандартов высокоскоростных сетей Ethernet.
Стандарт IEEE 802.3 для сетей Fast Ethernet фактически определяет серию спе-
цификаций ЛВС, функционирующих со скоростью 100 Мбит/с, в которых ис-
пользуется протокол CSMA/CD. Хотя иногда считают, что стандарт IEEE 802.12,
Другие сети Ethernet
477
гзвестный как lOOVG-AnyLAN, является стандартом ЛВС Ethernet, по сути, он
тредставляет собой схему приоритетного доступа по запросу, которая может ис-
пользоваться для поддержки Ethernet или любой другой локальной вычислитель-
ной сети. Однако такая поддержка ограничена одним типом ЛВС. Самой последней
версией Ethernet, стандартизированной комитетом IEEE, является стандарт Gi-
gabit Ethernet, который фактически представляет собой серию стандартов и под-
держивает скорость передачи данных 1 Гбит/с в нескольких типах медных и воло-
конно-оптических кабелей.
В табл. 11.1 приводится сравнение функциональных характеристик стандарта
IEEE 802.3 для низкоскоростных сетей с характеристиками первоначального
стандарта Ethernet.
Таблица 11.1. Характеристики сети Ethernet и сетей, соответствующих
стандарту IEEE 802.3
Функцио- нальные ха- рактеристики Ethernet 10BASE-5 10BASE-2 1BASE-5 1OBASE-T 10BROAD-36
Скорость передачи, Мбит/с 10 10 10 1 10 10
Протокол доступа CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD
Тип передачи Без модуляции сигнала Без модуляции сигнала Без модуляции сигнала Без модуляции сигнала Без модуляции сигнала С модуляцией сигнала
Кодирование данных Манчестер- ское Манчестер- ское Манчестер- ское Манчестер- ское Манчестер- ское DPSK
Максимальная длина сегмента, м 500 500 185 250 100 1800
Количество станций на сегмент 100 100 30 12/концент- ратор 12/концент- ратор 100
Среда Толстый коаксиаль- ный кабель с сопротивле- нием 50 Ом Толстый коаксиаль- ный кабель с сопротивле- нием 50 Ом Тонкий коаксиаль- ный кабель с сопротивле- нием 50 Ом Неэкраниро- ванная витая пара Неэкраниро- ванная витая пара Коаксиаль- ный кабель с сопротивле- нием 75 Ом
Топология «Шина» «Шина» «Шина» «Звезда» «Звезда» «Шина»
В соответствии со стандартом IEEE 802.3, был изменен формат кадра Ethernet
(рис. 11.9). Хотя изменения и незначительны, они привели к несовместимости
оборудования, разработанного для использования в компьютерах на основе пер-
воначальной спецификации Ethernet, и формата кадра IEEE 802.3.
На рис. 11.11 показан формат кадра IEEE 802.3 канального уровня. Сравнивая
его с форматом кадра Ethernet канального уровня, который приведен на рис. 11.9,
можно заметить, что, во-первых, поле преамбулы уменьшено до 7 байт, а во-вто-
рых, добавлено поле начального разделителя кадра. Это поле фактически служит
478
Глава 11. Локальные сети
продолжением преамбулы с последовательностью битов 10101011. Но послед ню
двумя битами являются биты 11, а не 10, которые содержатся в поле преамбул
кадра Ethernet.
IEEE 802.3
Преамбула Начальный разделитель кадра Адрес получателя Адрес источника Длина Данные Контрольная последовательность кадра
7 байт 1 байт 2/8 байт 2/6 байт 2 байта 46-1500 байт 4 байта
Рис. 11.11. Формат кадра IEEE 802.3 канального уровня
Другим изменением кадрового формата IEEE 802.3 является замена поля ти
па протокола полем Длина. Указанное поле используется для определения чист;
байтов данных, которые за ним следуют. Хотя это изменение может показаться
несущественным, оно привело к необходимости модификации формата кадра Ег •
hernet, о чем мы вскоре расскажем. В соответствии с первоначальным стандартом
Ethernet, различные значения, которые устанавливались в поле типа протокола
служили для идентификации протоколов, используемых при передаче данных з
кадре. Например, шестнадцатеричное число 0800 означает, что в кадре содержат-
ся данные протокола Internet Protocol (IP), а шестнадцатеричное число 8137 ука-
зывает, что в кадре имеются данные протоколов NetWare IPX и SPX. При нали-
чии поля типа протокола появляется возможность работать в локальной сети
Ethernet с большим количеством протоколов.
Может показаться, что при замене в стандарте IEEE 802.3 поля типа протокола
полем Длина становится невозможным использование в одной сети нескольких
транспортных протоколов. К счастью, комитетом IEEE принят стандарт модифи-
цированного кадрового формата, который называется протоколом доступа к под-
сетям Ethernet (Ethernet Subnetwork Access Protocol или Ethernet-SNAP). Фор-
мат позволяет использовать поле Длина в кадре IEEE 802.3 для различных прото-
колов, служащих для передачи кадров, передаваемых в одной сети.
На рис. 11.12 показан формат кадра Ethernet-SNAP. Обратите внимание, что
поля DSAP и SSAP, каждое из которых имеет длину 1 байт, представляют службы
почтовых ящиков, которые не задействованы в кадре Ethernet-SNAP. Поле Управ-
ление содержит 1 байт информации, касающейся типа и класса используемой
службы управления логической связью данных. Для кадра Ethernet-SNAP первые
три байта всегда соответствуют шестнадцатеричному значению АА-АА-03. Поле
Код организации включает информацию об организации, отвечающей за присвое-
ние значения, которое используется в поле Тип Ethernet, а значение в поле Тип
Ethernet идентифицирует протокол, который служит для транспортировки дан-
ных в кадре. Используя кадр Ethernet-SNAP, вы можете применять в своей сети
множество транспортных протоколов стандарта IEEE 802.3, как это делалось при
помощи кадров первоначального стандарта Ethernet, где для этой цели преду-
сматривалось поле Тип.
Другие сети Ethernet
479
Преамбула Начальный разделитель кадра Адрес получателя Адрес источника Длина Данные Контрольная последовательность кадра
Поле DSAP Поле SSAP Управление Код организации Тип Ethernet Информация
Рис. 11.12. Кадр Ethernet-SNAP
10BASE-5
Хотя для сети, соответствующей стандарту 10BASE-5, применяются те же правила
конфигурации, что и для сети, которая соответствует первоначальному стандарту
Ethernet, отдельные изменения в терминологии иногда приводят к путанице. На
рис. 11.13 представлены термины, которые используются в сети, соответствующей
первоначальному стандарту Ethernet (строилась на базе шинной топологии с ко-
аксиальным кабелем, имеющим сопротивление 50 Ом), а также в сети IEEE 802.3
10BASE-5 с шинной топологией.
Ethernet IEEE 10BASE-5
Обозначения:
NIC — сетевая интерфейсная плата
AUI — интерфейс подключаемых устройств
МАО— устройство подключения к среде передачи данных
Рис. 11.13. Различие в терминологии, применяющейся
в стандартах Ethernet и IEEE 10BASE-5
Как указано на рис. 11.13, контроллер в соответствии со стандартом 10BASE-5
теперь имеет название NIC (Network Interfase Card — сетевая интерфейсная пла-
та). Кабель трансивера называется AUI (Attachment Interfase Unit - интерфейс
подключаемых устройств), а трансивер именуется MAU (Media Attachment Unit -
устройство подключения к среде).
480
Глава 11. Локальные сети
Большинство сетевых адаптеров 10BASE-5 имеют разъемы DB-15 и BNC. С .
мощью разъема DB-15 можно подключиться к AUI, а разъем BNC позволяет ?
пользовать сетевой адаптер в сети стандарта 10BASE-2. Таким образом, нали
двух разъемов дает возможность применять сетевой адаптер, соответствую!::,
двум типам стандартов 802.3.
10BASE-2
Сеть 10BASE-2 строится на основе тонкого коаксиального кабеля, который об,-
дает большей гибкостью, чем толстый коаксиальный кабель, используемый в се~
10BASE-5. Более того, применять тонкий коаксиальный кабель экономически вт
годнее. Рабочие станции в сети 10BASE-2 соединяются с тонким коаксиальнь:-
кабелем посредством BNC-разъемов, которые также называются цилиндрически
ми разъемами.
На рис. 11.14 показано соединение станций в сети 10BASE-2. Такой тин сет-
Ethernet позволяет подключить к одному ее сегменту не более 30 станций. Ра^
ширить сеть 10BASE-2 можно путем ее комбинирования с сетью 10BASE-5, одна
ко при этом вы должны быть уверены, что проводка и подключение кабеля вь:
полнены строго в соответствии с правилами.
Рис. 11.14. Подключение станций в сети 10BASE-2
10BASE-T
Еще один набор возможных конфигураций ЛВС можно получить при использова-
нии стандарта 10BASE-T, который также известен как стандарт IEEE 802.3i. Дан-
ный стандарт является более современным и позволяет конструировать локальные
сети Ethernet со скоростью передачи сигналов 10 Мбит/с, применяя в качестве
среды неэкранированную витую пару. В соответствии со стандартом 10BASE-T,
рабочие станции с помощью витой пары подключаются к MAU, которое часто на-
зывают концентратором (хабом). Каждое устройство MAU имеет встроенный ин-
терфейс подключаемых сетевых устройств (AUI), соединенный с трансивером, ко-
торый, в свою очередь, подключается с помощью коаксиального кабеля. Таким
образом, при использовании в сети топологии «звезда» рабочие станции будут
подключены к магистральному коаксиальному кабелю, служащему для связыва-
ния нескольких устройств MAU. На рис. 11.15 представлена гибридная схема се-
ти Ethernet, где персональные компьютеры соединены с устройствами MAU по-
средством витых пар проводов. Устройства MAU соединены коаксиальным кабе-
лем, который не только связывает устройства MAU, но и обеспечивает доступ
к мэйнфрейму.
Другие сети Ethernet
481
Порт для Порт для
Рис. 11.15. Схема сети Ethernet с гибридной средой передачи
Каждое устройство MAU функционирует как повторитель, воспринимая вхо-
дящие сигналы с одного порта и транслируя их на все остальные порты. По этой
причине, а также вследствие того, что все станции, подключенные к концентрато-
ру, имеют совместный доступ к среде, устройства MAU еще называют концен-
траторами совместного доступа к среде.
При детальном анализе принципа функционирования описанного ранее кон-
центратора совместного доступа к среде становится очевидным, что ключевым его
свойством является способность передавать сигналы от одного порта ко всем ос-
тальным. Хотя схема подключения станций к концентратору внешне напоминает
звезду (то есть топологию такого типа, при которой одна станция передает сигнал,
а другие его принимают), она представляет собой шину. Таким образом, концен-
тратор совместного доступа к среде функционирует как шина и в то же время обес-
печивает гибкость подключения станций благодаря использованию витых пар.
10BROAD-36
Единственной широкополосной сетью (с передачей модулированных сигналов)
на основе протокола CSMA/CD, стандартизированной комитетом IEEE, являет-
ся сеть стандарта 10BROAD-36. В отличие от низкоскоростных сетей Ethernet,
где передача данных осуществляется с применением манчестерского кодирова-
ния, в сети 10BROAD-36 сигналы передаются с помощью радиомодемов, в кото-
рых для передачи и приема данных используются отдельные каналы.
Для создания сети 10BROAD-36 применяется коаксиальный кабель с сопро-
тивлением 75 Ом, подобный кабелю, который используется в системах кабельно-
го телевидения. Как и в системах кабельного телевидения, ширина одного канала
составляет 6 МГц, а передача сигналов основана на тех же технологиях и стандар-
тах, что и передача телевизионного сигнала. Поскольку ширина полосы пропус-
кания коаксиального кабеля составляет 500—750 МГц, с его помощью можно пе-
редавать от 80 до 120 отдельных сигналов.
В соответствии со стандартом IEEE 802.3, при передаче модулированных сиг-
налов в качестве среды в локальной сети с передачей модулированных сигналов
могут использоваться либо один, либо два кабеля. Если задействован один ка-
бель, то на его конце устанавливается преобразователь частоты, который кон-
вертирует частоту сигналов, поступающих по одному каналу (на одной частоте)
482
Глава 11. Локальные сети
в частоту, выделенную для других каналов. Преобразователь частоты находит
на конце кабеля, его иногда называют головным преобразователем.
На схеме, приведенной на рис. 11.16, показано место установки преобразо?
теля частоты в сети 10BROAD-36 с древовидной структурой. Так как частотна.
диапазон, используемый для передачи сигнала, лежит ниже частотного диапаз
на, на который настроен приемник, можно сказать, что преобразователь частот
повышает частоту принимаемого сигнала, поскольку он ретранслирует сигнал ;•
более высокой частоте.
Рис. 11.16. Древовидная сеть с передачей модулированных сигналов
требует установки преобразователя частоты на конце кабеля
Основным преимуществом систем с передачей модулированных сигналов яб
ляется способность передавать данные разных типов. В будущем можно ожидат?
роста популярности сетей с передачей модулированных сигналов, поддерживаю
щих передачу телевизионных сигналов, файлов данных, аудио- и видеофайлов
с использованием единой кабельной инфраструктуры. Однако в настоящее время
широкому распространению подобных сетей препятствует высокая цена радио -
модемов и ограниченные возможности коаксиального кабеля.
После того как мы познакомили вас с функциональными характеристиками
сетей Ethernet, которые на данный момент считаются низкоскоростными, мы рас-
скажем о технологиях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.
Fast Ethernet
Как уже упоминалось ранее, Fast Ethernet - это название серии, состоящей из трех
спецификаций для локальных сетей со скоростью передачи 100 Мбит/с, описан-
ных в приложении IEEE 802.3u к стандарту 802.3. В этот список входят специфи-
кации 100BASE-T4, 100BASE-TX и 100BASE-FX. Каждой из них определяется
принцип использования протокола доступа CSMA/CD, а также сетевых адапте-
ров, поддерживающих скорости передачи данных от 10 до 100 Мбит/с, что позво-
ляет обеспечить совместимость при переходе от сетей со скоростью 10 Мбит/с
к сетям со скоростью 100 Мбит/с.
Разделение физического уровня
Согласно спецификации IEEE 802.Зп, физический уровень, подобно канально-
му, дополнительно разделяется на подуровни. Такое разделение необходимо для
Fast Ethernet
483
обеспечения поддержки стандартом трех типов среды передачи: неэкранирован-
ной витой пары, экранированной витой пары и оптоволокна.
Каким образом физический уровень в стандарте Fast Ethernet разбивается на
подуровни, показано на рис. 11.17. Поскольку для работы на скорости 100 Мбит/с
в различных типах среды используются разные схемы кодирования, необходимо
наличие подуровня физического кодирования, который позволяет осуществлять
требуемуемую обработку в каждой среде. Ниже подуровня физического кодиро-
вания расположен подуровень, зависящий от среды (Physical Media Dependent,
PMD). Подуровень PMD с помощью соответствующего интерфейса среды пере-
дает в нее информацию о методе физического кодирования.
Физическое Физическое Физическое
кодирование кодирование кодирование
Физический
уровень
Подуровень, зависящий от среды передачи
Неэкранированная Экранированная
витая пара витая пара
Оптоволокно
Рис. 11.17. Разделение физического уровня в Fast Ethernet
100BASE-T4
Спецификация 100BASE-T4 дает описание сети с методом доступа CSMA/CD
и скоростью передачи данных 100 Мбит/с, где в качестве среды передачи исполь-
зуется кабель с четырьмя неэкранированными или экранированными витыми па-
рами категории 3, 4 или 5. Хотя в сети 100BASE-T4, как и в сети 10BASE-T, при-
меняются концентраторы, однако для своевременного обнаружения коллизий
диаметр сети был уменьшен до 250 м, а максимальное расстояние между рабочей
станцией и портом концентратора — до 100 м.
С целью достижения скорости передачи 100 Мбит/с внесен ряд изменений на
физическом уровне. Прежде всего для передачи сигналов были задействованы
три витые пары (плюс одна витая пара для обнаружения коллизий), что позволи-
ло втрое увеличить скорость по сравнению с сетью 100BASE-T. Вместо схемы
манчестерского кодирования стали использовать схему кодирования 8В6Т, в ко-
торой 8 входных бит преобразовываются в уникальную кодовую группу из 6 тро-
ичных символов, что увеличило пропускную способность в 2,65 раза по сравнению
с 10BASE-T. Еще одно изменение заключалось в повышении тактовой частоты
с 20 до 25 МГц, что обеспечило увеличение пропускной способности в 1,25 раза
по сравнению с 10BASE-T. В результате всех перечисленных изменений сеть
100BASE-T4 стала работать в 10 раз быстрее сети 10BASE-T, то есть со скоростью
100 Мбит/с.
484
Глава 11. Локальные сети
На рис. 11.18 представлена типичная структура сети 100BASE-T4 с указа?
ем максимальных расстояний между узлами и назначения контактов соединен;
Обратите внимание: в сети 100BASE-T4 используются разъемы типа RJ-45
облегчает соединение кабелей с рабочими станциями и концентраторами.
250 м
Максимум
100 м
Устройство исключения к среде
Рис. 11.18. Структура сети 100BASE-T4
1OOBASE-TX
Спецификация 100BASE-TX определяет другой тип среды передачи для сети Га<
Ethernet, скорость пересылки данных в которой составляет 100 Мбит/с. В соо?
ветствии с этим стандартом, в качестве среды передачи используется кабель с
двумя неэкранированными витыми парами категории 5. Одна из витых пар слу-
жит для обнаружения коллизий и приема данных.
Применение двух витых пар вместо четырех, как в стандарте 100BASE-T4
требует изменения тактовой частоты и метода кодирования. В сетях 100BASE-
ТХ используется тактовая частота 125 МГц и схема кодирования 4В5В, в которой
каждые 4 бита данных кодируются с помощью 5 бит. Таким образом, для пред-
ставления данных необходимо только 16 символов, оставшиеся символы служат
в качестве управляющих. Поскольку в сети 100BASE-TX данные передаются с
более высокой тактовой частотой, допустимым является использование витой
пары только категории 5. Напомним, что в сети 100BASE-T4 с тактовой частотой
25 МГц разрешается применять экранированный или неэкранированный кабель
с четырьмя витыми парами категорий 3, 4 и 5. Однако максимальный диаметр се-
ти 100BASE-TX, равно как и сети 100BASE-T4, составляет 250 м, а максимальная
длина кабеля от рабочей станции до концентратора — 100 м.
Gigabit Ethernet
485
100BASE-FX
Еще одним типом среды передачи, который поддерживается стандартом Fast Et-
hernet, является двужильный многомодовый волоконно-оптический кабель диамет-
ром 62,5 или 125 мкм. Эта среда используется в сети стандарта 100BASE-FX.
Схема кодирования здесь та же, что и в стандарте 100BASE-TX.
Передача и прием данных в двужильном многомодовом волоконно-оптиче-
ском кабеле осуществляется в отдельных жилах, а перекрещивание сигналов -
в сетевом адаптере. Передача сигналов производится в световом диапазоне 1350 нм,
а длина сегмента в стандарте 100BASE-FX может достигать 412 м.
Стандартом 100BASE-FX поддерживаются три типа разъемов: SC, MIC и ST.
♦ Разъем типа SC позволяет быстро производить соединение устройств и удо-
бен в применении.
4 - Разъем типа MIC (Media Interface Connector - соединитель интерфейса со
средой) является стандартным разъемом и используется в сетях FDDI.
4 Разъем типа ST представляет собой соединительный механизм с пружиной
и защелкой, имеющий переключатель на внутренней втулке и внешнее за-
порное кольцо. Чтобы соединить разъем типа ST, прежде всего необходимо
совместить переключатель на его внутренней втулке с канавкой на соот-
ветствующей ей внешней части разъема и ввести их в разъем. Для фикса-
ции соединения следует повернуть внешнее запорное кольцо.
Повторители
Стандартом Fast Ethernet определено два типа повторителей, которые принято
называть повторителями класса I и повторителями класса II. Повторитель класса
I транслирует сигналы, принимаемые с входного порта, в цифровой формат, а за-
тем ретранслирует их в соответствующий сигнал для передачи в выходной порт.
Хотя описанная схема функционирования несколько увеличивает задержку в по-
вторителе, она позволяет генерировать потоки сигналов между двумя сегмента-
ми, в которых используется различные среды передачи сигналов. В частности, та-
кой повторитель можно установить между сегментами сетей 100BASE-TX и
100BASE-T4. Поскольку задержка в повторителе класса I достаточно велика, то в
случае, когда длина кабеля максимальна, в заданной области коллизий может
быть установлен лишь один такой повторитель.
Повторители класса II применяются для соединения сегментов, в которых ис-
пользуются одинаковые методы передачи сигналов. Например, с помощью повто-
рителя класса II можно соединить сегменты 100BASE-TX и 100BASE-FX. По-
скольку повторитель класса II имеет намного меньптую задержку, чем повторитель
класса I, то при максимальной длине кабеля в заданной области коллизий можно
установить и два таких повторителя.
Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet — это самая новая версия стандарта Ethernet, разработанного ко-
митетом IEEE. Обеспечивая передачу данных со скоростью 1 Гбит/с, сеть Gigabit
486
Глава 11. Локальные сети
Ethernet имеет пропускную способность, в 10 раз превышающую этот же пока
тель для сети Fast Ethernet и в 100 раз - для сети Ethernet.
Разработка стандарта Gigabit Ethernet началась в марте 1996 года, когда ком
тет IEEE 802.3 одобрил проект стандарта Ethernet для сетей, которые способ?
работать со скоростью 1 Гбит/с. Группа разработчиков предложила проект ст?
дартизации IEEE 802.3z Gigabit Ethernet, на основе которого в июле 1997 гс;.
был создан предварительный стандарт передачи сигналов в сети с волоконно-с
тическими каналами и сегментами, находящимися на небольших расстоянг.
и соединенными посредством медных проводов. К этому времени завершил?
формирование специального комитета (802.ЗаЬ) для разработки стандарта пег
дачи сигналов в медной витой паре. Указанный стандарт утвердили в 1999 году
Среда передачи
В качестве среды передачи стандартом Gigabit Ethernet предусмотрены три тип .
волоконно-оптических кабелей (диаметром 9, 50 и 62,5 мкм), кабель с экранирс
ванной витой парой и кабель с четырьмя неэкранированными витыми парами ка
тегории 5. Передача сигналов в каждой среде осуществляется согласно специфи
кации стандарта Gigabit Ethernet, обозначаемой как 1000ВASE-X. В табл. 11 _
перечислены четыре основных стандарта Gigabit Ethernet в соответствии с и?
пользуемой средой передачи.
Таблица 11.2. Поддерживаемые типы среды в сетях Gigabit Ethernet
Стандарт 1OOOBASE-X Поддерживаемая среда
1000BASE-SX Многомодовый волоконно-оптический кабель, данные передаются посредством лазера с длиной волны 850 нм
1OOOBASE-LX Одномодовый или многомодовый волоконно-оптический кабель, данные передаются посредством лазера с длиной волны 1300 нм
1000В ASE-CX Кабель с экранированной витой парой медных проводников
1000В ASE-T Кабель типа UTP с 4 витыми парами
Суффикс SX означает, что для передачи сигналов используется коротковолно-
вый лазер с длиной волны 850 нм, а суффикс LX указывает на то, что для передачи
сигналов применяется длинноволновый лазер с длиной волны 1300 нм. Суффикс
СХ говорит о том, что в качестве среды передачи используется кабель на основе
экранированной витой пары медных проводов, а суффикс Т, как и в предыдущих
стандартах, означает, что сигналы передаются в кабеле типа UTP категории 5.
Обратите внимание, что лазер с длиной волны 1300 нм может быть задейство-
ван для передачи сигналов как в одномодовом, так и во многомодовом волокон-
но-оптическом кабеле. Кроме того, для работы в сети Gigabit Ethernet могут при-
меняться два типа многомодовых волоконно-оптических кабелей: с диаметром 50
и 62,5 мкм. Таким образом, в сети Gigabit Ethernet можно использовать три вида
волоконно-оптических кабелей и два типа лазера. Поскольку расстояние переда-
чи зависит как от типа лазера, так и от типа среды, для определения возможности
Gigabit Ethernet
487
осуществлять передачу co скоростью 1 Гбит/с необходимо учитывать оба этих
фактора. В табл. 11.3 перечислены расстояния, на которые можно производить
передачу данных в различных типах среды сети Gigabit Ethernet.
Таблица 11.3. Расстояния передачи в сети Gigabit Ethernet
Среда Расстояние для передачи данных, м
Одномодовое волокно (9 мкм): лазер с длиной волны 1300 нм (LX) Многомодовое волокно (62,5 мкм): лазер с длиной волны 850 нм (SX) лазер с длиной волны 1300 нм (LX) Многомодовое волокно (50 мкм); лазер с длиной волны 850 нм (SX) лазер с длиной волны 1300 нм (LX) Экранированная витая пара типа STP (СХ) Неэкранированная витая пара типа UTP категории 5 (Т) 3000 300 550 550 550 25 100
Работа уровня МАС
Как мы уже отмечали в этой главе, в сети Ethernet с протоколом CSMA/CD времен-
ная задержка, зависящая от максимальной длины кабеля, влияет на минималь-
ный размер кадра. В первых сетях Ethernet максимальная длина кабеля составля-
ла 2,5 км. В сетях Fast Ethernet для сохранения масштаба кадра максимальная
длина кабеля между двумя узлами была уменьшена до 250 м, а максимальное рас-
стояние от станции до концентратора — до 100 м. Если размер кадра не изменяет-
ся, максимальное расстояние передачи по медному проводу между двумя узлами
в сети Gigabit Ethernet не должно превышать 25 м, чего недостаточно для эффек-
тивного использования данной технологии.
С целью обеспечения совместимости с предыдущими версиями Ethernet, ко-
торые до сих пор поддерживают расстояние передачи 100 м, в стандарте Gigabit
Ethernet все кадры, длина которых меньше 512 байт, заполняются специальными
дополнительными символами. Такой метод называется расширением носителя.
Другой метод, предназначенный для повышения производительности, известен
как передача пакетов блоками.
Расширение носителя
В соответствии со стандартом Gigabit Ethernet, кадры, длина которых не превы-
шает 64 байта (72 байта, если учитывать поля преамбулы и разделителя начала
кадра), расширяются до 512 байт посредством добавления специальных симво-
лов (см. рис. 11.19). Обратите внимание, что заполнение кадра неинформацион-
ными символами необходимо для функционирования механизма обнаружения
488
Глава 11. Локальные сети
коллизий. Однако поскольку дополнительные символы следуют за полем кс
трольной последовательности кадра, значение этого поля вычисляется только д
исходного, а не расширенного кадра. Так как дополнительные символы удаляь
ся приемником, расширение кадра не влияет на работу более высоких уровн
в стеке протокола.
Преамбула Начальный разделитель кадра Адрес получателя Адрес источника Тип/ длина П— Данные К . Контрольная последовательность кадра Наружная система
л — Минимальная длина — 64 байта
Минимальная длина — 512 байт
Рис. 11.19. Применение метода расширения носителя
Рассмотрим на примере, как применение метода расширения носителя влияе
на производительность сети. Предположим, приложение, с которым вы работает
выдало следующее сообщение: «Для продолжения нажмите 1, для выхода — Q-
Чтобы отправить ответ, содержащий один символ, в кадре Ethernet необходимо
добавить в поле данных 45 символов заполнения. Если информационные потокт
передаются в локальной сети Gigabit Ethernet, то с целью обеспечения мини-
мальной длины кадра, равной 512 байт, следует добавить 448 байт расширения
Таким образом, для передачи одного байта полезной информации требуется от-
править 511 служебных и дополнительных байтов. Очевидно, что, когда фактиче-
ское количество передаваемых данных меньше или равно 512 байт, подобная пе-
редача малоэффективна, а производительность сети ненамного выше производи-
тельности Fast Ethernet. Для решения данной проблемы в сети Gigabit Ethernet
используется техника передачи пакетов блоками.
Передача пакетов блоками
При передаче пакетов блоками станция, имеющая два и больше пакетов для пере-
дачи, отправляет первый пакет (если его длина меньше 512 байт) с использовани-
ем техники расширения носителя. Если этот пакет передается без коллизий, то
все последующие пакеты поочередно отсылаются в течение времени, необходи-
мого для передачи блока длиной 1500 байт. Если станция не успеет полностью
переслать какой-либо из пакетов, она это сделает по истечении данного периода.
Принцип передачи пакетов продемонстрирован на рис. 11.20.
Описанные методы передачи пакетов (путем передачи блока пакетов и по-
средством расширения носителя) могут применяться лишь в совместно исполь-
зуемой среде Gigabit Ethernet. Если вы применяете сеть Gigabit Ethernet с целью
соединения двух коммутаторов ЛВС или с целью соединения рабочих станций и
серверов непосредственно с портами коммутаторов ЛВС, то коллизий в таком со-
единении не будет. Другими словами, для гарантии того, что коллизии будут об-
наружены в течение заранее определенного периода времени, нет необходимости
расширять кадр, то есть применять технику передачи блока пакетов не требуется.
Gigabit Ethernet
489
Время, необходимое для передачи
блока длиной 1500 байт
Время передачи г _ Время передачи г
пакета длиной 512 байт I пакета длиной 512 байт
Пакет 1 ХХХХ Пакет 2 ХХХХ Пакет 3 1 и
Обозначение:
ХХХХ — расширение носителя
Рис. 11.20. Передача пакетов блоками в сети Gigabit Ethernet
Пропускная способность
Высокая пропускная способность сети Gigabit Ethernet позволяет использовать
ее в качестве главной магистрали для соединения сетей Ethernet и Fast Ethernet.
Первоначальная конфигурация сети Gigabit Ethernet включала Gigabit-коммута-
торы с несколькими портами, работающими со скоростью 1 Гбит/с, а также ком-
мутаторы 100/1000 Мбит/с, которые представляют собой коммутаторы Fast Ether-
net с одним или более портами для Gigabit Ethernet.
Поскольку многие сетевые адаптеры Fast Ethernet поддерживают скорость
10 и 100 Мбит/с, существует возможность создавать сеть с ярусной структурой,
где поддерживались бы скорости 10/100 и 1000 Мбит/с. На рис. 11.21 представ-
лена сеть Ethernet с ярусной структурой. На этой схеме сервер предприятия, ко-
торый используется всеми пользователями, подключен к главной Gigabit-магист-
рали, а серверы отделов соединены с коммутаторами и концентраторами сетей
Fast Ethernet и обычной Ethernet. Далее в этой главе мы рассмотрим работу ком-
мутаторов ЛВС. На данном этапе лишь отметим, что коммутатор обеспечивает
одновременное перекрестное соединение множества сетевых устройств. Благода-
ря перекрестному соединению станция, подключенная к коммутатору, может об-
мениваться данными с сервером, который также подключен к коммутатору, тогда
как другая станция будет перекрестно соединена каналом связи с сервером, со-
единенным с другим коммутатором.
Рис. 11.21. Ярусная структура сети Ethernet
490
Глава 11. Локальные сети
10 Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet - это новый стандарт Ethernet, разрабатываемый в настоящее
время группой IEEE 802.3ае Task Force. Вероятно, к моменту выхода в свет это
книги работа над ним уже будет завершена. Одной из целей создания данно.
стандарта является увеличение скорости передачи данных при условии сохране
ния формата кадра Ethernet, включая его минимальный и максимальный разме
ры, что позволит обеспечить обратную совместимость с более старыми версиям;-
Ethernet. Стандарт предусматривает функционирование в полнодуплексном ре-
жиме (то есть в режиме, при котором возможно одновременно принимать и пере
давать данные). В результате отпадает необходимость использовать методы рас-
ширения носителя и передачи блока пакетов.
Для сети 10 Gigabit Ethernet разрабатываются два физических интерфейса на
основе оптоволокна. Один будет использоваться для передачи сигналов внутрг
ЛВС, а другой — для подключения к глобальной сети (он должен быть совмести
мым со стандартом SONET и поддерживать скорость 10 Гбит/с). В табл. 11.4 пе-
речислены спецификации физического уровня с указанием расстояний передачи
которые, как ожидается, будут поддерживаться в сети 10 Gigabit Ethernet.
Таблица 11.4. Спецификации физического уровня стандарта 10 Gigabit Ethernet
Длина волны Оптоволокно Диаметр, мкм Минимальное расстояние, м
850 нм Многомодовое 50,0 65
1310 нм Многомодовое 62,5 300
1310 нм Одномодовое 9,0 10 000
1550 нм Одномодовое 9,0 40 000
Необходимость в разработке стандарта 10 Gigabit Ethernet продиктована пе-
реходом от телефонных модемов, обеспечивающих скорость 56 кбит/с, к DSL-
и кабельным модемам, а также повышением требований к пропускной способно-
сти, вызванным появлением мультимедиа- и видеоприложений. Используя сети,
основание на технологии 10 Gigabit Ethernet, в качестве магистральных для со-
единения с глобальными сетями SONET, провайдеры интернет-услуг, а также
компании, предоставляющие услуги по размещению информации в сети, будут
иметь больше возможностей для удовлетворения требований пользователей.
Локальные сети с передачей маркера
Поскольку множественный доступ к сети осуществляется на основе определен-
ной конкуренции между станциями, которые одновременно пытаются передать
сообщения, необходимо производить статистический анализ и управление харак-
теристиками сети. В сетях с передачей маркера правом доступа обладает та стан-
ция, которая получила таковой. Иначе говоря, наличие у станции маркера рас-
сматривается как право на использование канала. Маркер передается от одной
свободной станции к другой, пока не будет принят станцией, где имеются сооб-
щения для передачи. После того как сообщения будут отправлены, маркер будет
Локальные сети с передачей маркера
491
передан следующей станции. Сеть с передачей маркера является, по сути, распре-
деленной сетью с доступом на основе опроса.
Для построения сетей с передачей маркера применяются две основные топо-
логии: кольцевая и шинная. В сети с кольцевой топологией (рис. 11.22) порядок,
согласно которому циркулирует маркер, определяется топологией замкнутой це-
пи. А в сети шинной топологии (рис. 11.23) управление доступом может быть бо-
лее гибким, поскольку порядок передачи маркера определяется в списке последо-
вательности опроса каждой станцией. Если узел (например, принтер) никогда не
инициирует передачу сообщений, а может являться только конечным, то нет не-
обходимости включать его в список последовательности опроса. Если же узел
имеет более высокий приоритет, он может быть включен в список последователь-
ности опроса больше одного раза.
Рис. 11.22. Кольцевая топология сети с передачей маркера
Начальный/конечный
Рис. 11.23. Шинная топология сети с передачей маркера
492
Глава 11. Локальные сети
В шинной и кольцевой топологиях наряду с разными методами управлени
доступом к среде передачи имеется и ряд других существенных различий.
4- Кольцевая сеть требует наличия активного интерфейсного модуля, вклк
чаемого последовательно с каналом передачи. В шинной сети применяете
пассивный отвод, подобный тому, что используется в системе CSMA
4- Канал передачи в кольцевых сетях с соединением «точка-точка» позволяс
легко контролировать качество сигнала. С другой стороны, наличие мни
жества отводов в системе с линейной шиной может привести к искажению
сигнала.
4 В отличие от сетей шинной топологии, для кольцевых сетей не характера
ограничение длины канала передачи, поскольку работа таких сетей не з
висит от задержки сигнала, а каждая станция действует как повторите’
цифровых сигналов.
4 В шинной сети активному устройству выделяется полностью весь капа
В кольцевой сети с низкой скоростью передачи данных для продолжитесь
но работающих приложений возможна мультиплексная передача с време!
ным разделением канала связи на подканалы (рис. 11 24), выполняема/
мультиплексором разделения по времени (TDM). Для функционирова
ния такой системы необходимо наличие специального узла, который буд<л
управлять цикловой организацией подканалов. Распределение доступа к ка-
налам TDM осуществляется передаваемым маркером.
Рис. 11.24. Контур, в котором используется мультиплексирование
с временным разделением
4 Кольцевая топология идеально подходит для сетей, в которых данные меж-
ду узлами передаются по волоконно-оптическим каналам. Как уже говори-
лось в главе 7, волоконно-оптические линии имеют очень широкую полосу
пропускания и полностью исключают воздействие электрических помех,
но сейчас они используются только в соединениях типа «точка-точка».
Локальные сети с передачей маркера
493
Вычислительная сеть с присоединенными
ресурсами ARCnet
Предшественницей сетей с передачей маркера в Соединенных Штатах была сеть
с присоединенными ресурсами, ARCnet, разработанная корпорацией Datapoint.
Технология сети и протокол изначально являлись собственностью корпорации,
однако уже в 1982 году протокол канального уровня, спецификации интерфейса
и даже интегральные схемы стали общедоступными. Теоретически сеть ARCnet
является шинной сетью с передачей маркера, но фактически это сеть смешанной
топологии «шина-звезда» (рис. 11.25). Вместо отводов вдоль линейной шины
(рис. 11.23) в сети ARCnet для соединения модулей RIM (Resource Interface Mo-
dules — интерфейсные модули доступа к ресурсам) с передающей средой исполь-
зовались концентраторы с индивидуальными портами.
Рис. 11.25. Топология сети ARCnet
Использование архитектуры на основе концентраторов позволяет эффектив-
но управлять качеством сигнала, так как концентратор отделяет каждый RIM-
порт от главного коаксиального кабеля. Однонаправленные усилители, приме-
няемые в концентраторах, обеспечивают нулевые потери и подавляют отраженные
сигналы, поскольку в заданный период времени передача ведется только в одном
направлении.
Физический уровень в сети ARCnet
В сети ARCnet передача данных от концентраторов к модулям RIM по коакси-
альному кабелю осуществляется на скорости 2,5 Мбит/с без использования
494
Глава 11. Локальные сети
модуляции. Хотя указанная скорость является относительно низкой, в сети
ARCnet применяется недорогой коаксиальный кабель RG62, а расстояние между
станциями может достигать четырех миль. Длина кабеля между концентратором
и модулем RIM не должна превышать 2000 футов (609,6 м), но на четырехмиль-
ном участке может быть расположено до 10 последовательно подключенных кон-
центраторов.
Протокол канального уровня сети ARCnet
В сети ARCnet используются пять базовых форматов сообщений (рис. 11.26).
Первые четыре формата являются управляющими, а пятый служит для передачи
данных между станциями. Все адресные поля содержат по 8 бит, следовательно, к
сети можно подключить до 255 станций (адрес 0 используется как широковеща-
тельный адрес для передачи сообщения всем станциям). С целью защиты от оши-
бок в каждом сообщении дублируется поле адреса получателя (DID).
Формат
передачи данных
Заголовок SON SID DID DID Номер Данные CRC CRC
Рис. 11.26. Пять базовых форматов сообщений, использующихся в сети ARCnet
На рис. 11.27 показана логическая блок-схема процедуры передачи маркера
в модуле RIM. При получении маркера с соответствующим адресом (сообщение
типа 1) в модуле RIM выбирается один из двух возможных путей в зависимости
от того, имеются ли в нем данные для передачи. Если такие данные присутству-
ют, модуль RIM посылает запрос о наличии свободного буфера (сообщение типа 2)
модулю RIM адресата, чтобы узнать, готов ли он принять их. Получив запрос, мо-
дуль RIM адресата отправляет в ответ либо АСК (сообщение типа 3), если имеет-
ся свободный буфер, либо NAK (сообщение типа 4), если буфер занят и сообще-
ние не может быть принято.
После того, как модуль RIM перешлет данные либо определит, что переслать
их нет возможности, он передает маркер станции с более старшим адресом. После
передачи маркера модуль RIM следит за каналом, чтобы убедиться, что маркер
принят. Сообщения типа 1, 2 и 5 указывают на то, что маркер был принят. Если в
течение 74 мс ответ не поступает, это означает, что станция, которой был передан
маркер, в данный момент выключена и что маркер необходимо передать станции
со старшим адресом.
Локальные сети с передачей маркера
495
Рис. 11.27. Схема передачи маркера в сети ARCnet
Кольцевая сеть с передачей
маркера Token-Ring IBM
В середине 1980-х годов компания IBM представила собственную сеть, работа
которой основывалась на передаче маркера. Для построения этой сети использо-
валась кольцевая топология в виде звезды. При этом рабочие станции соединя-
лись с устройством, называемым модулем множественного доступа (Multistation
Access Unit, MAU), или MSAU. Модули MAU соединялись друг с другом, обра-
зуя кольцо. В результате для сети с передачей маркера создавалась топология
«звезда-кольцо».
В данной сети помимо маркера и маркера прерывания поддерживается также
передача кадра (рис. 11.28).
Формат маркера (рис. 11.28, а), обеспечивает работу механизма получения
станцией доступа к сети. Если бит маркера сброшен (то есть установлен в 0), зна-
чит, маркер доступен. Сможет ли станция захватить маркер, зависит от значений
битов резервирования и приоритета. Захватив маркер, станция конвертирует его
в кадр (рис. 11.28, в). Поля адреса получателя и адреса источника имеют длину 48 бит
и функционируют так же, как и соответствующие поля в кадре Ethernet. Третий
496
Глава 11. Локальные сети
формат передачи, маркер прерывания (рис. 11.28, б), используется для прерьг
ния предыдущей передачи.
Начальный
разделитель
Управление
доступом
Конечный
разделитель
а
Начальный разделитель Конечный разделитель
Начальный Управление Управление Адрес Адрес i Маршрут
разделитель доступом кадром получателя источника (не обязательно)
Контрольная
Информация последовательность
кадра
Конечный
разделитель
Статус
кадра
в
Рис. 11.28. Форматы передачи сообщений: а — маркер;
б — маркер прерывания; в — кадр
Кольцевая сеть IBM с передачей маркера была документирована комитете'
IEEE как стандарт 802.5. Следует отметить, что структура кадров, а также anna
ратное обеспечение, управляющее работой данной сети, являются более сложны
ми по сравнению с используемыми в Ethernet, что, конечно же, увеличивает стон
мость сетевых адаптеров и сетевого оборудования.
Хотя доля кольцевых сетей с передачей маркера на рынке локальных вычис -
лительных сетей не превышает 10 %, они обеспечивают более высокий детерми
нистический уровень передачи, чем сети Ethernet, так как гарантируют доставку
данных при любых условиях. В сетях Token-Ring благодаря применяемой систе-
ме приоритетов некоторые станции получают доступ к каналу связи чаще других
В кадре имеются специальные биты для установки приоритета и резервирова-
ния. Маркером могут завладеть лишь те станции, у которых приоритет выше или
равен приоритету маркера. Если маркер уже захвачен и преобразован в информа-
ционный кадр, то зарезервировать его на следующий цикл могут только те стан-
ции, у которых приоритет выше, чем у станции-отправителя. Станции, увеличив-
шие приоритет маркера, после завершения передачи должны его восстановить
Другим важным свойством кольцевых сетей с передачей маркера является то,
что в качестве активного монитора автоматически выбирается станция с самым
старшим сетевым адресом. Чтобы обеспечить гарантию того, что маркеры и кадры
не будут бесконечно путешествовать по кольцу (например, если станция, к кото-
рой направлялся кадр, была выключена непосредственно перед прибытием кадра),
активный монитор устанавливает в каждом кадре, проходящем в сети, бит М. Если
кадр возвратится к данному монитору с установленным битом М, монитор будет
Локальные сети с передачей маркера
497
знать, что кадр не был принят. В таком случае активный монитор удалит маркер
или кадр из сети и вставит новый маркер со сброшенным битом М.
Схема подключения рабочих станций к модулю множественного доступа по-
казана на рис. 11.29. Для подключения каждой рабочей станции используются по
две витые пары: одна — для «входа» данных, а другая — для их «выхода». Переда-
ча данных от станции к станции в таком кольце происходит в одном направле-
нии. Кроме объединяющей функции, MAU также выполняет функцию управле-
ния доступом рабочих станций к локальной сети. Данная функция осуществляет-
ся посредством использования замыкающих контактов в каждом из портов MAU,
что позволяет шунтировать входную и выходную линии станции при необходи-
мости исключить станцию из кольца. Чтобы получить доступ к локальной се-
ти, станция выдает сигнал, сообщающий MAU о необходимости разблокировать
контакты и включить рабочую станцию в кольцо. Таким образом можно исклю-
чить из кольца все неработающие станции, что значительно повысит производи-
тельность ЛВС.
мди
Обозначения:
RI — входной порт
RO — выходной порт
Рис. 11.29. Схема подключения рабочих станций к MAU
Хотя на рис. 11.29 показаны только три подсоединенные рабочие станции, фак-
тически к MAU может быть подключено до восьми станций. Для подключения
большего количества рабочих станций потребуются дополнительные MAU, кото-
рые необходимо подключать так, чтобы сформировать кольцевую топологию.
Компания IBM и еще несколько производителей выпускают сетевые адапте-
ры Token-Ring, посредством которых персональный компьютер можно подклю-
чить к MAU. Первоначально кольцевая сеть IBM с передачей маркера обеспечи-
вала пересылку данных со скоростью 4 Мбит/с и поддерживала до 72 подключен-
ных устройств, что эквивалентно соединению девяти MAU. При использовании
сетевых адаптеров, которые предназначены для работы со скоростью 4 Мбит/с,
в качестве среды передачи используется неэкранированная или экранированная
витая пара. А при использовании сетевых адаптеров Token-Ring кольцевая сеть
IBM с передачей маркера работает со скоростью 16 Мбит/с и поддерживает до
250 подключенных устройств, однако требует применения только экранирован-
ной витой пары. Хотя компания IBM и другие производители выпускают уни-
версальные сетевые адаптеры, которые могут работать как на скорости 4, так и на
498
Глава 11. Локальные сети
скорости 16 Мбит/с, однако все сетевые устройства должны быть настроены
работу со скоростью 4 либо 16 Мбит/с. Это означает, что при переходе от сю :
сти 4 Мбит/с к скорости 16 Мбит/с их необходимо перестроить.
Расширение сети
Как уже говорилось ранее, кольцевые сети с передачей маркера можно расширь
посредством добавления концентраторов MAU, соединяя выходной порт однг
концентратора с входным портом другого. Первые MAU производства IBM
рии 8228 содержали 10 портов, 8 из которых использовались для соединени.-
рабочими станциями. Два порта — входной (RI) и выходной (RO) — служи,
для расширения сети. При необходимости подключить к сети множество рабоч
станций следует использовать соответствующее количество MAU 8228 и сое л,
нить их входные и выходные порты, образовав кольцо. С целью облегчить мс
таж и подключение рабочих станций к отдельным MAU компания IBM и друг/
разработчики сетевого оборудования создали продукты, которые, по сути, являют
ся «сборками» множества MAU. Одним из таких продуктов стал модуль управш
ния доступом IBM 8230.
Модуль управления доступом (Control Access Unit, CAU) можно рассматри
вать как расширяемый MAU. Базовый вариант CAU содержит блок управлен/
и один модуль подключения рабочей станции, который обеспечивает возможное:
связи рабочей станции с модулем управления доступом 8230. Модуль IBM 823
может быть расширен путем добавления одного или нескольких модулей ис-
ключения. На рис. 11.30 показана схема расширения кольцевой сети с передаче,
маркера за счет применения модулей MAU и CAU.
Рис. 11.30. Создание кольцевой сети с использованием модулей МАО и CAU
Сети FDDI
499
В данной схеме восемь станций сконцентрированы в одной части здания, а ос-
тальные — в другой. Обратите внимание, что для соединения модулей MAU и
CAU требуется лишь два кабеля. (А если бы в сети использовался только один
блок CAU, то для связи с рабочими станциями, изображенными в правой верхней
части рис. 11.30, понадобилось бы проложить восемь кабелей.) Таким образом,
грамотное применение модулей MAU и CAU в сети позволяет снизить расход ка-
беля, что особенно важно, когда нет возможности для прокладки дополнитель-
ных кабелей.
Сети FDDI
Для создания локальных вычислительных сетей со скоростью передачи данных
100 Мбит/с на основе оптических кабелей используется технология FDDI (Fiber
Distributed Data Interface - распределенный интерфейс передачи данных по во-
локонно-оптическим кабелям). Разработка стандарта FDDI осуществлялась в На-
циональном институте стандартизации США (American National Standards Insti-
tute, ANSI) рабочей группой X3T9.5. Стандарт был задуман как механизм соеди-
нения систем хранения информации с компьютерами. Хотя технология FDDI
в качестве стандарта ввода-вывода данных была утверждена институтом ANSI, а не
комитетом IEEE 802, который занимается разработкой стандартов ЛВС, дальней-
шее развитие этого стандарта позволило создать в 1980-х годах на его основе пер-
вую технологию локальной сети с поддержкой систем различных производите-
лей и со скоростью передачи 100 Мбит/с.
Топология сети
Технология FDDI базируется на использовании для передачи данных по сети
двух колец. Одно из них называется первичным, а другое — вторичным. Вторич-
ное кольцо обеспечивает функционирование механизма самовосстановления, ко-
торый позволяет возобновить работу сети в случае возникновения неисправно-
стей в канале. При обнаружении поломок в локальной сети FDDI направление
движения данных во вторичном кольце устанавливается противоположным на-
правлению в первичном кольце.
Доступ к сети
Так же, как и в сетях Token-Ring, для управления доступом к среде передачи в се-
ти FDDI служит маркер, при получении которого станции имеют право переда-
вать данные. В сети FDDI поддерживаются три типа станций-концентраторов:
станция с одинарным подключением (Single Attached Station, SAS) и два типа
станций с двойным подключением (Dual Attached Station, DAS). Компьютеры и
прочие сетевые устройства, в том числе мосты и маршрутизаторы, получают дос-
туп к сети FDDI посредством соединения со станцией SAS, которая затем под-
ключается к станции DAS.
Для создания магистрали FDDI используются станции с двойным подклю-
чением. Представление о том, как работает сеть при разрыве кабеля между стан-
циями с двойным подключением, дает схема, показанная на рис. 11.31. Каждая
500
Глава 11. Локальные сети
станция DAS содержит две пары оптических соединений, которые называют и
терфейсами или портами. Порт А включает по одному входу для первичного
вторичного колец. Порт В содержит только вход для первичного кольца. Посри-,
ством двух оптических трансиверов каждая станция DAS может принимать и
редавать данные в любом из колец.
Рис. 11.31. Станции с двойным подключением,
образующие магистраль FDDI
Контролируя уровень принимаемых световых сигналов, каждая из станциий
с двойным подключением может обнаружить разрыв кабеля. При обнаружении
разрыва две соседние станции с двойным подключением восстанавливают связь
путем превращения двойного кольца в одинарное, исключая из цепи поврежден-
ный участок. После устранения неисправности в канале станции DAS определят
соответствующий уровень светового сигнала и восстановят прежнюю схему двой-
ного кольца.
Станция DAS второго типа действует как концентратор, содержащий кроме
портов А и В, описанных ранее, еще и М-порты, которые используются для связи
со станциями, имеющими одиночный тип подключения, станциями D AS и други-
ми станциями-концентраторами DAS. Таким образом, дополнительные порты
станции-концентратора DAS позволяют другим станциям получить доступ к пер-
вичному кольцу.
На рис. 11.32 представлена схема соединения нескольких станций с одиноч-
ным подключением с ведущим мультипортом станции с двойным подключением.
Названия М (master) и S (slave) портов станции-концентратора DAS и станции
SAS указывают на типы используемых соединительных разъемов, а не на прин-
цип их функционирования. С целью облегчить процесс соединения портов S и М
посредством кабелей для станций SAS и концентраторов DAS для сети FDDI бы-
ли разработаны различные типы соединителей.
Обратите внимание, что хотя топология соединения портов SAS с М-портом
DAS напоминает звезду, однако посредством соединения станций DAS с концен-
траторами DAS образуется кольцо. Заметьте также, что порт SAS соединяется
с портом DAS с помощью одного кабеля, содержащего две оптические жилы -
одну для передачи и одну для приема данных. Причем передача данных между
Устройства межсетевого обмена
501
портами SAS и DAS может осуществляться только по одному кольцу. Таким об-
разом, функция самовосстановления сети FDDI работает лишь при выходе из
строя канала в магистральном кольце, которое формируется соединенными меж-
ду собой станциями DAS.
Станция с двойным
А— порт, содержащий аход первичного кольца и выход вторичного кольца
В — порг, содержащий выход первичного кольца и вход вторичного кольца
Рис. 11.32. Передача сигналов между портами SAS и DAS в сети FDDI
В течение 1990-х годов сети FDDI в основном выполняли роль магистралей,
к которым с помощью мостов и маршрутизаторов подключались менее быстрые
локальные сети. Кроме того, технология FDDI часто использовалась для создания
высокоскоростного канала передачи данных (100 Мбит/с) между портом комму-
тирующего концентратора и файловым сервером. Поскольку устройства обработ-
ки оптических сигналов имеют относительно высокую стоимость, была создана
такая разновидность сети FDDI, в которой в качестве среды передачи использо-
валась витая пара — CDDI (Copper-Distributed Data Interface — распределенный
проводной интерфейс передачи данных). Однако появление более дешевой тех-
нологии Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с сделало данную техно-
логию неконкурентоспособной.
Устройства межсетевого обмена
Первые локальные сети напоминали изолированные острова, поскольку обмен
информацией осуществлялся только в той среде передачи, которая формировала
сеть. Чтобы организовать взаимодействие локальных сетей, производители сетево-
го оборудования разработали специальные устройства межсетевого обмена, в част-
ности мосты, маршрутизаторы, шлюзы и коммутаторы.
Мосты
Мосты — это устройства, предназначенные для соединения локальных вычисли-
тельных сетей и передачи данных из одной сети в другую. Мосты также могут
502
Глава 11. Локальные сети
фильтровать пакеты, то есть передавать в другие сегменты или сети только час -
трафика, в соответствии с информацией канального уровня. В сетях Token-Rim
локальные мосты часто используются для объединения двух смежных ЛВС. Пр;
мером локального моста может служить персональный компьютер, содержат;; •
две сетевые карты, каждая из которых соединена с портом концентратора Ethe-
net или модуля MAU соответствующей локальной сети Token-Ring. На рис. 11;
показана схема соединения с помощью локального моста двух сетей Token-Ring
Рис. 11.33. Использование локального моста
Мосты, которые применяются для соединения двух подобных локальных се
тей, называются самообучающимися. Такие устройства «изучают» МАС-адрес, ас-
социированный с каждым портом, посредством чтения в каждом кадре данных из
поля адреса источника. Это позволяет мосту создать таблицу порт—адрес, в кото-
рой перечисляются МАС-адреса, ассоциированные с каждым портом. Мосты та-
кого типа еще называют прозрачными, поскольку их работа не видна станциям-
получателям. Прозрачные мосты производят три основные операции: лавинную
маршрутизацию, фильтрацию и продвижение. Если мост принимает кадр с адре-
сом получателя, которого нет в таблице порт—адрес, он передает этот кадр во все
порты, кроме того, откуда кадр был отправлен. Такая операция называется лавин-
ной маршрутизацией. При получении мостом кадра с адресом получателя, кото-
рый ассоциирован с данной ЛВС, нет необходимости передавать его по мосту к
портам удаленной ЛВС. В этом случае мост фильтрует кадр и предотвращает его
распространение к портам удаленной ЛВС. Если мост получает кадр, адрес полу-
чателя которого имеется в таблице порт—адрес, он направляет его к порту, ассо-
циированному с данным адресом, то есть продвигает.
Мосты второго типа называют удаленными. Они применяются для соедине-
ния удаленных друг от друга сетей Token-Ring. При связывании двух удаленных
локальных сетей удаленные мосты должны устанавливаться на каждой из них.
Вместо второго сетевого адаптера Token-Ring каждый удаленный мост содержит
последовательный порт передачи данных, позволяющий подключаться к модему
или к серверу канальных данных DSU/CSU, который, в свою очередь, соединяется
с аналоговой или цифровой линией передачи данных. На рис. 11.34 представлены
этапы создания таблицы порт—адрес для моста с тремя портами, соединяющими
три сегмента Ethernet. Для упрощения в этом примере порты моста обозначены
Устройства межсетевого обмена
503
цифрами 1, 2 и 3, а вместо реальных 48-битовых МАС-адресов для рабочих стан-
ций в трех сетевых сегментах используются буквы алфавита.
Мост
Порт Адрес
Операции
Станция А передает данные станции С
Станция С передает данные станции А
Станция В передает данные станции А
А 1
С 2
В 1
Рис. 11.34. Создание таблицы порт—адрес
Первая операция заключается в том, что станция с адресом А передает кадр
станции с адресом С. Если мост только что был включен, его таблица порт—адрес
пуста, то есть в ней нет информации о местонахождении станции С. В этой ситуа-
ции мост передает кадр во все порты кроме того, откуда он прибыл. Как уже гово-
рилось, такая процедура называется лавинной маршрутизацией. Помимо этого,
в таблицу записывается адрес станции, передавшей кадр (А), и ассоциированный
с ней порт (1), где этот кадр был принят. Таким образом, первая запись в таблице
порт—адрес на рис. 11.34 указывает на связь порта 1 со станцией А. В результате
лавинной передачи кадра в порты 2 и 3 кадр попадает к своему адресату, то есть
станции С, через порт 2. Две станции, подключенные к порту 3, игнорируют по-
лученный кадр, однако ресурсы сети при этом все равно задействованы. Следова-
тельно, основной недостаток лавинной адресации и широковещания заключается
в нерациональном использовании ресурсов сети.
Вернемся к рис. 11.34. Вторая операция состоит в том, что станция С подтвер-
ждает факт получения кадра от станции А. Поскольку в таблице адресов уже име-
ется информация о порте, ассоциированном со станцией А, мост направит кадр
непосредственно в порт 1. Кроме того, будет определено, что адрес станции, пере-
давшей кадр, неизвестен, следовательно, в таблице адресов будет сделана новая
запись, ассоциирующая станцию С с портом 2.
Далее станция В передает кадр станции А. Так как местоположение станции А
уже известно, мост фильтрует кадр в порте 1. Однако при этом, в связи с тем что
адрес станции В пока не известен, таблица адресов пополняется новой записью,
которая ассоциирует станцию В с портом 1.
Удаленные мосты также служат для соединения различных типов локальных
вычислительных сетей, таких как Ethernet и Token-Ring. Поскольку кадры, пере-
даваемые в разных локальных сетях, различны и требуют преобразования, мосты,
504
Глава 11. Локальные сети
которые используются для соединения различных типов ЛВС, называют прео'
разующими. Самообучающиеся и преобразующие мосты подразделяются на .*
кальные и удаленные. Локальные мосты имеют два или больше сетевых адапт- -
и используются для соединения локальных сетей, расположенных близко др
к другу. Удаленные мосты обладают по меньшей мере одним сетевым адаптер
и одним последовательным портом, который служит для связи с другим уда.
ным мостом. Последовательный порт передачи предназначен для подключен;
к модему или к серверу канальных данных DSU/CSU, соединенному с аналог
вой или цифровой линией передачи. Удаленный мост проверяет адресную инф< •
мацию в каждом кадре и при получении кадра с адресом станции, находяшеш
в удаленной сети, направляет этот кадр через последовательный порт по линии п-
редачи данных, которая связана с удаленными ЛВС. На рис. 11.35 показана схе‘-
соединения двух удаленных ЛВС с помощью удаленных мостов.
Рис. 11.35. Использование удаленных мостов
Маршрутизаторы
Согласно модели OSI, маршрутизаторы функционируют на сетевом уровне и по-
зволяют выполнять ряд операций, которые невозможно реализовать с помощью
мостов, поскольку последние функционируют на канальном уровне. Кроме того,
посредством маршрутизаторов осуществляется динамическое назначение путей
и фрагментация кадров.
Благодаря способности маршрутизаторов динамически назначать пути следо-
вания кадров в случае возникновения неисправностей или переполнения в кана-
лах можно находить альтернативные пути передачи. Данное свойство маршрути-
заторов дает возможность использовать их для динамического выравнивания на-
грузки трафика. Такая способность позволяет уменьшить или устранить вероят-
ность переполнения канала в случае, когда объем трафика от одной сети к другой
превышает пропускную способность канала передачи.
Путем фрагментации кадров маршрутизаторы могут соединять различные ти-
пы локальных сетей. Например, в сети Ethernet максимальная длина кадра состав-
ляет 1526 байт, в сети Token-Ring со скоростью передачи данных 4 Мбит/с —
4500 байт, а в сети Token-Ring со скоростью передачи 16 Мбит/с — 18 000 байт.
Устройства межсетевого обмена
505
Если выполнять соединение перечисленных сетей посредством мостов, то для
обеспечения совместимости кадров необходимо настраивать параметры программ-
ного обеспечения на каждой станции в сети Token-Ring таким образом, чтобы ог-
раничить максимальный размер кадра значением 1500 байт. Если же для соеди-
нения сетей использовать маршрутизаторы, то будет выполнена фрагментация
всех передаваемых от сети Token-Ring кадров, длина которых превышает 1500 байт.
В результате будет создано несколько кадров, которые можно передавать по сети
Ethernet. Поскольку проще произвести настройку одного маршрутизатора, чем
менять конфигурацию всех станций в сети, использование маршрутизаторов зна-
чительно облегчает задачу обеспечения межсетевого взаимодействия.
Конфигурация маршрутизаторов должна производиться несколько иначе, чем
конфигурация мостов, так как мосты и маршрутизаторы отличаются способом
взаимодействия с рабочими станциями. Мост является самонастраивающимся
прозрачным устройством и «запоминает» адреса рабочих станций при передаче
от них данных. В случае использования маршрутизатора конфигурация рабочей
станции зависит от его адреса. Если на рабочей станции имеются данные для пе-
редачи, то станция прежде всего сравнивает адрес сети-получателя с адресом сети-
отправителя (эти адреса устанавливаются системным администратором). Если
указанные адреса различаются, значит, станция-получатель находится в другой
сети и необходимо задействовать маршрутизатор. Далее станция-отправитель,
используя сетевой адрес, передает данные маршрутизатору, после чего тот берет
на себя заботу по доставке данных получателю.
Чтобы избежать путаницы, следует сказать несколько слов о терминах «мар-
шрутизатор» и «шлюз». На заре развития локальных сетей шлюзом называлось
устройство межсетевого взаимодействия, которое использовалось для маршрути-
зации данных между сетями. Хотя такие устройства впоследствии стали именовать
маршрутизаторами, одна из их многочисленных функций — служить шлюзом ме-
жду сетями — была сохранена. Поэтому при конфигурации некоторых протоколов,
и в частности TCP/IP (он будет подробно рассмотрен в главе 12), при описании
доступа рабочей станции к маршрутизатору используется термин шлюз.
Шлюзы
Для обеспечения возможности подключения к мэйнфреймам компания IBM вы-
пустила несколько продуктов с сетевыми адаптерами Token-Ring, работающих
как шлюзы. Примерами таких продуктов могут служить управляющий модуль
IBM 3174 с сетевым адаптером Token-Ring (TRA) и коммуникационный процес-
сор IBM 3745 с интерфейсом Token-Ring (TIC). Управляющий модуль IBM 3174
может устанавливаться как в непосредственной близости от мэйнфрейма, так и
на некотором расстоянии от него и позволяет подключать до 32 терминалов для
совместного доступа к мэйнфрейму посредством общего кабеля. Вместе с сетевы-
ми адаптерами Token-Ring управляющий модуль IBM 3174 можно использовать
как шлюз ЛВС для доступа к мэйнфрейму IBM.
Поскольку максимальная скорость передачи данных, поддерживаемая моду-
лем IBM 3174, составляет 56 кбит/с, при попытке одновременного доступа мно-
жества пользователей ЛВС к мэйнфрейму с помощью адаптеров TRA скорость
506
Глава 11. Локальные сети
работы значительно снижается. Для того чтобы обеспечить высокую скорость
доступе к мэйнфрейму, необходимо использовать коммуникационный пропе .
IBM 3745 с картой TIC, которая позволяет соединить его непосредственно с
тью Token-Ring, функционирующей со скоростью 4 или 16 Мбит/с. На рис. ’
показано несколько методов подключения сетей Token-Ring к мэйнфрейму с
пользованием управляющего модуля IBM 3174 и коммуникационного пронес
pa IBM 3745.
Рис. 11.36. Шлюзовой доступ к мэйнфрейму IBM
Коммутаторы
Ключевой проблемой проектирования и эксплуатации локальных сетей является
распределение пропускной способности кабеля между всеми станциями, подклю-
ченными к сети. Например, в сети 10BASE-T при подключении 100 рабочих стан-
ций каждая из них получает возможность передавать данные в среднем со скоро-
стью 10/100 = 0,1 Мбит/с. Иначе говоря, пропускная способность канала для од-
ной станции в такой сети составляет 100 кбит/с. С развитием мультимедийных
приложений, позволяющих передавать звук, видео и статические изображения вы-
сокого качества, значительно возросли требования к параметрам локальных сетей.
Чтобы понять, насколько различаются требования к пропускной способности
локальных сетей, используемых для передачи изображений, и сетей, по которым
передаются текстовые данные, рассмотрим пример. Предположим, что необходимо
переслать цветное изображение размером 3x5 дюймов, отсканированное с разре-
шением 300 точек на дюйм. Каждый из 15 квадратных дюймов такого изображе-
ния будет содержать 90 000 точек (пикселов). При использовании палитры с 256
цветами для представления каждого пиксела потребуется 8 бит (28 = 256). Таким
образом, для хранения цветного изображения 3x5 дюймов необходимо 1,35 Мбайт.
Устройства межсетевого обмена
507
Если пропускная способность сети, по которой рабочая станция передает сооб-
щение, равна 100 кбит/с, то передача изображения займет 108 с. Для сравнения
приведем следующий пример. Текстовый документ из 25 строк, каждая из кото-
рых состоит из 80 символов, в целом содержит 2000 символов, а для их представле-
ния необходимо 16 000 бит. При средней пропускной способности сети 100 кбит/с
для передачи такого текста понадобится 0,16 с.
Развитие мультимедийных приложений было всего лишь одним из нескольких
факторов, послуживших толчком к разработке коммутирующих концентраторов.
К другим факторам можно отнести способность коммутирующих концентрато-
ров значительно ускорить межсетевой обмен, а также обеспечить расширение се-
ти при возрастании объема трафика.
Схема соединения двух сегментов локальной сети Ethernet с помощью комму-
тирующего концентратора показана на рис. 11.37. Обратите внимание, что под-
ключение двух файловых серверов к отдельным портам коммутатора позволяет
одновременно устанавливать два канала связи между рабочими станциями и фай-
ловыми серверами, что увеличивает максимальную скорость передачи данных
в сети 10BASE-T Ethernet с 10 до 20 Мбит/с.
Рис. 11.37. Использование в локальной сети коммутатора
Коммутатор для локальной сети с п портами теоретически способен обеспе-
чить пропускную способность (п/2) х х, где х — это скорость работы одного порта
коммутатора. Например, коммутатор для сети 10BASE-T с 64 портами обеспечи-
вает пропускную способность (64/2) х 10 Мбит/с, или 320 Мбит/с. В действи-
тельности коммутаторы локальных сетей редко применяются для однорангового
обмена данными. Обычно их используют при операциях в сети с архитектурой
клиент-сервер. Другими словами, если в сети имеются четыре сервера, подклю-
ченные через коммутатор с общим числом портов 64, то фактически максималь-
ная скорость передачи не превысит 40 Мбит/с, хотя теоретически максимальная
пропускная способность коммутатора составляет 320 Мбит/с.
508
Глава 11 Локальные сети
Для обеспечения более высокой пропускной способности во многих komv
торах предусмотрено применение нескольких высокоскоростных портов, под.
живающих возможность соединения с сетями 100BASE-T4, FDDI и Gigabit Е'
net. Это позволяет подключать к коммутаторам высокоскоростные устротд
в частности файловые серверы, работающие со скоростью 100 Мбит/с или д_
1 Гбит/с.
На рис. 11.38 показан внешний вид четырех коммутаторов SuperStack II Е’
net, производителем которых является корпорация ЗСот. Три из них предка,
чены для работы в сетях Ethernet (со скоростью предачи данных 10/100 M6ir
Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Четвертый коммутатор имеет 12 портов для l
Gigabit Ethernet и может использоваться в качестве базы для соединения др;
коммутаторов посредством их портов Gigabit Ethernet.
Рис. 11.38. Семейство коммутаторов ЗСот Corporation
Функционирование коммутаторов
в локальных сетях
Работа коммутатора похожа на работу моста. Коммутатор отслеживает исходные
адреса кадров, поступающих на каждый порт, и проверяет адреса получателя, ис
пользуемые для дальнейшего продвижения кадра по сети. Максимальное числе
отдельных станций или число сегментов ЛВС, поддерживаемых коммутатором
определяется числом адресов на один порт, которые способен хранить коммута-
тор. Если коммутатор поддерживает только один адрес на один порт, то он функ-
ционирует как устройство коммутации порта. Если же коммутатор поддерживает
множество адресов на один порт, значит, он функционирует как устройство ком-
мутации сегментов.
Классифицируются коммутаторы не только по числу поддерживаемых адресов
на один порт, но и по методу коммутации. Наиболее часто используют коммута-
цию типа cut-through (сквозное вырезание), часто называемую коммутацией без
буферизации пакетов, и коммутацию типа store-and-forward (с промежуточным
хранением). В коммутаторе cut-through соединение между входным и выходным
портами устанавливается немедленно после чтения адреса получателя в кадре
Данный тип коммутаторов имеет минимальную задержку, или время ожидания
Коммутатор store-and-forward принимает кадр полностью, хранит его в памяти,
Устройства межсетевого обмена
509
проверяет кадр на наличие ошибок, после чего направляет его далее. Если при
проверке полученный CRC-код не совпадает со значением в поле CRC, то кадр
отбрасывается.
Коммутация store-and-forward используется в тех случаях, когда кадр необхо-
димо передать из низкоскоростной ЛВС в высокоскоростную. При использова-
нии данного метода увеличивается задержка передачи кадров, поскольку такое пе-
реключение связано с предварительным хранением всего кадра.
Существуют также гибридные коммутаторы, однако их можно применять только
для соединения локальных сетей с одинаковой скоростью передачи данных. Гиб-
ридный коммутатор способен работать в двух режимах. Изначально он функцио-
нирует в режиме cut-through, то есть без буферизации, однако вычисляет CRC-код
для кадров и сравнивает полученное значение со значением в поле CRC. Хотя
в режиме cut-through коммутатор может обнаруживать ошибки, он не отбрасыва-
ет содержащие их кадры. Как только количество кадров с ошибками, пришедших
за единицу времени, достигнет определенного уровня, коммутатор переходит в
режим store-and-forward. В данном режиме он также вычисляет значение CRC-
кода и сравнивает его со значениями поля CRC для всех коммутируемых кадров.
В случае обнаружения ошибки кадр отбрасывается. Когда частота ошибок снижа-
ется до определенного уровня, коммутатор возвращается в режим cut-through.
Свойства современных коммутаторов позволяют использовать их для созда-
ния виртуальных сетей (vLAN). Метод построения виртуальных сетей базирует-
ся на создании широковещательных доменов для групп портов на основе адресов
станций, сетевых адресов станций и т. д. С помощью широковещательного доме-
на формируется логическая группа портов коммутатора, которой ограничивается
область широковещания данной виртуальной ЛВС.
На рис. 11.39 показана схема создания двух виртуальных сетей с помощью 12-
портового коммутатора.
Рис. 11.39. Широковещательная передача в виртуальных сетях
Как видите, виртуальная сеть vLANl включает порты 1, 2, 3, 4, И и 12, а вир-
туальная сеть vLAN2 — порты 5, 6, 7, 8, 9 и 10. При таком методе создания широ-
ковещательных доменов все широковещательные кадры, адресованные опреде-
ленному домену, будут переданы только тем портам, которые включены в домен.
510
Глава 11. Локальные сети
Виртуальные сети значительно облегчают задачу добавления, перемещения и за-
мены станций, а также позволяют создавать сообщества пользователей по инте-
ресам. Таким образом, перемещение рабочей станции из группы, подключенной к
порту 6, в группу, подключенную к порту 7, позволяет сохранить членство в вир-
туальной сети vLAN2. При реализации данной схемы на предприятии в вирту-
альную сеть vLANl могли бы входить, предположим, рабочие станции отдела
бухгалтерии, а в виртуальную сеть vLAN2 — рабочие станции отдела маркетинга.
Следовательно, обе группы могли бы использовать один и тот же коммутатор, од-
нако операции в сети происходили бы отдельно с учетом логического разделения
портов коммутатора.
Резюме
4" Локальные сети обеспечивают высокоскоростную передачу данных между
различными электронными устройствами (компьютерами, устройствами
для хранения данных, принтерами, дисплейными терминалами и т. д.), рас-
стояние между которыми может составлять несколько тысяч метров.
4 Эффективность использования локальных сетей значительно возрастает,
если кроме базовых функций передачи и коммутации сигналов они под-
держивают самый высокий уровень информационных коммуникаций.
4 Для обеспечения реализации основных функциональных компонентов в се-
ти необходимо иерархически разделить их коммуникационные функции.
4" Существует множество различных типов ЛВС, однако наиболее распро-
страненными являются следующие:
♦ системы, функционирующие на основе конкурентного доступа, в которых
в качестве среды передачи используется коаксиальный кабель (напри-
мер, Ethernet);
♦ системы с передачей маркера (в частности, кольцевая сеть с передачей
маркера Token-Ring IBM);
+ системы, функционирующие на основе доступа с опросом, в которых
средой передачи служит коаксиальный кабель (например, сеть ARCnet);
♦ широковещательные сети с разделением по частоте, работающие на ос-
нове технологии кабельного телевидения.
4- Проблема несовместимости оборудования для ЛВС, выпускаемого различ-
ными производителями, сейчас решается комитетом по стандартам IEEE 802.
4 Спецификация IEEE 802.3 представляет собой набор стандартов, опреде-
ляющих несколько типов локальных сетей, в которых используется метод
доступа к среде передачи CSMA/CD.
4- Благодаря разделению физического уровня в соответствии со стандартами
комитета IEEE появилась возможность использовать различные типы сре-
ды передачи для функционирования ЛВС.
Контрольные вопросы
511
4 Согласно правилу 5-4-3, данные, передаваемые в сети Ethernet от одного
узла к другому, не должны проходить более чем через 5 сегментов, соеди-
ненных 4 повторителями, а число сегментов, к которым подключены стан-
ции, не может превышать 3.
4- Благодаря использованию общего формата кадра сети Ethernet различных
типов поддерживают скорость передачи данных от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с,
а техника расширения носителя, которая применяется в сетях Gigabit
Ethernet, позволяет использовать в качестве среды передачи медную витую
пару и пересылать информацию на расстояние до 100 м.
4- Стандарт 10 Gigabit Ethernet позволяет осуществлять передачу данных на
расстояние до 40 км, а также обеспечивает соединение с сетями стандарта
SONET.
4 Виртуальные локальные сети функционируют на основе широковещатель-
ных доменов, которые формируются посредством логического разделения
портов коммутатора ЛВС на группы.
Контрольные вопросы
1. Какая из перечисленных ниже передающих систем обеспечивает самую
высокую скорость передачи данных к отдельному устройству? Выберите
один из вариантов ответа:
а) модем для передачи по телефонным каналам;
б) локальная вычислительная сеть;
в) шина;
г) цифровая телефонная станция.
2. Укажите, какая из следующих передающих систем обеспечивает цифро-
вую передачу данных на максимальное расстояние:
а) модем для передачи по телефонным каналам;
б) локальная вычислительная сеть;
в) шина;
г) цифровая телефонная система для частного пользования.
3. Какая из перечисленных характеристик присуща ЛВС? Выберите один из
вариантов ответа:
а) параллельная передача;
б) безграничное расширение;
в) приемлемая стоимость доступа к каналам с низкой пропускной способ-
ностью;
г) независимые от приложений интерфейсы.
512
Глава 11. Локальные сети
4. Разделение физического уровня на подуровни позволяет:
а) использовать ЛВС с различными типами среды передачи;
б) сравнительно недорогой доступ к более высоким сетевым уровням;
в) независимые от приложений интерфейсы;
г) ваш вариант ответа.
5. Укажите, какой из перечисленных ниже типов среды не совсем подходит
для передачи с использованием доступа CSMA:
а) радиоканал;
б) волоконно-оптический канал;
в) коаксиальный кабель;
г) витая пара.
6. Выберите, какая из этих функций не входит в число базовых для сетей
Ethernet:
а) управление доступом;
б) адресация;
в) автоматическая повторная передача сообщения;
г) создание множества виртуальных сетей.
7. Укажите, какая из перечисленных ниже характеристик не относится к свой-
ствам метода манчестерского кодирования в линии для сетей Ethernet:
а) поддержка равного числа положительных и отрицательных электриче-
ских импульсов в линии;
б) непрерывная передача синхронизирующей информации;
в) отсутствие компонентов постоянной составляющей;
г) стабильность сигнала при переходе от 1 к 0.
8. Какие из функций обычно выполняются в локальных сетях при передаче
данных? Выберите один из вариантов ответа:
а) управление канальным уровнем;
б) обработка данных приложений;
в) управление потоками;
г) маршрутизация.
9. Укажите минимальную длину кадра Ethernet:
а) 64 байта;
б) 72 байта;
в) 1500 байт;
г) 1526 байт.
10. В соответствии с правилом 5-4-3 два узла в сети Ethernet:
а) могут соединяться с помощью 5 повторителей;
б) обязаны обмениваться данными через 5 сегментов;
Контрольные вопросы
513
в) могут соединяться с использованием максимум 5 сегментов;
г) всегда соединяются непосредственно друг с другом.
И. Какую функцию выполняет преамбула в кадре Ethernet? Выберите один
из вариантов ответа:
а) синхронизацию тактовой частоты;
б) проверку наличия ошибок;
в) исключение коллизий;
г) широковещание.
12. Чему равна разность длины между полем Преамбула в кадре Ethernet и
полем Преамбула кадра в кадре IEEE 802.3? Выберите один из вариантов
ответа:
а) 1 байт;
б) 1 бит;
в) 8 бит;
г) 16 бит.
13. Укажите ограничения, которые касаются сети 10BASE-2:
а) 20 байт в одном поле данных;
б) 30 станций в одном сегменте;
в) 40 сегментов;
г) длина кабеля равна 50 футам.
14. Кадр Ethernet-SNAP:
а) позволяет переносить данные двух протоколов в одном и том же кадре;
б) позволяет переносить данные двух протоколов в одной и той же сети;
в) обеспечивает более быструю передачу информации;
г) не может передаваться через мост.
15. В каждой версии Fast Ethernet разделение физического уровня позволяет:
а) использовать различные скорости передачи данных;
б) использовать различные типы среды;
в) передавать различные данные;
г) производить обмен данными между разными пользователями.
16. Концентратор Ethernet:
а) функционирует как повторитель;
б) соединяется с цифровой телефонной системой для частного пользования;
в) соединяется с сетью Token-Ring;
г) функционирует как шлюз.
17. Локальная сеть с модуляцией сигналов:
а) требует использования конвертера низшего класса (с низкой стоимостью);
514
Глава 11. Локальные сети
б) требует использования головного частотного конвертера;
в) в большинстве случаев строится по принципу шинной топологии;
г) использует в качестве среды коаксиальный кабель с сопротивлением
50 Ом.
18. Какие из характеристик представляют ключевое различие между сетями
100BASE-T4 и 100BASE-TX? Выберите один из вариантов ответа:
а) скорости передачи данных;
б) поддержка кадров Ethernet;
в) протяженность сети;
г) использование кабелей с витыми парами.
19. Укажите, какую среду можно использовать для построения сети Gigabit
Ethernet:
а) три типа медного кабеля;
б) четыре типа волоконного-оптического кабеля;
в) два типа кабеля и два типа медного кабеля;
г) два типа медного кабеля и три типа волоконного-оптического кабеля.
20. Расширение носителя Gigabit Ethernet:
а) необходимо для поддержки передачи данных на расстояние до 100 м;
б) используется для расширения кадра до 512 байт с помощью специаль-
ных символов;
в) требует пересчета значения контрольной последовательности кадра;
г) применяется только в соединениях с использованием оптических кабелей.
21. Характерной особенностью стандарта 1000BASE-SX является:
а) передача данных со скоростью 100 Мбит/с;
б) передача модулированных сигналов;
в) использование коротковолнового лазера;
г) использование SX-лазера.
22. Укажите, в какой сети необходимо использовать расширение носителя:
а) полнодуплексной сети Gigabit Ethernet;
б) сети Gigabit Ethernet с совместным доступом к среде;
в) сети 10BASE-T;
г) сети 100BASE-T.
23. В сети 10 Gigabit Ethernet поддерживается:
а) совместимость формата кадра с форматом кадра сети 10BASE-T;
б) два физических интерфейса;
в) единое фиксированное расстояние передачи;
г) два типа лазера.
Контрольные вопросы
515
24. Какая из характеристик является ключевой для сети FDDI? Выберите один
из вариантов ответа:
а) способность самовосстанавливаться;
б) скорость передачи данных 10 Мбит/с;
в) способность создавать кольцо;
г) стандартизация IEEE.
25. Сети FDDI в основном применяются для:
а) увеличения протяженности оптических каналов;
б) создания магистральных каналов, соединяющих менее скоростные ло-
кальные сети;
в) создания кольцевых сетей с возможностью изменения направления пе-
редачи сигнала;
г) транспортировки управляющих данных.
26. Укажите, какие из перечисленных ниже свойств можно реализовать в шин-
ной сети с передачей маркера:
а) неограниченное число рабочих станций;
б) неограниченное расстояние передачи;
в) множество каналов, которые создаются посредством мультиплексиро-
вания с разделением по времени;
г) подключение и отключение станций во время работы без нарушения
трафика.
27. Что из перечисленного невозможно реализовать в кольцевой сети с пере-
дачей маркера? Выберите один из вариантов ответа:
а) неограниченное число рабочих станций;
б) неограниченное расстояние передачи;
в) множество каналов, которые создаются с помощью мультиплексирова-
ния с разделением по времени;
г) подключение и отключение станций во время работы без нарушения
трафика.
28. Укажите, какие функции выполняет станция, являющаяся активным мо-
нитором в локальной сети Token-Ring:
а) проверку приоритетности кадров;
б) проверку значения поля резервирования в кадре;
в) удаление кадров, которые обошли все узлы сети;
г) удаление кадров, у которых значение приоритета равно значению ре-
зервирования.
29. Какие из характеристик не свойственны архитектуре сети ARCnet с кон-
центратором? Выберите один из вариантов ответа:
а) направленная передача;
516
Глава 11. Локальные сети
б) изоляция порта RIM;
в) нулевая потеря в усилителях;
г) альтернативная маршрутизация.
30. Укажите, на каком из уровней работает мост:
а) на канальном;
б) на прикладном;
в) на сетевом;
г) на уровне сегментации.
31. При лавинной адресации кадр направляется во все порты, кроме:
а) первого порта коммутатора виртуальной сети;
б) порта, откуда кадр был отправлен;
в) консольного порта;
г) общего порта.
32. Какие функции выполняет транслирующий мост?
а) соединение любых подобных удаленных локальных сетей;
б) соединение соседних подобных локальных сетей;
в) соединение локальных сетей различного типа;
г) ваш вариант ответа.
33. Укажите, на каком из уровней работает маршрутизатор:
а) на канальном;
б) на прикладном;
в) на сетевом;
г) на уровне сегментации.
34. Для использования маршрутизатора необходимо, чтобы конфигурация ра-
бочей станции позволяла распознавать:
а) удаленные сети;
б) порты моста;
в) порты маршрутизатора;
г) адрес маршрутизатора.
35. Основное преимущество использования коммутатора ЛВС связано с его
способностью:
а) конвертировать кадры;
б) одновременно поддерживать множество соединений;
в) осуществлять передачу в режиме cut-through (без буферизации);
г) соединять файловые серверы.
Глава 12
Интернет
4- История развития Интернета
4 Прикладные службы
4 Провайдеры интернет-услуг
4 IP-адресация
4 Протокол управления передачей
4 Пользовательский протокол данных
4 Протокол контроля сообщений в сети Интернет
4 Поддержка последовательной передачи данных
4 Web-навигация
4 Интернет-приложения
4 Передача оцифрованной речевой информации при помощи
интернет-протокола
4 Виртуальная частная сеть
Интернет представляет собой сеть, включающую множество подсетей. В этой гла-
ве мы познакомим вас с историей развития Интернета, некоторыми протоколами
обмена информацией, их схемами адресации, а также с отдельными приложения-
ми, прошедшими в процессе своего развития путь от обучающих средств до ши-
роко распространенных сетевых программ, с которыми может работать каждый,
у кого есть доступ к компьютеру. Ниже описан набор протоколов TCP/IP (в рам-
ках его применения в Интернете и интернет-приложениях), который является
важной частью средств, используемых для передачи информации.
История развития Интернета
В 60-х годах прошлого столетия Министерство обороны США и Управление
перспективных исследовательских программ США (Defense Advanced Research
Projects Agency, DARPA) финансировали научные исследования, в результате
которых была разработана коммуникационная сеть для связи исследовательских
лабораторий и информационных центров - ARPANET. Она появилась примерно
на десятилетие раньше, чем семиуровневая эталонная модель международной ор-
ганизации по стандартизации, и представляла собой одну из первых многоуров-
невых коммуникационных сетей.
518
Глава 12. Интернет
В процессе создания ARPANET были разработаны два специализированных
протокола передачи данных: протокол управления передачей (Transmission Con-
trol Protocol, TCP) и интернет-протокол (Internet Protocol, IP), которые принято
называть моделью TCP/IP. TCP - это протокол, ориентированный на соедине-
ние. Он представляет собой протокол транспортного уровня, реализующий на-
дежную сквозную передачу данных. Для обеспечения передачи TCP выполняет
следующие функции: управление потоком, контроль ошибок и изменение сведе-
ний о состоянии. Сведения о состоянии включают в себя определение источника
и приемника информации. В отличие от этого протокола, IP является протоколом,
не ориентированным на соединение, — так называемым протоколом сетевого уров-
ня, предназначенным для определения маршрута сообщений между сетями. Для
выполнения указанной функции в IP предусмотрена возможность фрагментации и
сегментации сообщений с последующим их соединением, если они будут пересы-
латься по сетям, которые поддерживают размер пакета, отличный от размера па-
кета, применяемого в сети источника или сети приемника.
В дополнение к TCP определен протокол, не ориентированный на соединение
в сети, — транспортный протокол четвертого уровня, известный как пользова-
тельский протокол данных (User Datagram Protocol, UDP). UDP используется
приложениями, работающими с транзакциями, как протокол, управляющий пере-
дачей информации в случаях, когда эффективность передачи более важна, чем ее
качество. Кроме того, UDP служит для передачи оцифрованного звука через Ин-
тернет. Так как пакеты, содержащие оцифрованную аудиоинформацию, не должны
приходить с задержкой, нет необходимости повторно передавать пакеты, получен-
ные с ошибкой. Поэтому такие пакеты пропускаются и заменяются интервалами
шума в приемнике. Технология, лежащая в основе передачи речевой информации
через Интернет (Voice over IP, VoIP), не требует использования протоколов, ори-
ентированных на соединение, поэтому применение UDP для этой цели является
более удобным, чем применение TCP. Но поскольку необходимо, чтобы телефон-
ный номер приемника был передан через Интернет без ошибок, VoIP для этой
цели задействует протокол TCP. После установки соединения с приемником для
передачи оцифрованной аудиоинформации используется UDP, являющийся про-
токолом четвертого уровня в наборе протоколов TCP/IP.
Прикладные службы
Для транспортировки данных при помощи TCP/IP разработаны различные при-
кладные службы. Перечислим наиболее распространенные из них:
> протокол передачи файлов (FTP) - используется для пересылки одного
или нескольких файлов с одного компьютера на другой;
♦ сетевой теледоступ (Telnet) — интерактивный протокол дистанционного
управления — позволяет пользователю терминала подключаться к удален-
ному хосту и работать с ним, как если бы хост был непосредственно под-
ключен к терминалу;
+ простой протокол электронной почты (SMTP) - обеспечивает стандарт-
ный метод обмена электронными сообщениями;
Прикладные службы
519
4- протокол передачи гипертекстовых файлов (HTTP) — позволяет переда-
вать web-страницы с web-сервера браузеру компьютера-приемника;
♦ простой протокол сетевого управления (SNMP) — позволяет администри-
ровать сетевые устройства.
На рис. 12.1 представлена многоуровневая структура модели TCP/IP и неко-
торые входящие в ее состав службы. В строке транспортного уровня указывает-
ся, какой протокол, TCP или UDP, используется для передачи данных каждой
службой.
Прикладной уровень FTP TELNET HTTP SMTP SNMP DNS
Транспортный уровень TCP UDP
Сетевой уровень IP, ISMP
Канальный уровень SLIP, PPP
Физический уровень Физическая передача данных
Рис. 12.1. Составляющие модели TCP/IP
Один из основных факторов, обусловивших стремительное развитие Интер-
нета, — темпы разработки набора протоколов TCP/IP. Поскольку разработка
TCP/IP финансировалась из средств налогоплательщиков, протоколы распола-
гались на общедоступном домене и продавались без налога на добавленную стои-
мость, а вырученные средства шли на разработку программного обеспечения для
усовершенствования их операционных свойств. На развитие Интернета также
оказывает влияние и структура TCP/IP, позволяющая выполнять операции как
в локальных, так и в глобальных сетях.
Например, в локальной сети TCP/IP для передачи могут использоваться кадры
сети Ethernet, Token-Ring, FDDI или сети какого-либо другого типа. В свое вре-
мя было потрачено много сил на разработку сетевых адаптеров для поддержки
шинных структур, используемых в компьютерах Macintosh, IBM PC и совмести-
мых с ними, рабочих станциях Sun Microsystems и мэйнфреймах IBM. Разработка
программных протоколов для облегчения передачи TCP/IP по локальной сети
обеспечила возможность взаимосвязи десятков миллионов компьютеров, подклю-
ченных к локальной сети. Такой подход приветствовался коммерческими органи-
зациями, университетами и правительственными организациями, которые с по-
мощью интернет-провайдеров объединили свои сети.
Аббревиатура ICMP на рис. 12.1 служит для обозначения протокола контроля
сообщений в сети Интернет, который нередко рассматривается как часть прото-
кола IP. На самом деле для обмена информацией в ICMP применяется механизм
520
Глава 12. Интернет
присоединения IP-заголовка к ICMP-сообщению. Два наиболее часто используе-
мых ICMP-сообщения — это запрос о доступности адресата (запрос отклика) и от-
вет на него (ответный отклик).
SLIP (Serial Line Internet Protocol - интернет-протокол для последователь-
ных линий) представляет собой входящий в состав набора TCP/IP протокол пе-
редачи пакетов IP по последовательным линиям связи (например, обычным теле-
фонным линиям). В настоящее время он считается устаревшим и вытесняется
более совершенным протоколом PPP (Point-to-Point Protocol — протокол двух-
точечных соединений), предназначенным для установки прямого соединения ме-
жду двумя узлами по последовательным двухточечным каналам связи (скажем,
между отдельными маршрутизаторами или между маршрутизаторами и узлами
сети). Предполагается, что этот протокол станет преемником устаревшего прото-
кола SLIP.
Провайдеры интернет-услуг
В конце 80-х годов, когда Интернет использовался в основном для связи между
колледжами, университетами и правительственными организациями, большинст-
во провайдеров интернет-услуг являлись некоммерческими объединениями, гео-
графически расположенными в районе сети. Интернет-провайдеры обычно созда-
вали быстродействующую основную сеть, обеспечивали связность узлов в районе
сети и соединяли ее с другими сетями. Быстрый рост популярности Интернета
среди отдельных пользователей и бизнес-структур привел к тому, что платный
доступ к нему стали предоставлять многие до этого некоммерческие организа-
ции. В конце прошлого столетия только в США существовало около 2000 таких
организаций - от маленьких, обслуживающих несколько сотен абонентов, до опе-
раторов государственного масштаба, услугами которых пользовались сотни тысяч
и даже миллионы абонентов. Фирмы, предоставляющие доступ к Интернету, сей-
час называют провайдерами интернет-услуг (Internet Service Provider, ISP).
Частные лица, как правило, для получения доступа к Интернету применяют
коммутируемые линии, в то время как многие коммерческие организации для со-
единения своих локальных сетей с Интернетом используют выделенные линии.
Впрочем, в последнее время ситуация меняется, поскольку становятся все более
доступными широкополосные средства связи, такие как цифровые абонентские
линии (DSL) и кабельные модемы. В связи с тем, что все больше пользовате-
лей, предпочитающих осуществлять доступ к Интернету при помощи коммутируе-
мых линий, применяют широкополосный доступ различных типов, в роли провай-
деров интернет-услуг выступают также локальные телефонные станции и опера-
торы кабельного телевидения.
Локальная сеть может поддерживать от нескольких сотен до нескольких ты-
сяч абонентов, причем доступ к Интернету возможен в любое время суток. С фи-
нансовой точки зрения более выгодно подключить локальную сеть к Интернету
через выделенную линию, чем применять коммутируемые линии для подключе-
ния отдельных пользователей, так как в последнем случае плата за услуги зави-
сит от времени соединения. Даже если используется неограниченный доступ
IP-адресация
521
Интернету с ежемесячной оплатой, доступ через коммутируемую телефонную
;ть общего пользования (PSTN) всех пользователей сети может быть экономи-
гски невыгодным. В заключение следует отметить, что выделенная линия пре-
оставляет непосредственный доступ из Интернета ко всем приложениям, нахо-
ящимся в локальной сети, в том числе web- и FTP-серверам, системе электрон-
ой почты и т. д. Таким образом, соединение при помощи выделенной линии
обеспечивает двухсторонний доступ: к Интернету и из Интернета. Два наиболее
>аспространенных метода доступа к Интернету проиллюстрированы на рис. 12.2.
Рис. 12.2. Наиболее распространенные способы доступа к Интернету
IP-адресация
При передаче информации по TCP/IP-сетям используется IP-адресация. При
этом используется IPv4 — последняя версия интернет-протокола, в которой под-
держиваются адреса длиной 32 бита, расположенные в четырех октетах (байтах).
IP-адрес — это разделенные точками четыре числа в десятичной системе счисле-
ния, лежащие в интервале от 0 до 255.
Значение каждого байта IP-адреса зависит от расположения в нем битов. Ни-
же в десятичной системе счисления представлены весовые значения бита в байте:
128 64 32 16 8 4 2 1
522
Глава 12. Интернет
Например, байт с набором битов 11000001 в десятичной системе счисления
имеет значение 128 + 64 + 1, или 193. Аналогично, значение байта с набором би-
тов 01100011 в десятичной системе счисления определяется как 64 + 32 + 2 + 1,
или 99.
IP-адрес состоит из двух частей — номера сети и номера хоста (узла) и являет-
ся уникальным для каждого компьютера. До недавнего времени номер сети опре-
делялся информационным центром сети Интернет (InterNIC), а номер хоста —
администраторами сети. В 1988 году на собрании коммерческих, технических,
академических обществ и пользовательских групп, имеющих отношение к Ин-
тернету, была создана некоммерческая организация ICANN, которая теперь несет
ответственность за распределение IP-адресов и управление системой доменных
имен, устанавливает параметры протоколов и выполняет другие функции, спо-
собствующие наиболее эффективному использованию Интернета.
Для удобства определения 32-разрядные IP-адреса разделены на пять классов,
в соответствии с типами сетей, для идентификации которых они применяются.
ICANN назначает эти адреса провайдерам интернет-услуг, которые, в свою оче-
редь, предоставляют их организациям и отдельным пользователям Интернета.
Классы IP-адресов обозначаются буквами латинского алфавита от А до Е. Пер-
вые три класса адресов (А, В и С) включают номер сети и номер хоста. Класс D
используется для группы широковещания, а класс Е зарезервирован для исполь-
зования в будущем. Структура классов IP-адресов показана на рис. 12.3.
Набор битов, показанных на рис. 12.3 слева, определяет, к какому классу отно-
сится IP-адрес. За присвоение части адреса, идентифицирующей хост, отвечает
администратор сети организации, использующей сеть данного класса.
Посредством адресов класса А можно идентифицировать 126 сетей с 16 млн,
хостов в каждой. Поэтому ICANN предоставляет адреса класса А большим орга-
низациям и странам, имеющим сети национального масштаба. Поскольку для
идентификации адреса класса А используется первый бит первого байта, сети
IP-адресация
523
класса А имеют номера из диапазона от 1 до 127 в десятичной системе счисления.
В настоящее время все адреса класса А распределены. Сеть класса А номер 127 за-
резервирована для организации логической петли набора протоколов TCP/IP.
Все версии протоколов TCP/IP используют IP-адрес 127.0.0.1 как адрес обрат-
ной связи (IP-адрес, заданный IETF для совместного использования с драйвером
обратной связи при необходимости возвратить пакеты на компьютер, откуда они
были отправлены). Однако некоторые протоколы используют другие номера хоста
сети номер 127 в качестве адреса обратной связи.
Адреса класса В разделяются на две равные части: два байта — номер сети и два
байта — номер хоста. Два байта адреса, являющиеся номером хоста, позволяют оп-
ределить 65 636 хостов в сети. Обычно адреса класса В присваиваются относитель-
но большим организациям, имеющим десятки тысяч пользователей сети. Несмот-
ря на то что все адреса класса В были распределены еще год назад, периодически
отдельные из них освобождаются и присваиваются новым пользователям.
В адресах класса С три байта выделены для определения сети, а один байт —
для идентификации хоста. Следовательно, формат класса С позволяет задать до
2 млн. сетей с 256 хостами. Количество хостов в сети составляет 28, или 256, ми-
нус две зарезервированные комбинации всех 0 и всех 1, то есть фактически каж-
дая сеть может содержать 254 узла. Поэтому адреса класса С предоставляются не-
большим организациям. Если же число узлов в организации превышает 254, но не
настолько, чтобы нужно было использовать адреса класса В, ей присваивается
несколько адресов класса С.
Следующие два класса адресов, класс D и класс Е, включают специальные ад-
реса. Адреса класса D — это групповые адреса. При их использовании диалог мо-
жет вестись сразу несколькими абонентами, а пользователи, которые желают уча-
ствовать в нем, должны присоединиться к группе, указав соответствующий адрес.
Данная технология часто применяется для проведения аудио- и видеоконферен-
ций в реальном времени. При этом по сети передается лишь один поток данных,
что существенно снижает нагрузку.
Адреса класса Е являются экспериментальными адресами, используемыми при
разработке новых коммуникационных технологий. Так как IP-адреса класса D
и Е задействуются редко, основное внимание в этой главе уделено IP-адресам
классов А, В и С, которые так широко применяются коммерческими, академиче-
скими и государственными структурами. В табл. 12.1 представлены три основные
характеристики IP-адресов классов А, В и С. Необходимо отметить, что сеть но-
мер 127 обычно считается сетью с адресами класса А, но используется исключи-
тельно для обратной связи, поэтому в таблицу не внесена.
Таблица 12.1. Сети с IP-адресами класса А, В и С
Класс Интервал значений первого байта Количество байтов номера сети Количество байтов номера хоста
А 1-126 1 3
В 128-191 2 2
С 192-223 3 1
524
Глава 12. Интернет
Подсети
По мере увеличения масштабов использования Интернета стало ясно, что предо-
ставлять несколько IP-адресов организациям, имеющим сети со сложной струк-
турой, нецелесообразно. Предположим, организация имеет две локальные сети:
в одной - 30 узлов, в другой — 40. Если этой организации присвоено два IP-адре-
са класса С, то 254 х 2 - (30 + 40) = 438 адресов остаются неиспользованными.
Это, конечно же, недопустимо, поскольку в последнее время ощущается нехватка
адресов. Работа с сетями предполагает применение маршрутизаторов, управляю-
щих передачей данных по Интернету. Маршрутизатор должен знать адрес назначе-
ния передаваемых данных. Если используются сложные сети, информация о них
также отображается в таблицах маршрутов маршрутизатора. С увеличением коли-
чества информации в таблицах маршрутов увеличивается время доступа к ним при
определении расположения подсети. Таким образом, любой метод, уменьшающий
число неиспользованных IP-адресов, уменьшает размер таблиц маршрутов мар-
шрутизаторов, увеличивая таким образом эффективность использования сети.
Один из методов более эффективного распределения IP-адресов — присвое-
ние многоуровневой сети одного адреса. Казалось бы, сделать это невозможно,
так как для определения каждой сети необходим отдельный IP-адрес. Тем не ме-
нее так называемая технология подсетей позволяет задействовать один IP-адрес
для идентификации всей многоуровневой сети.
Путем использования технологии подсетей можно увеличить часть IP-адреса,
идентифицирующую сеть, а следовательно, уменьшить часть, определяющую хост
(рис. 12.4).
IP-адрес подсети
Увеличенная часть адреса, 1 определяющая сеть
Сеть Подсеть Хост
Рис. 12.4. Увеличение части IP-адреса, идентифицирующей сеть
Необходимо отметить, что определение подсетей ' это обязанность админист-
ратора локальной сети. Организация, упоминающаяся в приведенном выше при-
мере, имеет один IP-адрес сети, и в таблицах маршрутизаторов содержится толь-
ко этот адрес.
Эффективность применения технологии подсетей демонстрирует такой пример.
Предположим, некоторой организации присвоен IP-адрес класса С 192.37.12.0.
Для идентификации своей многоуровневой сети организация использует один
IP-адрес. Увеличение части адреса, определяющей сеть, позволяет идентифици-
ровать 2" подсетей, где п — количество дополнительных битов IP-адреса, на кото-
рое увеличилась часть адреса, определяющая сеть. Если такой бит один, можно
определить две подсети, установив связь между каждой подсетью и IP-адресом
сети так, как показано на рис. 12.5.
IP-адресация
525
Следует отметить, что маршрутизаторы работают всегда с одним IP-адресом,
даже если это адрес многоуровневой сети, содержащей подсети. Данный факт оп-
ределяет еще одно преимущество использования технологии подсетей: уменьша-
ется количество обращений к таблицам маршрутов. Вернемся к нашему примеру.
Так как часть адреса, определяющая номер хоста, уменьшилась на один бит, мак-
симальное количество узлов, обслуживаемых каждой подсетью, теперь составля-
ет 27 - 2 = 126. Как следует из сказанного выше, адреса хостов от 1 до 127 могут
использоваться в подсети 0, а от 128 до 254 - в подсети 1.
Возникает резонный вопрос: как маршрутизатор, показанный на рис. 12.5, на-
правляет данные в соответствующую подсеть? Кроме того, непонятно, как адреса-
ты каждой из подсетей распознают адресованные им данные. На оба этих вопроса
существует один ответ — это делается посредством маски подсети. Структура
и принцип использования маски подсети описаны в следующем разделе.
Рис. 12.5. Сеть, содержащая подсети, в таблицах маршрутизаторов
имеет один IP-адрес
Маска подсети
Маска подсети представляет собой 32-разрядный двоичный номер, содержащий
последовательность битов, которая составляет часть IP-адреса, определяющую
сеть. Обычно IP-адреса класса А имеют маску подсети 255.0.0.0, а адреса классов
В и С - соответственно маски 255.255.0.0 и 255.255.255.0. При использовании
маски подсети можно определить часть IP-адреса, характеризирующую сеть. Хо-
тя маска подсети может быть составлена из последовательности чередующихся
единиц и нулей (1011000), большинство пользователей, работающих с подсетями,
определяют маски последовательными наборами единиц и нулей (например, так:
11110000), поскольку такой маской легче пользоваться.
IP-маршрутизаторы и все узлы локальной сети, сконфигурированные для под-
держки интернет-протокола, имеют IP-адрес и маску подсети. В нашем примере
часть IP-адреса класса С, определяющая сеть, была увеличена на один бит. Таким
образом, маска для маршрутизатора и каждого узла обеих локальных подсетей
представлена значением 255.255.255.128, где последнее десятичное число (128),
равное в двоичной системе 10000000, увеличивает часть IP-адреса, которая опре-
деляет сеть, на один бит.
526
Глава 12. Интернет
Принцип использования подсетей состоит в следующем. Допустим, пакет, на-
правленный по IP-адресу 192.37.12.39, поступает в маршрутизатор. А в какую из
подсетей его направит маршрутизатор? По первым двум битам в первом байте
(192) маршрутизатор поймет, что IP-адрес относится к классу С. Это означает,
что первые 24 бита 32-битового адреса определяют номер сети. Однако в маршру-
тизаторе содержится маска подсети 255.255.255.128, указывающая на то, что до-
полнительная часть адреса сети расположена в позиции бита 25. Следовательно,
данный бит IP-адреса определяет, в какую подсеть направлять пакет. Маршрути-
затор использует разряды 8 и 9 адреса, которые обычно являются адресом хоста в
сети. Так, число 39 в двоичной системе счисления выглядит как 00100111. Пер-
вый бит этого числа (он же бит 25 IP-адреса) равен нулю, следовательно, номер
подсети, которой адресован пакет, — равен 0. Поэтому маршрутизатор направит
пакет узлу 39 подсети 0. Описанная выше технология использования IP-адреса
и маски подсети представлена на рис. 12.6.
IP-адрес 192.37.12.39 11000000.00100101.00001100.0010111
Маска подсети 255.255.255.128 11111111.11111111.11111111.10000000
U Увеличенная часть |
адреса, определяющая —»-|
сеть (25 бит) ।
Номер подсети задается битом 25 °
Номер хоста — 39
Рис. 12.6. Использование IP-адреса и маски подсети для определения
подсети и номера хоста
Теперь становится ясно, что для подсети 0 минимальное и максимальное значе-
ния части адреса, определяющего хост, равны соответственно 0000001 и 1111111,
следовательно, номера хостов лежат в диапазоне от 1 до 127. Значит, все хосты
с номерами от 1 до 127 находятся в подсети 0. Для подсети 1 минимальное и мак-
симальное значения части адреса, определяющего номер хоста, составляют соот-
ветственно 0000000 и 1111110, или 0 и 126. Следует отметить, что если значение
маски подсети добавить к минимальному значению части адреса, определяющей
номер хоста (1000000), то в десятичной системе мы получим 128. Если же значе-
ние маски подсети добавить к максимальному значению части адреса, опреде-
ляющей номер хоста (11111110), то в десятичной системе мы получим 254. Сле-
довательно, все хосты с номерами от 128 до 254 находятся в подсети 1.
При работе с операционной системой Microsoft Windows IP-адрес компьюте-
ра и маску подсети можно установить с помощью окна Панель управления. В вер-
сиях, предшествующих Windows 2000, в каталоге Панель управления с этой целью
следует активизировать ярлык Сеть. В более поздних версиях Windows это дела-
ется посредством ярлыка Сеть и удаленный доступ. На рис. 12.7 (слева) показано
окно свойств подключения по локальной сети, которое открывается в результате
активизации этого ярлыка в Windows 2000. В нем установлен флажок Протокол
Интернета (TCP/IP). Сконфигурировать свойства IP-адреса можно, выполнив щел-
чок мышью на кнопке Свойства и введя IP-адрес и маску подсети, как показано
в правой части представленного рисунка.
IP-адресация
527
I I I IF I ll|U II К I ✓ill» I lit I 1 I til
И SS Клиент для сетей Microsoft
yJ Служба доступа к Файлам и принтерам сетей Microsoft
\ l< • Ь
Ш»<да !Рж^аИЖ(ШЛГ«»*л
*гл,л«р«йеастотуеизможность.Влрсти'^ >
«но погщчнгьу сетевого мимИмпигора
Г' Пвлуш Ift'Wte
т-^ j^wtufei»se»iT#flM»wwHeiPwws: г
t " A
"fli.A# ,1. 4 ,И«««««М
../•'7* 5«>pw r'
J 10 7 2 . 56
• -j 255 255 255 0
ОтмЛИгмим
s?
1 >’ • д Г i i t г 71НА^Ы^Г^4№^Т^ИМЬМо1><
( ceien Ovet,iw-o.itb3>wmnH -ЗгЭэ p-eucajj ps синь J
Ma
&.
I к jl.X&'t, даШВЙ
Рис. 12.7. Конфигурирование IP-адреса и маски подсети в Windows 2000
Служба имен доменов
Большинство пользователей предпочитают иметь дело не с последовательностями
из четырех чисел в десятичной системе счисления, которыми задаются IP-адреса,
а с именами, определяющими эти адреса, например таким: www.whitehouse.gov.
Данное имя присвоено web-адресу сервера Белого Дома. Вы, по-видимому, знаете,
что www — аббревиатура от World Wide Web — характеризирует службу, поддер-
живаемую сервером, whitehouse - это название организации, a gov означает, что
организация является правительственной.
С целью обеспечить более эффективное использование имен каждая организа-
ция регистрирует имя своего интернет-адреса в ICANN. При регистрации имена
распределяются в соответствии с категориями доменов. (В приведенном выше
примере whitehouse.gov — это зарегистрированное имя домена.) В верхней части
табл. 12.2 перечислены категории имен доменов, назначаемые в настоящее время
организацией ICANN. Географические категории здесь не представлены. Послед-
них в настоящее время насчитывается около 240 — от Австралии (аи) до Израи-
ля (il) и Великобритании (uk).
Таким образом, имя домена определяется типом учреждения. Поэтому две
разные организации вполне могут иметь одинаковые названия и имена серверов,
но различные адреса. Иными словами, если организации относятся к различным
528
Глава 12. Интернет
типам, их адреса будут содержать разные имена доменов. Указанные в следую-
щей таблице имена доменов самого высокого уровня были представлены ICANN
в ноябре 2000 года на собрании, где обсуждались вопросы регистрации и исполь-
зования имен доменов. Использовать их стали с начала 2001 года.
Таблица 12.2. Имена доменов и организации, которые они представляют
Имена доменов Тип организации
Доступные на данный момент
.сот Коммерческая организация
.edu Учебное заведение
•gov .mil Правительственная организация Военная организация
.net Сетевой оператор связи
org .Int Некоммерческая организация Международная организация
Зарезервированные для использования в будущем
.аего Воздушно-транспортная отрасль
.biz Бизнес-организация
.соор .info Совместное предприятие Служба информационных услуг
.museum Музей
.name Для регистрации отдельных пользователей
.pro Бухгалтерская, юридическая или медицинская организация
При регистрации домена в его имени может использоваться префикс, который
характеризует тип предоставляемой услуги. Например, имена www.whitehouse.gov
и ftp.whitehouse.gov говорят о том, что задействуются www-сервер и FTP-сервер,
а соответствующие службы установлены на одном компьютере. Символьное имя
автоматически преобразуется в 32-битовый IP-адрес службой DNS. Это никак не
отражается на работе приложения (то есть пользователь не может наблюдать за
данным процессом).
DNS обычно устанавливается на отдельном сервере и отслеживает имена хос-
тов в сети. Когда пользователь, работающий с приложениями TCP/IP, вводит
вместо IP-адреса имя, оно пересылается DNS-серверу. Если в сети имеется узел
с таким именем, DNS-сервер возвращает соответствующий этому имени IP-ад-
рес. Если же такой узел отсутствует, но запрос по данному имени приходил ра-
нее, то соответствующий IP-адрес можно найти в буферной памяти (кэше) DNS-
сервера. В случае, когда адрес действительно там находится, он возвращается
инициатору запроса. Если же нужного IP-адреса нет ни в базе данных DNS-сер-
вера, ни в буфере, сервер посылает запрос DNS-серверу более высокого уровня,
обычно расположенному в другой сети. Запрос может доходить до сервера самого
высокого уровня в иерархии.
IP-адресация
529
Иерархия DNS
Сервер самого высокого уровня в иерархии регистрирует поддомены, записывая
в свои базы данных информацию о расположении соответствующих им DNS-сер-
веров. Таким образом, если DNS-сервер не находит в базах данных информации
о IP-адресе хоста с именем, указанным в запросе, он посылает запрос на DNS-cep-
вер более высокого уровня в иерархии. Такой запрос может повторяться несколь-
ко раз и даже обойти вокруг земного шара, пока необходимый адрес не будет най-
ден. Следует отметить, что имена DNS при передаче пакетов информации не
играют никакой роли. Они лишь определяют IP-адрес соответствующего домена.
А этот адрес используется маршрутизатором для соединения сетей, которые об-
мениваются информацией. Не зная принципов действия протоколов IP, TCP и
UDP, трудно понять, как происходит обмен информацией в Интернете, поэтому
их изучению необходимо уделить особое внимание.
Дейтаграммы
Как было отмечено выше, IP - это протокол сетевого уровня. Посредством IP осу-
ществляется транспортировка пакетов информации в виде дейтаграмм. Однако IP
недостаточно надежен, поскольку работает без установки соединения. Хотя данное
определение характеризует протокол IP не с лучшей стороны, его применение все
же дает определенные преимущества. Определение «недостаточно надежен» в дан-
ном случае означает, что доставка пакета информации не гарантирована. Иначе
говоря, временные задержки или другие возникающие проблемы могут привести
к потере передаваемой информации. Но такого рода ошибки обычно обнаружива-
ются и исправляются протоколами более высокого уровня (например, TCP), ко-
торые пересылают дейтаграмму повторно. Выражение «без установки соедине-
ния» указывает на то, что каждая дейтаграмма передается независимо от того,
были ли доставлены предыдущие.
Так как маршруты дейтаграмм могут различаться, иногда они приходят в пункт
назначения не в том порядке, в каком посылались. Кроме того, при прохождении
между сетями дейтаграммам нередко приходится «сталкиваться» с физическими
ограничениями, касающимися размера передаваемых по сети пакетов, который
зависит от механизма передачи информации, характерного для конкретной сети.
Поэтому передаваемая дейтаграмма может быть разделена на две и более дейта-
грамм, пересылаемых в пункт назначения по различным сетям.
На рис. 12.8 показана схема передачи двух дейтаграмм от рабочей станции А,
расположенной в сети Token-Ring, к серверу В, находящемуся в локальной сети
Ethernet. Пересылка дейтаграмм с помощью протокола UDP, не ориентирован-
ного на установку соединения, увеличивает эффективность передачи информа-
ции. В отличие от UDP, протокол TCP представляет собой службу, ориентирован-
ную на соединение, которая игнорирует службы доставки более низкого уровня
(например, IP).
TCP требует создания виртуального канала, определяющего маршрут от ис-
точника к приемнику информации. Этот маршрут фиксирован, и все дейтаграм-
мы передаются исключительно по нему. При использовании вместо TCP прото-
кола UDP, который не является ориентированным на соединение, дейтаграммы
530
Глава 12. Интернет
передаются любым доступным маршрутом, что более эффективно, чем использо-
вание постоянного маршрута, определенного виртуальным каналом.
Сервер
Рис. 12.8. Дейтаграммы, направленные по разным маршрутам
На рис. 12.9 схематически представлены 1Р-дейтаграмма, UDP-дейтаграмма
и TCP-сегмент в кадре локальной сети. Необходимо отметить, что длина IP-дей-
таграммы, передаваемой по локальной сети Token-Ring с пропускной способно-
стью 4 Мбит/с, не может превышать 4500 байт — максимального значения, под-
держиваемого полем данных (информационным полем) Token-Ring. Поэтому,
если дейтаграмма пересылается в локальную сеть Ethernet, размер поля данных
которой не может превышать 1500 байт, исходная дейтаграмма максимального
размера будет разбита на три части.
Уровень 4
Уровень 3
Уровень 2
UDP-дейтаграмма
или ТСР-сегмент
IP-дейтаграмма,
размещенная в поле данных
Кадр локальной сети
Рис. 12.9. Формирование кадра локальной сети
IP-адресация
531
Информация о фрагментации дейтаграммы, а также дополнительные сведе-
ния о пересылке данных хранятся в IP-заголовке.
Поля IP-заголовка
На рис. 12.10 дан перечень всех полей IP-заголовка с указанием их длины.
048 16 32
Версия Длина заголовка Тип службы Полная длина
Идентификатор . Смещение Флаги фрагмента
Время жизни Протокол „ Контрольная Заголовок сумманзагаловка
IP-адрес источника
IP-адрес пункта назначения
Необязательная часть
Рис. 12.10. Структура IP-заголовка
Поле Версия имеет длину 4 бита и идентифицирует версию IP-протокола, при-
меняемого для создания дейтаграммы. В настоящее время используется IP-про-
токол версии 4.
Размер поля Длина заголовка также составляет 4 бита. Указанное поле содер-
жит информацию о длине заголовка в 32-битовом слове. В отличие от него, в поле
Полная длина отображается длина всей дейтаграммы, включая заголовок и данные.
Длина этого поля равна 16 битам, следовательно, дейтаграмма может иметь мак-
симальный размер 216 = 65535 байт.
Значение в поле Тип службы определяет, каким образом будет обрабатываться
дейтаграмма. Это поле содержит 8 бит. Сюда помещаются сведения об уровне
важности передаваемых данных, определенном отправителем. В соответствии с
информацией, хранящейся в описываемом поле, выбирается механизм маршру-
тизации дейтаграммы.
Поле Идентификатор содержит информацию о фрагментировании дейтаграм-
мы, позволяющую хосту-получателю определить, какой дейтаграмме принадлежат
полученные им фрагменты. Длина этого поля составляет 16 бит.
Если дейтаграмма была фрагментирована, в поле Смещение фрагмента зано-
сятся сведения о расположении фрагментов в исходной дейтаграмме. Это поле
определяет положение данной дейтаграммы в передаваемой последовательности.
Его длина равна 13 битам.
Поле Флаги содержит два бита, посредством которых задается фрагментация,
а также один бит, который пока не используется. Если первый бит имеет значе-
ние 0, значит, дейтаграмма может быть фрагментирована, в противном случае (то
есть если его значение равно 1) фрагментация невозможна. Нулевое значение
второго бита указывает на то, что данный фрагмент является последним в дейта-
грамме, если же это значение равно 1, за этим фрагментом с помощью текущего
протокола передаются другие.
532
Глава 12. Интернет
Поле Время жизни содержит информацию о максимальном периоде «жизни»
дейтаграммы (в миллисекундах). Поскольку точно определить это время сложно,
большинство маршрутизаторов уменьшают значение указанного поля на едини-
цу и, как только оно становится равным 0, игнорируют дейтаграмму, а отправите-
лю посылают отрицательное подтверждение. Фактически значение, находящееся
в этом поле, задает механизм увеличения надежности передачи информации по
сетям, который не позволяет дейтаграммам с несуществующим адресом путеше-
ствовать по Интернету вечно.
В поле Протокол задается протокол наивысшего уровня, который используется
для создания передаваемого дейтаграммой сообщения. Например, число 6 в деся-
тичной системе счисления указывает на то, что применяется протокол TCP, а чис-
ло 17 означает, что задействуется протокол UDP. Поля адреса источника и адреса
пункта назначения имеют длину 32 бита. Как было сказано выше, адрес опреде-
ляет как номер сети, так и номер абонента в сети.
Посредством поля Контрольная сумма заголовка осуществляется контроль
ошибок в заголовке.
Разрешение адреса
Адрес рабочей станции локальной сети является ее физическим адресом. Для сети
Ethernet длина этого адреса составляет 48 бит (6 байт). Как было отмечено выше,
IP-протокол использует 32-битовый логический адрес. Для того чтобы выполнить
правильную доставку дейтаграммы определенной рабочей станции сети, необхо-
димо знать, как связаны между собой логический и физический адреса. Взаимо-
связь адресов можно определить посредством двух протоколов, один из которых,
известный как протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP),
преобразует логический IP-адрес в физический, а другой, именуемый протоко-
лом обратного разрешения адресов (RARP), выполняет обратное преобразова-
ние, то есть переводит физический адрес в логический.
Допустим, пользователь одного компьютера хочет послать дейтаграмму поль-
зователю другого компьютера. Причем оба компьютера подключены к одной ло-
кальной сети — Ethernet. Один из компьютеров отправляет ARP-пакет в кадре
Ethernet всем устройствам локальной сети. Этот пакет содержит IP-адрес конеч-
ного пункта назначения, однако физический адрес конечного пункта не известен,
поэтому в его поле содержатся все нули. Данный пакет получат все устройства
сети, но ответит лишь то, которое узнало свой логический IP-адрес. Затем это
устройство (в нашем случае — второй компьютер) посылает ответный ARP-пакет
с указанным в соответствующем поле физическим адресом, вместо которого до
этого стояли нули. С целью уменьшения количества посылаемых ARP-пакетов
первый компьютер заносит полученную информацию о физическом адресе вто-
рого компьютера в специальную таблицу, которая называется ARP-буфером (кэ-
шем). Это позволяет быстро отправлять последующие дейтаграммы по нужному
адресу в сети. Таким образом, протоколы ARP и RARP представляют собой эф-
фективно работающую систему преобразования логического IP-адреса устройст-
ва в физический и наоборот.
Протокол управления передачей
533
Протокол управления передачей
Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) — это ори-
ентированный на соединение протокол транспортного уровня. Он отвечает за
обеспечение надежного обмена информацией между различными компьютерами.
Структура TCP позволяет приложению, установленному на одном компьютере,
управлять процессами, происходящими на другом компьютере. Кроме того, ТСР-
заголовок включает номер порта получателя, служащий для определения опти-
мального маршрута (рис. 12.11).
Поля Порт отправителя и Порт получателя имеют длину по 16 бит и ис-
пользуются для идентификации конечных точек соединения. Поле Порт отпра-
вителя является необязательным — если оно не используется, то заполняется ну-
лями. Термин «совместно используемый порт», который часто применяют для
определения процессов или протоколов прикладного уровня, относится к адресу
порта, используемого в TCP-заголовке. Так как все порты, адрес которых меньше
1024, задаются администратором вручную, понятие «совместно используемый»
также служит для определения портов, имеющих адрес меньше 1024.
0 16 32
Порт отправителя Порт получателя
Порядковый номер
Номер положительного подтверждения
_„_^лина Зарезервировано Кодовые биты ТСР-заголовка Размер окна
Контрольная сумма Указатель на срочные данные
Необязательная часть
Рис. 12.11. ТСР-заголовок
В табл. 12.3 указано восемь совместно используемых портов, связанных с со-
ответствующими TCP/IP-протоколами прикладного уровня. Необходимо отме-
тить, что некоторые протоколы, например FTP, предусматривают использование
двух адресов портов (логическое соединение). Первый адрес (21), предназначен-
ный для формирования запросов откликов и команд, используется при определе-
нии маршрута. Второй адрес порта (20) служит для передачи файлов.
Из рис. 12.9-12.11 следует, что для работы TCP/IP-приложений необходимо
указать три адреса. Адрес порта, входящий в ТСР-заголовок, используется для
управления процессами и приложениями. IP-адрес, содержащийся в IP-заголов-
ке, необходим для определения сети и номера хоста, на котором запущены эти
процессы или приложения. Наконец, физический адрес, содержащийся в LAN-
заголовке (рис. 12.9), служит для доставки информации в локальной сети.
534
Глава 12. Интернет
Таблица 12.3. Наиболее распространенные TCP/IP-протоколы прикладного уровня
Название протокола Обозначение Описание Порт
Протокол имен доменов DOMAIN Определяет DNS 53
Протокол передачи файлов FTP Осуществляет обмен файлами между компьютерами 20, 21
Протокол Finger FINGER Предоставляет информацию, идентифицирующую пользователя 79
Протокол передачи гипертекстовых файлов HTTP Осуществляет обмен информацией между web- браузером и web-сервером 80
Почтовый протокол POP Средство регламентации процедур пересылки почтовой корреспонденции от сервера к клиенту 110
Простой протокол электронной почты SMTP Осуществляет обмен электронными сообщениями 25
Простой протокол сетевого управления SNMP Осуществляет обмен управляющей информацией 161,162
Протокол Telnet Telnet Предоставляет удаленному терминалу доступ к компьютеру 23
Вернемся к TCP/IP-заголовкам. В поле Порядковый номер задается позиция
транспортируемых через TCP-сегмент байтов данных в посланном потоке. Таким
образом, правильность последовательности данных в передаваемом потоке опре-
деляется значением, которое находится в этом поле.
В поле Порядковый номер указывается номер байта, который источник будет
посылать следующим. Если в данном поле содержится значение п, то п - 1 преды-
дущих сегментов доставлены без ошибок, о чем свидетельствует значение поля
Номер положительного подтверждения. Длина заголовка в 32-битовых словах за-
висит от значения в поле Длина TCP-заголовка, которое имеет длину 4 бита.
Поле Кодовые биты содержит шесть флаговых управляющих битов: URG,
АСК, PSH, RST, SYN, FIN, предназначенных для управления соединением и пе-
редачей данных.
Управление потоком в протоколе TCP осуществляется посредством скользя-
щего окна переменного размера. Поле Размер окна имеет длину 16 бит и отобража-
ет информацию о том, сколько байтов может быть послано после байта, получив-
шего подтверждение. Так как TCP предоставляет полнодуплексное соединение,
то оба узла, участвующие в связи, посредством поля Размер окна способны управ-
лять количеством передаваемой им информации. Поэтому если число рабочих
процессов, происходящих на одном узле, слишком велико или если существуют
другие причины, по которым узел не может принимать большое количество ин-
формации, то с помощью поля Размер окна получатель может уменьшить это ко-
личество. Для данного поля зарезервированы два специальных значения, 1 и О,
позволяющих управлять потоком информации. Значение 0 означает, что обмен
таковой не производится. Если же значение в поле равно 1, то требуется подтвер-
ждение о получении информации.
Протокол управления передачей
535
Значение поля Контрольная сумма обеспечивает надежность передачи IP- и
TCP-заголовков, а также данных через сегмент. В этом поле пересылаемый фраг-
мент проверяется на наличие ошибок.
Поле Указатель на срочные данные является последним в заголовке. В нем оп-
ределяется позиция срочных данных в TCP-сегменте. Хранящееся в поле значе-
ние используется только после определения предыдущего URG-бита. Когда этот
бит установлен в 1, указанное значение отображает смещение (в байтах) от теку-
щего порядкового номера байта до места расположения срочных данных.
Чтобы увидеть, как взаимосвязаны между собой поля Порядковый номер, Но-
мер положительного подтверждения и Размер окна, можно проследить за процес-
сом передачи данных между двумя хостами, воспользовавшись для этой цели
временной диаграммой, которая отображает значения, записываемые в каждом
поле (рис. 12.12). В поле Размер окна содержится значение 8, что свидетельствует
об использовании 8 сегментов. Протокол TCP поддерживает полнодуплексное
соединение, но на рисунке представлена полудуплексная модель.
в
Р
е
м
я
Хост В
Размер окна равен 8
8 сегментов принято,
размер окна равен 4
SEQ = 76
Принято 4 сегмента
Рис. 12.12. Передача последовательности данных при помощи TCP
Предположим, что хост А выполняет пересылку большого файла. Сегменты
в первой последовательности имеют порядковые номера из диапазона от 64 до 71.
Если ошибки не обнаружены, хост В возвращает в поле Номер положительного
536
Глава 12. Интернет
подтверждения (АСК) значение 72, то есть указывает, что следующим ожидает
получить сегмент номер 72. Далее предположим, что у получателя хоста В недос-
таточно буферного пространства, поэтому в поле Размер окна он указывает значе-
ние 4. Хост А, используя значение поля Размер окна в TCP-заголовке, уменьшает
размер передаваемой информации до 4 сегментов и увеличивает значение поля
Порядковый номер (SEQ.) до 75. Если все принятые данные не содержат ошибок,
хост В возвращает АСК значение 76, подтверждая факт получения последователь-
ности данных с номерами до 75.
Затем последовательность операций повторяется, хост А посылает информа-
цию хосту В, используя последовательные номера 76-79. Допустим, что по ка-
ким-то причинам связь ухудшилась и данные были утеряны. Поскольку хосту В
не доставлено никакой информации, он не посылает подтверждения хосту А. Для
того чтобы последнему не пришлось ждать подтверждения вечно, используется
встроенный счетчик, отсчитывающий время, в течение которого ожидается под-
тверждение приема от хоста В. Если по прошествии времени ожидания подтвер-
ждение так и не поступит, произойдет повторная передача утерянного сегмента.
Пользовательский протокол данных
Пользовательский протокол данных (User Datagram Protocol, UDP) — это вто-
рой протокол транспортного уровня, который поддерживается набором протоко-
лов TCP/IP. UDP представляет собой не ориентированный на соединение прото-
кол. Это означает, что за корректную доставку данных, передаваемых при помо-
щи UDP, отвечают протоколы более высокого уровня, которые входят в набор
протоколов TCP/IP. Поскольку протокол UDP не ориентирован на соединение,
с его помощью можно передавать данные без предварительной установки соеди-
нения (что позволяет избежать задержек при их пересылке по TCP). Поэтому
UDP имеет смысл применять в первую очередь для передачи оцифрованной ре-
чевой информации, при которой задержки крайне нежелательны.
На рис. 12.13 представлена структура UDP-заголовка. Поля Порт отправите-
ля и Порт получателя имеют длину по 16 бит и аналогично TCP-заголовку ис-
пользуются для определения номеров портов отправителя и получателя данных.
В поле Длина указывается длина UDP-пакета, состоящего из заголовка и поль-
зовательских данных. Длина пакета определяется в байтах. Значение поля Кон-
трольная сумма вычисляется после полного приема пакета и псевдозаголовка.
Последний включает IP-адреса источника и получателя данных, которые опреде-
ляются из IP-заголовка пакета, присоединенного к UDP-заголовку (рис. 12.10).
Если при передаче происходит ошибка, контрольная сумма обеспечивает сохране-
ние значений в адресных полях IP- и UDP-заголовков, заставляя маршрутизато-
ры удалять передаваемые пакеты, а не посылать их по неправильному адресу.
При сравнении UDP- и TCP-заголовков, видно, что UDP предоставляет более
простой метод коммуникации.
Протокол контроля сообщений в сети Интернет
537
О 16 32
Порт отправителя Порт получателя
Длина Контрольная сумма
Данные
Рис. 12.13. UDP-заголовок
Протокол контроля сообщений
в сети Интернет
Протокол контроля сообщений в сети Интернет (Internet Control Message Pro-
tocol, ICMP) представляет собой механизм, позволяющий посылать сообщения
при совершении некоторых событий и тестировать операционное состояние уст-
ройств. Вот примеры некоторых событий, после которых ICMP отправляет сооб-
щение: маршрутизатор не может определить путь к необходимому хосту, дейта-
грамма удалена из-за того, что значение в поле Время жизни IP-заголовка умень-
шено до нуля. В первом случае маршрутизатор пошлет по адресу отправителя,
который содержится в заголовке дейтаграммы, сообщение «Destination Unrea-
chable». Во втором случае отправитель дейтаграммы получит сообщение «Time
Exceeded».
Структура IP-дейтаграммы, передающей ICMP-сообщение, представлена на
рис. 12.14. В поле Тип идентифицируется тип такого сообщения, а в поле Код по-
мещается его текст. Поле Контрольная сумма, длина которого составляет 2 байта,
хранит сведения о целостности ICMP-сообщения. В поле Данные, имеющем пе-
ременную длину, записывается дополнительная информация о сообщении.
112 Переменная
IP-заголовок Тип Код Контрольная сумма Данные 1 <
Рис. 12.14. Структура IP-дейтаграммы, передающей ICMP-сообщение
В табл. 12.4 приведены семь типов ICMP-сообщений, которые используются
наиболее часто. Необходимо отметить, что поле Код идентифицирует лишь часть
сообщений, а для остальных в этом поле указывается значение 0. В частности,
значение 0 в поле Код соответствует сообщению «Echo reply» (сообщение типа 0).
Сообщению «Destination Unreachable» (сообщение типа 3) в поле Код может со-
ответствовать одно из 15 значений, в зависимости от причины, по которой дан-
ные не могут быть доставлены.
Благодаря использованию ICMP приложения источника данных могут посы-
лать в виде ICMP-сообщения запрос на отклик, если необходимо получить ответ-
ный сигнал от получателя. Ответный сигнал не только показывает, что получатель
доступен, но также разрешает обмен информацией между источником, пославшим
запрос, и получателем, отправившим ответ.
538
Глава 12. Интернет
Таблица 12.4. Наиболее часто используемые ICMP-сообщения
Тип сообщения Сообщение Описание
0 Echo Reply Ответ на запрос отклика
3 Destination Unreachable Дейтаграмма не может быть доставлена
4 Source Squelch Дейтаграмма уничтожена
8 Echo Request Запрос отклика («спросить у хоста, жив ли он»)
11 Time Exceeded Значение поля Время жизни уменьшилось до нуля
12 Parameter Problem Неправильный IP-заголовок
13 Timestamp Request То же, что и ответ на запрос отклика, но с временной меткой
14 Timestamp Reply То же, что и запрос отклика, но с временной меткой
Следующее приложение, использующее протокол ICMP, — это так называе-
мый трассировщик. Трассировщик отслеживает путь от отправителя данных до
получателя. С этой целью он начинает посылать дейтаграммы, указывая в поле
Время жизни первой из них значение 1. Первый маршрутизатор на пути между от-
правителем и получателем данных уменьшает это значение до нуля, уничтожает
дейтаграмму и посылает источнику ICMP-сообщение о том, что лимит времени
передачи дейтаграммы исчерпан. Трассировщик запоминает адрес первого мар-
шрутизатора, используя адрес отправителя сообщения об исчерпанном лимите
времени. Затем трассировщик увеличивает значение в поле Время жизни на еди-
ницу (оно становится равным 2) и посылает вторую дейтаграмму, которая будет
уничтожена вторым маршрутизатором, находящимся между источником и при-
емником. И снова отправляется ICMP-сообщение о том, что лимит времени пере-
дачи дейтаграммы исчерпан. Этот процесс продолжается до тех пор, пока дейта-
грамма не достигнет нужного узла либо пока не будет исчерпан лимит попыток
передачи таких дейтаграмм трассировщиком.
Поддержка последовательной передачи
данных
Как известно, все данные передаются в сети Интернет последовательно. Для обес-
печения такой возможности были разработаны специальные коммуникационные
протоколы, позволяющие передавать информацию через средства коммуникации
глобальных сетей. Два наиболее популярных протокола последовательной пере-
дачи данных — это межсетевой протокол для последовательного канала (Serial
Line Internet Protocol, SLIP) и протокол передачи от точки к точке, или протокол
двухточечного соединения (Point-to-Point Protocol, PPP).
Поддержка последовательной передачи данных
539
Межсетевой протокол для последовательного
канала
Несмотря на то что протокол SLIP описан в серии документов RFC (Request for
Comment), которые с 1969 года выпускаются комитетом IETF и содержат описа-
ние набора интернет-протоколов и связанную с ними информацию, он не является
стандартным протоколом Интернета. Протокол поддерживается некоторыми вер-
сиями операционной системы UNIX и представляет собой механизм обмена инфор-
мацией, позволяющий передавать IP-дейтаграммы по линиям последовательной пе-
редачи данных. SLIP - это относительно простой протокол, предусматривающий
использование только двух символов: END (в десятичной системе счисления —
192) и ESC (в десятичной системе счисления — 219). При передаче IP-дейтаграм-
мы SLIP заменяет байт информации, имеющий значение YSQ, двухЬ'ЖВвВй vtOfe-
довательностью символов ESC и десятичным числом 220, а любой байт данных со
значением 219 - двухбайтовой последовательностью ESC и десятичным числом 221.
После завершения передачи дейтаграммы посылается символ END.
Один из наиболее существенных недостатков протокола SLIP, связанный с тем,
что таковой не стандартизован, — это пересылка пакетов без изменения их разме-
ра. Поэтому если транспортировка осуществляется при помощи SLIP, необходи-
мо, чтобы отправитель и получатель данных поддерживали одинаковую длину
передаваемых пакетов.
Протокол двухточечного соединения
Более распространенным протоколом последовательной передачи данных явля-
ется РРР — стандартизованный протокол, позволяющий пересылать информа-
цию по асинхронным и синхронным коммутируемым и выделенным последова-
тельным (от точки к точке) линиям. Он основан на стандарте высокоуровневого
протокола управления каналом (High Level Data Link Control, HDLC). Приня-
тый в качестве стандартного протокола для Интернета, РРР предоставляет сред-
ства для обеспечения возможности взаимодействовать сетям всех типов, исполь-
зующим последовательный способ передачи данных, включая передачу по ком-
мутируемым линиям и ISDN-передачу.
РРР был предложен в качестве стандартного в 1990 году и предназначался
для использования вместо имеющего ряд недостатков протокола SLIP. К числу
таковых относятся: необходимость вручную разрывать связь, установленную при
помощи SLIP, отсутствие аутентификации (то есть сервиса контроля доступа,
осуществляющего проверку регистрационной информации пользователя), отсут-
ствие поддержки других протоколов, кроме IP, невозможность обнаружения и
исправления ошибок (за выполнение последних операций отвечают протоколы
более высокого уровня из набора протоколов TCP/IP).
Структура PPP-кадра показана на рис. 12.15. По данному рисунку можно су-
дить о том, как используются поля данных (информационные поля) для передачи
IP-дейтаграмм. В документе RFC-1171, где определен протокол РРР, описаны три
главных компонента, лежащих в основе его работы: метод формирования кадров,
протокол управления каналом связи (LCP) и семейство независимо определенных
540
Глава 12. Интернет
протоколов, известных как протоколы управления сетью (NCPs). Последние мож-
но использовать и для инкапсуляции различных протоколов сетевого уровня, на-
пример TCP/IP, DECnet и IPX/SXP фирмы Novell.
Рис. 12.15. Кадр набора протоколов передачи от точки к точке
Кадр протокола РРР передает информацию на канальном уровне, используя
последовательность битов 01111110 как флаговый байт-разделитель, который ста-
вится в конце каждого кадра. В поле Адрес всегда содержится значение FF в ше-
стнадцатеричной системе счисления (11111111), свидетельствующее о том, что
передаваемое сообщение примут все станции. Эта операция не обязательна, так
как передача данных осуществляется по протоколу передачи от точки к точке, но
она выполняется по умолчанию. В поле Управление по умолчанию содержится
значение 03 в шестнадцатеричной системе счисления (00000011), определяющее
ненумерованный кадр. Это значит, что протокол РРР по умолчанию не использу-
ет нумерацию HDLC-последовательности данных. Поле Протокол имеет длину
2 байта и определяет протокол более высокого уровня, пакеты данных которого
передаются. Например, для интернет-протокола (IP) в шестнадцатеричной сис-
теме это значение составляет 0021, а для протокола управления каналом связи
(Link Control Protocol, LCP) — CO21. В поле Данные заносятся данные исходно-
го файла. По умолчанию оно имеет максимальную длину 1500 байт. Поле Кон-
трольная сумма предназначено для контроля ошибок.
Протокол LCP, действующий совместно с протоколом HDLC, предоставляет
возможность для установки, конфигурирования, тестирования управления кана-
лом связи. LCP производит аутентификацию, используя протокол аутентифика-
ции с предварительным согласованием вызова (CHAP) либо протокол аутенти-
фикации пароля (РАР).
Кроме LCP имеется протокол управления сетью (NCP). Вообще существует
целая серия протоколов NCP, каждый из которых независимо определен в от-
дельном документе RFC, описывающем процедуры установки, конфигурирова-
ния и тестирования различных сетевых протоколов, таких как IP, IPX и DECnet,
через РРР.
Изучив основные свойства протоколов IP, TCP, UDP и двух наиболее распро-
страненных протоколов последовательной передачи данных, можно перейти к рас-
смотрению приложений, использующих набор протоколов TCP/IP.
Протокол передачи файлов
Протокол передачи файлов (FTP) был разработан для обеспечения механизма
обмена файлами между компьютерами. Как уже отмечалось выше, этот протокол
Поддержка последовательной передачи данных
541
применяет два совместно используемых порта: порт 21 - для пересылки управ-
ляющей информации и порт 20 - для фактического обмена данными.
Протокол FTP поддерживает около двадцати команд. Эти команды позволяют
пользователю изменить каталог (cd), просмотреть список каталогов (di г), передать
файлы (get и put). FTP предоставляет возможность производить комплексный об-
мен файлами при помощи команд mget и mput в случае, если имя файла содержит
один или несколько групповых символов. Например, при вводе команды mget
*.gif будут переданы все файлы с расширением gif, находящиеся в текущем ка-
талоге.
Одним из основных преимуществ работы с FTP является то, что данный прото-
кол поддерживает большинство компьютеров, от PC DOS до специализированных
IBM-станций. Протокол FTP позволяет использовать механизм обмена файлами,
реализованный при помощи TCP/IP-соединения до тех пор, пока оба компьютера
поддерживают FTP. Что касается TCP/IP-соединения, то FTP использует транс-
портный уровень протокола TCP для обеспечения надежного маршрута переда-
чи. TCP контролирует правильность доставки данных в пункт назначения.
Десять наиболее часто применяемых FTP-команд представлены в табл. 12.5.
Поскольку протокол FTP разрабатывался как приложение управляющего типа,
для эффективной работы с ним желательно помнить названия этих команд и вы-
полняемые ими операции.
Таблица 12.5. Наиболее часто используемые FTP-команды
Команда Операция
ASCII Обмен данными с использованием формата ASCII (по умолчанию)
binary Обмен данными с их обработкой в двоичном виде
bye Прерывание сеанса FTP-связи с удаленным сервером и выход из клиентской FTP-программы
cd Изменение текущего каталога на удаленном сервере
delete Удаление файла на удаленном сервере
dir Отображение содержимого текущего каталога на удаленном сервере
get Транспортировка определенного файла с удаленного компьютера и его сохранение на локальном компьютере
mget Транспортировка указанной группы файлов с удаленного компьютера и ее сохранение на локальном компьютере
mput Пересылка указанной группы файлов с локального компьютера на удаленный
put Пересылка определенного файла с локального компьютера на удаленный
Для более эффективного применения FTP-протокола были разработаны про-
граммы, использующие графический пользовательский интерфейс и не требую-
щие знания FTP-команд. На рис. 12.16 показана одна из таких программ — Net-
Manage Chameleon.
NetManage Chameleon является клиентской FTP-программой, которую можно
использовать для установки связи с удаленным хостом. Находящийся в сети сер-
вер доменных имен заменяет адрес хоста, скажем ftp.mcom.com, соответствующим
542
Глава 12. Интернет
IP-адресом, состоящим из значений в десятичной системе счисления, разделен-
ных точками. Нужно отметить, что в приведенном примере имя пользователя оп-
ределяется как анонимное. Многие FTP-серверы являются общедоступными.
Большинство серверов имеют учетную запись anonymous или guest и при по-
пытке пользователя получить доступ не запрашивают у него пароль. Но на неко-
торых серверах пользователь не может получить доступ, не введя адрес своей
электронной почты. С целью повышения безопасности и предотвращения попа-
дания вирусов многие организации, управляющие FTP-серверами, предоставляю-
щими анонимный доступ, ограничивают обмен данными и запрещают аноним-
ным пользователям загружать данные на сервер.
На рис. 12.16 показано окно программы NetManage Chameleon при установке
соединения с удаленным компьютером. Оно содержит три области, называемые
Local, Transfer и Remote. В области Local отображается структура каталогов и фай-
лов, хранящихся на локальном (клиентском) компьютере. Область Transfer содер-
жит набор кнопок, щелкая на которых можно выполнять определенные операции.
В верхней части области Transfer расположены переключатели, позволяющие вы-
брать метод передачи файлов. На рисунке активизирован переключатель, соот-
ветствующий методу передачи данных в двоичном виде. Ниже расположены кноп-
ки, предназначенные для выполнения определенных операций как на локальном
компьютере (левая колонка), так и на удаленном (правая колонка). О возможно-
сти осуществить операцию свидетельствует подсветка кнопки.
Рис. 12.16. Использование клиентской программы NetManage Chameleon
для соединения с FTP-сервером
Поддержка последовательной передачи данных
543
До тех пор, пока не завершится процесс установки соединения с удаленным
компьютером, выполнение операций на удаленном компьютере невозможно.
После установки связи с удаленным компьютером все кнопки в области Trans-
fer будут подсвечены. Вид экрана после установки соединения с FTP-узлом кор-
порации Netscape и выбора довольно популярного среди пользователей браузера
Netscape версии 2.01 показан на рис. 12.17. Чтобы начать передачу файла с уда-
ленного компьютера на локальный, достаточно просто выбрать имя этого файла
(отображается на экране) и щелкнуть мышью на расположенной слева кнопке
Сору. Таким образом, нет необходимости запоминать FTP-команды, на которых
основана работа различных прикладных программ, использующих графический
пользовательский интерфейс TCP/IP.
FTP RRfvor (Vornion wu-? 4(17) Tun Fnb 20 ПЯ ПП 35 PST 199fi) rtwly.
Directory
cAnetmanag
Qcqi-bm
C3 email
Clqopher
Onewtprof
web docs
Files
№
_~net000 ~tm
Dlnetm dib
Dlnetm lap
Zllnetm txt
212show bat
21327O.scr
214homebttqil
214prvbutt qif
215250 scr
Zlaccusoftdll
Dadvantis dib
Dadvantis lap
Dadvantis txt
aftdll
O!
Рис. 12.17. Выбор файла на удаленном FTP-сервере
11
Протокол Telnet
Telnet — это протокол, позволяющий установить в подключенном режиме соеди-
нение с удаленным компьютером и взаимодействовать с ним так, как если бы он
был напрямую подключен к вашему компьютеру. Подобно протоколу FTP, Tel-
net функционирует на основе архитектуры клиент-сервер. Несмотря на то что
Telnet обеспечивает связь между терминалом и хостом, клиент не обязательно фи-
зически должен быть терминалом, как, к примеру, при использовании аналогично-
го продукта VT корпорации Digital Equipment Corporation. Клиентские програм-
мы Telnet позволяют поддерживать связь с помощью интерактивного терминала
544
Глава 12. Интернет
с различными компьютерами, такими как IBM PC, Macintosh, и даже с рабочими
станциями IBM, Sun и HP.
Как было отмечено в табл. 12.3, Telnet использует TCP-соединение для пере-
дачи данных и управляющей информации, резервируя для обмена информацией
порт номер 23. Последние несколько лет разработчики прилагают много усилий
для создания Telnet-приложений, использующих графический интерфейс поль-
зователя, что характерно и для остальных ТСР/1Р-приложений.
На рис. 12.18 вы видите диалоговое окно Connection Dialog программы NetMa-
nage Chameleon, которое появляется при выборе команды Connect меню Connect.
Необходимо помнить, что при использовании Telnet-программы NetManage Cha-
meleon нужно указывать адрес компьютера, тип эмулируемого терминала и номер
порта. Что касается последнего, несмотря на то что для Telnet-связи по умолчанию
используется порт номер 23, некоторые организации предпочитают задействовать
другой порт, часто с большим номером, пытаясь таким образом скрыть Telnet-сер-
вер от слишком любознательных пользователей Интернета.
Рис. 12.18. Использование Telnet-программы NetManage Chameleon
для установки связи с удаленным компьютером
Для пользователей, предпочитающих более новое программное обеспечение,
на рис. 12.19 показано окно Telnet-программы в Windows 2000. Пользователям,
которые помнят времена повсеместного использования системы DOS, должно
быть известно, что существует версия программы Telnet с командной строкой.
После выбора в меню Пуск команды Выполнить и ввода в поле Открыть команды
Web-навигация
545
Telnet отобразится окно, аналогичное изображенному на рис. 12.19, где нужно бу-
дет ввести команду, необходимую для установки связи с требуемым компьютером.
C:\WINN1 \6ystem32elrel.exe
Telnet
Microsoft (Й> Windows 2JDJD0 (ТМ> версия 5.1Э1Э (Сборка 2195)
Добро пожаловать в программу-клиент Microsoft
Клиент службы Telnet. Сборка 5.00.99206.1
Символ переключения режима: ССТЯЬ>+<]>
Microsoft Telnet> ?
Команды могут быть сокращены. Поддерживаемыми
командами являются:
close закрыть текущее подключение
display отобразить параметры операции
□реп подключиться к сайту
quit выйти из telnet
set установить параметры (введите ’’set ?*',
status вывести сведения о текущем состоянии
unset сбросить параметры (введите ’’unset ?”.
?/help вывести справку
Microsoft Telnet> „
чтобы вывести их список''
чтобы вывести их список/
Рис. 12.19. Командная строка клиентской программы Telnet в Windows 2000
TN3270
TN3270 - это еще одна популярная программа для обеспечения связи с удален-
ным терминалом, подобная Telnet. Данная программа была создана для работы
с кодами управления экраном, используемыми терминалами IBM 3270. Примене-
ние TN3270 позволяет компьютерам клиента соединяться с мэйнфреймами IBM.
Протокол передачи гипертекстовых файлов
Протокол передачи гипертекстовых файлов (Hypertext Transfer Protocol, HTTP)
является наиболее популярным интернет-приложением TCP/IP, служащим для
обмена информацией между web-браузером и web-сервером. Здесь термин «брау-
зер» употребляется для определения программного продукта, использующего с
целью передачи информации HTTP и поддерживающего отображение web-стра-
ниц, созданных при помощи стандартного языка HTML.
Web-навигация
Рост популярности Интернета во многом обусловлен расширением масштабов
использования World Wide Web. Неструктурированное множество web-серверов
содержит большое количество текстовых, графических и звуковых файлов, дос-
туп к которым можно получить с помощью браузера.
На рис. 12.20 показано окно популярного браузера Netscape Navigator с ото-
браженной web-страницей корпорации Netscape (которая в настоящее время яв-
ляется частью корпорации AOL). Адрес просматриваемой страницы отображается
546
Глава 12. Интернет
в поле Location и представляет собой адрес файла или унифицированный указа-
тель информационного ресурса (URL), который обеспечивает механизм установ-
ления сеанса FTP- или Telnet-связи, что позволяет просматривать файлы в окне
браузера.
Рис. 12.20. Web-узел корпорации Netscape
В соответствии с web-терминологией, просматриваемый файл называется стра-
ницей. Web-страница может иметь внедренные связи с другими страницами, ак-
тивизируемые посредством гиперссылок. В примере на рис. 12.20 указатель мы-
ши в виде стрелки находится на подсвеченной надписи Suzanne's Choice. Эта
надпись является гиперссылкой, и с ней связан адрес страницы, которую можно
отобразить в окне браузера, выполнив щелчок мышью на надписи. URL, связан-
ный с соответствующей гиперссылкой, появляется в нижней части экрана в стро-
ке текущего состояния при помещении указателя мыши на ссылку. На рис. 12.20
в данной строке отображается следующий URL-адрес:
http://info.netscape.eom/fwd/hoppppoon31/http://lifestyles.netscape.com/lifestyles/
В последние годы темпы подключения новых web-серверов к Интернету резко
увеличились. Уже в 2001 году количество серверов, подключенных к Всемирной
сети, превысило несколько миллионов. С их помощью пользователи могут узна-
вать результаты спортивных соревнований, получать информацию о новых мар-
ках автомобилей, осуществлять поиск работы либо, пользуясь онлайн-каталога-
ми, заказывать различные товары.
Интернет-приложения
547
Одной из основных задач при работе с World Wide Web является быстрый по-
иск нужной информации, ведь к Интернету подключено несколько миллионов
web-серверов, каждый из которых имеет собственный URL-адрес.
С целью облегчения поиска нужных сведений многие компании создают так на-
зываемые поисковые серверы («поисковики»). Эти серверы содержат большие ба-
зы данных, где хранятся сведения о месте нахождения определенной информации,
и используют для выполнения поиска специальное программное обеспечение. Ба-
зы данных поисковых серверов обычно создаются при помощи «программных ро-
ботов», которые определяют адреса необходимых узлов в ходе анализа содержимо-
го web-страниц, титульных надписей или категории информации, расположенной
на странице. На рис. 12.21 изображена страница поискового портала Yahoo! с за-
просом на поиск в World Wide Web информации о Fast Ethernet.
•Camera? ,
' ' ’ Sports „ i jv _ r i-u_ J ' < ____ —
r Conns Bocks • Stamps • Flat Panel? Palm Pikt? । tormim>t ctreust.
’ Mall Cards - MeCwre. Jelrr, Gnf&v Jr. Iter Peck I-MsJSEaErarfcatas
' I Iowa
-
, . , ' • Yaltool Darnatfis - get
claffn-your-naoie com
' • Sh:t- far Mottt -
j Day «May 13
Of . « - 4
Рис. 12.21. Страница поискового портала Yahoo! с запросом
на поиск информации о Fast Ethernet
Применение web-серверов для поиска информации является, как правило, бес-
платной услугой. Ожидается, что в будущем все больше правительственных, ком-
мерческих и образовательных организаций будут использовать Web и подклю-
чать свои серверы к Интернету.
Интернет-приложения
Развитие Интернета привело к появлению множества приложений, разработан-
ных для использования в этой глобальной сети. К числу наиболее популярных из
548
Глава 12. Интернет
них относятся, в частности, VoIP — программа, предназначенная для передачи
оцифрованной речевой информации через Интернет (работает с использованием
IP-протокола на сетевом уровне), и VPN (виртуальные частные сети).
Передача оцифрованной речевой
информации при помощи протокола IP
Передача через Интернет оцифрованной речевой информации стала возможной
в 1996 году, когда было разработано программное обеспечение, позволяющее ис-
пользовать в качестве цифрового телефона персональный компьютер, к которому
подключены микрофон, звуковая карта и пара динамиков. Данная технология из-
вестна как интернет-телефония, или IP-телефония. При помощи специального
метода гибридного кодирования указанное программное обеспечение преобразу-
ет речь, поступающую на микрофон, в пакеты, которые затем передаются по сети.
Метод гибридного кодирования состоит в дискретном представлении речевой ин-
формации в соответствии с такими характеристиками звука, как, например, вы-
сота тона и громкость, вместо непосредственного кодирования речи. При этом пе-
редача пакетов данных производится со скоростью около 4800 байт/с.
Использование ранних версий программного обеспечения для интернет-теле-
фонии требовало предварительного подключения пользователя к серверу для со-
единения с желаемым абонентом, что ограничивало применение интернет-теле-
фонии для связи только двух ПК. В настоящее время существуют специальные
шлюзы, соединяющие Интернет с коммутируемыми телефонными сетями общего
пользования (Public Switched Telephone Network, PSTN). Это дает возможность
пользователям производить звонки со своего компьютера на любой телефонный
аппарат. Более того, начиная с 2001 года, осуществлять телефонные звонки по-
зволяют программные продукты некоторых компаний, предоставляющих онлай-
новые службы сообщений, и в частности MSN Messenger, Yahoo! Messenger, ICQ
корпорации AOL.
На рис. 12.22 изображено окно MSN Messenger Phone с параметрами для выполне-
ния телефонного звонка абонентом, живущим в штате Джорджия, абоненту, нахо-
дящемуся в Калифорнии. Слева показано диалоговое окно MSN Messenger Service, в
верхней части которого расположена кнопка Call. Если щелкнуть мышью на этой
кнопке, откроется диалоговое окно MSN Messenger Phone, представленное в правой
части рисунка. В соответствующее поле этого окна введен код города Сан-Фран-
циско, а указатель мыши находится над кнопкой с цифрой 5. В последнее время
такие компании, как America Online (AOL) и Yahoo!, предоставляют своим поль-
зователям бесплатные услуги по осуществлению телефонных звонков абонентам,
находящимся на территории США и Канады. Это дает основание предположить,
что в недалеком будущем схема реализации звонков на большие расстояния
(в том виде, в каком мы ее знаем) изменится.
Основным преимуществом такого способа телефонной связи, то есть при по-
мощи MSN Messenger, Yahoo! и других сервисов, является то, что это — бесплат-
ная услуга. К недостаткам в настоящий момент можно отнести качество передачи
Виртуальная частная сеть
549
звука, которое гораздо ниже, чем при использовании обычной телефонной сети.
Низкое качество звука можно объяснить тем обстоятельсьвом, что пакеты оцифро-
ванной речевой информации передаются независимо и приходят в пункт назначе-
ния различными маршрутами. Вследствие этого некоторые пакеты задерживают-
ся и доставляются адресату не в той очередности, в которой были отправлены.
Кроме того, низкое качество звука обусловлено принципом передачи данных че-
рез Интернет. Если маршрутизатор, на который пришла дейтаграмма, перепол-
нен, он ее игнорирует. С помощью каждой дейтаграммы можно передать речевую
информацию длительностью 20 мс оцифрованного звука. Если некоторые дейта-
граммы не попадут в пункт назначения, информация будет воспроизведена с за-
метными перерывами. Улучшить качество интернет-телефонии можно за счет ис-
пользования волоконно-оптических каналов. Это позволит повысить пропускную
способность каналов связи, что, в свою очередь, приведет к увеличению масшта-
бов применения данной технологии.
Рис. 12.22. Использование программы MSN Messenger
для выполнения звонка через Интернет
Виртуальная частная сеть
Использование виртуальных частных сетей (Virtual Private Network, VPN) по-
зволяет передавать данные от одного узла к другому по распределенным сетям.
При этом в случае необходимости их маршрут может изменяться. Как правило,
сети VPN функционируют на основе Интернета, однако могут быть реализованы
с помощью любых распределенных сетей, включая сети Frame Relay и даже более
старые пакетные сети Х.25. Интернет в данном случае использовать предпочти-
тельнее, поскольку это выгоднее с финансовой точки зрения.
550
Глава 12. Интернет
Для сравнения на рис. 12.23 представлены две схемы соединения трех узлов —
с помощью частной сети, включающей две выделенные линии, и с помощью Ин-
тернета. Следует отметить, что пропускная способность выделенной линии с ка-
налом Т1 составляет примерно 1,544 Мбит/с. Предположим, что месячная абон-
плата за использование выделенной линии равна 4 долларам за милю (эта сумма
определяется организацией, предоставляющей услуги связи и обслуживающей
линию), а месячная плата за доступ к Итернету с помощью системы Т1 составля-
ет 1000 долларов.
Допустим, что расстояние от абонента А до абонентов В и С одинаково и рав-
но 100 милям. В случае применения выделенной линии для соединения трех або-
нентов потребуется канал длиной 200 миль. Следовательно, месячная плата за
использование выделенной линии Т1 для соединения трех абонентов составит
4 доллара х 200 миль = 800 долларов. А если все три абонента для связи друг с
другом станут применять Интернет, то ежемесячно придется тратить 3000 долла-
ров — по 1000 долларов на каждого из них. Как видите, месячная плата за связь
при помощи выделенных линий намного ниже платы за соединение посредством
Интернета. Давайте предположим, что каждый из абонентов В и С удален от або-
нента А на 1000 миль. Теперь для обеспечения связи необходимо 2000 миль вы-
деленной линии Т1, а сумма, которую придется платить каждый месяц, составит
4 доллара х 2000 миль = 8000 долларов. Плата за использование Интернета оста-
нется прежней — 3000 долларов в месяц. Таким образом, с экономической точки
зрения соединение через Интернет намного выгоднее.
Второе преимущество применения VPN состоит в том, что каждому абоненту
достаточно лишь одного соединения с Интернетом. Если в сети из выделенных
линий используются маршрутизаторы, то для связи трех абонентов маршрутиза-
торам понадобится четыре порта. Если же пользователи выбрали соединение че-
рез Интернет, каждому маршрутизатору требуется по одному порту на абонента.
в
с
а
Рис. 12.23. Методы реализации VPN-сети: а — с применением выделенных линий
для связи трех абонентов; б — на основе Интернета
Резюме
551
Третье преимущество связано с особенностями распределенной структуры се-
тей. Если один или несколько маршрутизаторов в одной сети или маршрутизатор
в Интернете будут не доступны, данные можно направить по другому маршруту.
В случае работы с выделенными линиями для получения возможности перена-
правлять данные организации придется провести дополнительные линии, что уве-
личит стоимость использования сети.
Несмотря на экономическую выгоду, удобную конфигурацию оборудования
и надежность VPN, при ее использовании возможны некоторые трудности. Глав-
ными недостатками VPN, основанной на Интернете, являются сравнительно не-
высокая пропускная способность и низкий уровень безопасности при передаче
данных.
При работе в Интернете пользователь осуществляет обмен информацией одно-
временно с тысячами или даже с миллионами других пользователей, также зани-
мающих полосу пропускания. Но если какой-либо мрашрутизатор перегружен, он
начинает игнорировать дейтаграммы. Поэтому пользователь не всегда может до-
биться желаемого уровня пропускной способности сети из-за того, что в это вре-
мя другие пользователи также передают данные. Кроме того, пропускная способ-
ность линий и производительность маршрутизаторов устанавливаются разными
интернет-провайдерами. Пропускная способность является очень важным пара-
метром при обмене данными, но для многих организаций более важным факто-
ром считается безопасность передаваемой информации. Если внутренняя сеть орга-
низации подключена к Интернету, она становится потенциальной мишенью для
взломщиков. Некоторые хакеры пытаются проникнуть на web-сервера организа-
ций лишь с целью проверить свои силы — в таком случае производимые ими из-
менения web-узлов минимальны. Другие же стараются повредить компьютерную
систему организации, получив доступ к ее базам данных, чтобы манипулировать
ими. Это приносит большие убытки. Для предотвращения потенциальной угрозы
нанесения ущерба подключенному к сети компьютерному оборудованию разра-
ботано множество средств безопасности. Сюда входят механизмы аутентифика-
ции, идентифицирующие удаленный компьютер, с которого осуществляется дос-
туп к системе, антивирусные программы, производящие проверку поступающей
электронной почты, списки маршрутов доступа, использующиеся для фильтра-
ции дейтаграмм, брандмауэры (аппаратно-программные средства межсетевой за-
щиты), позволяющие организациям применять разные способы защиты инфор-
мации. К числу последних можно отнести различные методы кодирования отдель-
ных дейтаграмм, пересылаемых между пользователями одной организации. Более
подробно программные и аппаратные средства защиты информации рассматри-
ваются в главе 16.
Резюме
♦ TCP представляет собой ориентированный на соединение протокол транс-
портного уровня, который обеспечивает достаточно надежную передачу дан-
ных. IP — это не ориентированный на соединение протокол сетевого уров-
ня, обеспечивающий обмен данными между сетями.
552
Глава 12. Интернет
♦ Два основных фактора увеличения масштабов использования Интернета
состоят в том, что TCP/IP располагается на общедоступном домене и мо-
жет быть использован как в глобальных, так и в локальных сетях.
♦ Большинство частных лиц осуществляют доступ к Интернету при помощи
коммутируемых линий, пользуясь услугами провайдеров интернет-услуг.
А коммерческие организации для подключения своих локальных сетей к
Интернету предпочитают задействовать выделенные линии.
♦ IP-адрес имеет длину 32 бита и может быть представлен как набор четырех
десятичных цифр, разделенных точками.
♦ Технология подсетей позволяет при помощи маски присваивать один IP-
адрес двум и более сетям.
♦ Служба имен доменов (DNS) отвечает за преобразование зарегистрирован-
ных имен интернет-адресов в IP-адреса.
4- При регистрации имени какой-либо организации согласно ICANN ей при-
сваивается одно из шести имен доменов, соответствующих ее типу, или
имя домена, определяющее географическое положение организации.
-4 Протокол ICMP предназначен для передачи сообщений об ошибках и ин-
формации о состоянии устройств.
4 Процесс преобразования логического IP-адреса в физический адрес аппа-
ратного устройства называется разрешением адреса, а обратный процесс
известен как обратное разрешение адреса.
4 UDP — это протокол транспортного уровня, не ориентированный на соеди-
нение; используется для обмена данными без предварительной установки
связи между станциями.
4 Протокол TCP задействует номера портов в заголовке сообщения для обеспе-
чения взаимодействия прикладных процессов с потоками данных.
4 Для работы TCP/IP-приложений необходимо определить три адреса: ад-
рес порта, IP-адрес и физический адрес.
4 Поле Размер окна TCP-заголовка предоставляет механизм управления пе-
редачей данных от отправителя к получателю.
4 Наиболее популярными интернет-приложениями, основанными на исполь-
зовании TCP/IP, являются: протокол передачи файлов (FTP), Telnet и про-
токол передачи гипертекстовых файлов (HTTP).
4 Протокол двухточечного соединения (РРР) обеспечивает передачу различ-
ных протоколов сетевого уровня, включая IP, по последовательным лини-
ям связи.
4 Для того чтобы облегчить выполнение операций с использованием команд-
ной строки, было разработано большое количество ТСР/1Р-приложений,
поддерживающих графический интерфейс пользователя.
Контрольные вопросы
553
Контрольные вопросы
1. Что такое ARPANET? Выберите один из вариантов ответа:
а) набор сетей Ральфа Крамдена;
б) сеть, созданная агентством DARPA;
в) протокол транспортного уровня;
г) сеть с протоколом, не ориентированным на соединение.
2. Какой из протоколов набора TCP/IP является протоколом транспортного
уровня, не ориентированным на соединение? Выберите один из следую-
щих вариантов ответа:
a) TCP;
б) UDP;
в) IP;
г) SNMP.
3. TCP/IP:
а) используется только в локальных сетях;
б) применяется только на компьютерах IBM PC;
в) располагается на общественном домене;
г) разработан доктором Изернетом.
4. Какая организация определяет часть IP-адреса, идентифицирующую сеть?
Выберите один из предложенных вариантов ответа:
a) NetCen;
б) Network Center;
в) Nicnet;
г) ICANN.
5. Кем обычно задается часть IP-адреса, идентифицирующая хост? Выберите
один из вариантов ответа:
а) ТСР/1Р-координатором;
б) ICANN;
в) администратором локальной сети;
г) администратором баз данных.
6. Наибольшее количество хостов в локальной сети позволяют определять
адреса:
а) класса А;
б) класса В;
в) класса С;
г) класса D.
554
Глава 12. Интернет
7. Какому классу принадлежит IP-адрес 198.78.41.0? Выберите один из вари-
антов ответа:
а) классу А;
б) классу В;
в) классу С;
г) классу D.
8. Маска подсети 255.255.255.192:
а) увеличивает часть IP-адреса, определяющую сеть, на 16 бит;
б) увеличивает часть IP-адреса, определяющую сеть, на 26 бит;
в) увеличивает часть IP-адреса, определяющую сеть, на 36 бит;
г) не влияет на часть IP-адреса, определяющую сеть.
9. Адрес ftp.moscow.edu является адресом:
а) сервера организации, географически расположенной в России;
б) FTP-сервера;
в) сервера военной организации;
г) почтового ящика Джеймса Бонда.
10. Маршрут дейтаграмм:
а) всегда остается постоянным;
б) ограничен виртуальной сетью;
в) может изменяться;
г) изменяется экспоненциально.
11. Эффективность передачи потока дейтаграмм обусловлена:
а) отсутствием необходимости уставливать предварительную связь;
б) использованием виртуально-замкнутого маршрута;
в) экспоненциальным потоком данных;
г) использованием IP.
12. В локальной сети IP-дейтаграмма транспортируется:
а) в заголовке кадра;
б) в поле Контрольная сумма кадра;
в) в поле Данные',
г) после ТСР-заголовка.
13. Максимальная длина IP-дейтаграммы составляет:
а) 16 бит;
б) 32 бита;
в) 65 535 октетов;
г) 32 октета.
Контрольные вопросы
555
14. Какое поле в IP-заголовке не позволяет дейтаграмме вечно странствовать
по Интернету? Выберите один из вариантов ответа:
а) поле Флаги-,
б) поле Протокол;
в) поле Время жизни;
г) поле Адрес отправителя.
15. Протокол разрешения адресов (ARP) переводит:
а) физический адрес в адрес аппаратного средства;
б) IP-адрес в логический адрес;
в) адрес аппаратного средства в физический адрес;
г) IP-адрес в адрес аппаратного средства.
16. Во время сеанса Telnet-связи используется порт под номером:
а) 21;
б) 23;
в) 25;
г) 27.
17. Значение 27 в ноле Номер положительного подтверждения указывает на
следующее:
а) приемник предполагает, что ему будет отправлено еще 27 сегментов;
б) приемник предполагает, что ему будет отправлен сегмент 27;
в) источник отправит еще 27 сегментов;
г) приемник и источник готовы к приему еще 27 сегментов.
18. Окно TCP:
а) может быть использовано для управления потоком информации;
б) открывается всегда, если значение поля равно 0;
в) открывается всегда, если значение поля равно 1;
г) открывается в горизонтальном направлении.
19. Основное преимущество работы с TCP/IP-приложениями, поддерживаю-
щими графический интерфейс пользователя, состоит в:
а) возможности присоединения приложения к НР-адресу;
б) упрощенном методе использования программ;
в) наличии возможности обмениваться файлами;
г) предоставляемом механизме защиты сервера.
20. TN3270 - это:
а) эмулятор терминала, разработанный для асинхронных приложений;
б) FTP-метод передачи файлов;
в) эмулятор терминала, разработанный в 1958 году;
г) эмулятор терминала для доступа к рабочим станциям IBM.
556
Глава 12. Интернет
21. Какое устройство генерирует ICMP-сообщение «Destination Unreachable»?
Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) маршрутизатор;
б) сервер;
в) рабочая станция;
г) адаптер ЛВС.
22. Для регламентации процедур пересылки почтовой корреспонденции от сер-
вера к клиенту используется:
а) программа Tracert;
б) программа Traceroute;
в) программа POP;
г) программа Ping.
23. Значение 2, содержащееся в поле Время жизни IP-дейтаграммы, свидетель-
ствует о том, что:
а) дейтаграмма игнорируется;
б) дейтаграмма может быть передана еще через два маршрутизатора;
в) дейтаграмма может быть передана еще через один маршрутизатор;
г) дейтаграмма не пропускается ни через один маршрутизатор.
24. VPN представляет собой:
а) web-браузер;
б) ТСР/1Р-протокол;
в) виртуальную частную сеть;
г) протокол сетевого уровня.
Глава 13
Сеть ISDN
4- Предпосылки создания ISDN
4- Архитектура ISDN
4- Стандарты реализации ISDN
4- Развитие сети ISDN
4- Система цен
4- Дополнительные сферы применения ISDN
Цифровая сеть связи с комплексными услугами (Integrated Services Digital Net-
work, ISDN) - это универсальная цифровая сеть, передающая по обычным теле-
фонным линиям как голосовую (речевую) информацию, так и данные. В этой
главе рассказывается о назначении сети ISDN, описывается ее архитектура и пе-
речисляются ее преимущества и недостатки.
Предпосылки создания ISDN
Необходимость в передаче речевой информации привела к разработке аналоговой
телефонной системы. Такая система хорошо передает человеческую речь, но при
обмене цифровыми данными, генерируемыми компьютером, их требуется преоб-
разовывать в аналоговую форму. Но производить подобную операцию неудоб-
но и невыгодно, так как модемы на обоих концах телефонной линии постоянно
должны преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые и наоборот.
Стремительное развитие технологий обработки цифровых сигналов, сопрово-
ждаемое существенным снижением цен на полупроводниковые электронные схе-
мы, привело к широкому применению цифровых технологий в телефонных се-
тях. В 60-х годах прошлого столетия телефонные компании приступили к замене
электромеханических переключателей, используемых на телефонных станциях,
цифровыми. В начале 1970-х годов некоторые телефонные компании начали пре-
доставлять услуги сквозной связи. При этом цифровые данные однополярного
формата, выдаваемые компьютерами или терминалами, преобразовывались в мо-
дифицированный двухполярный формат, после чего передавались в пункт назна-
чения, проходя через последовательность цифровых повторителей. В пункте на-
значения данные вновь преобразовывались в однополярный формат. Однако стои-
мость цифровой передачи сигнала увеличивалась за счет установки повторителей.
558
Глава 13. Сеть ISDN
Принцип использования усилителей в аналоговых линиях и повторителей, выпол-
няющих аналогичные функции, в цифровых линиях показан на рис. 13.1.
Усилитель
Повторитель
Рис. 13.1. Принцип использования усилителей и повторителей
Усилитель, используемый в аналоговых линиях, усиливает сигнал вместе со
всеми его составляющими, в том числе с шумом. А вот цифровой повторитель, на-
зываемый также регенератором данных, генерирует новый сигнал, устраняя все
искажения, возникшие при прохождении исходного сигнала по цифровой линии.
Так как усилитель в аналоговой линии усиливает сигнал вместе с искажения-
ми, а повторитель в цифровой линии генерирует новый сигнал, устраняя все его
искажения, частота появления ошибок, возникающих при передаче в цифровой
линии, намного ниже, чем при использовании аналоговой. К тому же стоимость
устройств, преобразующих сигнал из однополярного формата в двухполярный
и в обратном порядке, меньше стоимости модемов, преобразующих сигнал в ана-
логовой линии.
В середине 80-х годов большинство телефонных компаний уже широко приме-
няли цифровые технологии связи, поэтому между телефонными станциями дан-
ные в основном передавались в цифровом виде, хотя от абонента до телефонной
станции речевые сигналы доставлялись по местным линиям связи в аналоговом
виде. На телефонной станции речевые сигналы преобразовывались в цифровую
форму для последующей передачи по линиям телефонной системы. А на теле-
фонной станции, расположенной ближе всего к пункту назначения передаваемой
информации, цифровые данные, как вы, по-видимому, догадываетесь, опять пре-
образовывались в аналоговую форму и передавались абоненту.
Прогресс в развитии технологии цифровой телефонной связи создал предпо-
сылки для разработки ISDN. Более того, ISDN можно рассматривать как эволю-
ционный шаг на пути преобразования, в конечном счете, всех аналоговых теле-
фонных линий в цифровые, позволяющие передавать от источника к получателю
как речевую информацию, так и данные в цифровом виде.
Наряду с передачей данных и речевой информации в цифровом виде, ISDN по-
зволяет пользоваться целым рядом дополнительных возможностей, недоступных
в случае применения обычной аналоговой технологии передачи. При использова-
нии ISDN абонент может говорить по телефону и одновременно применять ту же
линию для обмена данными при помощи своего компьютера. Благодаря этому уве-
личивается эффективность работы и снижаются затраты на прокладку кабеля в
здании, так как теперь нет необходимости в прокладке отдельных кабелей для пе-
редачи данных и речевой информации.
Архитектура ISDN
559
Применение ISDN в домашних условиях дает возможность пользователям реа-
лизовать некоторые дополнительные возможности (при наличии телефонной ли-
нии), в том числе считывать показания некоторых бытовых приборов, работать
со сканируемыми изображениями, осуществлять доступ к Интернету, отправлять
и получать электронную почту и т. д.
Архитектура ISDN
В ISDN определены два метода доступа к цифровой линии: базовый доступ и ос-
новной доступ. Первый метод реализуется при соединении с цифровой линией
отдельного терминала и телефона, второй позволяет осуществлять доступ к сети
нескольких абонентов, имеющих базовый доступ, по одной общей линии.
Базовый метод доступа
При базовом доступе к цифровой линии по многоканальному соединению исполь-
зуется мультиплексирование каналов с разделением времени. Для прокладки та-
кой линии применяется витая пара. Эта линия напрямую соединяет терминал
пользователя с телефонной станцией или с частной АТС, имеющей исходящую
и входящую связь.
Как видно из рис. 13.2, при базовом методе доступа используются два канала-
носителя (В-канала) и один управляющий канал (D-канал). Часто линию переда-
чи данных при использовании базового доступа называют линией 2B+D. Все три
канала в качестве среды передачи используют одну витую пару, но они разделе-
ны по времени. Каждый В-канал обеспечивает передачу оцифрованной рече-
вой информации или потока данных со скоростью 64 кбит/с, для чего предостав-
ляется один речевой канал с кодово-импульсной модуляцией при частоте дискре-
тизации 8 кГц и разрешении 8 бит на отсчет. Управляющие сигналы передаются
по отдельному D-каналу со скоростью 16 кбит/с. Общая скорость передачи при
использовании линии 2B+D равна 144 кбит/с. А реальная скорость передачи дан-
ных по линии с учетом кодированных данных (F) и мультиплексирования со-
ставляет 192 кбит/с.
F Канал В1 D Канал В2
Рис. 13.2. Структура канала ISDN
при базовом доступе
Благодаря наличию двух каналов передачи данных пользователь при базовом
доступе может одновременно вести телефонный разговор и передавать данные или
во время разговора с одним абонентом отвечать на звонок второго. В последнем
случае пользователь, при наличии соответствующего оборудования, может вести
разговор с одним абонентом, а второго держать на связи, используя для этого
лишь одну телефонную линию. При аналоговой технологии для осуществления
подобного «трюка» понадобились бы две линии.
560
Глава 13. Сеть ISDN
Вообще говоря, при использовании метода базового доступа к одной стандарт-
ной телефонной линии можно присоединить до восьми различных устройств, дос-
туп к которым обычно производится независимо. Это могут быть, в частности, те-
лефоны, факсы или компьютеры. Такой множественный доступ организуется
посредством D-канала, применяемого для управления В-каналами. Канал D ис-
пользуется для установления и завершения телефонного соединения между або-
нентами и для передачи пакетов данных с низкой скоростью. Однако одновремен-
но доступ может производиться только к трем устройствам, так как при базовом
доступе задействуется только три канала.
И еще несколько слов о преимуществах использования линий ISDN вместо
обычных телефонных. На рис. 13.3, а показано, как к коммутируемой телефонной
сети подключаются телефон, факс и компьютер с модемом. Делается это за счет
прокладки трех раздельных линий, соединяющих дом или офис с телефонной
станцией. На рис. 13.3, б, в свою очередь, показано, как те же устройства подклю-
чаются к телефонной сети с использованием базового доступа ISDN. В этом слу-
чае требуется прокладка лишь одной телефонной линии, по которой передается
сжатый поток цифровых данных. Несмотря на то что в случае применения базо-
вого доступа к одной линии можно подключить до восьми устройств, только два
два из них смогут одновременно обмениваться данными со скоростью 64 кбит/с,
так как при использовании метода базового доступа задействуются лишь два В-ка-
нала. D-канал также позволяет обмениваться низкоскоростными пакетами данных,
поэтому его можно применять для соединения с сетью ISDN домашней системы сиг-
нализации, считывания показаний некоторых бытовых приборов и т. д.
а б
Рис. 13.3. Доступ к телефонной станции: а — обычный, б — базовый ISDN
Метод основного доступа в ISDN
Метод основного доступа в ISDN позволяет нескольким клиентам с базовым дос-
тупом использовать одну линию передачи. Он был разработан для прямого под-
ключения к ISDN-сети частных телефонных сетей с исходящей и входящей связью
Стандарты реализации ISDN
561
(РАВХ) или высокоскоростных сетевых устройств (например, мультиплексор-
ных уплотнителей, которые описаны ниже в этой главе). При использовании ме-
тода основного доступа отпадает необходимость проводить отдельный канал для
каждого пользователя, применяющего базовый доступ. Вместо этого ISDN-сеть
подключается к телефонной станции при помощи одной высокоскоростной ли-
нии. Так как методы сжатия речевой информации, которые применяются в Се-
верной Америке и Европе, различаются, было определено два стандарта основно-
го доступа.
В Северной Америке используется система передачи данных, обеспечивающая
скорость передачи 1,544 Мбит/с. Ее часто называют системой Т1 (см. главу 6).
При основном доступе скорость передачи D-канала, как и каждого В-канала, со-
ставляет 64 кбит/с. При использовании 24 каналов со скоростью 64 кбит/с сум-
марная скорость передачи данных равна 1,536 Мбит/с, что на 8 кбит/с меньше
скорости канала Т1.
Линия Т1 содержит 24 канала, способных передавать оцифрованную речевую
информацию. Каждый такой канал дискретизирует сигнал 8000 раз в секунду, за-
тем для кодировки каждого дискретного значения используется 8 бит. Скорость,
необходимая для передачи этих данных, составляет 64 кбит/с. Для синхронизации
к кадру добавляется сигнальный бит, так называемый кадрирующий бит. Кадри-
рующий бит (F) помещается после битов канала 24 так, как показано на рис. 13.4.
Видно, что один кадр данных, содержащий закодированную цифровую информа-
цию, имеет длину 193 бита. Такие кадры передаются 8000 раз в секунду, а, следо-
вательно, результирующая скорость передачи данных составляет 193 х 8000 =
1,544 (Мбит/с).
В Европе используется система передачи данных Е1, которая похожа на Т1.
Линия Е1 содержит 30 В-каналов и один D-канал. Так как каждый канал обмени-
вается информацией со скоростью 64 кбит/с, суммарная скорость передачи ли-
нии составляет 2,048 Мбит/с.
|-<--------------193 бита—------------
Н—в—*4 h-8—J
бит бит
Канал
1
Канал
24
Рио. 13.4. Структура кадра согласно стандарту Т1
Стандарты реализации ISDN
При реализации ISDN адресуются три нижних уровня модели взаимодействия
открытых систем OSI, описанной в главе 10. Международный телекоммуникацион-
ный союз (ITU-T) определил наборы стандартов, управляющих интерфейсами
562
Глава 13. Сеть ISDN
физического уровня и использующихся как при базовом, так и при основном дос-
тупе. На рис. 13.5 представлена схема соответствия стандартов ISDN уровням
модели OSI. Как видно из рисунка, ISDN соответствует двум наборам стандар-
тов: I и Q. Стандарты I определяют процедуру подключения аппаратных средств,
поддерживающих ISDN, к сетям ISDN. Стандарты Q определяют способы пере-
дачи управляющих данных по каналу D.
Стандарт Q..921 определяет структуру кадра, содержащего передаваемую по
D-каналу информацию, и содержимое полей кадра. Стандарт Q.931 описывает
процедуры, используемые для установления и прекращения связи, структуру со-
общений, предназначенных для передачи управляющей информации, и тип сооб-
щений, передаваемых на сетевом уровне. Коммерческим распространением стан-
дартов ITU-T занимается организация ITU.
Модель реализации ISDN
Модель взаимодействия открытых систем OSI
Рис. 13.5. Схема соответствия стандартов ISDN уровням модели OSI
Характеристики сети
Метод базового доступа позволяет абоненту, не устанавливая дополнительного
оборудования, использовать три канала передачи данных. Абонент может одно-
временно вести телефонный разговор, осуществлять обмен информацией при по-
мощи компьютера и, например, передавать данные приборов (счетчиков) соот-
ветствующим организациям. Конечно, одновременная передача по трем каналам
в одной линии очень удобна и выгодна для пользователя. Благодаря этому увели-
чивается производительность работы и эффективность использования линии.
На уровне физического интерфейса в сети ISDN используется унифициро-
ванный восьмиконтактный разъем, поэтому все устройства должны иметь такие
же разъемы. Это избавляет от необходимости менять разъемы устройств при под-
ключении в другом месте, благодаря чему снижаются расходы на их обслужива-
ние. Появляется возможность создания «разумных» телефонов и им подобных
устройств. Например, при перемещении телефона на другое рабочее место доста-
точно просто вставить его кабель в гнездо, подключенное к сети, и телефон сразу
Стандарты реализации ISDN
563
определит свое новое положение в телефонной сети. Это позволяет работникам
в случае изменения их рабочих мест в пределах организации сразу пользоваться
телефоном, а не ждать, пока будет заново настроена телефонная сеть.
Телефонное оборудование и интерфейс сети
Главным компонентом ISDN является небольшой набор совместимых универ-
сальных сетевых пользовательских интерфейсов, разработанных для поддержки
различных приложений. Комитет CCITT определил четыре контрольные точки
соединения устройств, обозначаемые как R, S, Т и U (рис. 13.6).
S т
Рис. 13.6. Сетевые интерфейсы и контрольные точки
Все устройства сети ISDN подразделяются на две функциональные группы
терминального оборудования: ТЕ1 и ТЕ2. К терминальному оборудованию отно-
сятся цифровые телефоны, терминалы, преобразующие данные, и рабочие стан-
ции с интегрированными средствами ведения телефонных разговоров. К группе
ТЕ! относятся устройства, поддерживающие пользовательский сетевой интер-
фейс ISDN. Эти устройства можно подключать напрямую к ISDN, через кон-
трольную точку S, что позволяет использовать В- и D-каналы для множественно-
го доступа.
При использовании ISDN очень важную роль играют устройства, позволяю-
щие подключать к сети оборудование, не поддерживающее ISDN-интерфейс. Эти
устройства называются терминальными адаптерами (ТА).
Функциональная группа сетевых терминалов NT2 включает устройства, управ-
ляющие коммутацией и потоком данных. Их функции соответствуют функциям
первых трех уровней модели взаимодействия открытых систем OSI. В эту группу
входят частные телефонные сети, ЛВС, концентраторы и мультиплексоры.
Функциональная группа сетевых терминалов NT1 включает устройства с циф-
ровыми интерфейсами. Их функции соответствуют первому уровню модели взаи-
модействия открытых систем OSI. Устройства, принадлежащие к группе NT1,
обеспечивают физическое и электрическое согласование цепей, управление ли-
нией связи и синхронизацию данных. В Европе, где большинство компаний, пре-
доставляющих связь, являются монополистами, функции устройств групп NT1
и NT2 обычно выполняются одним устройством на АТС. Такие устройства обыч-
но относят к объединенной группе NT12. В отличие от Европы, в Соединенных
Штатах коммуникационная компания может предоставлять, например, только ус-
луги NT1, а оборудование необходимо подключать через контрольную точку Т.
564
Глава 13. Сеть ISDN
Следует рассказать несколько подробнее об использовании технологии ISDN
в США. Федеральная комиссия связи (FCC) в США требует от абонентов сети
ISDN осуществлять поддержку NT1-интерфейса, к которому подключена линия.
Данное постановление обязывает абонентов обеспечивать питание устройств NT1.
Это необходимо потому, что при прекращении подачи питания на NT1-устройст-
во линия не будет функционировать. А вот при использовании традиционной ана-
логовой телефонной связи для ее обеспечения на стороне абонента необходим
только телефонный аппарат, причем для него не требуется отдельный источник
питания. Обычный телефон для питания использует напряжение телефонной се-
ти, подаваемое в линию с телефонной станции. Обычно станции имеют генераторы
и батареи, позволяющие поддерживать связь при выключении электропитания.
Это объясняет, почему при повреждении линии электропередачи, когда в доме гас-
нет свет, надоедливый сосед все равно может позвонить вам и поинтересоваться,
что случилось. Вот почему существует мнение, что ISDN-устройства отнюдь не
заменяют аналоговые устройства, а должны рассматриваться лишь как дополне-
ние к ним.
Контрольная точка Т — это, по сути, шина, предоставляемая клиенту сетевым
терминалом NT1, контрольная точка S является интерфейсом между РВХ и ISDN-
терминалами, контрольная точка R представляет собой соединение между несо-
вместимыми с ISDN терминалами и терминальным адаптером.
В контрольной точке U для связи пользовательских устройств и телефонной
станции используется медная витая пара (при базовом доступе) или четырехпро-
водное соединение (при основном доступе). Между этой контрольной точкой и
телефонной станцией данные передаются в специальном сжатом формате 2B1Q.
Код 2B1Q представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, то
есть символом Q в каждый момент времени передается 2 бита информации (4 ко-
довых состояния). При передаче в 2В IQ-формате используется четырехуровне-
вый сигнал, каждый уровень которого соответствует коду двух битов данных. Со-
отношение между уровнем сигнала и двумя закодированными битами данных
при 2B1Q-кодировании представлено в табл. 13.1. На рис. 13.7 приведен пример
2B1Q-кодирования и результирующее соотношение между символом Q и двумя
закодированными битами данных.
Таблица 13.1. Соотношение между уровнем сигнала и двумя закодированными
битами данных
Уровень сигнала Значение двух закодированных битов данных
-3 00
-1 01
+3 10
+1 11
За счет использования 2B1Q-кодирования при базовом доступе можно увели-
чить скорость передачи данных. Это позволяет применять пару обычных медных
проводов, проложенных от абонента до телефонной станции, для обмена инфор-
мацией с использованием технологии ISDN.
Развитие сети ISDN
565
Четырехуровневый сигнал
+3
+1
О
-1
-3
Q +1 -1 -3 +3 +1 -3
2В 11 01 00 10 11 00
Рис. 13.7. Пример 2ВКЭ-кодирования
ПРИМЕЧАНИЕ ---------------------------------------------------------------
Для получения более подробной информации о контрольных точках ISDN и сетевых интер-
фейсах обращайтесь к стандарту ITU-T I.
Набор стандартизованных сетевых интерфейсов позволяет использовать ISDN-
сеть всем терминалам, как поддерживающим ISDN, так и не поддерживающим
эту технологию. В последнем случае устройство можно подключить к ISDN-сети
при помощи терминального адаптера.
Развитие сети ISDN
В конце 1980-х годов в Соединенных Штатах и в некоторых других странах было
введено в эксплуатацию несколько пробных ISDN-сетей, о чем неоднократно со-
общалось в СМИ. Испытания подтвердили перспективность проекта, но в сере-
дине 1990-х годов число ISDN-сетей, используемых в США, составляло лишь
несколько процентов от числа аналоговых линий. В большинстве случаев для при-
менения технологии ISDN телефонным компаниям было необходимо усовершен-
ствовать или заменить старые коммутаторы на телефонных станциях. В конце
1980-х-начале 1990-х годов районы, в которых были доступны ISDN-сети, напо-
минали на карте несколько островков, окруженных «морем» без доступа к ISDN.
Но несколько лет спустя районы использования ISDN расширились настолько,
что отдельные островки на карте доступности стали сливаться, образуя большие
области. И хотя в 2001 году ISDN было еще далеко до сети, которую можно было
бы назвать общедоступной, она уже покрывала более 90 % территории США.
Есть еще две причины, замедляющие рост сетей ISDN — это проблема доступа
к ISDN-службам и проблема, связанная с недостатком приложений, которые по-
зволяли бы использовать эти сервисы. Как было отмечено ранее, обе эти пробле-
мы частично уже решены.
566
Глава 13. Сеть ISDN
Службы ISDN
До недавнего времени попытки проведения ISDN-линии и установки оборудова-
ния без приглашения представителя телефонной компании нередко заканчива-
лись плачевно. Настройка ISDN-оборудования, подключенного к линии телефон-
ной компании, нередко длилась многие часы. Объясняется это тем, что каждая
компания использовала собственный код идентификатора услуги (Service Profile
IDentifier, SPID), то есть номер, назначаемый поставщиком услуг ISDN и иден-
тифицирующий конкретный В-канал. Код представлял собой набор чисел произ-
вольного формата длиной от 3 до 20 символов. Для установки ISDN-терминала
необходимо было ввести определенный идентификатор SPID. Идентификатор
передавался на коммутатор телефонной станции, обслуживающей терминал, и од-
нозначно идентифицировал терминал. Этот код также передавался между комму-
таторами разных телефонных станций, если разговор происходил между абонен-
тами разных компаний, обеспечивающих связь.
Стандарты SPID-кода
Вторая важная проблема, препятствовавшая распространению сетей ISDN, - это
отсутствие стандартизированной системы команд. Вследствие этого пользователи
должны были уведомлять компанию, предоставлявшую связь, о типе устройств,
которые они хотели бы подключить к ISDN-линии, а компания должна была ус-
тановить режим, поддерживающий эти устройства. При отсутствии стандартов
телефонным компаниям было очень трудно программировать свои коммутаторы
для поддержки устройств, приобретенных у третьих фирм. Также возникали про-
блемы при кодировании данных, передаваемых между разными компаниями.
Признать существование проблемы было намного легче, чем решить ее. В фев-
рале 1991 года компания Bell Communications Research (Bellcore) предложила
техническую спецификацию National ISDN, сделав таким образом попытку стан-
дартизировать услуги, предоставляемые разными телефонными компаниями. На-
циональный стандарт ISDN-1 был доработан и начал использоваться телефонны-
ми компаниями в конце 1996-начале 1997 года.
Несколько компаний, включая Cincinnati Bell, GTE Corporation и Southern
New England Telephone Company, приняли соглашение, в соответствии с которым
они должны были использовать один и тот же способ подключения пользова-
тельских ISDN-терминалов к своим сетям. Также была оговорена необходимость
в использовании одинакового SPID-кода для подключения терминального обо-
рудования к ISDN-коммутаторам. Результатом такого соглашения стало то, что
SPID-код в 1997 году начали использовать не на коммутаторах телефонной стан-
ции, а на коммутаторах сети ISDN. Это означало, что ошибки, возникающие
в коммутаторах телефонных станций и при пересылке между коммутаторами раз-
ных компаний, отрицательно сказывавшиеся на возможности взаимодействия се-
тей, остались в прошлом. Некоторые из компаний, имеющих много телефонных
станций, отказались от стандарта ISDN-1 и стали применять различные его вер-
сии, известные как Custom ISDN. Проблемы инженерной несовместимости бы-
ли существенно сглажены в результате разработки стандартов National ISDN-2
Развитие сети ISDN 567
National ISDN-3, в которые были внесены небольшие изменения в методы управ-
ения ISDN.
варианты заказа
> дополнение к стандартизации кодов SPID и разработке стандартов National
SDN были также определены варианты заказа услуг в региональной компании
вязи, существенно упростившие подготовку линии к работе. Компанией Bell при-
юты два типа варианта заказа (ISDN Ordering Codes, ЮС): пользовательский и
>бщий. Основная задача в процедуре заказа - определение требуемого количества
саналов или наборов линий и их типов. Например, можно заказать только один D-
канал, или один В-канал и один D-канал, или два В-канала и один D-канал. Един-
ственное ограничение состоит в том, что в число заказанных каналов обязательно
должен входить один D-канал (он необходим для передачи управляющих сигналов
и сигналов синхронизации).
Общий ЮС содержит набор наиболее часто используемых конфигураций интер-
фейса для базового ISDN-интерфейса. Всего существует 22 варианта конфигураций
(обозначаются буквами латинского алфавита от А до V), но в табл. 13.2 представле-
ны лишь три из них.
Таблица 13.2. Примеры общего ЮС
ЮС Описание
А Базовая служба D-канала. Не предоставляет возможности для передачи
речевой информации
В Данные передаются по одному В-каналу. Не предоставляет возможности
для передачи речевой информации, но передача речи возможна
N Передача речевой информации либо данных по одному В-каналу
или передача данных по другому В-каналу и D-каналу.
Поддерживаются три возможности при выполнении дозвона:
автодозвон, прекращение дозвона и его переадресация
Пользовательский ЮС основан на общем ЮС, но представляет собой специа-
лизированную или настраиваемую версию. Разработчики аппаратных средств мо-
гут зарегистрировать свою версию пользовательского ЮС в организации Bell-
core. Существенно улучшили эксплуатационные характеристики сети ISDN так
называемые причинные коды (cause codes), разработанные в ходе стандартиза-
ции. Они позволяют контролировать состояние соединения и фиксировать по-
пытку его осуществления.
Причинные коды
Любое состояние соединения, установленного в сети ISDN, имеет соответствую-
щий причинный код. Этот код представляет собой сообщение, составленное из
набора цифр, и генерируется телефонной станцией, которая осуществляет ком-
мутацию телефона абонента. Причинный код, получаемый ISDN-адаптером або-
нента, в зависимости от используемого адаптером программного обеспечения или
просто отображается, или управляет определенными процессами. Справочные
таблицы ряда ISDN-адаптеров содержат список причинных кодов и их значения.
568
Глава 13. Сеть ISDN
Но к некоторым адаптерам такие таблицы не прилагаются. Поэтому иногда поль-
зователю остается лишь догадываться, что значит отображаемая на терминале
надпись «Cause Code 17». Наиболее широко используемые причинные коды и их
значения приведены в табл. 13.3.
Таблица 13.3. Причинные коды ISDN
Класс Значение Номер Причина
ООО 0001 1 Нулевое значение (номер не определен)
ООО 0010 2 Не определена промежуточная сеть
ООО 0011 3 Не определен маршрут к пункту назначения
ООО 0110 6 Канал не доступен
ООО 0111 7 Звонок принят и будет передан по определенному каналу
001 0000 16 Нормальное прекращение разговора
001 0001 17 Линия абонента занята
001 0010 18 Абонент не отвечает
001 0011 19 Нет ответа от абонента (абонент извещен о звонке)
001 0101 21 Звонок не принят
001 0110 22 Номер изменен
001 1010 26 Непредвиденное разъединение
001 1011 27 Устройство в пункте назначения неисправно
001 1100 28 Неправильный формат номера
001 1101 29 Средство не доступно
001 1110 30 Ответ на запрос статуса
010 0010 34 Сеть (или канал) не доступна
010 0110 38 Сеть неисправна
010 1001 41 Временная неготовность
010 1010 42 Запрос коммутирующего оборудования
010 1011 43 Нет доступа к запрашиваемой информации
010 1100 44 Требуемая сеть (или канал) не доступна
010 1101 45 Соединение прервано
010 1111 47 Ресурс не доступен или не определен
011 0001 49 Качество службы неудовлетворительно
011 0010 50 Нет соединения с запрошенным средством
011 0100 52 Исходящие звонки не доступны
011 0010 54 Входящие звонки не доступны
011 1001 57 Попытка несанкционированного доступа
011 1010 58 На данный момент доступ не предоставлен
011 1111 63 Служба или утилита не доступна или не определена
100 0001 65 Отсутствует возможность передачи
Система цен
569
Класс Значение Номер Причина
100 0010 66 Тип канала не установлен
100 0101 69 Запрошенное средство не установлено
100 0110 70 Доступен лишь ограниченный цифровой канал
100 1111 79 Служба или утилита не доступна
101 0001 81 Неправильный телефонный номер
101 0010 82 Канал не существует
101 0011 83 Существует прерванное соединение, но оно не идентифицируется
101 0100 84 Осуществляется идентификация соединения
101 0101 85 Нет прерванных соединений
101 0110 86 Соединение имеет запрошенный идентификатор
101 1000 88 В пункте назначения используется несовместимый терминал
101 1011 91 Неправильно выбрана промежуточная сеть
101 1111 95 Неправильное (не определено) сообщение
110 0000 96 Утерян обязательный элемент данных
110 0001 97 Указанный тип сообщений не существует или не определен
110 0010 98 Указанный тип сообщений имеет несовместимый формат или не определен (не существует)
110 0011 99 Элемент данных не существует или не определен
110 0100 100 Неправильное содержание элемента данных
110 0101 101 Сообщение несовместимого формата
110 0110 102 Время на восстановления соединения истекло
110 1111 111 Ошибка протокола, нестандартизированный код
111 1111 127 Межсетевой обмен, нестандартизированный код
Система цен
Поначалу пользоваться ISDN-сетями во многих случаях было экономически невы-
годно. В дополнение к месячной абонплате, которая в среднем составляла 100 дол-
ларов, многие компании, предоставляющие доступ к сетям ISDN, применяли по-
минутную систему оплаты за использование В-канала (6 центов в минуту). На-
пример, при доступе к Интернету со скоростью 128 кбит/с в течение часа нужно
было заплатить 7,20 долларов.
Признав, что такая система оплаты препятствует использованию ISDN-сетей
населением, многие компании в течение 1996 года отказались от поминутной оп-
латы своих услуг. В 1998 году стоимость пользовательского подключения к сети
ISDN составляла 30 долларов, и за эти деньги предоставлялось 200 бесплатных
часов для локального использования сети.
570
Глава 13. Сеть ISDN
Дополнительные сферы применения ISDN
Рост популярности видеоконференций, постоянное повышение скорости и качества
связи локальных сетей, разделенных географически, резкое увеличение объемов
использования Интернета просто невозможны без применения ISDN-техноло-
гии. И именно в этих областях она позволяет достичь максимального эффекта.
В начале 1990-х годов многие системы, обеспечивающие возможность органи-
зации видеоконференций, были относительно дороги. Для проведения таких сеан-
сов связи использовались каналы с пропускной способностью не менее 512 кбит/с,
и при этом требовалось с помощью системы Т1 или выделенной линии установ-
ливать соединения типа «точка-точка». Но было экономически невыгодно опла-
чивать выделенные линии, так как компании использовали средства видеоконфе-
ренции не более одного-двух часов в день. Для того чтобы уменьшить затраты,
а также для того чтобы предоставить различным компаниям возможность прово-
дить видеоконференции сразу во многих географически разнесенных точках,
производители средств связи предложили продукт, названный инверсным муль-
типлексором (мультиплексор для использования на линиях с большой пропуск-
ной способностью).
Инверсный мультиплексор позволяет обрабатывать информацию с высокой
скоростью и поддерживает преобразование входного потока данных в несколько
выходных. После подключения инверсного мультиплексора к сети ISDN стано-
вится возможным проведение видеоконференций в реальном масштабе времени.
При этом можно управлять полосой пропускания, используемой для обмена дан-
ными между двумя системами видеоконференций. На рис. 13.8 показано, как при
наличии инверсного мультиплексора применяется система проведения видео-
конференций в сети ISDN с интерфейсом основного уровня (PRI).
Обозначения:
VC — система видеоконференции
IM — инверсный мультиплексор
Рис. 13.8. Система проведения видеоконференций, подключенная
к ISDN при помощи инверсного мультиплексора
Дополнительные сферы применения ISDN
571
Так как ISDN PRI поддерживает мультиплексную передачу данных по двадца-
ти трем В-каналам и одному D-каналу, инверсный мультиплексор можно исполь-
зовать для проведения видеоконференции, передавая поток данных со скоростью
64 кбит/с по одному В-каналу или увеличить скорость до 1,472 Мбит/с за счет
использования всех двадцати трех В-каналов. Благодаря развитию технологии
сжатия информации большинство систем видеоконференций могут обходиться
четырьмя-шестью В-каналами, то есть фактически при помощи средств ISDN-
связи осуществляется от 4 до 6 телефонных соединений между абонентами, про-
водящими видеоконференцию. Поскольку оплата за использование ISDN-линий
производится в основном за время соединения, компаниям более выгодно приме-
нять несколько коммутируемых ISDN-линий, используя их по нескольку часов
в день для проведения видеоконференций, чем подключать высокоскоростные
выделенные линии для соединения абонентов. Кроме того, при использовании
коммутируемых линий ISDN можно обеспечить обмен информацией между все-
ми абонентами видеоконференции, не соединяя каждую систему видеоконферен-
ции с остальными при помощи выделенных линий.
Раньше для соединения локальных сетей использовался стандартный подход:
сети соединялись при помощи удаленных мостов или маршрутизаторов, а когда
абоненты начинали жаловаться на большие задержки при осуществлении связи,
увеличивалась пропускная способность сети. Аналогично тому, как инверсный
мультиплексор применяется для проведения видеоконференций, его можно ис-
пользовать совместно с выделенной линией или вместо таковой, если обмен дан-
ными между локальными сетями происходит нечасто. Одним из наиболее суще-
ственных преимуществ использования ISDN является относительно короткое,
в сравнении с обычными коммутируемыми аналоговыми телефонными линиями,
время, требуемое для соединения абонентов. Это значит, что задержки при переда-
че информации менее заметны и не оказывают отрицательного влияния на связь
в локальной сети. Что касается использования ISDN-соединений в качестве до-
полнения к системе связи по выделенным линиям, то этот метод часто применя-
ется при необходимости обеспечить на короткий промежуток времени пропуск-
ную способность, которая бы превышала предоставляемую выделенной линией,
что требует прокладки более дорогих выделенных линий. При этом, если необхо-
димо передавать большие объемы данных, допустим, только несколько раз в день,
пользователь для уменьшения нагрузки на выделенную цифровую линию может
применить инверсный мультиплексор.
Для ускорения процесса передачи данных в 1998 году была предложена вер-
сия ISDN, известная как постоянно действующая динамическая ISDN (Always
On/Dynamic, АО/DI). В такой сети для передачи данных небольшого объема ис-
пользуется D-канал со скоростью передачи 16 кбит/с. Для передачи же потока
данных пропускной способности D-канала недостаточно, поэтому инициируется
сигнал для подключения еще одного В-канала. Так, простое почтовое сообщение
может быть послано по каналу D, но если к нему прикреплен файл с изображени-
ем размером 5 Мбайт, то для передачи этого файла инициируется соединение по
каналу В.
572
Глава 13. Сеть ISDN
Внедрение в web-страпицы цифровой звуковой информации, видеоклипов, гра-
фики и текстов привело к тому, что теперь web-серверам приходится передавать
пользователям огромные потоки информации. Обычный модем имеет максималь-
ную пропускную способность 56 кбит/с в одну сторону, а сеть ISDN обеспечива-
ет обмен информацией со скоростью до 128 кбит/с, что позволяет просматривать
web-страпицы практически без задержек. Ожидалось, что к концу 1990-х годов
ISDN-сети будут использоваться для обмена цифровой информацией всех видов.
Однако ISDN-связь не завоевала популярности среди индивидуальных поль-
зователей. По масштабам применения она заметно уступает пользовательским
цифровым линиям (DSL) и кабельным модемам. Правда, ISDN-сети стали более
широко применяться правительственными, академическими и коммерческими
структурами, которым выгодно использовать их для проведения видеоконферен-
ций и в качестве дополнения к выделенным линиям.
Резюме
♦ Разработку ISDN-сетей можно рассматривать как эволюционный шаг в обес-
печении качественной телефонной связи.
+ Доступ в сеть ISDN осуществляется посредством базового и основного ме-
тодов.
♦ Поддержка нескольких каналов передачи информации в ISDN-сетях при
использовании одной физической линии возможна благодаря применению
сжатия данных методом мультиплексирования с разделением времени.
4- При наличии нескольких каналов по ISDN-сети можно передавать речевую
информацию и данные в цифровом виде, используя только одну линию.
+ В случае применения основного доступа D-капал, передающий информа-
цию пакетами, можно использовать, например, для контроля счета па кре-
дитной карточке, передачи показаний некоторых приборов, передачи сиг-
нальной информации, управляющей В-капалами.
+ Оборудование, не поддерживающее ISDN-стандарты, может быть подклю-
чено к ISDN-сети при помощи терминального адаптера.
4- Интерфейс NT1 требует от абонента подключения питания, поэтому при
отключении электроэнергии ISDN-сеть становится недоступной.
4- Благодаря стандартизации кода идентификатора услуги (SPID) удалось из-
бавиться от трудностей, возникавших при подключении к сетям ISDN раз-
личных аппаратных средств.
4- Развитие ISDN-технологии привело к увеличению популярности систем
проведения видеоконференций. ISDN-сети позволяют осуществлять падеж-
ную связь между удаленными сетями и высокоскоростной доступ к ресур-
сам World Wide Web.
Контрольные вопросы
573
Контрольные вопросы
1. Какая скорость передачи данных используется в В-канале при базовом дос-
тупе в ISDN? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) 32 кбит/с;
б) 64 кбит/с;
в) 144 кбит/с;
г) 192 кбит/с.
2. Какая скорость передачи данных используется в D-канале при базовом дос-
тупе в ISDN? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) 64 кбит/с;
б) 16 кбит/с;
в) 8 кбит/с;
г) 144 кбит/с.
3. Какое из следующих выражений определяет структуру ISDN-линии при
базовом доступе? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) 2В + D;
б) В + D;
в) В + 2D;
г) 2В + 2D.
4. Какое из следующих выражений определяет структуру ISDN-линии при
основном доступе, используемом в Северной Америке? Выберите один из
следующих вариантов ответа:
а) ЗОВ + D;
б) 2В + D;
в) В + D;
г) 23В + D.
5. Какое устройство позволяет подключить к ISDN-интерфейсу устройства,
не поддерживающие этот интерфейс? Выберите один из следующих вари-
антов ответа:
а) ТЕ1;
б) ТЕ2;
в) ТА;
г) ТЕ.
6. Какое количество каналов можно использовать для обмена информацией
при базовом доступе в ISDN-сеть? Выберите один из следующих вариантов
ответа:
а) один;
б) два;
574
Глава 13. Сеть ISDN
в) пять;
г) три.
7. К какому типу ISDN-устройств относятся цифровые телефоны и рабочие
станции с интегрированными средствами обмена речевой информацией?
Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) ТЕ;
б) ТА;
в) NT2;
г) ТР.
8. При передаче информации от абонента на телефонную станцию по ISDN-
линии ее кодирование производится при помощи:
а) амплитудной модуляции;
б) 2BlQ-K0fl0B;
в) шестнадцатеричных кодов;
г) восьмеричных кодов.
9. Код идентификатора услуги и линии:
а) идентифицирует тип ISDN-службы;
б) определяет ISDN-оборудование для персонала телефонной станции;
в) идентифицирует ISDN-оборудование для коммутаторов телефонной
станции;
г) ваш вариант ответа
10. Как называются два возможных типа заказа ЮС? Выберите один из вари-
антов ответа:
а) общий и пользовательский;
б) групповой и не групповой;
в) SPID и ISDN-1;
г) ISDN-1 и ISDN-2.
И. Подключение инверсного мультиплексора к линии ISDN с интерфейсом
PRI:
а) занимает три дня;
б) осуществляется с помощью кода SIDIC;
в) позволяет использовать от 1 до 23 каналов;
г) верными являются два первых варианта ответа.
12. Постоянно действующую динамическую ISDN можно применять для:
а) передачи оцифрованной речевой информации;
б) передачи больших файлов;
в) просмотра web-страниц;
г) получения дополнительных возможностей.
Контрольные вопросы
575
13. С какой скоростью данные могут передаваться при использовании для про-
ведения видеоконференции четырех В-каналов? Выберите один из следую-
щих вариантов ответа:
а) 64 кбит/с;
б) 128 кбит/с;
в) 192 кбит/с;
г) 256 кбит/с.
14. Основным конкурентом технологии ISDN на рынке являются:
а) пакетная коммутация;
б) выделенные линии;
в) DSL и кабельные модемы;
г) средства проведения видеоконференций.
Глава 14
Асинхронный режим
передачи
♦ История развития
♦ Предпосылки развития и использования технологии ATM
4- Архитектура
Способы подключения к сети
Преимущества технологии ATM
+ Маршрутизация ячеек ATM
+ Эталонная модель протокола ATM
+ Определения служб
+ Эмуляция локальной сети
В этой главе описана быстро развивающаяся сетевая технология ATM, предос-
тавляющая возможность передавать данные, оцифрованную видео- и аудиоин-
формацию, а также изображения. ATM — это аббревиатура от Asynchronous Trans-
fer Mode, что в переводе с английского означает «асинхронный режим передачи».
Используя один формат данных, абоненты на обоих концах соединения могут по-
средством ATM обмениваться информацией любого типа. Рассмотрим эту техно-
логию более подробно.
История развития
Асинхронный режим передачи данных разрабатывался для замены старой техно-
логии сетей, поддерживающей в основном раздельную передачу аудио и данных.
Положенный в основу ATM принцип функционирования был предложен кон-
сультативным комитетом по международной телефонии и телеграфной связи США
CCITT (теперь известным как ITU-T), сформированным в середине 1980-х годов
с целью разработки стандартов для широкополосной сети ISDN. В 1988 году ос-
новной технологией для широкополосных сетей ISDN стала коммутация пакетов.
ATM-форум — независимая ассоциация государственных и частных поставщи-
ков оборудования, провайдеров информационно-коммуникационных и телеком-
муникационных услуг, консультантов и конечных пользователей, сформирован-
ная для поддержки развития технологии ATM. Основной задачей АТМ-форума
Предпосылки развития и использования технологии ATM
577
является совместная с ITU-T и другими организациями разработка стандартов
для сетей ATM.
Свой первый стандарт ATM-форум представил в 1992 году. Ряд рабочих групп,
входящих в его состав, занимаются определением дополнительных стандартов,
позволяющих поддерживать различные схемы передачи данных в локальных и
глобальных сетях в режиме ATM. Разработка стандартов, вероятно, будет про-
должаться еще длительное время, поскольку конечной целью является создание
технологии, позволяющей передавать данные, аудио- и видеоинформацию как по
локальным, так и по глобальным сетям.
Предпосылки развития и использования
технологии ATM
Технологию ATM можно считать универсальной, так как она разработана для пе-
редачи данных, аудио- и видеоинформации (включая графические изображения)
как по локальным, так и по глобальным сетям. До появления ATM выбор пользо-
вателем типа сети определялся спецификой передаваемой информации. Напри-
мер, сети с коммутацией каналов, которые включают телефонные коммутируемые
линии общественного пользования и в которых используются высокоскоростные
средства передачи данных, применялись в основном для пересылки аудио- или
видеоинформации, то есть информации, при передаче которой задержки не жела-
тельны. При помощи сетей с коммутацией пакетов, таких как Х.25 и Frame Relay,
пересылалась информация, допускающая некоторые задержки при передаче. По-
этому отдельные пользователи выбирали технологию передачи в зависимости от
специфики информации, но большинство организаций были вынуждены уста-
навливать сети обоих типов. Это привело к снижению эффективности применения
сетей и к увеличению стоимост и их обслуживания. С появлением ATM стало воз-
можным использовать преимущества как первой, так и второй технологии пере-
дачи информации и пересылать данные, аудио- и видеоинформацию по одной сети.
В основе технологии ATM лежит передача данных в виде ячеек фиксирован-
ной длины (53 байта) из одной локальной сети в другую с помощью глобальной
сети. При этом могут использоваться и частные, и общественные глобальные сети
с разными скоростями. В настоящее время при передаче данных по локальным
сетям ATM поддерживаются скорости 25 и 155 Мбит/с. В случае использования
глобальных сетей применяются режимы Т1 (1,544 Мбит/с) и ТЗ (45 Мбит/с). А при
использовании волоконно-оптических сетей (SONET) скорость передачи состав-
ляет 622 Гбит/с. Режим ATM является столь универсальным благодаря тому, что
данные при пересылке разбиваются на ячейки, длина которых остается постоян-
ной — 53 байта — независимо от используемых средств, скорости передачи и спо-
соба кадрирования.
Применение ячеек фиксированной длины позволяет разрабатывать сравни-
тельно недорогое оборудование, обеспечивающее коммутацию ячеек в соответст-
вии с содержимым их заголовков. Поэтому режим ATM считается универсаль-
ной и экономически очень выгодной технологией.
578
Глава 14. Асинхронный режим передачи
Хотя многие организации для пересылки аудиоинформации и данных с помо-
щью мультиплексоров применяют один общий канал, такой способ передачи не
получил широкого распространения. Например, при использовании маршрутиза-
тора, подключенного к локальной сети, передаваемые данные должны поступать
на порт высокоскоростного мультиплексора, соединенного с мультиплексором,
который установлен на частной телефонной станции. Несмотря на то что общая
глобальная сеть применяется для пересылки как речевой информации, так и дан-
ных, такой метод передачи данных не является оптимальным. Кроме того, в случае
использования существующих локальных и глобальных сетей новые мультиме-
дийные приложения, передающие видеоинформацию, могут оказаться неработо-
способными, так как требуют большой пропускной способности канала при незна-
чительных временных задержках. ATM — это технология, которая обеспечивает
необходимую пропускную способность при передаче аудио- и видеоинформации,
а также цифровых данных. Сравнив возможности ATM с характеристиками дру-
гих технологий, вы сможете оценить все ее преимущества. Для этого достаточно
обратиться к табл. 14.1.
Таблица 14.1. Сравнительные характеристики сетей
Характеристика Сеть передачи данных Сеть связи ATM-сеть
Поддерживается обмен Данными Речевой информацией Данными, речевой и видеоинформацией
Единица передаваемых данных Пакет Кадр Ячейка
Длина единицы передаваемых данных Изменяется Фиксирована Фиксирована
Тип коммутации Пакетов Каналов Ячеек
Тип связи Ориентированная или не ориентированная на соединение Ориентированная на соединение Ориентированная на соединение
Чувствительность к задержкам Зависит от передаваемой информации При передаче всех данных Адаптивная
Среда и скорость передачи Определяется протоколом Определяется классом Изменяется
Тип доступа к среде Выделенный или общий Выделенный Выделенный
передачи
В настоящее время применяются сети различных типов — от локальных (на-
пример, Ethernet, Token-Ring) до глобальных (Х.25 и Frame Relay). Для каждого
типа сетей характерно определенное оборудование. И даже если используемое
оборудование во многом является схожим, в принципах функционирования та-
ких сетей имеется много различий. Данные, как правило, пересылаются в виде
Архитектура
579
пакетов переменной длины. Большинство протоколов передачи информации как
по глобальным, так и по локальным сетям ориентировано на соединение, но су-
ществуют также протоколы, не ориентированные на соединение. То, насколько
время задержки влияет на качество передачи, зависит от вида передаваемой ин-
формации. Если задержки при передаче не слишком продолжительны, то оказы-
ваемое ими отрицательное влияние мало ощущается пользователями. Но такие
же задержки, например, при телефонном разговоре, могут значительно ухудшить
его качество. Технология ATM является адаптивной по отношению к передавае-
мым данным: величина задержки всегда зависит от типа информации.
Некоторые службы ATM обеспечивают постоянную скорость передачи битов
(Constant Bit Rate, CBR). При этом ячейки пересылаются строго по порядку, что
гарантирует качество сервиса (Quality of Service, QoS), необходимое для переда-
чи информации в реальном масштабе времени. Для сравнения: в других техноло-
гиях, например в IP, для обеспечения такого же качества сервиса приходится ис-
пользовать множество протоколов.
Архитектура
Передача данных в ATM основана на коммутации ячеек, имеющих длину 53 бай-
та. В каждой ячейке 5 байт отводится для заголовка и 48 байт — для данных поль-
зователя. Формат ячейки ATM и ее структура представлены на рис. 14.1.
Данные (48 байт) Заголовок (5 байт)
Поле GFC Поле VPI
Поле VPI Поле VCI
Поле VCI
Поле VCI Поле PTI Поле CLP
Поле НЕС
Рис. 14.1. Формат и структура ячейки ATM
Поле GFC (Generic Flow Control — общее управление потоком) занимает пер-
вые 4 бита в первом байте заголовка и предназначено для управления потоком
между ATM-сетью и пользователем. В настоящее время механизм использования
этого поля все еще дорабатывается. Режим ATM поддерживает два основных типа
580
Глава 14. Асинхронный режим передачи
интерфейса: интерфейс пользователь-сеть (UNI) и межсетевой интерфейс (NNI).
При передаче ячейки от пользователя к сети или в обратном направлении в поле
GFC содержится значение. Если же поток данных направлен за пределы сети ли-
бо передается между сетями, значение в этом поле отсутствует, а свободное место
используется для увеличения длины поля VPI.
Поле VPI (Virtual Path Identifier — идентификатор виртуального маршрута)
имеет длину 8 бит и является одной из двух частей идентификатора соединения,
используемого в ATM. В этом поле определяется виртуальный маршрут, пред-
ставляющий собой набор каналов, по которым передается информация. При ис-
пользовании интерфейса UNI размер поля VPI в ячейке составляет 8 бит, а при
передаче потока за пределы сети (интерфейс NNI) он увеличивается до 12 бит.
Ниже этот механизм будет описан более подробно.
Второй частью идентификатора соединения является поле VCI (Virtual Chan-
nel Identifier — идентификатор виртуального канала). Поле VCI имеет длину
16 бит и предназначено для идентификации соединения двух ATM-станций, об-
менивающихся данными при помощи специального приложения. Данные пере-
даются по нескольким виртуальным каналам (VC), но по одному виртуальному
маршруту. Например, один виртуальный канал можно применять для передачи
резервных копий, а другой — для передачи с помощью протокола TCP/IP. Вирту-
альный канал предоставляет возможность передачи ячеек по однонаправленному
маршруту. Во время проведения каждой из описанных выше операций другой на-
бор виртуальных каналов устанавливается на втором конце соединения. Виртуа-
льный канал можно рассматривать как сквозную однонаправленную линию связи,
а виртуальный маршрут — как набор виртуальных каналов. При передаче данных
за пределы сети поле VPI применяется для определения всего набора виртуаль-
ных каналов между коммутаторами, что позволяет ATM-коммутаторам просто
считывать значение поля VPI. Использование поля VCI будет описано ниже.
Поле PTI (Payload Type Identifier — идентификатор типа полезной нагрузки)
имеет длину 3 бита и определяет тип информации, передаваемой ячейкой ATM.
Значение в поле PTI показывает, какая информация передается — управляющая
или данные пользователя. В настоящее время это поле не выполняет никаких
других задач, однако предусмотрена возможность расширения его функций.
Значение в поле CLP (Cell Loss Priority — приоритет ячейки) имеет длину 1 бит
и определяет относительный приоритет данных, передаваемых в ячейке. Если в этом
поле содержится значение 1, ячейка при перегрузке канала связи отбрасывается,
если 0 — передается дальше.
В поле НЕС (Header Error Control — контроль ошибок в заголовке), имеющее
длину 8 бит, записывается результат контроля ошибок в заголовке, вычисленный
при помощи избыточного циклического кода (CRC). Поле НЕС позволяет обна-
ружить ошибки, появляющиеся в 40-битовом заголовке ячейки ATM, в отдель-
ных или в нескольких сразу разрядах.
Преимущества технологии ATM
581
Способы подключения к сети
В ATM предусмотрено два типа сетевых интерфейсов. Интерфейс пользователь-
сеть (User-Network Interface, UNI) описывает способ подключения пользовате-
лей к ATM-сети. В свою очередь, межсетевой интерфейс (Network-Network Inter-
face, NNI) определяет способ соединения двух сетей ATM. Так как частные и об-
щие ATM-сети должны взаимодействовать между собой, спецификации UNI и NNI
также были разделены на частные и общие.
Интерфейс UNI для общих сетей определяет способ подключения пользовате-
ля к коммутатору поставщика услуг ATM. Аналогичным образом, интерфейс UNI
для частных сетей задает способ подключения пользователя к частному АТМ-
коммутатору. Интерфейс UNI, предназначенный для частных сетей и сетей об-
щего пользования, показан на рис. 14.2.
Преимущества технологии ATM
Использование технологии коммутации ячеек в ЛВС дает некоторые преимуще-
ства перед использованием обычных технологий, применяемых в сетях Ethernet,
Token-Ring и FDDI. К их числу относятся, в частности, предоставление отдель-
ным рабочим станциям доступа с полной пропускной способностью к АТМ-ком-
мутаторам и возможность устройств, подключенных к сети, работать с потоками
данных, поступающих с разной скоростью. О преимуществах этой технологии
можно судить по рис. 14.3, где изображен ATM-коммутатор, позволяющий обра-
батывать потоки данных, которые поступают с тремя различными скоростями.
В рассматриваемом случае рабочие станции, соединенные с коммутатором, спо-
собны обмениваться с ним данными со скоростью 25 Мбит/с, а локальный сер-
вер — со скоростью 155 Мбит/с. Коммутатор может быть соединен с другими
коммутаторами в локальной сети или с телефонной станцией.
582
Глава 14. Асинхронный режим передачи
Сервер
Рис. 14.3. Технология ATM основана на коммутации 53-байтовых ячеек
В отличие от обычных пакетных технологий ЛВС (например, Ethernet, где
кадр имеет длину до 1526 байт), ATM-технология, основанная на применении
ячеек длиной 53 байта, позволяет заметно сократить задержки при передаче дан-
ных. Поскольку длина ячеек фиксирована, при передаче они не оказывают влия-
ния друг на друга. Позиция ячейки в потоке определена в ее заголовке, поэтому
для коммутации ячеек можно использовать аппаратные средства. В обычных же
сетях функции коммутации и маршрутизации выполняются, как правило, про-
граммными или программно-аппаратными средствами, действующими намного
медленнее.
Существуют еще две особенности ATM-технологии, на которые следует обра-
тить внимание: во-первых, данная технология работает в асинхронном режиме,
а во-вторых, она является ориентированной на соединение. В процессе обмена
данными ячейки ATM при уплотнении потока смешиваются с ячейками, переда-
ваемыми по другим адресам, и пересылаются в общем потоке. Однако мультип-
лексирование ячеек осуществляется при асинхронной передаче и лишь при усло-
вии, что ячейка содержит полезную информацию. При обычном же мультиплек-
сировании с разделением времени синхронизирующий байт посылается даже в
отсутствие информации, которую нужно передать. Ориентация технологии ATM
на соединение проявляется в том, что связь между станциями устанавливается до
передачи данных. В процессе ее установления определяется маршрут передачи
данных от ATM-коммутаторов к конечным станциям, что позволяет использо-
вать заголовок ячейки ATM для передачи таковой в нужное место по сети ATM.
Маршрутизация ячеек ATM
Текущая маршрутизация ячеек ATM зависит от того, каким образом устанавли-
вается соединение. Тип соединения, при котором связь организуется до передачи
данных, называется постоянным виртуальным каналом (Permanent Virtual Con-
nection, PVC1. Если же связь заранее не устанавливается, соединение называется
коммутируемым виртуальным каналом (Switched Virtual Connection, SVC). Как
Маршрутизация ячеек ATM
583
оказано на рис. 14.1, заголовок ячейки ATM содержит поля VPI и VCI. По-
имеет длину 8 бит, а поле VCI - 16 бит, что позволяет определить 256 вир-
1ых маршрутов, каждый из которых может содержать 65536 (216) виртуаль-
тналов.
я построения иерархии виртуальных каналов в ATM применяется двухуров-
I идентификатор соединения. Значение поля VCI уникально для одного зна-
поля VPI, в то время как значение поля VP1 уникально для одного физиче-
соединения. Значения полей VCI и VPI заголовка ячейки ATM постоянны
в небольшой локальной области, в процессе передачи до конечной точки
(еняются при прохождении каждого коммутатора. Определение виртуально-
фшрута осуществляется посредством записей в таблице маршрутов ATM,
рые производятся при прохождении ячейки через каждый коммутатор, рас-
женный между конечными точками. При этом в таблице фиксируются адре-
содящего и исходящего физических портов и значения поля VPI. Процесс
ания первой записи данных в таблице маршрутов называется инициализаци-
ей, а процесс изменения записи - реинициализацией сети.
1а рис. 14.4 приведен пример возможных записей в таблице маршрутов,
юном случае виртуальный маршрут определяют значения VPI = 6 в порте 1 и
l = 10 в порте 8, то есть в установленном соединении применяются два физи-
ких канала.
Рис. 14.4. Записи в таблице маршрутов при коммутации
Теперь рассмотрим записи в таблице маршрутов, представленной на рис. 14.5.
4ужно отметить, что значения VCI в этой таблице не отображаются. Выбор дан-
гого механизма обусловлен тем, что VP-соединение может поддерживать до
65536 VC-соединений. Поэтому если все эти соединения осуществляются через
общий физический канал и в одной последовательности, то для их коммутации
необходима только одна запись в таблице. Такой метод, коммутации упрощает
структуру и облегчает использование таблиц маршрутов, а также процесс уста-
новления соединения в случае применения нескольких коммутаторов. Так как
значение VCI не фиксируется в таблицах маршрутов, оно определяется на каж-
дом коммутаторе отдельно. Рассмотрим данную технологию. Как было отмечено
вктше, значение V С является уникальным только для одного значения VP и ис-
пользуется в конечном пункте для тю одному
584
Глава 14. Асинхронный режим передачи
виртуальному маршруту. Поэтому поля VPI и VCI пересылаемых между конеч-
ной точкой назначения и коммутатором ATM-ячеек имеют локальные постоянные
значения, которые изменяются при каждой коммутации. При маршрутизации ме-
жду коммутаторами значение VCI не используется.
АТМ-коммутатор 1
VCI = з vpl" 2
Конечная
точка
VCI = 1
VC' = 4 VPI = 1
АТМ-коммутатор 2
VCI = 6
Л/С) = 5
Конечная
точка
___Соединение виртуальных____
I маршрутов 1
Соединение виртуальных ____________________►
каналов
Рис. 14.5. Соединения в сети ATM
Процесс установления ATM-связи между двумя конечными станциями назы-
вается соединением виртуального канала (Virtual Channel Connection, VCC). На
рис. 14.5 показано, как производится маршрутизация ячейки ATM в небольшой
сети, содержащей два коммутатора. VCC представляет собой последовательность
связей виртуальных каналов между конечными точками. Первое соединение VCC
можно определить значениями VCI = 1, VCI = 3 и VCI = 5, которые вместе фор-
мируют соединение между рабочими станциями в конечных точках. Второе со-
единение VCC определяется значениями VCI = 2, VCI = 4 и VCI = 6 и может ис-
пользоваться для передачи других данных между теми же конечными точками
либо между другими конечными точками, но с применением той же пары АТМ-
коммутаторов.
Как видно из представленного выше рисунка, каждый VC-канал содержит од-
но или несколько физических соединений между точкой, где определено значе-
ние VCI, и точкой, где оно было изменено или удалено. VC-каналы создаются
коммутаторами в процессе установления соединения.
Эталонная модель протокола ATM
Основу эталонной модели протокола ATM составляют три уровня архитектуры
ATM, что иллюстрирует рис. 14.6. Это физический уровень, уровень ATM и уро-
вень адаптации ATM.
Физический уровень
Самым нижним уровнем в протоколе ATM является физический (см. рис. 14.6),
на котором осуществляется физическая передача информации по сети ATM.
Фактически в технологии ATM физический уровень как таковой не определяет-
ся. Данный факт объясняется тем, что при создании ATM-протокола была преду-
смотрена возможность его работы с различными физическими интерфейсами
(типами среды). Поэтому вместо определения собственного физического уровня
Эталонная модель протокола ATM
585
ATM использует физические уровни других сетевых протоколов. К типам физи-
ческой среды, специфицированным для ATM, относятся экранированная и неэк-
ранированная витая пара, коаксиальный и волоконно-оптический кабель. Это по-
зволяет обеспечить следующие скорости передачи данных: для Т1-каналов —
1,544 Мбит/с, а для сети SONET - 622 Мбит/с, а также 2,4, 4,8 и 10 Гбит/с.
Конечная точка ATM Конечная точка ATM
Физическая среда
Рис. 14.6. Набор АТМ-протоколов
Уровень ATM
Уровень ATM представляет собой физический интерфейс между уровнем AAL
(ATM Adaptation Layer — уровень адаптации ATM) и физическим уровнем. Уро-
вень ATM предназначен для пересылки ячеек с уровня AAL на физический уровень
с целью их дальнейшей передачи получателю, а также для пересылки получен-
ных ячеек в обратном направлении. При пересылке ячеек на физический уровень
ATM-уровень генерирует для каждой ячейки заголовок длиной 5 байт. В случае
пересылки ячеек с физического уровня выполняется обратная операция — уро-
вень ATM отделяет заголовок от каждой ячейки.
Способ выполнения трансляционных функций уровнем ATM зависит от того,
где он используется: в коммутаторе или в конечной точке. Если уровень ATM
применяется в конечной точке, он получает поток ячеек из физического уровня и
отсылает на уровень AAL ячейки с данными или же пустые ячейки в случае от-
сутствия информация для передачи. Если уровень ATM используется в коммута-
торе, то после определения пункта назначения поступающих ячеек производится
процесс их мультиплексирования, при котором ячейки, полученные от разных
соединений, помещаются в общий поток.
Уровень адаптации ATM
Уровень адаптации ATM (AAL) является самым высоким уровнем в модели про-
токола ATM. Он обеспечивает интерфейс между протоколами более высокого уров-
ня и уровнем ATM. AAL используется не в коммутаторах, а в конечных точках
(см. рис. 14.6).
Основная функция уровня адаптации ATM заключается в преобразовании фор-
матов. AAL отображает поток данных, получаемый от протоколов более высокого
уровня, в виде потока ячеек, каждая из которых содержит данные пользователя
(48 байт) и заголовок, определяемый уровнем ATM. При передаче информации
586
Глава 14. Асинхронный режим передачи
в обратную сторону AAL принимает поток ячеек ATM из уровня ATM и преобра-
зует их в формат, поддерживаемый протоколами более высокого уровня.
Для обеспечения правильной адресации обращений различных АТМ-приложе-
ний требуется наличие общего для всех стандартов приложений уровня адаптации
ATM. Поэтому организация ITU-T классифицировала функции AAL, необходи-
мые различным приложениям, в соответствии с используемыми ими потоками
обмена информации и эксплутационными требованиями. В схеме классифика-
ции определено четыре класса приложений. Классификация выполнена с учетом
следующих характеристик: необходимость применения службы реального време-
ни на конечных станциях, скорость передачи (постоянная или изменяющаяся) и
модель обмена данными (ориентирована на соединение или нет). Классы АТМ-
приложений перечислены в табл. 14.2.
Таблица 14.2. Классы АТМ-приложений
Класс Служба реального времени Скорость передачи данных Модель обмена данными
А Поддерживается Постоянная Ориентированная на соединение
В Поддерживается Переменная Ориентированная на соединение
С Не поддерживается Переменная Ориентированная на соединение
D Не поддерживается Переменная Не ориентированная на соединение
Необходимо отметить, что служба реального времени применяется даже при
условии, что этого требует только одна из конечных станций. Примерами исполь-
зующих ее приложений могут служить программы, осуществляющие передачу ау-
дио- и видеоинформации. А к приложениям, не выполняющим поддержку службы
реального времени, можно отнести приложения, осуществляющие обмен файлами.
К числу приложений, которые производят передачу битов с постоянной ско-
ростью, относятся приложения с непрерывным трафиком, например программы
передачи аудио- или видеоинформации в реальном времени. А к числу приложе-
ний, где скорость передачи битов является величиной переменной, можно отне-
сти приложения, осуществляющие передачу данных по локальным или глобаль-
ным сетям.
Возможность применения как ориентированной, так и не ориентированной на
соединение модели обмена данными позволяет протоколу ATM поддерживать
протоколы более высоких уровней. Например, при помощи ATM-протокола, ис-
пользующего различные уровни AAL, можно работать с такими протоколами, как
Frame Relay (ориентированный на соединение) и IP (не ориентированный на со-
единение).
Для каждого из четырех классов приложений был определен отдельный адап-
тационный уровень ATM: AAL1, AAL2, AAL3/4 и AAL5. Раньше уровни AAL3 и
AAL4 относились к различным типам, но поскольку они имели очень много об-
щего, то были объединены в один тип — AAL3/4. На рис. 14.7 показаны четыре
класса АТМ-приложений, используемые ими уровни адаптации и их характери-
стики.
Эталонная модель протокола ATM
587
Характеристика Класс А Класс В Класс С Класс D
Служба реального времени Используется Не используется
Скорость передачи битов Постоянная Переменная
Модель обмена данными Ориентировена на соединение Не ориентирована на соединение
Уровень адаптации ATM AAL1 AAL2 AAL5, AAL3/4 AAL 3/4
Рис. 14.7. Классы приложений и соответствующие им уровни AAL
AAL1
Уровни адаптации ATM различаются тем, что поддерживают разные методы пе-
редачи данных пользователя, хранящихся в ячейках, которые были получены от
протоколов более высокого уровня. Рассмотрим в качестве примера приложения
класса А службу, обеспечивающую диалог двух абонентов. В этом случае недо-
пустимо разупорядочение принимаемых ячеек, поэтому в поле SN (Sequence
Number — порядковый номер) данных, передаваемых в ячейках приложениями
класса А, указывается порядковый номер. На рис. 14.8 изображен формат ячейки
с уровнем адаптации AAL1. Для защиты поля SN от ошибок передачи предназна-
чено поле SNP (Sequence Number Protection — защита порядкового номера).
Поле SN Поле SNP Данные пользователя
1 байт---*4-*———------------47 байт ---------------*4
Рис. 14.8. Формат ячейки уровня AAL1
Уровень адаптации AAL1 разработан для поддержки постоянной скорости пе-
редачи битов, применяемой, в частности, для пересылки аудио- и видеоинформа-
ции в режиме реального времени. Спецификация уровня AAL1 определяет ме-
тод, посредством которого непрерывный сигнал передается в последовательном
потоке ячеек ATM. Как показано на рис. 14.8, в первом байте данных пользовате-
ля, передаваемых ячейкой ATM, содержатся значения полей SNnSNP. Таким об-
разом, размер полезной информации, передаваемой каждой ячейкой ATM, умень-
шается до 47 байт.
588
Глава 14. Асинхронный режим передачи
AAL2
Назначение уровня адаптации AAL2 - обеспечивать передачу данных с перемен-
ной скоростью в реальном времени. AAL2 передает синхронизирующую инфор-
мацию вместе с данными, позволяя ресиверу восстанавливать ее для приемника.
Это означает, что при отсутствии данных, которые нужно передать, нет необходи-
мости транспортировать пустые ячейки для поддержки синхронизации, так как
уровень AAL2 включает информацию о синхронизационных процессах в переда-
ваемые ячейки. Формат ячейки уровня AAL2 приведен на рис. 14.9. Как видите,
фактическая длина передаваемых полезных данных пользователя составляет
45 байт. Поскольку технология ATM позволяет передавать пакеты, содержащие
несколько ячеек, поле LI (Length Indicator - индикатор длины) используется в
качестве позиционного механизма для ячеек, в нем отмечается длина полезных
данных в байтах. Поле CRC предназначено для обнаружения ошибочных битов -
проверка осуществляется посредством генерации контрольной суммы в виде по-
линома Х10+Х9+Х5+Х4+Х+1.
Поле SN Тип ячейки Данные пользователя Поле LI Поле CRC
4 бита 4 бита 45 байт 6 бит 10 биг
Рис. 14.9. Формат ячейки уровня AAL2
AAL3/4
Первоначально уровень адаптации AAL3 разрабатывался с целью обеспечить воз-
можность передачи данных, не зависящих от времени, с переменной скоростью
при использовании протокола, не ориентированного на соединение А уровень
AAL4, в свою очередь, обеспечивает возможность передачи данных, зависящих от
времени, с переменной скоростью при использовании протокола, не ориентиро-
ванного на соединение. Поскольку уровни AAL3 и AAL4 имели много общего,
они были объединены в один уровень адаптации ATM — AAL3/4. Уровень AAL3/4
поддерживает передачу информации с переменной скоростью как в ориентиро-
ванной на соединение, так и в не ориентированной на соединение модели обмена
данными. Формат ячейки уровня AAL3/4 представлен на рис. 14.10. Поле MI
(Multiplexing Identification — идентификатор мультиплексирования) использу-
ется для мультиплексирования и демультиплексирования многокомпонентных
данных пользователя.
Поле SN Поле SNP Тип информации Поле Ml Данные пользователя Поле LI Поле CRC
4 бита
4 бита
4 бита
10 биг 44 байта 6 бит 10 бит
Рис. 14.10. Формат ячейки уровня AAL3/4
Эталонная модель протокола ATM
589
Основной недостаток уровня AAL3/4 состоит в передаче большого количест-
ва управляющей информации. Первоначальная длина заголовка ячейки ATM со-
ставляет 5 байт, но на уровне адаптации ATM AAL3/4 размер заголовка увеличи-
вается и в конечном счете в 53-байтовой ячейке передается только 44 байта по-
лезной информации. В связи с этим был разработан уровень SEAL (Simple and
Efficient ATM Adaptatium Layer - простой и эффективный уровень адаптации
ATM), известный как AAL5.
AAL5
Уровень адаптации AAL5 обеспечивает максимальную эффективность передачи
по сети ATM потоков данных. В случае их транспортировки с применением этого
уровня процесс обмена данными между пользователями является прозрачным
(не заметным для пользователя или программы). При использовании указанного
уровня полезную информацию объемом 48 байт передает каждая ячейка, за ис-
ключением предпоследней, которая содержит пакет более высокого уровня или
кадр. Последняя в потоке ячейка передает управляющую информацию для пре-
дыдущих ячеек.
На рис. 14.11 изображен формат ячейки уровня AAL5. Поле пользовательских
данных может иметь длину до 64 Кбайт. Таким образом, поток ячеек, каждая из
которых включает 48 байт данных пользователя и 5 байт заголовка, передает пакет
более высокого уровня или кадр. По прибытии на подуровень AAL5 сообщение
дополняется пустыми байтами, после чего к нему добавляется 8-байтовый конце-
вик. Количество добавочных байтов (от 0 до 47) выбирается так, чтобы длина
всего сообщения, включая добавленные байты и концевик, была кратна 48. Ука-
занные операции выполняются в поле PAD. Поле CPCS- UU служит для индика-
ции информации, передаваемой одним пользователем другому. Поле CPI (Com-
mon Part Indicator — идентификатор основной части) предназначено для добав-
ления концевика, а в поле длины указывается объем полезной информации,
которая может быть доставлена предыдущими п - 1 ячейками. Максимальное
значение, которое может находиться в поле длины, составляет 65 535 байт. Значе-
ние 0 в этом поле свидетельствует о состоянии аварийного завершения операции.
Наконец, значение поля CRC представляет собой стандартную 32-разрядную
контрольную сумму.
Данные пользователя Поле PAD Поле CPCS-UU Поле CPI Длина Поле CRC-32
0-64 Кбайт 0—47 байт 1 байт 1 байт 2 байта 4 байта
Рис. 14.11. Формат ячейки уровня AAL.5
Основное назначение уровня AAL5 - передача при помощи ATM данных раз-
личных протоколов. Сообщество пользователей Интернета определило стандарт
передачи данных протокола IP через сети ATM в виде документа RFC. А форум
590
Глава 14. Асинхронный режим передачи
Frame Relay определил стандарт передачи трафика Frame Relay по АТМ-сети
в виде документов Implementation Agreement (IA).
Несмотря на то что некоторые функции AAL требуют доработки, уровни AAL
позволяют применять коммутацию ячеек, которая используется в ATM для пере-
дачи информации различных типов посредством ячеек одинаковой структуры.
Определения служб
Вероятно, одним из основных достоинств режима ATM является то, что он по-
зволяет пользователям получить необходимое качество услуг передачи данных
(QoS) по каждому классу служб. Таким образом обеспечиваются максимальная
скорость передачи ячеек (PCR), средняя скорость передачи ячеек (SCR), допус-
тимые задержки при передаче ячеек (CDVT), минимальная скорость передачи
ячеек (MCR), уровень ошибок при разбивке данных на ячейки (ВТ). Каждый из
перечисленных параметров контролируется соответствующей службой, отвечаю-
щей за качество и гарантирующей, что такие параметры, как уровень потери дан-
ных, задержка при передаче, величина пропускной способности, будут строго со-
блюдены. Речь идет о службах контроля постоянной скорости передачи битов
(CBR), переменной скорости передачи битов в режиме реального времени (VBR-
RT), переменной скорости передачи битов без использования режима реального
времени (VBR-NRT), точно не указанной скорости передачи битов (UBR) и, на-
конец, доступной скорости передачи битов (ABR). Службы типа CBR и VBR-RT
обычно относят к ATM-приложениям классов А и В соответственно (см. табл. 14.2).
Служба типа VBR-NRT представляет собой версию службы типа VBR-RT, но не
обеспечивает поддержку синхронизации.
Службы типа UBR и ABR предназначены для передачи данных, чувствитель-
ных к задержкам, и относятся к классам С и D. Служба типа UBR представляет
собой механизм передачи информации, в результате применения которого дан-
ные в случае перегрузки сети могут быть утеряны. В отличие от UBR, служба ти-
па ABR полностью выделяет трафик, необходимый приложению при соединении.
Для минимизации потерь данных в условиях недостаточной пропускной способ-
ности используется механизм обратной связи, изменяющий количество генери-
руемых ячеек. Все пять ATM-служб перечислены и описаны в табл. 14.3.
Таблица 14.3. АТМ-службы
Обеспечиваемые параметры АТМ- службы Метрика Потери данных Задержки Управление трафиком при помощи обратной связи
Постоянная скорость передачи битов (CBR) PCR, CDVT Используется Допускаются Допускаются Не применяется
Переменная скорость передачи битов в режиме реального времени (VBR-NRT) PCR, CDVT, SCR, ВТ Используется Допускаются Допускаются Не применяется
Эмуляция локальной сети
591
Обеспечиваемые АТМ- Метрике Потери Задержки Управление
параметры службы данных трафиком при помощи обратной связи
Переменная скорость PCR, CDVT, Используется Допускаются Допускаются Не применяется
передачи битов без SCR, ВТ
использования
режима реального
времени (V8R-NRT)
Точно не указанная Не Не Не Не Не применяется
скорость передачи определены используется допускаются допускаются
битое (UBR)
Доступная скорость PCR, CDVT, Используется Не Допускаются Применяется
передачи битов (ABR) MCR допускаются
Эмуляция локальной сети
Несмотря на множество преимуществ, предоставляемых ATM, использование
этого режима в офисах корпоративных и государственных организаций для под-
держки традиционных локальных сетей, например Ethernet или Token-Ring, вы-
зывает некоторые проблемы, связанные с механизмом взаимодействия сетей. Об
особенностях использования сети ATM в качестве базовой для соединения с ком-
мутаторами обычных локальных сетей можно судить по рис. 14.12. Как видите,
для адресации ATM применяет идентификаторы виртуального маршрута и вир-
туального канала. Обычная же локальная сеть (в нашем примере - Ethernet) для
этой цели задействует МАС-адрес. Еще одно различие состоит в том, что ATM
использует протокол, ориентированный на соединение, a Ethernet - протокол, не
ориентированный на соединение. Из сказанного следует, что способы трансля-
ции данных в ATM и обычных сетях существенно различаются.
Рабочие станции Рабочие станции
VIP, VCI-адресация.
Протокол ориентирован
на соединение
МАС-адресация.
Протокол не ориентирован
на соединение
Рис. 14.12. Проблемы, возникающие при взаимодействии
обычных локальных сетей и сети ATM
592
Глава 14, Асинхронный режим передачи
Для обеспечения взаимодействия сетей ATM и традиционных локальных сетей
ATM-форумом был разработан протокол LANE (LAN Emulation - эмуляция ЛВС).
LANE предоставляет механизм, устраняющий описанные выше проблемы посред-
ством сокрытия сети ATM для обычных локальных сетей. Другими словами, про-
токол LANE эмулирует характеристики обычной сети.
Физически протокол LANE реализован на коммутаторах, расположенных в ко-
нечных точках сети ATM и называемых оконечными устройствами ATM. Для обес-
печения эмуляции локальной сети необходимы следующие компоненты: сервер
конфигурации эмуляции локальной сети (LECS), сервер эмуляции локальной се-
ти (LES), сервер широковещательных и неизвестных сообщений (BUS).
Клиент LANE
Функции клиента LANE (LAN Emulation Client, LEG), как правило, выполняет
ATM-адаптер, установленный на коммутаторе обычной сети. Адаптер сконфигу-
рирован для сопоставления двух адресов: 20-байтового ATM-адреса и 48-байто-
вого МАС-адреса IEEE. LEC обеспечивает преобразование адресов, трансляцию
данных и помещает МАС-адрес на LANE-сервер (LAN Emulation Server, LES).
При помощи виртуального канала, установленного в сети ATM, он взаимодейст-
вует с LECS-серверами.
Сервер конфигурации LANE
Сервер конфигурации LANE (LAN Emulation Configuration Server, LECS) под-
держивает базы данных эмулируемных локальных сетей (ELAN) и АТМ-адреса
серверов эмуляции локальных сетей (LES), управляющих эмулируемыми ло-
кальными сетями. Когда LANE-клиенту необходим ATM-адрес, он вначале ищет
предварительно открытые соединения VCC. LEC содержит трансляционные таб-
лицы, где находятся данные о МАС-адресах, соответствующих соединениям VCC.
Если в таблице имеется адрес пункта назначения, LEC для отправки сообщений
может задействовать существующий VCC-канал. Если же такой адрес отсутству-
ет, LEC выполняет процедуру разрешения адреса, используя протокол разреше-
ния адресов эмуляции локальной сети (LAN Emulation Address Resolution Proto-
col, LE-ARP). Для этого он посылает запрос на сервер LECS, который возвращает
ATM-адрес, обслуживающий необходимую эмулируемую сеть. Данный адрес ис-
пользуется затем для отправки запроса на сервер LES. Создание и обслуживание
баз данных LECS выполняется вручную администратором локальной сети.
Сервер эмуляции локальной сети
Сервер эмуляции локальной сети (LES) является центральным пунктом управ-
ления предопределенными клиентами LEC. При многоточечном соединении дан-
ный сервер поддерживает виртуальный управляющий канал со всеми контроли-
руемыми конфигурациями. Получив LEC-запрос, сервер эмуляции локальной се-
ти посылает подтверждение о том, что LEC может соединяться с эмулированной
Резюме
593
жальной сетью. Тем самым сервер разрешает запрашиваемый МАС-адрес и полу-
ют ATM-адрес, задействовав для поиска ATM-адреса, который определяет мар-
рут к необходимому МАС-адресу, свои таблицы. Эти таблицы заполняются кли-
пом LEC, который регистрирует каждый факт преобразования адресов (ATM
МАС) при помощи сервера эмуляции. Если адрес находится в кэш-памяти серве-
а, последний возвращает его клиенту LEC, который использует этот адрес для уста-
овления ATM-соединения. Если адрес в кэш-памяти сервера эмуляции ЛВС отсут-
гвует, последний использует службы, предоставляемые сервером BUS.
Сервер широковещательных и неизвестных
юобщений
'ервер широковещательных и неизвестных сообщений (Broadcast and Unknown
ierver, BUS) используется в качестве центральной точки при передаче широко-
ещательных сообщений и сообщений, направленных по групповому адресу.
J некоторых случаях его применение является необходимым, в частности тогда,
:огда ATM использует протокол, ориентированный на соединение типа «точка-точ-
:а», что не позволяет вести широковещательную трансляцию. Если сервер эмуля-
1ии локальной сети не имеет адреса, необходимого LEC, он использует службы
:ервера BUS. BUS-сервер посылает запрос о разрешении адреса всем станциям,
входящим в эмулированную сеть. Если какая-либо станция распознает МАС-ад-
гес, она возвращает серверу свой ATM-адрес. Затем LES-сервер вносит этот ад-
гес в свою кэш-память, после чего возвращает его клиенту LEC. Используя полу-
генный адрес, LEC устанавливает соединение в АТМ-сети.
Несмотря на то что компании, обеспечивающие связь, потратили много сил
i средств на создание инфраструктуры сетей ATM, вероятно, повсеместное при-
менение таких сетей станет возможным лишь через несколько лет. Объясняется
это относительно высокой стоимостью ATM-оборудования по сравнению с обо-
рудованием более старых технологий. Можно ожидать, что в ближайшие годы
будет определено несколько дополнительных стандартов и что вследствие увели-
чения объемов выпуска ATM-оборудования цены на него снизятся. Очевидно,
результатом этого станет повышение темпов развития АТМ-технологий.
Резюме
4- ATM представляет собой технологию коммутации ячеек, разработанную
для передачи данных, аудио- и видеоинформации и использующую при пе-
редаче как в локальных, так и в глобальных сетях общий формат ячеек.
4- ATM — это развивающаяся технология, которая позволяет передавать дан-
ные в виде ячеек длиной 53 байта со скоростью от 25 Мбит/с в локальных
сетях до 10 Гбит/с по волоконно-оптическим линиям SONET.
ATM-режим дает возможность адаптировать параметры передачи с целью
обеспечения возможности транспортировки приложений с различной чув-
ствительностью к задержкам при передаче данных.
594
Глава 14. Асинхронный режим передачи
+ Спецификация интерфейса пользователь-сеть (UNI) определяет способ,
посредством которого пользователи подключаются к сети ATM.
4- Спецификация межсетевого интерфейса (NNI) определяет способ взаимо-
действия двух АТМ-сетей.
4- Идентификатор, состоящий из двух частей, а именно идентификатора вир-
туального маршрута (VPI) и идентификатора виртуального канала (VCI),
позволяет организовывать множественное соединение по одному маршруту.
4 Эталонная модель протокола ATM состоит из физического уровня, уровня
ATM и уровня адаптации ATM.
4 Маршрутизация ячеек ATM между коммутаторами организовывается при
помощи идентификаторов виртуального маршрута и номеров портов, «про-
писанных» в таблицах маршрутов обоих коммутаторов.
4 Соединение виртуальных маршрутов (VPC) представляет собой несколь-
ко виртуальных маршрутов между коммутаторами, а соединение виртуаль-
ных каналов (VCC) - это соединение между двумя конечными станциями
при помощи VPC.
4 ATM позволяет пользователям получить необходимое качество услуг (QoS)
по каждому типу служб.
4 Эмуляция локальной сети — это механизм, который позволяет организо-
вать взаимодействие между сетью ATM и обычной сетью. Он определяет
способ адресации и использование как ориентированных, так и не ориен-
тированных на соединение протоколов.
Контрольные вопросы
1. АТМ-форум — это:
а) государственное агентство, которое регулирует принципы использова-
ния ATM;
б) международный консорциум, способствующий развитию ATM;
в) часть организации ITU-T, занимающаяся вопросами стандартизации ATM;
г) дискуссионный клуб, обсуждающий вопросы применения ATM.
2. Стремительное развитие ATM связано с тем, что в этой технологии ис-
пользуются:
а) ячейки разной длины;
б) различные глобальные сети;
в) различные локальные сети;
г) разные скорости потока данных одинакового формата.
3. Время ожидания — это мера, определяющая:
а) операции, производимые в локальных сетях;
б) длину ячеек;
Контрольные вопросы
595
в) задержки при передаче;
г) операции, производимые в глобальных сетях.
4. Значение в поле CLP определяет:
а) факт утери ячейки;
б) приоритет ячейки;
в) можно ли игнорировать данную ячейку;
г) возможность получения приоритета данной ячейкой.
5. Какие функции выполняет поле НЕС в ячейке ATM? Выберите один из
вариантов ответа:
а) защищает пользовательские данные;
б) корректирует пользовательские данные;
в) осуществляет контроль всех ошибок в заголовке ячейки;
г) обеспечивает контроль ошибок определенного типа в заголовке ячейки.
6. Какие преимущества предоставляет технология ATM в сравнении с обыч-
ными технологиями передачи данных по локальным сетям? Выберите один
из вариантов ответа:
а) средства коллективного доступа;
б) доступ с предоставлением всего трафика;
в) поддерживает фиксированную скорость при транспортировке потока
данных;
г) средства прямого коллективного доступа.
7. Какой уровень является самым низким в ATM? Выберите один из вариан-
тов ответа:
а) уровень адаптации ATM;
б) уровень сходимости;
в) уровень ATM;
г) физический уровень.
8. Какой уровень генерирует заголовок ячейки ATM длиной 5 байт? Выбе-
рите один из вариантов ответа:
а) уровень ATM;
б) физический уровень;
в) уровень адаптации ATM;
г) уровень сходимости.
9. Маршрутизация ячеек ATM между коммутаторами основана на использо-
вани:
а) идентификатора виртуального маршрута;
б) номера порта;
в) VPI и номера порта;
596
Глава 14. Асинхронный режим передачи
г) идентификатора виртуального канала.
10. Что определяется как соединение между двумя конечными станциями?
Выберите один из вариантов ответа:
а) виртуальный маршрут;
б) соединение виртуальных каналов;
в) виртуальная ссылка;
г) виртуальная локальная сеть.
И. Какой уровень определяет интерфейс между ATM и протоколами более
высокого уровня? Выберите один из вариантов ответа:
а) физический уровень;
б) уровень сходимости;
в) уровень ATM;
г) адаптационный уровень ATM.
12. ATM-приложения какого типа используют службу реального времени, пе-
ременную скорость передачи битов и ориентированную на соединение мо-
дель обмена данными? Выберите один из вариантов ответа:
а) класса А;
б) класса В;
в) класса С;
г) класса D.
13. Приложения, использующие постоянную скорость передачи, — это прило-
жения, которым требуется:
а) постоянный трафик;
б) возможность обмена файлами;
в) переменный трафик;
г) протокол, не ориентированный на соединение.
14. Какой тип уровня адаптации ATM разработан для передачи данных, чув-
ствительных к задержкам? Выберите один из вариантов ответа:
a) AAL1;
б) AAL2;
в) AAL3;
г) AAL4.
15. Какой тип уровня адаптации ATM использует больше всего управляющей
информации? Выберите один из вариантов ответа:
a) AAL1;
б) AAL2;
в) AAL3/4;
г) AAL5.
Контрольные вопросы
597
16. Какой тип уровня адаптации ATM разработан для эффективной передачи
данных протоколов? Выберите один из вариантов ответа:
a) AAL1;
б) AAL2;
в) AAL3/4;
г) AAL5.
17. Качество услуг передачи данных (QoS) определяет:
а) гарантированную скорость потока данных;
б) гарантированную величину задержек при передаче элементов данных;
в) гарантированное допустимое отклонение при разбивке данных на эле-
менты;
г) гарантированный уровень обслуживания.
18. Какой элемент эмуляции локальной сети конфигурируется вручную? Вы-
берите один из вариантов ответа:
а) клиент сервера эмуляции локальной сети;
б) сервер конфигурации эмуляции локальной сети;
в) сервер эмуляции локальной сети;
г) сервер широковещательных и неизвестных сообщений.
19. Что является центральной контрольной точкой для группы клиентов сер-
вера эмуляции локальной сети? Выберите один из вариантов ответа:
a) LES;
б) LECS;
в) BUS;
г) старший МАС-адрес.
20. Какой компонент ATM-эмуляции локальной сети обеспечивает передачу
широковещательных сообщений и сообщений, направленных по группово-
му адресу? Выберите один из вариантов ответа:
a) LES;
б) LECS;
в) BUS.
Глава 15
Беспроводная передача
сигналов
4- Мобильная беспроводная связь
4- Взаимодействие компонентов системы сотовой связи
4- Доступ к Интернету
4- ЗО-сети
4- Беспроводные локальные сети
-4 Методы передачи сигналов
В этой книге ранее мы рассматривали, как работают системы беспроводной пере-
дачи сигналов нескольких типов. Так, в главе 3 было рассказано об использовании
радиоволн микроволнового диапазона, геостационарных спутников и спутников,
находящихся на низких орбитах, а также сотовой связи. Сейчас мы значительно
глубже рассмотрим беспроводную передачу сигналов и сконцентрируем внимание
на трех четко выраженных областях ее применения: мобильной связи, связи, в ко-
торой используется стационарное оборудование, и локальных сетях (ЛВС).
Мобильная беспроводная связь
Для удобства изложения материала в этой книге мы не стали разграничивать бес-
проводную мобильную связь и сотовую связь. В настоящее время страницы газет
и телевизионные каналы изобилуют рекламными материалами, в которых много-
численные провайдеры сотовой связи предлагают свои услуги. Некоторые ком-
пании предлагают даже доступ к Web или возможность отправлять электронную
почту — и все это по мобильному телефону! Читая такие объявления, вы посто-
янно сталкиваетесь с различными аббревиатурами, каждая из которых, в принци-
пе, представляет собой краткое описание того, как данная система беспроводной
связи работает и каким образом она реализует различные возможности. Чтобы
понять, что означают такие аббревиатуры, как AMPS, FDMA, TDMA и CDMA,
нужно рассмотреть историю развития беспроводной связи, именно это мы и пред-
лагаем вам сделать. По мере изложения материала мы будем обращать ваше вни-
мание на характеристики, функции и возможности, предоставляемые системами
беспроводной связи различных поколений, что поможет вам более четко предста-
вить общую картину развития этой технологии.
Мобильная беспроводная связь
599
Развитие мобильной связи
В 1970-х годах компанией Bell Telephone Laboratories, которая являлась в то вре-
мя частью корпорации AT&T, была разработана первая коммерческая система
беспроводной передачи сигналов. Она состояла из трех основных компонентов:
базовых станций, коммутатора мобильной связи (Mobile Telephone Switching
Office, MTSO) и собственно сотовых (мобильных) телефонов. Эти копоненты
и сейчас формируют инфраструктуру большинства современных систем мобиль-
ной связи.
За время, прошедшее после этого события, технологии мобильных беспровод-
ных коммуникаций значительно усовершенствовались, однако инфраструктурные
отношения между основными компонентами, а также концепции, лежащие в осно-
ве сотовых систем, остались теми же. Поэтому, прежде чем рассказывать о том, как
развивались коммуникационные технологии, опишем их инфраструктуру.
Инфраструктура мобильных коммуникаций
При создании системы мобильной связи вся поверхность Земли делится на уча-
стки, называемые сотами. Базовая станция, расположенная на каждом из таких
участков, работает на определенных частотах. Для предотвращения наложения ме-
жду сотами в системе AMPS (Analog Mobile Phone System — аналоговая мобиль-
ная телефонная связь), которая является первой среди средств мобильных бес-
проводных коммуникаций, используется модель, в которой задействовано семь
сот (рис. 15.1). Это гарантирует, что в прилегающих сотах не будут применяться
одинаковые частоты. Фактически каждая сота состоит из базовой станции и ан-
тенны, обеспечивающих работу в широком диапазоне частот. Однако в любой мо-
мент времени на каждой из частот, поддерживаемых в соте, может обслуживаться
только один звонок — сотовая модель подразумевает, что в любой момент време-
ни в двух прилегающих сотах не применяются одинаковые частоты.
Рис. 15.1. При создании мобильных беспроводных коммуникаций поверхность
Земли делится на соты, в которых работа службы поддерживается
на определенных частотах. В системе AMPS используется модель,
в которой задействовано семь сот
600
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
Взаимодействие компонентов системы
сотовой связи
Каждая сота состоит из базовой станции, которая содержит электронное обору-
дование, обеспечивающее беспроводную передачу, и антенны. Как показано на
рис. 15.2, каждая базовая станция соединена с центральным коммутатором мо-
бильной связи (MTSO), который, в свою очередь, соединен с коммутируемой теле-
фонной сетью общего пользования и обеспечивает работу механизма межсистем-
ной связи, позволяющего владельцу мобильного телефона разговаривать с под-
ругой из Сиэтла, прогуливаясь, скажем, по улицам Чикаго.
Рис. 15.2. Три компонента системы мобильной беспроводной связи: мобильный телефон,
базовая станция и центральный коммутатор мобильной связи
При перемещении абонента мобильной связи к границе площади, покрывае-
мой сотой А, на базовой станции наблюдается уменьшение уровня сигнала, по-
ступающего с его телефона. В это же время на одной или нескольких базовых
станциях прилегающих сот (например, Б и В), находящихся по направлению дви-
жения абонента, отмечается усиление уровня сигнала. Все эти станции передают
информацию на коммутатор MTSO, который, подобно регулировщику уличного
движения, передает абонента для дальнейшего обслуживания той станции, на ко-
торой отмечается наибольшее усиление уровня сигнала.
При передаче абонента из одной соты в другую MTSO проверяет в своей базе
данных, какие частоты доступны для соты, в которую он перемещается, и сообща-
ет эту информацию ее базовой станции. Сота, которая «получает» абонента для
дальнейшего обслуживания, упоминается в сообщении MTSO как «получающая».
Взаимодействие компонентов системы сотовой связи
601
Затем базовая станция получающей соты настраивает свои частоты приема и пе-
редачи и посылает телефону абонента (на его прежней частоте приема) команду,
после выполнения которой телефон будет настроен на новую пару частот.
AMPS
Изобретенная в компании Bell Laboratories аналоговая мобильная телефонная
система (AMPS) относится к первому поколению беспроводных мобильных ком-
муникационных систем. В ней используется метод множественного доступа
с разделением частот (Frequency-Division Multiple Access, FDMA).
Частота Канал п
Канал 3
Канал 2
Канал 1
Время
Рис. 15.3. При использовании метода FDMA полоса частот, выделяемая для AMPS,
делится на множество каналов, ло каждому из которых
можно передавать речевой сигнал
В районе частоты 800 МГц Федеральная комиссия по коммуникациям (FCC)
выделила системе AMPS для использования технологии FDMA полосу шириной
50 МГц. Эта полоса разделена на каналы, каждый из которых имеет ширину 30 кГц
и поддерживает один односторонний телефонный разговор (то есть для обеспе-
чения обычного разговора необходимо задействовать два канала). Согласно ре-
шению FCC, полоса частот, выделенная AMPS, на каждой террритории распре-
деляется между двумя компаниями-операторами (которые называются оператор
диапазона А и оператор диапазона В), получившими разрешение на предоставле-
ние данной службы абонентам. Каждый оператор получил полосу шириной 25 МГц,
а это означает, что, поскольку для каждого канала отведено 30 кГц, всего поддер-
живается 832 канала сотовой связи. Однако в случае полнодуплексной связи ко-
личество сеансов связи, одновременно поддерживаемых в соте, будет равно 416,
поскольку один канал используется для передачи сигнала от базовой станции
абоненту, а второй канал - для приема базовой станцией сигнала от абонента.
Поскольку AMPS является аналоговой технологией, передавать данные с ее
помощью относительно несложно, для этого нужно просто подсоединить модем
к AMPS-совместимому сотовому телефону. Однако в связи с потенциальной воз-
можностью наложения сигналов вам потребуется модем, разработанный для бес-
проводной передачи, который поддерживает изменение длины пакета и исправ-
ление ошибок, возникающих при передаче (повторная пересылка поврежденных
602
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
пакетов). Поскольку в выделенную для AMPS-канала полосу частот шириной
30 кГц включены частоты, предварительно назначенные для специального исполь-
зования, максимальная скорость передачи данных, доступная для канала, состав-
ляет всего 9,6 кбит/с.
На рубеже тысячелетий из всех систем беспроводной связи AMPS покрывала
наибольшую территорию. Однако именно благодаря такому успеху возникла по-
требность в другой технологии. С ростом числа пользователей, купивших AMPS-
совместимые сотовые телефоны, все чаще, особенно в городских районах, стали
наблюдаться случаи, когда абоненты не могли позвонить. Эта ситуация, называе-
мая блокированием, возникает, когда в соте, поддерживающей только 416 одно-
временных сеансов связи, пытается позвонить 417-й абонент. Блокирование также
происходит при перемещении мобильного пользователя в соту, где отсутствует
свободный канал. После долгих поисков приемлемого решения возникшей про-
блемы разработчики мобильных систем пришли к выводу, что при использова-
нии аналоговой системы и сот фиксированного размера невозможно обеспечить
дальнейший рост числа подписчиков службы. Результатом такого решения было
появление двух новых методов доступа: множественного доступа с временным
разделением (Time Division Multiple Access, TDMA) и множественного доступа с
кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA). Благодаря
внедрению этих методов удалось увеличить количество одновременно обслужи-
ваемых пользователей и повысить эффективность использования передающих
мощностей соты.
TDMA
При использовании метода множественного доступа с разделением времени (TDMA)
каналы, выделенные для AMPS, подразделяются на временные слоты. Каждый
AMPS-канал делится на повторяющиеся последовательности из грех временных
слотов, то есть абоненту выделяются частота и временной слот, как это показано
на рис. 15.4.
S — временной слот
Рис. 15.4. При множественном доступе с разделением времени (TDMA)
каждый AMPS-канал делится на повторяющиеся последовательности,
состоящие из трех временных слотов
Взаимодействие компонентов системы сотовой связи
603
В Северной Америке сотовые системы, использующие технологию TDMA, ра-
ботают на частоте 800 или 1900 МГц. При работе на частоте 800 МГц TDMA мо-
жет нормально сосуществовать с аналоговыми каналами в той же сети. Это дает
возможность абонентам, имеющим телефоны, которые поддерживают оба стан-
дарта, при перемещении между сотами пользоваться услугами как аналоговой
AMPS, так и цифровой TDMA. Такая автоматическая настройка на местную сеть
связи называется роумингом. TDMA и AMPS различаются также способом пере-
дачи речи. Голос человека представляет собой звуковые волны, находящиеся
в диапазоне 40—2300 Гц, и в AMPS, которая является аналоговой системой, из
этого диапазона вначале отфильтровываются очень низкие и очень высокие час-
тоты, которые почти не оказывают влияния на восприятие и понимание речи. По-
лученный сигнал с более узким спектром служит в качестве модулирующего.
В TDMA вначале выполняется оцифровка речи, для чего обычно применяется
смешанное кодирование, позволяющее использовать значительно меньшие ско-
рости передачи сигнала, чем при импульсно-кодовой модуляции. Затем получен-
ный в результате поток цифровых данных используется для получения модули-
рованного радиосигнала. Поскольку в первой версии системы TDMA, работаю-
щей на частоте 800 МГц, выполняется оцифровка речи, она получила название
D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Services — цифровая усовершенство-
ванная мобильная телефонная служба).
PCS
Вторая версия TDMA, работающая на частоте 1900 МГц, упоминается как PCS
(Personal Communications System — персональная коммуникационная система).
Системы PCS работают на более высокой частоте, чем D-AMPS, и, следователь-
но, в них используются волны меньшей длины. Поэтому соты системы PCS име-
ют меньший размер, чем соты системы, работающей на частоте 800 МГц, а это
значит, что одна и та же территория будет разбита на большее количество сот.
Этим объясняется тот факт, что при использовании системы PCS относительно
легче выделить пользователю канал в городских районах или вдоль оживленных
магистралей. Однако более чем вероятно, что при перемещении абонента в сель-
скую местность его телефон, поддерживающий два режима, будет работать с сис-
темой AMPS.
Сейчас в мире используются системы PCS нескольких типов: D-AMPS 1900,
работающая на частоте 1900 МГц, глобальная система мобильной связи GSM (Glo-
bal System for Mobile) и CDMA. Система GSM похожа на D-AMPS 1900 тем, что
она также основана на применении метода TDMA, в то время как в CDMA ис-
пользуется совершенно иная технология доступа.
Основное преимущество системы PCS состоит в том, что метод TDMA можно
модифицировать таким образом, что в определенный период времени будут под-
держиваться не три, а два вызова. В этом режиме временные слоты могут быть
использованы для поддержки цифрового канала управления (Digital Control Channel,
DCC). В результате применения DCC у PCS-телефонов появилась возможность
передавать и получать алфавитно-цифровые сообщения. Эта служба получила
604
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
название SMS (Short Message Service — служба коротких сообщений), а PCS-со-
вместимые сотовые телефоны стали выполнять функции пейджеров.
Использование метода TDMA в системах D-AMPS и GSM позволило увели-
чить срок службы батарей сотовых телефонов этих систем по сравнению с AMPS-
телефонами. Главной причиной продления жизни батарей является то, что время
передачи сигнала при использовании метода TDMA в большинстве случаев со-
ставляет одну треть от времени, затрачиваемого на передачу AMPS-телефонами.
К более экономному расходу энергии также приводит способность PCS-телефо-
нов при работе в холостом режиме периодически проверять канал управления —
нет ли входящего звонка. Если в канале управления сигнал не обнаружен, теле-
фон продолжает оставаться в «спячке».
GSM
История создания GSM уходит совоими корнями в 1980-е годы, когда в северных
странах наблюдался бурный рост числа абонентов служб аналоговых сотовых
систем. Столь стремительный рост привел к необходимости введения стандартов
для цифровых сотовых систем связи. После пяти лет напряженной работы 13
фирм-операторов подписали документ о стандартизации GSM. На тот момент
времени в основе аббревиатуры GSM лежало французское словосочетание Group
Speciale Mobile, но в настоящее время она получила иное истолкование — Global
System for Mobile Communications.
Европейская версия GSM работает в полосе частот 890-925 МГц и использу-
ется в странах Евросоюза. К сожалению, данная полоса частот не применяется
в Соединенных Штатах, там для GSM выделена частота 1900 МГц, на которой
и работает система персональной связи США.
GSM представляет собой TDMA-версию системы PCS, в которой используется
цифровая технология. Перед модуляцией данных в ней выполняется сжатие речи
с применением смешанного кодирования, в результате чего аналоговый сигнал
преобразуется в поток двоичных цифр, передаваемых со скоростью 13 кбит/с.
Эта цифровая технология позволяет подключать цифровой источник данных не-
посредственно к сотовому телефону системы GSM без использования модема.
Однако наибольшая скорость передачи данных будет приблизительно равна
14,4 кбит/с.
CDMA
Третьей технологией беспроводного мобильного доступа является CDMA. В от-
личие от AMPS и TDMA, которые работают в узкой полосе частот, сигналы
CDMA занимают более широкую полосу частот. Этот метод передачи называется
расширением спектра радиосигнала по методу прямой последовательности (Di-
rect Sequence Spread Spectrum, DSSS) или просто методом расширения сигнала.
Главное преимущество метода состоит в том, что, согласно теореме Шеннона, та
же самая пропускная способность такого канала связи может поддерживаться
Доступ к Интернету
605
при меньшем уровне мощности сигнала. То есть компоненты CDMA способны
функционировать при использовании сигналов меньшей мощности.
В CDMA расширение спектра происходит посредством использования псев-
дослучайного (PN) цифрового кода, «растягивающего» каждый бит. PN-сигнал
получил название чип-кода, в котором каждый чип представляет бит данных, об-
работанный с помощью PN-кода. Каждый передаваемый бит данных сначала скла-
дывается по модулю 2 с каждым битом PN-кода, а затем полученная последова-
тельность расширенных битов модулируется для передачи по каналу с полосой
пропускания 1,23 МГц.
На рис. 15.5 изображен пример процесса растягивания последовательности
битов, в котором 5-битовый PN-код используется для растягивания 3-битового
сообщения. В результате каждый бит данных передается пять раз, то есть одна
единица информации передается за одну чип-операцию. В приемнике для полу-
чения первоначальной последовательности битов также выполняется операция
сложения по модулю 2 «растянутого» бита с PN-кодом. При этом полученный
«растянутый» бит должен состоять или из одних единиц, или из одних нулей
(в нашем случае из пяти), что позволяет принимать и восстанавливать данные,
которые были частично повреждены при передаче. Алгоритм восстановления дан-
ных очень простой: если в полученном после сложения по модулю 2 «растяну-
том» бите будут присутствовать и единицы и нули, то принятым считается значе-
ние, которое встречается чаще. Например, если в «растянутом» бите четыре еди-
ницы и один ноль, принятым считается значение 1.
Биты данных
PN-код
101
10110
01001 10110 01001
Передаваемые
данные
Рис. 15.5. При передаче сигнала с расширенным спектром каждый
бит данных складывается по модулю 2 с PN-кодом
В CDMA один канал занимает диапазон частот шириной 1,23 МГц. Это значи-
тельно больше, чем диапазон частот, отводимый для каналов в системах AMPS
и TDMA, но зато в CDMA в каждой соте все доступные диапазоны частот могут
использоваться неоднократно. Кроме того, благодаря изменению PN-кода в сис-
теме CDMA можно поддерживать пропускную способность канала в несколько
раз большую, чем в системе TDMA. Согласно проведенным исследованиям, в од-
ной соте система CDMA в состоянии обслуживать одновременно в 10 раз больше
пользователей, чем система TDMA, которая, в свою очередь, в 3 раза продуктив-
нее системы AMPS.
Доступ к Интернету
Пытаясь найти новое применение сотовым телефонам, компании-производители
разработали протокол WAP (Wireless Application Protocol — протокол приложе-
ний беспроводной связи), который похож на протокол HTML и предоставляет
абонентам возможность доступа к Интернету. Фактически WAP представляет
606
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
собой комплект протоколов, которые определяют язык сценариев, версию HTML,
используемую в беспроводной связи, службы защиты, а также другие функции.
Поскольку в сотовых телефонах ограничены возможности ввода данных и хране-
ния информации, применение протокола WAP требует наличия шлюза для пре-
образования WAP в HTML и определения IP-адреса по имеющемуся имени хос-
та. К тому же ограниченные возможности отображения информации на дисплее и
относительно низкая скорость передачи данных (во всяком случае, в существую-
щих системах) приводят к тому, что пользоваться Интернетом с помощью бес-
проводных систем связи пока еще очень неудобно. Что касается низкой скорости
передачи данных, то новое поколение систем беспроводных коммуникаций, без-
условно, преодолеет ограничения нынешних технологий, а вот размер экрана и
количество клавиш сотовых телефонов в ближайшем будущем вряд ли сущест-
венно изменятся.
ЗС-сети
Ранее мы уже упоминали о том, что система AMPS представляет собой первое
поколение мобильных беспроводных коммуникационных служб, a TDMA и CDMA
являются службами второго поколения. В 1986 году, осознавая необходимость
поддержки операций, требующих более высоких скоростей передачи данных, Ме-
ждународный союз телекоммуникаций (ITU) инициировал работу над проектом
IMT-2000, целью которого стало достижение скорости передачи данных, равной
3 Гбит/с. Этот проект нацелен на разработку целого семейства систем беспровод-
ной связи, предназначенных для предоставления через спутники и наземные сред-
ства доступа к Интернету как для мобильных, так и для «стационарных» пользова-
телей. Поэтому, вполне вероятно, в ближайшем будущем мы станем свидетелями
появления 3-гигабитовых систем, представляющих альтернативу широкополос-
ному доступу в Интернет посредством DSL-модемов и кабельных модемов.
Согласно предложениям ITU, сетевые службы проекта IMT-2000 должны осу-
ществлять поддержку всех существующих PSTN-служб, служб передачи речевых
сообщений, таких как пейджинговая связь, Teletex и SMS, а также служб высоко-
скоростной передачи мультимедийной информации через сеть. При этом должны
поддерживаться службы, базирующиеся как на коммутации пакетов, так и на ком-
мутации каналов. Минимальные скорости передачи данных для различных служб
в зависимости от «степени мобильности абонента» указаны в табл. 15.1.
Разрабатывая системы беспроводной связи, способные передавать данные со
скоростью 3 Гбит/с, производители Европы и Японии пошли по иному пути, чем
их североамериканские коллеги. Они изначально взяли за основу широкополос-
ную систему CDMA (WCDMA), которая значительно отличается от североаме-
риканской CDMA.
В Северной Америке группа разработчиков CDMA выбрала для нового про-
дукта название CdmaOne, которое, по их мнению, является наиболее подходя-
щим для системы, обеспечивающей беспроводную передачу сигнала. В 1999 году
Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (TIA) был одобрен стан-
дарт 1XRTT, регламентирующий обновление системы CDMA, благодаря которо-
му в ней можно будет передавать данные со скоростью 144 кбит/с.
Беспроводные локальные сети
607
Таблица 15.1. Минимальные скорости передачи данных, необходимые
для осуществления проекта IMT-2000
Служба Степень мобильности абонента Скорость передачи данных
Коммутация пакетов Находится в транспортном средстве 144 кбит/с
Перемещается пешком вне офиса 384 кбит/с*
Находится в пределах офиса 2 Мбит/с
Коммутация каналов Находится в транспортном средстве 144 кбит/с
Перемещается пешком вне офиса 384 кбит/с*
Находится в пределах офиса 2 Мбит/с
* При использовании технологии, предназначенной для пассажиров транспортных средств, мини-
мальная скорость передачи данных должна быть равна 144 кбит/с,
Когда в США разработчики 3-гигабитовых систем вплотную приблизились
к созданию нового поколения систем беспроводной связи, ассоциация TIA зара-
нее дала новому продукту имя — Cdma2000. Этот продукт должен представлять
собой следующий этап перехода от системы CdmaOne к трехгигабитовым (3G)
системам, которые были определены стандартом 1XRTT. Выше уже упомина-
лось, что Европа и Япония разрабатывают свою версию ЗО-систем, однако в ию-
не 1999 года на встрече группы экспертов ITU при обсуждении возможности ис-
пользования CDMA как компонента проекта IMT-2000 было принято решение
добиться совместимости разрабатываемых систем (WCDMA и CDMA2000).
В течение 2000 и 2001 годов в Европе была лицензирована полоса частот для
выполнения операций со скоростью 3 Гбит/с. В 2004 году ожидается появление
первой коммерческой ЗС-системы, которая позволит пользователям, находясь
в доме или офисе, путешествовать по Web со скоростью 2 Мбит/с, а будучи пас-
сажиром транспортного средства, принимать и отправлять информацию со ско-
ростью 144 кбит/с. Теперь, когда вы имеете представление о том, как будут разви-
ваться системы беспроводной связи, поддерживающие как мобильность пользовате-
ля, так и передачу данных с высокой скоростью, мы можем перейти к последнему
разделу этой главы и рассмотреть принципы работы и использования беспровод-
ных локальных сетей.
Беспроводные локальные сети
В связи с ростом сети Интернет и все более широким использованием электрон-
ной почты, а также возрастающей потребностью в мобильности у бизнесменов,
чиновников и ученых беспроводные локальные сети стали рассматриваться уже
не как продукт, занимающий узкую нишу в многообразном мире сетей, а как кон-
курентоспособное решение, соответствующее большинству предъявляемых тре-
бований. Отчасти такому отношению к беспроводным локальным сетям способ-
ствовало появление стандарта IEEE 802.11b, благодаря которому скорость переда-
чи данных в беспроводных локальных сетях возросла до 11 Мбит/с (в настоящее
608
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
время — до 54 Мбит/с), делая их пригодными для использования в домашних ус-
ловиях, офисах и даже в гостиницах и аэропортах. Поскольку, как следует из на-
звания этих сетей, им не нужны провода, внедрение этой технологии при опреде-
ленных обстоятельствах может происходить быстрее, чем распространение обыч-
ных сетей.
Беспроводные локальные сети появились в средине 1980-х годов, когда для
работы в нелицензированных полосах частот было разработано несколько част-
ных систем. В 2000 году IEEE был создан стандарт для беспроводных локальных
сетей, получивший название 802.11. Этот стандарт определяет следующие мето-
ды доступа к беспроводным локальным сетям: применение инфракрасного излу-
чения, расширение спектра со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency-
Hopping Spread Spectrum, FHSS) и расширение спектра радиосигнала по методу
прямой последовательности (DSSS). При использовании любого из этих методов
поддерживается передача данных со скоростью 1 или 2 Мбит/с. Впоследствии
IEEE расширил стандарт 802.11, включив в него спецификацию 802.11b, опреде-
ляющую принципы использования DSSS на скоростях передачи данных 5,5 и
И Мбит/с. Во втором расширении стандарта, получившем название 802.11а, рег-
ламентировалось применение мультиплексирования с ортогональным частотным
разделением каналов (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM), по-
зволяющего увеличить скорость передачи до 54 Мбит/с. В настоящее время ши-
роко используются продукты, соответствующие стандарту IEEE 802.11 и расши-
рению к стандарту IEEE 802.11b, они функционируют в районе частоты 2,4 ГГц.
В ближайшее время ожидается появление на рынке продуктов, соответствующих
расширению к стандарту 802.11а и способных работать на частотах 5 ГГц.
Методы передачи сигнала
В беспроводной локальной сети, соответствующей стандартам IEEE, поддержи-
вается один из четырех методов передачи сигнала — FHSS, DSSS, OFDM или че-
рез инфракрасный канал. Инфракрасное излучение применяется при передаче
сигнала на относительно короткие расстояния, поэтому такие сети не имеют ши-
рокого распространения. Методы широкополосной передачи FHSS и DSSS пер-
воначально разрабатывались для военных ведомств, поскольку позволяли поддер-
живать устойчивую связь даже при активных помехах со стороны противника.
Принцип, лежащий в основе метода FHSS, проиллюстрирован на рис. 15.6.
Заметьте, что в передатчике и приемнике должны выполняться одинаковые алго-
ритмы смены частот. Перед тем как передатчик скачкообразно переходит на но-
вую частоту, предыдущая частота используется в течение относительно коротко-
го промежутка времени, именно это обстоятельство минимизирует воздействие
активных помех. Метод FHSS позволяет преодолевать проблемы, возникающие
не только в военной, но и в гражданской сфере — при использовании узкой поло-
сы частот есть вероятность, что какое-нибудь устройство будет излучать помехи
именно в этом диапазоне.
Методы передачи сигнала
609
Рис. 15.6. Благодаря использованию метода FHSS минимизируется эффект
воздействия постороннего электромагнитного излучения
Ранее, при обсуждении технологии CDMA, мы рассматривали метод DSSS,
в котором для «растягивания» предаваемого сигнала по диапазону частот канала
использовался псевдослучайный PN-код. В приемнике для восстановления пер-
воначальных данных применялся тот же PN-код. Согласно стандарту IEEE 802.11,
перед модуляцией передаваемого сигнала каждый бит данных с помощью И-би-
тового кода Баркера «растягивается» в группу, состоящую из 11 бит. В приемни-
ке выполняется демодуляция сигнала с последующим сложением по модулю 2
И-битовой группы и PN-кода и определением наиболее часто встречающегося
значения. Например, если после демодуляции и сложения по модулю 2 получена
И-битовая группа 11011111101, биты, имеющие значения 0, будут рассматри-
ваться как ошибочные, а принятым будет считаться значение 1. Третьим методом
передачи сигнала, который применяется в беспроводных локальных сетях, соот-
ветствующих стандартам IEEE, является OFDM. В нем группы битов модулиру-
ются с использованием ряда подканалов (рис. 15.7). Поскольку каждый подканал
не зависит от других подканалов, передача является ортогональной. Метод OFDM
заложен в основу стандарта IEEE 802.11а, который определяет использование 48 под-
каналов и 4 контрольных тональных сигналов в каждом канале.
каналов (OFDM) все подканалы являются независимыми друг от друга
Типы сетей
Стандартом IEEE 802.11 определены два типа сетей — временные (ad hoc) и по-
стоянные (infrastructure). Временные сети могут быть созданы непосредственно
610
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
во время сеанса связи, что позволяет двум и более клиентам общаться друг с дру-
гом. На рис. 15.8, а продемонстрирован пример беспроводной локальной сети,
созданной во время сеанса связи.
Клиент Клиент
а
Обыкновенная
кабельная сеть
Рис. 15.8. Типы беспроводных сетей:
а — временная; б — постоянная
В сетях второго типа, регламентированного стандартом IEEE, для связи между
клиентами предусматривается использование точки доступа. Беспроводная ло-
кальная сеть этого типа схематически представлена на рис. 15.8, б.
Точку доступа можно рассматривать как мост, соединяющий мобильного кли-
ента с обычной локальной сетью. Для каждого мобильного клиента назначен ше-
стнадцатеричный шестизначный МАС-адрес, аналогичный МАС-адресу, который
имеется у каждого сетевого интерфейса обычного хоста. Пользуясь таблицей мар-
шрутизации (порт-адрес), в которую занесены МАС-адреса мобильных клиентов
и хостов обычных сетей, программное обеспечение точки доступа определяет, ка-
кие данные можно передать мобильному клиенту.
Наборы служб беспроводных локальных сетей
Как и большинство других сетей, беспроводная локальная сеть должна иметь
идентификатор. При использовании единственной точки доступа он называется
базовым идентификатором (Basic Service Set, BSS) и обычно представляет собой
МАС-адрес точки доступа, передаваемый каждому мобильному клиенту при ус-
тановлении связи. Если в здании имеется несколько точек доступа, каждая из
них имеет свой BSS-идентификатор и функционирует независимо от других. Для
Резюме
611
того чтобы клиенты могли перемещаться от одной точки доступа к другой, исполь-
зуется расширенный идентификатор (Extended Service Set, ESS). При формирова-
нии набора ESS выполняется конфигурирование двух или более точек доступа
к сети с одинаковыми идентификаторами, что позволяет им работать совместно.
Применение беспроводных локальных сетей
Рассмотрение беспроводных локальных сетей не будет полным без упоминания
о сферах их применения, которые способствуют росту их популярности.
И в доме, и в офисе беспроводные локальные сети предоставляют пользовате-
лям быстрый и относительно недорогой способ доступа к Интернету посредством
единственного подключения, например через кабельный модем или линию DSL.
Благодаря наличию в аэропортах и отелях точек подключения, совместимых со
стандартом 802.11b, путешествующие могут получить высокоскоростной доступ
к Интернету с помощью своих дорожных компьютеров или ноутбуков. Теперь
в колледжах и студенческих городках при использовании беспроводных локаль-
ных сетей для обслуживания спортивных соревнований и аудиторий администра-
тор сети может установить электронное оборудование в любом удобном месте.
Раньше такая «роскошь» была сопряжена с внушительными затратами труда и
времени, поскольку нужно было прокладывать и подключать множество кабелей,
которые затем необходимо было прикреплять к полу и заботиться о том, чтобы на
них не наступали. Теперь, в начале нового тысячелетия, можно смело сказать, что
возможные сферы применения беспроводных локальных сетей ограничиваются
только воображением разработчиков.
Резюме
♦ Тремя компонентами мобильной беспроводной системы передачи являют-
ся базовая станция, коммутатор мобильной связи (MTSO) и сотовые теле-
фоны.
4 В каждой соте находятся базовая станция с соответствующим электрон-
ным оборудованием и антенна.
-4 Для предотвращения наложения сигналов в смежных сотах в системах AMPS
используется модель, в которой задействовано семь сот.
4 В системах мобильной беспроводной связи используются три основные тех-
нологии доступа: FDMA, TDMA и CDMA.
4 Служба AMPS основана на технологии TDMA, при использовании кото-
рой перед модулированием сигнала выполняется оцифровка речи при не-
высокой скорости генерирования битов.
4 Благодаря использованию одного из трех TDMA-слотов для поддержки
цифрового канала управления (DSS) в перечень служб, предоставляемых
подписчикам системы PCS, была включена служба SMS.
612
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
4- Система CDMA основана на технологии расширения спектра радиосигна-
ла по методу прямой последовательности (DSSS), при использовании ко-
торой диапазон частот предаваемого сигнала «растягивается» по каналу.
-4 WAP представляет собой комплект протоколов, которые позволяют вла-
дельцам сотовых телефонов, работающих по этому протоколу, подключать-
ся к Интернету.
4 Стационарные ЗС-системы смогут передавать данные со скоростью 2 Мбит/с,
составляя тем самым конкуренцию доступу к Интернет с помощью кабель-
ных модемов и DSL-модемов.
4 Стандарт IEEE 802.11 регламентирует передачу данных в беспроводных
локальных сетях со скоростями 1 и 2 Мбит/с; расширение 802.11b позво-
ляет увеличить эту скорость до 11 Мбит/с; согласно второму расширению,
получившему название 802.11а, планируемая скорость передачи данных долж-
на составлять 54 Мбит/с.
4 Стандартом IEEE 802.11 определяются два типа беспроводных локальных
сетей — временные и постоянные.
Контрольные вопросы
1. Назначение абоненту новой соты при его перемещении называется:
а) настройкой мощности;
б) передачей;
в) сбросом;
г) переходом.
2. Что такое получающая сота? Выберите один из вариантов ответа:
а) сота, в которую перемещается абонент;
б) сота, покидая которую подписчик выходит из системы;
в) сота, в которой не обслуживается ни один пользователь;
г) сота, на территории которой абонент приобретает телефон.
3. Какая система относится к первому поколению систем беспроводных ком-
муникаций? Выберите один из вариантов ответа:
a) CDMA;
б) TDMA;
в) 1ХТ34;
г) AMPS.
4. Какой метод сетевого доступа лежит в основе системы AMPS? Выберите
один из вариантов ответа:
a) CDMA;
б) TDMA;
Контрольные вопросы
613
в) WCDMA;
г) FDMA.
5. Какое количество одновременных сеансов связи поддерживается в одной
соте системы AMPS? Выберите один из вариантов ответа:
а) 832;
б) 416;
в) 1296;
г) неопределенное количество.
6. Что происходит при блокировании? Выберите один из вариантов ответа:
а) абонент не может позвонить;
б) абоненту не могут позвонить;
в) при перемещении абонента из одной соты в другую у него прерывается
связь;
г) абонент не может позвонить в другой город (штат).
7. Во сколько раз, исходя из количества обслуживаемых клиентов, система
TDMA эффективнее системы FDMA? Выберите один из вариантов ответа:
а) в 15;
б) в 8;
в) в 3;
г) в 2.
8. Какая из систем является системой персональной связи? Выберите один из
вариантов ответа:
a) AMPS;
б) 800 МГц D-AMPS;
в) GSM;
г) все перечисленные выше.
9. Какой метод доступа используется в системе GSM? Выберите один из ва-
риантов ответа:
a) CDMA;
б) FDMA;
в) TDMA;
г) WCDMA;
10. Предположим, что в системе CDMA в результате сложения по модулю 2
принятого «растянутого» бита и 7-битового PN-кода получилась следую-
щая последовательность: 1011101. Какое значение будет считаться приня-
тым? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1011101;
б) 0100010;
614
Глава 15. Беспроводная передача сигналов
в) 0;
г) 1.
11. Какова максимальная скорость передачи данных в беспроводной локаль-
ной сети, в которой для передачи сигнала используется инфракрасное из-
лучение? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1 Мбит/с;
б) 2 Мбит/с;
в) 5 Мбит/с;
г) И Мбит/с.
12. С какой максимальной скоростью предаются данные в беспроводной ло-
кальной сети, соответствующей стандарту IEEE и в которой применяется
метод расширения спектра радиосигнала по методу прямой последователь-
ности (DSSS)? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1 Мбит/с;
б) 2 Мбит/с;
в) 5 Мбит/с;
г) И Мбит/с;
13. В сетях какого типа два клиента могут общаться непосредственно друг
с другом? Выберите один из вариантов ответа:
а) временного типа;
б) постоянного типа;
в) поддерживающих роуминг;
г) поддерживающих блокировку.
14. В сетях какого типа предусматривается использование клиентами служб
точки доступа? Выберите один из вариантов ответа:
а) временного типа;
б) постоянного типа;
в) поддерживающих роуминг;
г) поддерживающих блокировку.
15. Что требуется для роуминга в среде беспроводной локальной сети? Выбе-
рите один из вариантов ответа:
а) различные идентификаторы сети;
б) блокирование предыдущей точки доступа;
в) последовательное назначение BSS-идентификаторов;
г) наличие ESS-идентификатора.
Глава 16
Защита сетей
♦ Предоставление права на доступ, аутентификация и регистрация
подключений
4- Блокировка доступа
4 Шифрование данных
4 Цифровые сертификаты
4 Уровень защищенных сокетов и протокол S-HTTP
4- Защита с использованием маршрутизаторов
4 Списки доступа
4 Защита сети с помощью брандмауэров
Мы уже касались вопросов защиты сетей, однако эту тему следует рассмотреть
более подробно. В мире информационных технологий защита данных является
насущной необходимостью, и это в первую очередь касается работы пользователей
в сети. Без применения средств обеспечения безопасности было бы невозможно
выполнение через сеть таких операций, как приобретение товаров, размещение
заказов, бронирование билетов и т. д. Много ли найдется людей, согласных от-
править по электронной почте конфиденциальную информацию открытым тек-
стом, без предварительного шифрования сообщения? Еще сравнительно недавно
одно из правил хорошего тона гласило, что джентльмен не станет читать чужие
письма. Но, к сожалению, времена меняются, и теперь некоторые «джентльмены»
норовят не только сунуть нос в чужую почту, но и изменить ее содержание. Кро-
ме того, некоторые просто получают удовольствие, изменяя внешний вид и функ-
ции незащищенных web-страниц или загружая сервер бесполезной работой до та-
кой степени, что остальные пользователи не могут получить к нему доступ.
Мы начнем с основ безопасности, после чего перейдем к более сложным во-
просам. В частности, речь пойдет о технологиях доступа и методах аутентифика-
ции, которые могут быть использованы для получения доступа к сетевым средст-
вам, о шифровании с применением открытого и секретного ключей, о роли спи-
сков доступа, используемых на маршрутизаторе, а также о межсетевых экранах
(брандмауэрах) и цифровых сертификатах.
616
Глава 16. Защита сетей
Предоставление права на доступ,
аутентификация и регистрация
подключений
Безопасность использования сети обеспечивается путем предоставления права
на доступ, аутентификации и регистрации подключений. Процесс идентифика-
ции пользователя называется аутентификацией. Одним из стандартных методов
аутентификации является использование имени пользователя и пароля в качестве
предварительно назначенной пары идентификаторов, которые пользователь дол-
жен ввести в ответ на запрос системы для получения доступа к сетевым средствам.
При этой, наиболее простой, форме аутентификации идентификатор пользовате-
ля и пароль передаются по сети открытым текстом (то есть не в зашифрованном
виде). Сам процесс аутентификации — сравнения переданной пары идентифика-
торов с записями таблицы, находящейся на сервере, — выполняется в соответст-
вии с протоколом аутентификации по паролю (Password Authentication Protocol,
PAP). Хранящиеся записи зашифрованы, в отличие от передаваемой пары иден-
тификаторов, и это является слабой стороной данного метода аутентификации.
Более усовершенствованная система запрос-ответ функционирует в соответ-
ствии с протоколом аутентификации по запросу при установлении связи (Chal-
lenge Handshake Authentication Protocol, CHAP). Согласно этому протоколу, агент
аутентификации, которым является программное обеспечение, находящееся на
сервере, передает пользователю ключ, с помощью которого тот шифрует свое имя
и пароль и пересылает эту информацию обратно на сервер. В результате неавто-
ризованному пользователю при выполнении мониторинга сетевой активности го-
раздо труднее определить имя другого пользователя и его пароль. Кстати, автори-
зация — это и есть процесс предоставления пользователю права доступа к средствам
системы, во время которого имя пользователя и назначенный ему пароль записы-
ваются в специальную таблицу системы. Если неавторизованным пользователям
и предоставляется доступ к системе, они получают в свое распоряжение лишь не-
значительную часть ее возможностей.
Можно сказать, что после прохождения процедуры аутентификации перед
пользователем открывается дверь в систему, поэтому разработчики мер защиты
сосредотачивают свое внимание в основном на операциях ввода имени пользова-
теля и пароля. Одной из достаточно широко распространенных систем, обеспечи-
вающих высокий уровень защиты при аутентификации, является система запрос-
ответ, в которой используются смарт-карты. Смарт-карта похожа на кредитную
карточку с небольшим дисплеем, позволяющим отображать 6 цифр, которые из-
меняются через каждую минуту. Если пользователю нужно получить доступ к
системе, он должен приобрести такую карточку, и ему сообщат его четырехзнач-
ный личный идентификационный код - PIN (Personal Identification Number).
При попытке входа в систему, в которой аутентификация производится посред-
ством смарт-карты, пользователю будет предложено ввести шестизначное число,
высвечиваемое в данную минуту на дисплее смарт-карты, и PIN-код. Для того
чтобы с хранимыми в компьютере значениями сравнивался не только PIN-код,
но и введенное шестизначное число, на компьютере применяется тот же алгоритм
Шифрование данных
617
изменения шестизначного числа, что и в микросхеме смарт-карты (то есть любое
высвечиваемое число действительно только в течение одной минуты). Если оба
значения являются действительными, пользователь получает доступ к системе.
Если пользователь потеряет смарт-карту, вряд ли кто-то сможет ею восполь-
зоваться, не зная PIN-кода владельца. Однако если пользователь укажет на кар-
точке свой PIN-код, то при потере таковой он, в лучшем случае, может рассчиты-
вать на то, что кто-нибудь скажет ему «большое спасибо».
Регистрируя попытки доступа к сети, вы можете легко определить, не пытался
ли неавторизованный пользователь проникнуть в вашу систему, а также узнать,
не забыл ли свой пароль кто-либо из ваших сотрудников. То есть благодаря реги-
страции попыток доступа вы можете быстро сориентироваться в текущей ситуа-
ции и принять соответствующие меры для защиты информации.
Блокировка доступа
В 1980-х годах один из самых распространенных методов взлома систем безопас-
ности заключался в последовательном использовании в качестве имени пользова-
теля всех слов, содержащихся в электронном словаре. Поскольку во многих орга-
низациях в качестве имен (идентификаторов) пользователей указывались их
инициалы и фамилии, злоумышленнику, чтобы попытаться проникнуть в систему,
достаточно было узнать таковые. Осознав серьезность этой проблемы, разработ-
чики программного обеспечения создали программу блокировки доступа к системе.
Устанавливаемые администратором сети средства блокировки позволяют предот-
вратить дальнейшие попытки доступа после превышения некоторого заданного
количества (порога) безуспешных попыток. Очень часто программное обеспече-
ние, выполняющее блокировку доступа, позволяет задать еще один порог: этим
порогом определяется время, в течение которого система будет заблокирована.
Например, администратор может назначить длительность блокировки равной 5,
10 или 15 мин., а также выбрать вариант постоянной блокировки, снять которую
впоследствии сможет только он сам.
Шифрование данных
При передаче информации применяются два метода шифрования данных: с ис-
пользованием секретного ключа и с использованием открытого ключа. В первом
случае отправитель и получатель выполняют шифрование и расшифровку сооб-
щения с помощью одного и того же ключа, во-втором - с применением двух клю-
чей: открытого, который известен каждому и служит для шифрования данных,
и секретного, известного только получателю сообщения. При расшифровке сооб-
щения выполняются сложные математические вычисления, в которых участвуют
оба ключа.
618
Глава 16. Защита сетей
В обеих системах для шифрования и расшифровки данных применяется опе-
рация сложения по модулю 2 (табл. 16.1). Шифрование сообщения выполняется
следующим образом: вначале с использованием ключа генерируется псевдослу-
чайный поток данных, который затем складывается по модулю 2 с открытым тек-
стом. Тот же ключ используется получателем сообщения для его расшифровки.
Таблица 16.1. Шифрование и расшифровка данных
Шифрование Код
Открытый текст (данные, подлежащие шифрованию) 10110110
PN-данные, сгенерированные с помощью ключа 01101101
Зашифрованные данные 11011011
Расшифровка Код
Зашифрованные данные 11011011
PN-данные, сгенерированные с помощью ключа 01101101
Открытый текст (расшифрованные данные) 10110110
Из табл. 16.1 видно, что при обмене данными выполняется следующая после-
довательность действий: на передатчике для получения потока зашифрованных
данных генерируется псевдослучайная строка (PN-данные), которая затем скла-
дывается по модулю 2 с открытым текстом. На приемнике с помощью того же
ключа генерируются те же PN-данные, которые складываются по модулю 2 с по-
лученными зашифрованными данными для получения открытого текста.
Главные проблемы системы шифрования с использованием секретного ключа
связаны с администрированием и распределением ключей. Поскольку обе сторо-
ны, участвующие в обмене данными, используют одинаковый ключ, существует
вероятность того, что с увеличением числа пользователей, участвующих в обмене,
ключ перестанет быть секретным. Кроме того, большие проблемы возникают при
администрировании и распределении секретных ключей, так как для каждой пары
(отправитель и получатель) нужен свой секретный ключ. Вследствие этих причин
система шифрования с использованием секретного ключа не получила широкого
распространения в среде World Wide Web. В системе с использованием открытого
ключа любой пользователь, обращаясь на защищенный web-узел, получает откры-
тый ключ с помощью которого шифрует свои данные и отправляет их на узел, где
они будут расшифрованы с применением секретного ключа, который известен
только на этом узле.
Системы с использованием секретного ключа называют также системами сим-
метричной криптографии, поскольку для шифрования и расшифровки данных
используется один и тот же ключ. Такие системы считаются относительно не-
сложными в работе и не требуют выполнения большого объема вычислений. Од-
нако достоинства этой системы далеко не всегда могут перевесить ее недостат-
ки — проблемы, связанные с администрированием и распределением ключей.
Каждый ключ должен каким-то способом быть передан одной или обеим сторо-
нам, участвующим в обмене данными.
Уровень защищенных сокетов и протокол S-HTTP
619
Системы шифрования с использованием открытого ключа лишены проблем,
связанных с распространением ключа (открытый ключ доступен для всех), одна-
ко, как это нередко бывает, решение одной проблемы порождает другую. В этих
системах при расшифровке сообщений выполняются очень сложные математиче-
ские вычисления, где задействованы оба ключа, как открытый, так и секретный,
что требует наличия на компьютере получателя достаточно мощного процессора.
В некоторых случаях используются обе системы — открытый ключ применяется
для передачи второй стороне секретного ключа, с помощью которого затем шиф-
руются передаваемые данные.
Цифровые сертификаты
Поскольку нередко возникает необходимость удостовериться в том, что пользо-
ватель противоположной стороны действительно является тем, за кого он себя
выдает, была разработана система цифровых сертификатов и организована служ-
ба, распространяющая эти сертификаты, которая называется инфраструктурой
открытых ключей (Public Key Infrastructure, PKI).
Цифровой сертификат, добавляемый к передаваемому сообщению, предназна-
чен для удостоверения «подлинности» пользователя или организации, отправ-
ляющих сообщение, а также для предоставления получателю информации, кото-
рая будет использована им при отправке ответа. Заметьте, что цифровой серти-
фикат представляет собой только «удостоверение личности» отправителя, но не
разрешение на выполнение каких-либо действий.
Пользователь (или организация), желающий передать зашифрованное сооб-
щение, обращается к серверу сертификатов (Certification Authority, СА). СА вы-
дает ему зашифрованный цифровой сертификат, в котором содержится откры-
тый ключ и дополнительная информация. Получатель сообщения также должен
обратиться к серверу сертификатов и получить открытый ключ для расшифров-
ки цифрового сертификата, добавленного к сообщению. Это дает возможность
получателю удостовериться, что полученный цифровой сертификат является под-
линным. Кроме того, ему выдается открытый ключ отправителя сообщения.
СА можно рассматривать как посредника, который позволяет убедиться, что
на противоположной стороне находится именно тот пользователь, который вам
нужен. Наиболее широко применяемым стандартом, определяющим порядок вы-
дачи цифровых сертификатов, является рекомендация ITU-T Х.509.
Уровень защищенных сокетов
и протокол S-HTTP
Чтобы обеспечить возможность использовать в операциях купли-продажи по се-
ти браузеры, корпорацией Netscape (являющейся частью AOL, которая слилась с
компанией Time Warner) был разработан протокол передачи зашифрованных
данных между web-серверами и web-браузерами. Он получил название уровень
620
Глава 16. Защита сетей
защищенных сокетов (Secure Sockets Layer, SSL). Согласно этому протоколу, от-
крытый ключ передается браузером через SSL-подключение. Затем он использу-
ется для получения с сервера секретного ключа, с помощью которого шифруются
данные. Протокол SSL поддерживается двумя наиболее популярными на данный
момент браузерами — Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer.
Если для обращения к web-странице требуется SSL-подключение, ее URL на-
чинается с префикса https:, а не http:. Кроме того, если устанавливается защи-
щенное подключение, в левом нижнем углу браузера появляется другая пикто-
грамма.
На рис. 16.1 изображены две web-страницы, открытые в браузере Netscape.
При открытии страницы, представленной на заднем плане рисунка, было исполь-
зовано защищенное подключение, а при открытии страницы, изображенной на
переднем плане, — обычное. Обратите внимание на пиктограммы, находящиеся в
левых нижних углах окон браузера — на них изображен замок, который на одной
пиктограмме закрыт, а на другой открыт. Закрытый замок означает, что исполь-
зуется защищенное подключение.
1 ti b' I • 1 ♦[!
И
ц Netseape cjom-Netscape
iHpirhniisp mm/кprints (wphhrnkpr Hit
Нгщр
о nJ
Netscape
’ Mops Yellow Pages 4 White Pages ' Rndio Classified*- Job Si
® Refer a Fri
& Get 3 Тг
Earn 3 free ™
when your
May 24, 2801
Jeffords
Leaves GOP
Sen. James Jeffords
donffrmetf his decision to 5 War II epic 'Pearl Harbor'
leave the Republican -------1Lt-----
Party today
Full Coverage *
rMk About It*
Video *
Blockbuster
Summer
The sweeping World
f opens-thfe weekend.
‘ Reid th* Stoiy >
’ Phcto <3эllsryi >
Remimbinns Pi «М
jteteri
Wander Bay
Bob Dylan pelebiaie-
BQth birthday.
AP
Pall: Was Jeffords tight to leave the GDP?
«2$
Ж
Рис. 16.1. В браузере Netscape для указания типа подключения
используется пиктограмма в виде замка
Вторым протоколом, определяющим порядок защищенной передачи данных
через Web, является защищенный HTTP - S-HTTP (Secure HTTP). В отличие
от SSL, которым предусматривается создание безопасного соединения между
Уровень защищенных сокетов и протокол S-HTTP
621
клиентом и сервером, протокол S-HTTP предназначен для передачи индивиду-
альных сообщений.
Воспользовавшись браузером Netscape Navigator, можно открыть специальную
страницу Security Info нужной вам web-страницы и ознакомиться с ее сертифика-
том, а также некоторой дополнительной информацией. На рис. 16.2 представлена
страница Security Info, загруженная браузером при указании адреса начальной стра-
ницы узла Salomon Smith Barney. Вы видите web-узел брокерской фирмы, серти-
фикат для которого был предоставлен сервером сертификатов VeriSign. Если
щелкнуть на кнопке View Certificate, будет выведено окно с информацией, касаю-
щейся цифрового сертификата (рис. 16.3).
Netscopn яяй
SeeuritsMnfo
Pass-words
Navigator
Messenger
Java'JavaScript
Certificates
Yours
People
Web Sites
Signers
Cryptographic
Modules
Encryption
th
3 ib can examir
files on this pae
\ eriflcation
* 'Make'sure
fromfce site
Рис. 16.2. С помощью страницы Security Info, открытой в браузере Netscape, можно
получить информацию, касающуюся защиты зашифрованной web-страницы
' Salomon amttj s^mey wwyrvsrtsion.corrVP’S.: \
;VV''' ”->'••• 'I'.::-:". '
U . •'VeriSign
Sanai Numbei
K£C:aO®.*I-S®A:3t:P^.*37;8C«:F0.24:$B:.AR:
ertifiujtc is valid frorn Wt d \ov lb, 2000 to 1 n
Movlfi, ?0tl)
Certificate Fingerprint1
Рис. 16.3. Информация о цифровом сертификате фирмы
622
Глава 16. Защита сетей
В частности, из сведений, размещенных в данном окне, можно узнать, что этот
сертификат был выдан узлу Salomon Smith Barney сервером сертификатов Veri-
Sign, его серийный номер - 25:E0:EC:6C:60:16:DA:31:F5:37:6C:E0:F0:24:8B:AE,
а срок использования истек в пятницу 16 ноября 2001 года. Кроме того, в окне вы
видите упоминание о компании Citigroup, которая приобрела узел Salomon Smith
Barney несколько лет назад. То есть путем упоминания имени родительской ком-
пании в сертификате косвенно указывается, кому принадлежит этот узел.
Время от времени при использовании цифровых сертификатов браузер выво-
дит на экран диалоговое окно, где пользователю предлагается подтвердить свое на-
мерение работать дальше. Чаще всего это происходит при попытке получить дос-
туп к узлу, сертификат которого не соответствует его названию. На рис. 16.4 изо-
бражено окно Certificate Name Check с предостерегающим сообщением, которое было
выведено на экран после того, как автор этой книги попытался через Интернет
получить доступ к своему электронному почтовому ящику, зарегистрированному
на узле CompuServe. Данная ситуация возникла вследствие того, что узел Com-
puServe с некоторых пор стал собственностью компании America Online, в ре-
зультате чего в цифровом сертификате теперь указывается, что он выдан не узлу,
а этой компании. В сообщении пользователь предупреждается о том, что серти-
фикат не содержит корректного имени узла, а также высказывается предположе-
ние, что, возможно, кто-то пытается перехватить передаваемые данные. Кроме
того, в сообщении дается совет пользователю обратиться к администратору узла в
случае, если он заподозрит что-то неладное. Однако в данном случае у автора не
было поводов для волнений, поскольку он, как и миллионы других пользовате-
лей, посещающих узел CompuServe, знал о том, что таковой является собственно-
стью компании America Online. Поэтому после появления на экране окна с преду-
преждением автор просто выполнил щелчок на кнопке Continue, в результате чего
сертификат был принят, а также было создано защищенное подключение к поч-
товому ящику автора.
Рис. 16.4. Это окно выводится браузером на экран в случае, если при попытке доступа к узлу
оказывается, что его имя не совпадает с именем организации,
которой был выдан сертификат
Списки доступа
623
Теперь, когда вы имеете представление о паролях, шифровании и цифровых
сертификатах, давайте познакомимся с работой двух основных сетевых устройств,
позволяющих значительно повысить степень защиты сети. Этими устройствами
являются маршрутизаторы и брандмауэры.
Защита с использованием
маршрутизаторов
Главной функцией, выполняемой маршрутизаторами, была и остается передача
пакетов из одной сети в другую. Но поскольку одна из этих сетей может быть ча-
стной, а другая, скажем, Интернетом, маршрутизаторы выступают в роли первой
линии обороны, защищая данные закрытой сети.
Конечно, Интернет открывает безграничные источники информации для де-
сятков миллионов пользователей, но этот факт означает и то, что любой пользо-
ватель, имеющий доступ к Интернету, способен проникнуть в корпоративную сеть.
Таким пользователем могжет быть потенциальный покупатель товаров, предла-
гаемых через Интернет, либо просто любопытный человек. Но, к сожалению, это
может быть и пользователь, пытающейся проникнуть в корпоративную сеть с оп-
ределенной целью. Как правило, намерения людей, пытающихся это сделать, бы-
вают очень недобрыми, а их самих принято называть хакерами. Для защиты кор-
поративных сетей применяются различные методы и используются разные типы
сетевого оборудования. Одним из таких методов защиты является обработка спи-
ска доступа, выполняемая на маршрутизаторе.
Списки доступа
В этом разделе мы расскажем о фильтрации поступающих на маршрутизатор па-
кетов с помощью списков доступа.
Список доступа содержит несколько операторов, предназначенных для управ-
ления потоком пакетов, которые приходят на порт маршрутизатора. Большинст-
во производителей маршрутизаторов поддерживают два типа списков доступа:
стандартный и расширенный. В стандартном, или базисном, списке доступа име-
ется один или более операторов, состоящих из IP-адреса источника и ключевого
слова permit или deny. При поступлении пакета на порт маршрутизатора, где за-
действована функция защиты, использующая список доступа, проверяется IP-ад-
рес источника. Если он совпадает с адресом, содержащимся в операторе списка
доступа, и в этом операторе указано ключевое слово permit, маршрутизатор про-
пускает пакет в защищаемую сеть. Но если в операторе указано ключевое слово
deny, пакет отбрасывается.
В маршрутизаторах Cisco стандартный список доступа имеет следующий
формат:
access-list номер_списка {permit|deny} IP-адрес маска_адреса
624
Глава 16. Защита сетей
Номером списка может быть любое значение из диапазона от 1 до 99, иденти-
фицирующее группу операторов, принадлежащих одному списку доступа. Маска
адреса, состоящая из 32 бит, указанных в десятичном представлении, служит в
качестве специального оператора, идентифицирующего конкретный IP-адрес или
группу адресов. В отличие от маски подсети значения битов маски адреса тракту-
ются противоположным образом. То есть биты, имеющие значения 0, должны
совпадать с битами, находящимися на этих же позициях в проверяемом адресе,
а биты, имеющие значения 1, могут не совпадать.
Стандартные списки доступа
Чтобы лучше понять, как используются стандартные списки доступа, рассмот-
рим следующий пример. Предположим, что сеть вашей организации подключена
к Интернету в двух географически удаленных точках (то есть сеть организации
состоит из двух удаленных сетей А и Б). Если сеть А имеет адрес 205.131.195.0,
то, для того чтобы сеть Б могла получать пакеты только из сети А, на ее маршру-
тизаторе должен быть следующий список доступа:
access-list 1 permit 205.131.195.0 0.0.0.255
В этом операторе маска адреса выглядит так: 0.0.0.255. Как уже упоминалось
выше, значения 0 указывают, что биты адреса соответствующих позиций должны
совпадать, а значениям 1 могут соответствовать как единицы, так и нули. Следо-
вательно, поскольку в маске адреса первые 24 бита имеют значение 0, маршрути-
затор пропустит в сеть Б только те пакеты, адрес сети которых будет в точности
совпадать с IP-адресом, указанным в списке доступа (205.131.195.0), то есть толь-
ко пакеты сети А. Последний байт маски имеет в десятичном представлении зна-
чение 255, что соответствует записи 11111111 в битовом представлении. Значит,
маршрутизатор пропустит в сеть Б пакеты, отправленные любым компьютером
сети А.
Следует отметить одну важную деталь, относящуюся к этому примеру, — опе-
ратор разрешает принять пакеты, поступающие из сети 205.131.195.0, однако
здесь нет ни одного оператора, который бы запрещал маршрутизатору пропус-
кать определенные пакеты. Большинство маршрутизаторов, в том числе и Cisco,
сконфигурированы так, что в их списках доступа запрещается пропускать все па-
кеты, кроме тех, которые явно определены в операторах с ключевым словом per-
mit. То есть можно считать, что в списках доступа после операторов permit следу-
ет бесконечная последовательность «скрытых» операторов deny.
Давайте рассмотрим еще несколько примеров. Предположим, что вы хотите
пропускать в вашу сеть только пакеты, отправляемые хостом, IP-адрес которого
205.131.195.12. Для этого укажите в списке доступа следующий оператор:
access-list 1 permit 205.131.195.12 0.0.0.0
Если ввод маски адреса 0.0.0.0 при работе с маршрутизатором Cisco вам пока-
жется скучным занятием, то вместо этой последовательности нулей и точек мож-
но воспользоваться ключевым словом host. Иными словами, предыдущий опера-
тор может быть записан так:
access-list 1 permit host 205.131.195.12
Списки доступа
625
Наряду с ключевым словом host в маршрутизаторах Cisco возможно примене-
ние ключевого слова any, позволяющего принимать пакеты, отправленные любым
хостом. Это ключевое слово заменяет и IP-адрес, и маску адреса; оно эквивалентно
последовательности 0.0.0.0 255.255.255.255.
Расширенные списки доступа
Расширенные списки доступа предоставляют дополнительные возможности при
фильтрации пакетов. Они обеспечивают фильтрацию на основе как IP-адреса от-
правителя, так и IP-адреса получателя, фильтрацию на основе номера порта про-
токола (IP, ICMP, TCP, UDP) и т. д. Общий формат расширенных списков Cisco
выглядит так:
access-list номер_списка {permi11deny] (.протокол')
адрес_отлравителя маска_адреса [лорт_отправителя']
адрес_получателя маска_адреса [лорт_получателя] [дополнительные__параметры]
Номер расширенного списка доступа может быть представлен значением из
диапазана от 100 до 199. Как и в стандартном списке доступа, номер расширенно-
го списка идентифицирует тип списка, а также операторы, из которых он состоит.
В любой момент времени для проверки пакетов, поступающих на один порт мар-
шрутизатора, может использоваться только один список доступа, однако вы мо-
жете создать несколько списков доступа и применять их по мере необходимости.
Кроме того, для потоков пакетов, входящих и выходящих через один интерфейс,
можно применять различные списки доступа.
В списках доступа маршрутизаторов Cisco можно указывать либо имя прото-
кола, либо номер его порта. Например, для управления web-трафиком можно ис-
пользовать число 80 или идентификатор http, поскольку в обоих случаях иденти-
фицируется TCP-порт, предназначенный для работы с web-трафиком.
Операционной системой Cisco, которая также известна как межсетевая опера-
ционная система (Internetwork Operating System, IOS), поддерживается много
дополнительных параметров, которые могут быть добавлены в расширенный
список доступа. Например, при использовании ключевого слова 1 од все пакеты,
пропущенные в систему (то есть соответствующие критериям фильтрации), ре-
гистрируются в журнале. При использовании в расширенном списке доступа
ключевого слова established через интерфейс пропускаются только пакеты, при-
надлежащие потоку данных уже установленного соединения. Такая фильтрация
применяется для ограничения потока пакетов, адресованных хостам сети в ответ
на TCP-запросы, которые были ими сгенерированы. Для ее выполнения в заго-
ловке TCP-пакета проверяются поля АСК или RST. К сожалению, в заголовке
UDP-пакета эти поля отсутствуют, поэтому ключевое слово established неприме-
нимо для фильтрации пакетов данного протокола.
Рассмотрим пример использования расширенного списка IP-доступа. Пред-
положим, что сеть вашей организации имеет IP-адрес 205.121.175.0; в сети распо-
ложены web-сервер с IP-адресом 205.121.175.10 и telnet-сервер с IP-адресом
205.121.175.14. Вы хотите позволить всем пользователям сети с IP-адресами
205.131.195.0 обращаться к web-серверу, а доступ к telnet-серверу вырешили пре-
доставить только администратору этой сети, компьютер которого имеет IP-адрес
626
Глава 16. Защита сетей
205.131.195.007. Для выполнения столь непростого сценария необходимо создать
следующий расширенный список доступа:
access-list 101 permit 205.131.195.0 0.0.0.255 host 205.121.175.10
access-list 101 permit host 205.131.195.7 host 205.121.175.15
Первый оператор списка доступа позволяет любому хосту сети 205.131.195.0
обращаться к хосту (web-серверу) вашей сети, IP-адрес которого — 205.121.175.10.
Согласно второму оператору, для того чтобы пакет был пропущен в сеть, IP-адрес
его источника должен быть равным 205.131.195.7, а IP-адрес пункта назначения —
204.121.175.15. Пакеты с любыми другими адресами источников и пунктов назна-
чения будут отброшены.
Уделим немного внимания методике обработки операторов списка доступа.
При проверке пакета операторы списка доступа обрабатываются последовательно
сверху вниз до первого соответствия содержимого заголовка пакета параметрам
оператора списка доступа. После обнаружения совпадения пакет либо пропуска-
ется в сеть, либо отбрасывается — других действий не предусмотрено. Поэтому
очень важно при создании списка доступа учитывать не только содержание опе-
раторов, но и порядок их перечисления.
Списки доступа, используемые на маршрутизаторах, обеспечивают хороший
метод защиты корпоративных сетей от несанкционированного проникновения, но,
к сожалению, они не всегда эффективны. В принципе, существует возможность
имитировать соединение и тем самым пройти через барьер, установленный с по-
мощью списка доступа. С таким методом взлома можно бороться, запретив, на-
пример, пропуск всех пакетов, но это равносильно отключению от Интернета.
Кроме того, при фильтрации пакетов посредством списков доступа не проверяется
их содержимое. Это означает, что кто-нибудь может попытаться проникнуть в зак-
рытую пользовательскую группу на сервере путем последовательного перебора раз-
личных паролей. Данная технология взлома называется атакой со словарем, а для
ее выполнения пишется программа, которая в цикле считывает все записи элек-
тронного словаря и подставляет их в качестве пароля. С целью преодоления подоб-
ных проблем были разработаны устройства сетевой защиты еще одного типа —
брандмауэры.
Защита сети с помощью брандмауэров
Брандмауэр обычно устанавливается между маршрутизатором и защищаемой се-
тью и представляет собой компьютер с двумя сетевыми адаптерами. Один адаптер
подключен к концентратору так называемой демилитаризованной сети (DMZ),
другой — к концентратору защищаемой сети. Схема описанного выше подключе-
ния приведена на рис. 16.5. Заметьте, что, поскольку доступ к DMZ-концентрато-
ру имеют только маршрутизатор и брандмауэр, весь обмен данными с Интерне-
том проходит через брандмауэр.
Программным обеспечением брандмауэра осуществляется целый ряд меро-
приятий, призванных обеспечить защиту сети: проверка содержимого пакета, вы-
полнение прокси-служб, шифрование, аутентификация и генерирование преду-
преждений. Для проверки подозрительного трафика (например, неоднократных
Защита сети с помощью брандмауэров
627
попыток подключения к сети) производится анализ содержимого пакетов с оди-
наковым IP-адресом пункта назначения. Предпринимаемые далее действия за-
висят от конфигурации брандмауэра: или отбрасываются все последующие по-
дозрительные пакеты, или об этой ситуации уведомляется администратор бранд-
мауэра, для чего используется либо пейджинговая связь, либо электронная почта.
Рис. 16.5. Брандмауэр обычно подключается таким образом, чтобы
через него проходил весь трафик Интернет—защищаемая сеть
Прокси-служба является посредником между хостом, запрашивающим служ-
бу, и самой службой и применяется с такими приложениями, как FTP, Telnet.
При ее использовании пакеты не проходят беспрепятственно через брандмауэр к
пункту назначения, а обслуживаются таковым, после чего отправляются по адре-
су. Иными словами, брандмауэр обрабатывает запросы на соединения (для вы-
полнения запрашиваемых служб), а это означает, что он функционирует в качест-
ве прокси-службы. Благодаря применению прокси-службы становится возмож-
ным на достаточно высоком уровне управлять определенными прикладными
службами. Например, многие прокси-службы FTP позволяют задействовать или
отключить определенные FTP-команды. В частности, запретив использование
команды MGET, вы можете избежать перегрузки участка сети, соединяющего сеть ва-
шей организации с Интернетом, поскольку пользователь, обращающийся к FTP-
серверу, может случайно или преднамеренно задать команду MGET *. *, а это при-
ведет к передаче на компьютер всех файлов каталога (из которого ему, возможно,
нужен только один файл).
Одной из функций, сравнительно недавно добавленных в арсенал брандмау-
эра, является выборочное шифрование, позволяющее шифровать только те дан-
ные, которые по пути к пункту назначения проходят через определенные сети, ос-
тавляя другие данные незашифрованными. Используя выборочное шифрование
628
Глава 16. Защита сетей
и аутентификацию, можно создать логический туннель, соединяющий географи-
чески удаленные сети вашей организации через Интернет. Создаваемые таким
образом виртуальные частные сети (Virtual Private Networks, VPN) приобрели
особую популярность, поскольку стали альтернативой дорогим выделенным ли-
ниям, оплата за использование которых насчитывается в зависимости от их про-
тяженности и должна вноситься ежемесячно.
Напомним, что оплата доступа к Интернету насчитывается исходя из пропу-
скной способности линии, к которой подключен компьютер, и не зависит от рас-
стояний, преодолеваемых пакетами. Это означает следующее: если организация
имеет один офис в Нью-Йорке, а другой в Лос-Анджелесе, то за использование
арендованной полосы частот, выделенной в магистрали Т1, организация вынужде-
на будет ежемесячно платить по 4 доллара за каждую из 2600 миль, разделяющих
эти города. При оплате за доступ к Интернету по магистрали Т1 (в случае ис-
пользования виртуальной частной сети) организация будет ежемесячно платить
по 1000 долларов за каждый офис. Согласитесь, что перспектива платить по 2000
долларов вместо 10 400 долларов, положенных за использование выделенной ли-
нии, весьма привлекательна.
Однако не торопитесь бежать в кабинет директора фирмы с предложением за-
менить выделенную линию виртуальной сетью, поскольку в первом случае вы га-
рантированно получаете необходимую пропускную способность линии и стопро-
центную доставку данных, чего, увы, нельзя сказать о виртуальных сетях. Многие
приложения, работающие в режиме реального времени и, следовательно, чувст-
вительные к задержкам пакетов, не смогут нормально функционировать в VPN.
Однако если ваша организация использует выделенную линию преимуществен-
но для передачи файлов или электронной почты (приложений, которые не чувст-
вительны к задержкам пакетов), можете смело входить в кабинет шефа.
Резюме
♦ Безопасность сети обеспечивается путем предоставления права на доступ
(авторизации), аутентификации и регистрации подключений.
4- Наиболее высокий уровень аутентификации достигается посредством ис-
пользованя смарт-карт, работающих по системе запрос-ответ, менее высо-
кий - путем указания имени пользователя и пароля.
4- При использовании средств блокировки после определенного количества
неудачных попыток предотвращаются дальнейшие попытки доступа к сети.
4 Система шифрования с применением секретного ключа работает быстрее,
чем система с использованием открытого ключа, однако требует надежного
механизма распределения ключей.
4 В системе шифрования с применением открытого ключа любой пользова-
тель может получить этот ключ и зашифровать с его помощью данные. Для
расшифровки данных у получателя должен быть свой секретный ключ.
Контрольные вопросы
629
4- С помощью цифровых сертификатов можно убедиться, что пользователь
противоположной стороны является в действительности тем, за кого себя
выдает.
4 SSL представляет собой протокол передачи зашифрованных web-страниц
между сервером и клиентом.
4 В списках доступа обоих типов — стандартных и расширенных — исполь-
• зуются операторы permit и deny, с помощью которых можно управлять по-
током пакетов, проходящих через порт маршрутизатора.
4 Брандмауэры и списки доступа предназначены для защиты от хакеров дан-
ных, которые хранятся в корпоративной сети, подключенной к Интернету.
Контрольные вопросы
1. Процесс идентификации пользователя называется:
а) авторизацией (предоставлением права на доступ);
б) аутентификацией;
в) регистрацией подключений;
г) качеством службы.
2. Как передаются имя пользователя и пароль в соответствии с протоколом
аутентификации по паролю (РАР)? Выберите один из вариантов ответа:
а) открытым текстом;
б) в зашифрованном виде;
в) шифруется только пароль;
г) шифруется имя пользователя.
3. С помощью смарт-карт выполняется:
а) шифрование пароля;
б) шифрование имени пользователя;
в) авторизация;
г) аутентификация.
4. Как повлияет на систему безопасности, основанную на использовании
смарт-карт, потеря пользователем своей смарт-карты? Выберите один из
вариантов ответа:
а) потребуется замена всех смарт-карт;
б) потребуется заменить главную смарт-карту;
в) потребуется замена последней выданной смарт-карты;
г) не окажет никакого эффекта.
5. Как по-другому называется система с использованием секретного ключа?
Выберите правильный ответ:
а) система асимметричной криптографии;
630
Глава 16. Защита сетей
б) система симметричной криптографии;
в) система с двойным ключом;
г) непроницаемая система.
6. Для шифрования байта данных 10110110 был сгенерирован псевдослучай-
ный код, который в битовом представлении выглядит так: 10110000. Ка-
ким будет битовое представление зашифрованного байта данных? Выбе-
рите один из вариантов ответа:
а) 00000000;
б) 11111111;
в) 11111001;
г) 00000110.
7. Главным недостатком системы шифрования с использованием секретного
ключа являются проблемы, связанные с:
а) выдачей дубликатов ключей;
б) сложением по модулю 2;
в) администрированием и распространением ключа;
г) необходимостью использования мощного процессора.
8. Организация, выдающая цифровые сертификаты, называется:
а) ВЦСПС (Всемирная Центральная Служба По Сертификации);
б) комиссия по сертификации;
в) институт разработчиков сертификатов;
г) сервер сертификатов.
9. С какого префикса начинается URL web-страницы, для загрузки которой
требуется создать защищенное соединение? Выберите один из вариантов
ответа:
a) SSL;
б) HTTPS;
в) HTTP;
г) S-SSL.
10. Предположим, что в списке доступа маршрутизатора Cisco IP-адрес и мас-
ка адреса указаны следующим образом: 192.131.122.0 0.0.0.255. Какие хос-
ты смогут передавать свои пакеты в сеть, защищаемую с помощью этого
списка доступа? Выберите один из вариантов ответа:
а) 255 хостов любой сети;
б) 192 хоста сети, в IP-адресе которой присутствует число 255;
в) 131 хост сети, в IP-адресе которой присутствует число 255;
г) любой хост сети с IP-адресом 192.131.122.0.
Контрольные вопросы
631
И. Укажите, какие функции выполняются маршрутизатором при наличии
следующего стандартного списка доступа:
access-list 1 permit 198.146.12.1 0.0.0.0
а) пропускаются только пакеты с IP-адресом источника 198.146.12.1;
б) пропускаются все пакеты из сети с IP-адресом 198.146.12.0;
в) пропускаются все пакеты, независимо от IP-адреса источника;
г) блокируются все пакеты.
12. Большинство маршрутизаторов Cisco сконфигурированы так, что при вы-
полнении «скрытого» оператора:
а) пропускаются все пакеты, кроме тех, пропуск которых запрещен явно;
б) отбрасываются все пакеты, кроме тех, пропуск которых разрешен явно;
в) пропускаются все пакеты;
г) по выходным дням все пакеты отбрасываются.
13. Какой маске адреса эквивалентно ключевое слово host, используемое в спи-
сках доступа среды Cisco? Выберите правильный ответа:
а) 1.1.1.1;
б) 255.255.255.255;
в) 0.0.0.0;
г) О.1.О.1.
14. Сколько списков доступа можно использовать при фильтрации пакетов,
проходящих через интерфейс маршрутизатора в обоих направлениях? Вы-
берите один из вариантов ответа:
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4.
15. Одним из примеров использования брандмауэра в качестве прокси-служ-
бы является:
а) работа с DMZ;
б) включение или отключение фильтрации пакетов с помощью списков
доступа;
в) задействование или отключение определенных FTP-команд;
г) проверка паролей пользователей.
Глава 17
Проектирование
и администрирование сетей
♦ Требования к сети
♦ Сетевые устройства
♦ Соединение сетевых устройств
♦ Локализация неисправностей
4- Восстановление нормальной работы сети
♦ Стандарты сетевого администрирования
Эффективная работа сети во многом зависит от того, насколько грамотно она
спроектирована и как налажено ее администрирование. Под термином «проекти-
рование сети» подразумевается выбор ее топологии, среды передачи данных, а так-
же коммуникационных средств, удовлетворяющих требованиям к сети.
В этой главе описаны принципы построения сетей, устройства, необходимые
для поддержки их эффективной работы, а также затронуты вопросы, относящиеся
к администрированию. Многие функции администратора, такие как планирова-
ние и учет финансовых расходов, связанных с обслуживанием сети, аналогичны
выполняемым в других сферах деятельности. Поэтому мы касаться их не будем,
а рассмотрим более специализированные темы, в том числе требования, предъяв-
ляемые к сети, методы достижения ее высокой производительности и окупаемо-
сти, сетевые устройства и их взаимодействие друг с другом, устройства и методы
тестирования, а также локализацию неисправностей и восстановление работы
той или иной службы.
Любая сеть, независимо от ее сложности, может стать частью большой сети,
поэтому начнем с описания принципов построения простых сетей типа «точка-
точка», закрепим полученные знания, а затем перейдем к технологиям построе-
ния и администрирования более сложных сетей.
Требования к сети
Одним из факторов, который при проектировании сети приходится учитывать
прежде всего, является срок окупаемости. Причем, оценивая окупаемость, следу-
ет принимать во внимание не только стоимость оборудования и программного
обеспечения, но и потери, которые может понести организация при отсутствии
Требования к сети
633
сети или ненадежной ее работе. Например, локальная сеть обычно оправдывает
себя, если скорость, с которой служащие организации обмениваются данными,
позволяет с максимальной отдачей использовать дорогостоящее оборудование и
время работников с почасовой оплатой труда. В другой ситуации главным факто-
ром, оправдывающим расходы на сетевые устройства, может стать надежность
передачи данных, поскольку убытки организации в случае сбоя сети могут в не-
сколько раз превысить ее стоимость.
Если бы стоимость не имела такого значения, большинство сетей представля-
ли бы собой многочисленные отдельные каналы типа «точка-точка». Если канал
«точка-точка», способный передавать данные на высокой скорости, основатель-
но загрузить работой, это будет наиболее эффективный способ выполнения кон-
кретной задачи, связанной с интенсивным обменом данными.
Многие приложения ввиду недостаточного объема (низкого трафика) или не-
достаточной ценности передаваемых данных не в состоянии оправдать стоимость
выделяемых для них каналов. Иногда в таких случаях можно с помощью мульти-
плексоров или других сетевых устройств объединить на определенном участке
канала передачи данные из нескольких источников в один поток. Эти технологии
позволяют повысить отдачу от применения сети, однако с добавлением оборудо-
вания понижается ее надежность и увеличивается время, необходимое для поис-
ка и исправления неполадок.
Можно сказать, что применительно к проектированию сети профессионализм
состоит в умении отыскать компромисс между ее стоимостью и такими фактора-
ми, как надежность, защита, а также скорость передачи данных и своевременная
их доставка (если приложения чувствительны к задержкам). Термин «удовлетво-
рительная сеть» означает, что найденный компромисс устраивает пользователя
или организацию, заказавших разработку сети и оплачивающих все расходы.
Правильность передаваемых данных
В предыдущих главах при обсуждении правильности (точности) передачи дан-
ных рассматривались вопросы, связанные с обнаружением и исправлением воз-
никающих при этом ошибок. Следует отметить, что кроме приложений, в которых
ошибки недопустимы, существует достаточно много «неприхотливых» в этом
смысле приложений. Например, если в сообщении электронной почты некоторые
слова будут переданы с описками, в большинстве случаев это не скажется на его
восприятии и трактовке. Однако любой обмен данными при осуществлении фи-
нансовых сделок, безусловно, требует очень высокого уровня точности.
Своевременность доставки данных
Своевременность доставки данных определяется несколькими факторами: объе-
мом передаваемых данных, важностью и приоритетностью информации, средней
скоростью безошибочной передачи данных и надежностью сети. Давайте подроб-
но рассмотрим каждый из этих факторов.
634
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Объем передаваемых данных
Очевидно, что помимо стоимости аренды выделенной линии на выбор скорости
передачи оказывают самое непосредственное влияние объем передаваемых дан-
ных и их приоритетность. В некоторых ситуациях объем подлежащих передаче
данных может быть настолько большим, что проще и дешевле записать их на ка-
кой-либо носитель информации (компакт-диск или магнитную ленту) и отвезти
в пункт назначения. Ну, а при небольших объемах данных вполне удовлетвори-
тельным решением может стать их передача на невысокой скорости с использова-
нием обыкновенной телефонной линии.
Приоритетность данных
Как правило, важность и приоритетность передаваемых данных прямо пропор-
циональны количеству параметров, проверяемых при передаче, и частоте прове-
рок. Есть хорошая поговорка: «Цена соответствует качеству», которая вполне
применима к сети, поскольку для реализации удачных решений зачастую требу-
ется выложить крупную сумму. Однако во многих сферах такие расходы доста-
точно быстро окупают себя. Например, если на предприятии с полной компьюте-
ризацией производственных процессов произойдет сбой сети, это может стоить
компании более чем 10 000 долларов в час. В таких случаях надежность работы
сети, своевременное тестирование и умелое ее администрирование, а также дуб-
лирование самых важных участков сети приобретают чрезвычайную важность.
Определяя приоритетность передаваемых данных, нужно учитывать многие
факторы: характеристики оборудования, общую стоимость решения, а также не-
которые субъективные обстоятельства. Предположим, первоначально предусмат-
ривалось, что передача данных от банкомата в центральный компьютерный ком-
плекс банка будет осуществляться в течение 1 с. А поскольку маловероятно, что
клиент станет менять банк, когда задержка между запросом и ответом возрастет
до 5 с, то проектировщик сети может выбрать меньшую приоритетность данных и
меньшую скорость передачи, если это приведет к экономии средств. Когда же
речь идет о сети для фирмы, служащие которой в течение дня выполняют массу
запросов, то задержка в 5 с приведет к серьезной потере производительности тру-
да. Как видите, проектировщику сети постоянно приходится искать компромиссы
и учитывать даже такие нюансы, как психология клиентов банка.
Скорость передачи данных
Термин «скорость передачи данных», который более известен как «скорость пе-
редачи битов информации» (Transfer Rate of Information Bits, TRIB) подробно
рассматривается в следующем разделе. По сути, TRIB представляет собой сред-
нюю скорость безошибочной передачи пользовательских данных (без учета заго-
ловков пакетов и повторно переданных пакетов).
Работоспособность сети
Работоспособность сети определяется тремя факторами: временем доступа, сред-
ним временем между сбоями (Mean Time Between Failures, MTBF) и средним
временем, необходимым для восстановления нормального обслуживания (Mean
Требования к сети
635
Time to Restore Service, MTRS). При работе с частными линиями и постоянными
виртуальными сетями время доступа не имеет решающего значения, однако при
использовании коммутируемого доступа или виртуальных вызовов время, затра-
чиваемое на установление соединения, может превысить время передачи собст-
венно данных (при небольшом их объеме). Под MTBF подразумевается среднее
время между серьезными сбоями. Если частота сбоев достаточно высока, величи-
на TRIB будет малой, даже когда соединение останется установленным. MTRS
может представлять собой как время, затрачиваемое на частичное восстановле-
ние сети (например, на подключение по резервной частной линии), так и время,
затрачиваемое на полное восстановление сети, если недоступны какие-либо аль-
тернативные варианты.
Работоспособность компонентов сети
Зная MTBF и MTRS, можно вычислить коэффициент готовности каждого сете-
вого устройства (модема, линии передачи, маршрутизатора и т. п.):
А = (1 - MTRS / MTBF) х 100
Предположим, нужно рассчитать коэффициент готовности маршрутизатора,
о котором известно, что в течение двух лет он может сломаться один раз и при этом
на его ремонт потребуется 48 ч. С учетом того, что один день состоит из 24 ч, а один
год — из 365 дней, маршрутизатор может без поломок проработать 17 520 ч. Следо-
вательно, его коэффициент готовности составляет
А = (1 - 48 / 17 520) х 100 = 99,72 %
Зная коэффициент готовности каждого из устройств сети, можно рассчитать
общий коэффициент ее готовности. Например, если участок сети включает два
маршрутизатора, соединенных магистралью Т1, а коэффициенты готовности ка-
ждого из этих устройств равны Alt А2 и А3, то коэффициент готовности этого уча-
стка сети As можно рассчитать по формуле
Ду = At х А2 х Аз
Защита
Поскольку в предыдущей главе мы уже рассматривали вопросы, связанные с защи-
той передаваемых данных, и к тому же есть немало источников, в которых эта тема
изложена достаточно подробно, отметим только основные ее положения. Кроме
физических методов защиты, система безопасности должна обеспечивать опреде-
ленную степень секретности и возможность применения механизма аутентифи-
кации. Секретность заключается в использовании шифрования данных и паролей
для защиты от несанкционированного доступа. Аутентификация позволяет гаран-
тировать сохранность сообщения на пути от отправителя к получателю, а также да-
ет возможность удостовериться в том, что участвующий в обмене пользователь
в действительности является тем, за кого себя выдает.
636
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
В некоторых сеансах обмена данными выполнение процедуры аутентифика-
ции может оказаться наиболее важным этапом работы. Например, можно с пол-
ной уверенностью сказать, что служащие швейцарского банка, получив из друго-
го банка международный телекс с инструкциями о переводе крупной суммы с
одного счета на другой, обязательно захотят убедиться, что к сумме не были до-
бавлены нули, что номер счета не изменен и отправителем действительно являет-
ся указанный в телексе банк.
Суммируя вышеизложенное, можно сказать, что при проектировании сети не-
обходимо учитывать следующие факторы:
♦ общую стоимость сети;
♦ приоритетность данных;
♦ задержку между запросом и ответом;
♦ скорость передачи данных;
♦ доступность;
♦ работоспособность;
♦ надежность.
Следует также продумать, как будут осуществляться в сети:
♦ тестирование;
♦ дублирование важнейших участков сети, функций и устройств;
♦ секретность;
♦ аутентификация.
TRIB
Как указывалось ранее, TRIB - это скорость передачи битов информации. Одна-
ко более точное определение данного понятия звучит так:
Количество битов информации, принятых устройством обработки или
приемником, разделенное на время, которое затрачено на прием этих битов
(с учетом времени, потраченного на повторную пересылку поврежденных
пакетов).
Из-за наличия при передаче данных всплесков и спадов нагрузки, значение
TRIB представляет собой среднее значение скорости передачи за определенный
период. Прежде всего TRIB зависит от пропускной способности канала, однако
на его значение в большей или меньшей степени влияют и другие факторы. Нап-
ример, если при передаче данных по каналу многие пакеты оказываются повреж-
денными, дальнейший рост скорости передачи может привести к такому увеличе-
нию числа поврежденных пакетов, что скорость приема неповрежденных пакетов
уменьшится до нуля.
Значение TRIB почти всегда меньше скорости передачи битов через последо-
вательный интерфейс. (Хотя в некоторых усовершенствованных системах, при-
меняющих сжатие данных, TRIB может быть больше этой скорости за счет того,
Требования к сети
637
что передаваемые биты несут больший объем информации.) Двумя другими фак-
торами, оказывающими влияние на TRIB, являются перегрузка сети и задержки
при передаче. Они, в свою очередь, зависят от систем шифрования, способа объе-
динения данных в блоки и используемых протоколов. Если, согласно протоколу,
перед отправкой нового блока требуется получение отправителем подтвержде-
ния о приеме получателем предыдущего блока данных, в знаменатель, указанный
в приведенном выше определении TRIB, следует добавить время задержки, свя-
занной с подтверждением факта приема. В некоторых случаях величина TRIB
может сильно зависеть от длины блока и задержек. Кроме указанных выше, на
TRIB оказывают влияние следующие факторы.
4 Переданные биты данных, которые не относятся к «полезной нагрузке»
пакетов. Ими могут быть:
ь биты, предназначенные для управления потоком данных при асинхрон-
ной передаче (стартовые и стоповые биты);
ь биты контроля четности (в случае передачи символов кода ASCII);
4- избыточные нули (при использовании протокола SDLC/HDLC);
4- биты заполнения, применяемые средствами систем телеобработки дан-
ных для заполнения неполных блоков данных, если таковые имеются.
♦ Символы потока сообщения, также не являющиеся «полезной нагруз-
кой». В зависимости от используемого протокола канального уровня эти-
ми символами могут быть:
4- символы синхронизации или флаги;
4- символы адреса;
« управляющие символы (STX, АСК и т. д.) или байты;
« символы, используемые для обнаружения ошибок (ВСС или FCS);
4- символы обеспечения прозрачности (DLE) и заполняющие символы.
♦ Служебные сообщения. Это сообщения, в которых, опять-таки, отсутству-
ет «полезная нагрузка». Они передаются в соответствии с канальным прото-
колом во время сеанса обмена, а именно при инициализации обмена, уста-
новлении и разрыве соединения, опросе и т. д. Если сеанс обмена данными
продолжается достаточно долго, при определении TRIB биты этих сообще-
ний не учитываются.
♦ Задержка на предоставление канала (carrier turn-on delay). Так называет-
ся промежуток времени между запросом на передачу данных, поступив-
шим с терминала, и подтверждением возможности передачи, получаемым
от модема. Данный показатель учитывается только во время работы с пере-
ключаемой средой передачи, в которой не обеспечивается одновременная
пересылка данных в двух направлениях со скоростью, поддерживаемой мо-
демом. Этот показатель также применим к удаленным (второстепенным)
станциям, а иногда и ко всем станциям многоточечной сети. Величина за-
держки, которая может составлять от нескольких миллисекунд до несколь-
ких сотен миллисекунд, программируется при установке модема. При этом
638
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
учитываются рекомендации изготовителя модема, указанные для каждого
конкретного типа канала и определенной скорости передачи данных.
♦ Задержка при прохождении сигнала через модем. Все синхронные моде-
мы, работающие в каналах речевого диапазона, при получении и передаче
данных помещают их в буфер. В зависимости от скорости передачи задерж-
ка на модеме может составлять от 2 до 10 мс.
♦ Время распространения сигнала. Скорость распространения сигналов спут-
ников связи и сигналов оптического диапазона, передаваемых по волокон-
но-оптическим каналам, равна скорости распространения света в данной
среде. Электрические сигналы, передаваемые по кабелям, имеют меньшую
скорость распространения. Подсчитано, что для прохождения 150 миль ма-
гистрального канала сигналу требуется 1 мс. Кроме того, многие местные
телефонные системы при передаче/приеме данных помещают их в буфе-
ры, в результате чего на каждом конце канала сигнал задерживается еще
на 6 мс. Следовательно, при передаче пакета данных в одну сторону общая
задержка составит (12 + (расстояние в милях)/150) мс. В зависимости от ко-
ординат (широты и долготы), на которых находятся геостационарные спут-
ники и наземные станции спутниковой связи, расстояние, проходимое сиг-
налом между станцией А, спутником и станцией Б, может составлять при-
близительно 45 000-50 000 миль. Учитывая то, что и на спутниках, и на
станциях, данные помещаются в буферы, а также принимая во внимание
задержки, возникающие при прохождении сигнала от станции спутнико-
вой связи к компьютеру пользователя, время распространения сигнала
в одну сторону можно считать равным 350 мс.
♦ Задержка, связанная с буферизацией данных. Большинство устройств, ис-
пользуемых в сетях со сложной конфигурацией, перед передачей данных в
следующую сеть или канал помещают полученные группы битов в буферы.
Такими устройствами являются мультиплексоры, концентраторы, маршру-
тизаторы, удаленные мосты, а также коммуникационные устройства других
типов. В зависимости от количества помещаемых в буфер битов и длины ка-
нала в некоторых системах значение задержки, связанной с буферизацией
данных, может превышать суммарную величину всех остальных задержек,
возникающих при передаче. Обычно в спецификациях устройств изготови-
тели указывают величину задержки, связанной с буферизацией данных.
♦ Время, затрачиваемое на выполнение вычислений, и другие задержки.
Как правило, время выполнения вычислений, связанных с обработкой дан-
ных, при определении TRIB не учитывается. Однако время, требуемое для
проверки целостности полученных пакетов и составления ответа, должно
быть учтено в TRIB, поскольку считается, что эта задержка связана с выпол-
нением коммуникационных функций. Кроме того, для систем, позволяющих
передавать между подтверждениями несколько блоков данных, нужно учи-
тывать, что такие блоки отделяются друг от друга с помощью заполняющих
битов или пауз, которые можно трактовать как задержку.
Требования к сети
639
♦ Частота ошибок. Если при передаче объединенных в блоки данных частота
ошибок невелика, TRIB можно вычислить следующим образом: сначала
принимается, что ошибки не возникают вообще, а затем значение TRIB
корректируется, исходя из реального количества ошибок — процента бло-
ков, полученных с ошибками (Block Error Rate, BLER). Например, если
ошибки содержатся в 1 % полученных блоков (то есть BLER равен 1 %),
это означает, что 1 % всех блоков должен быть передан повторно, что при-
ведет к уменьшению TRIB на 1 %.
Пример вычисления TRIB
Задача
Рассчитать, сколько потребуется времени для передачи по телефонной линии на
расстояние 500 миль 10 000 записей, если используется полудуплексный прото-
кол BSC, а скорость передачи равна 9600 бит/с.
Вычислить значение TRIB, если известно, что каждая запись состоит из 80 сим-
волов, представленных в коде EBCDIC, и каждый блок данных включает 2 запи-
си (то есть всего должно быть передано 5000 блоков по 160 символов).
Решение
Поскольку используется полудуплексный модем, работающий со скоростью пе-
редачи 9600 бит/с, будет иметь место задержка на предоставление канала в обоих
направлениях — как при передаче блока данных, так и при передаче подтвержде-
ния о его приеме. В технической документации модема изготовителем указывает-
ся величина задержки, равная 100 мс. Кроме того, нужно учесть следующие за-
держки:
♦ время распространения сигнала, которое при расстоянии 500 миль соста-
вит 15 мс;
♦ задержку при прохождении сигнала через модем, которая, согласно техни-
ческой документации, равна 4 мс;
♦ время проверки получаемых блоков, определенное опытным путем, кото-
рое для принимающего терминала равно 10 мс (для передающего термина-
ла это время оказалось пренебрежимо малым).
Допустим, что в каждом передаваемом блоке присутствуют следующие ком-
поненты:
1 символ заполнения, находящийся в начале блока;
4 символа синхронизации;
1 STX-символ;
160 символов данных (2 записи по 80 символов);
1 ЕОВ- или ЕТХ-символ;
2 символа, используемых для обнаружения ошибок (ВСС);
1 заполняющий символ, находящийся в конце блока.
640
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Таким образом, с учетом символов, не являющихся «полезной нагрузкой», дли-
на каждого блока составляет 170 символов (в данном случае не упомянуты DLE-
символы, которые присутствуют в блоке при необходимости обеспечить прозрач-
ность передачи данных). С учетом того факта, что для хранения одного символа
применяется 8 бит, время передачи одного блока данных при скорости передачи
9600 бит/с составляет
(170 х 8) /9600 = 142 (мс)
Будем считать, что в каждом подтверждении о приеме присутствуют такие
компоненты:
1 символ заполнения, находящийся в начале блока;
4 символа синхронизации;
2 символа управляющей последовательности АСКО или АСК1;
1 заполняющий символ, находящийся в конце блока.
Следовательно, подтверждение включает 8 символов, ни один из которых не
является «полезной нагрузкой». Время, необходимое для передачи подтвержде-
ния о приеме, равно
(8 x 8)/ 9600 = 6,6 (мс)
Вот перечень всех задержек, возникающих при передаче одного блока данных
и получении подтверждения о приеме.
♦ Передача блока данных:
4- 100 мс — задержка на предоставление канала;
4- 142 мс — время передачи терминалом блока данных;
» 4 мс — задержка при прохождении сигнала через модем предающего
терминала;
» 15 мс - время распространения сигнала;
4 4 мс - задержка при прохождении сигнала через модем принимающего
терминала;
4 10 мс - время, затраченное на проверку принятого блока.
♦ Передача подтверждения о приеме:
4 100 мс — задержка на предоставление канала;
4 6,6 мс - время передачи терминалом подтверждения;
4 4 мс - задержка при прохождении сигнала через модем передающего
терминала;
4 15 мс — время распространения сигнала;
4 4 мс - задержка при прохождении сигнала через модем принимающего
терминала.
Требования к сети
641
Итак, фактическое время передачи одного блока составляет 405 мс (0,405 с).
Общее время, требуемое для передачи 5000 блоков (без учета времени, потрачен-
ного на повторную передачу поврежденных блоков), равно 0,405 х 5000 = 2025 с,
то есть 34 мин. Если предположить, что 1 % блоков передается с ошибками, время
передачи также увеличится на 1 %. Для определения TRIB необходимо подсчи-
тать количество переданных битов «полезной нагрузки» и разделить полученное
значение на общее время передачи. Если для кодирования одного символа ис-
пользуется 8 бит, в одном блоке содержится 160 символов «полезной нагрузки»,
а всего имеется 5000 блоков, то общее количество переданных битов «полезной
нагрузки» составит 8 х 160 х 5000 = 6 400 000. Таким образом, если не учитывать
возможные ошибки передачи, искомое значение TRIB будет равно
TRIB = 6 400 000 / 2025 = 3160 (бит/с)
Как видите, в этом примере TRIB меньше половины скорости передачи моде-
ма, которая равна 9600 бит/с! Главными «виновниками» такого скромного ре-
зультата являются задержки на предоставление канала и требование протокола
передачи, согласно которому следующий блок данных может быть передан толь-
ко после получения подтверждения о приеме предыдущего. (Заметьте, что на то и
другое вместе уходит почти 40 % общего времени передачи.)
Те, кто не знаком с истинными причинами, оказывающими влияние на ско-
рость передачи данных, часто считают, что наилучшим способом увеличения ско-
рости передачи данных является увеличение рабочей скорости модема. Однако
это ошибочное мнение. Если в нашем примере увеличить скорость передачи мо-
дема, значение TRIB не увеличится, а, наоборот, уменьшится, поскольку возрас-
тут задержка на предоставление канала, задержка на прохождение сигнала через
модем, а также частота ошибок. Поэтому не исключено, что с покупкой дорогого
модема вы приобретете дополнительные проблемы — при работе с высокоскоро-
стным модемом для установления приемлемого соединения придется неодно-
кратно набирать телефонный номер пункта назначения, что будет отнимать мно-
го времени (если такая связь вообще будет работоспособной).
Однако в приведенном выше примере увеличить значение TRIB все-таки мож-
но. Одним из методов, с помощью которого этого можно добиться, является при-
менение полнодуплексных модемов, позволяющих полностью устранить задерж-
ку на предоставление канала. Еще один путь — переход на другой протокол. Так,
согласно протоколу SDLC, подтверждение передается после приема не одного,
а максимум семи кадров. Но изменение протокола (с BSC на SDLC) может по-
влечь за собой необходимость замены программного обеспечения и аппаратных
средств обоих терминалов.
Наилучшим методом увеличения TRIB в рассматриваемом примере является
выбор большей величины блока. Если оба терминала имеют буферы достаточно-
го объема, увеличение блока с 2 до 10 записей приведет к тому, что время его пе-
редачи возрастет до 1,619 с. Однако в этом случае придется передавать только
1000 блоков, поэтому общее время передачи уменьшится и составит 27 мин. Это
означает, что для передачи данных потребуется на 7 мин. меньше и на эту же ве-
личину сократится время использования дорогостоящей магистрали. Значение
же TRIB теперь будет равно 3950 бит/с, то есть на 25 % выше прежнего.
642
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Длина блока и частота ошибок
Увеличение блока всегда приводит к росту частоты ошибок, поскольку блок пе-
редается дольше, а это повышает вероятность его повреждения. При увеличе-
нии блока на 500 % значение BLER возрастает приблизительно во столько же
раз. Так, в нашем примере частота ошибок возрастет с 1 % (кстати, очень высо-
кое значение для такого короткого блока) до 5 %, и зто может свести на нет все
попытки увеличить скорость передачи.
Оптимальная длина блока
Зависимость величины TRIB от длины блока при неизменности остальных фак-
торов проиллюстрирована на рис. 17.1. При использовании маленьких блоков,
как было продемонстрировано в приведенном выше примере, значение TRIB ока-
зывается невысоким, поскольку биты блока, не являющиеся «полезной нагруз-
кой», составляют значительную часть его объема. Когда же блоки очень большие,
величина TRIB также далека от максимально возможной, так как в этом случае
высока вероятность повреждения блоков на пути к пункту назначения, что при-
водит к их повторной передаче. Очевидно, оптимальная длина блока (Сд), при
использовании которого обеспечивается максимальное значение TRIB, находит-
ся где-то посередине между предельно малым и предельно большим размерами.
Рис. 17.1. Оптимальная длина блока, при использовании которой можно
добиться максимального значения TRIB
Кроме того, при выборе размера блока следует учитывать следующие факторы.
+ При невысокой частоте ошибок Сд может принимать очень большие значе-
ния. Такое увеличение размера блока бывает эффективным в интерактив-
ных системах передачи данных, когда быстрый ответ более важен, чем об-
щая пропускная способность сети.
Сетевые устройства
643
+ Объем памяти на терминале может оказаться недостаточным для обработ-
ки блоков, имеющих размер Сд.
+ С помощью программ-утилит, фактически выполняющих объединение дан-
ных в блоки, вряд ли удастся обеспечить создание блоков, размер которых
в точности совпадал бы с оптимальным.
+ Поскольку при каждом изменении частоты ошибок или длительности за-
держек новое значение оптимального размера блока будет отличаться от
предыдущего, подобрать размер блока таким, чтобы он был оптимальным
для всех ситуаций (то есть при любых комбинациях различных факторов),
невозможно.
Из всего сказанного выше можно сделать вывод: проектировщик сети должен
знать все нюансы процесса передачи данных и зависимости между различными
факторами, определяющими скорость передачи. Это позволит ему грамотно рас-
считать TRIB и быть уверенным, что выбранная им комбинация факторов явля-
ется наилучшей для всех ситуаций.
Сетевые устройства
Для повышения производительности и снижения себестоимости сети были раз-
работаны специальные устройства. В следующих разделах мы расскажем об ос-
новных типах этих устройств, о принципах их работы и областях применения.
Мультиплексоры и устройства, предназначенные для локальных сетей (мосты,
маршрутизаторы и шлюзы), более подробно рассмотрены в главах 6 и 11 соответ-
ственно.
Мультиплексоры — это устройства, которые позволяют объединять несколько
потоков данных и передавать их через один физический канал. Впоследствии, на
противоположном конце канала, данные объединенного потока разъединяют, и
восстанавливают каждый из исходных потоков. Используются мультиплексоры
двух основных типов: с частотным разделением (Frequency Division Multiplexer,
FDM) и временным разделением (Time-Division Multiplexer, TDM). Преимуще-
ство FDM-мультиплексора состоит в том, что он может применяться в многото-
чечных каналах. TDM-мультиплексор используется в случае, когда все каналы
являются соединениями типа «точка-точка». Обычно TDM-мультиплексоры по-
зволяют работать с большим количеством каналов, чем FDM-мультиплексоры,
и передавать данные с более высокими скоростями и меньшей себестоимостью.
Выпускаемые TDM-мультиплексоры могут быть двух типов: классические
(«глупые») и статистические («интеллектуальные»). Классические TDM-муль-
типлексоры лучше использовать в том случае, когда продолжительность рабочих
циклов (время, затрачиваемое на заполнение временных слотов данными) муль-
типлексируемых каналов относительно велика. Большая длительность рабочего
цикла означает, что значительную часть времени по каналу действительно пере-
даются данные. После завершения передачи, то есть когда канал становится неак-
тивным, классические TDM-мультиплексоры посылают холостые биты, что при
644
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
малой продолжительности рабочих циклов приводит к непроизводительному ис-
пользованию пропускной способности канала.
Статистические TDM-мультиплексоры дают хорошие результаты даже при
малой длительности рабочих циклов, характерной для большинства мультиплек-
сируемых каналов. Эти устройства отправляют только полезные (не холостые)
биты данных.
Устройства совместного доступа к модему
При использовании устройств совместного доступа к модему (Modem Sharing
Devices, MSD) с помощью одного модема можно подключить к каналу несколько
терминалов. MSD-устройства не выполняют мультиплексирования — они просто
предоставляют средства для совместного использования последовательного ин-
терфейса модема несколькими терминалами.
Устройства совместного доступа к модему обеспечивают передачу данных по-
средством выполнения опроса терминалов и широковещательной рассылки. Уча-
сток сети, где к одному модему через MSD-устройство подсоединены три терми-
нала, изображен на рис. 17.2. Устройства совместного доступа к модему называют
также устройствами управления и кластерными контроллерами.
Рис. 17.2. Связь посредством устройства совместного доступа к модему
Аналоговые мосты
Устройства, позволяющие совместно использовать несколько аналоговых кана-
лов как один канал, называют аналоговыми мостами. Мультиплексорами данные
устройства не являются. Установив аналоговый мост, для работы с каналами, со-
единенными с несколькими пунктами назначения, можно использовать один мо-
дем. Телефонные компании и пользователи с помощью аналоговых мостов могут
из сегментов типа «точка-точка» создавать многоточечные аналоговые каналы.
Сетевые устройства
645
Заменители модемов
Заменитель модемов, называемый также нуль-модемом, используется для непо-
средственного соединения двух DTE.
Конвертеры протоколов
Конвертер протоколов — это микропроцессор, позволяющий преобразовать дан-
ные из формата, соответствующего одному протоколу (к примеру, данные в коди-
ровке ASCII), в формат другого протокола (такого как протокол двоичной син-
хронной передачи данных IBM BSC). Примером такого конвертера может слу-
жить конвертер Х.З PAD, предназначенный для преобразования данных в форму,
соответствующую протоколу Х.25.
В последующих разделах мы рассмотрим устройства, предназначенные для
соединения локальных сетей, а именно мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Мосты
В зависимости от географического расположения локальных сетей для их соеди-
нения может использоваться либо пара удаленных (глобальных) мостов, либо
один локальный мост. Если локальные сети находятся на небольшом расстоянии
друг от друга, для их соединения следует применять локальный мост. Такое сете-
вое устройство состоит из процессора, блока памяти и двух сетевых адаптеров,
каждый из которых соединен со свой сетью. Мост выполняет свои функции на
канальном уровне (согласно эталонной модели OSI), проверяя МАС-адрес каж-
дого кадра, поступающего из локальной сети, с которой соединен один из его
адаптеров. Это позволяет мосту создавать и периодически обновлять таблицу из-
вестных ему адресов. Сравнивая считываемый из каждого кадра адрес пункта на-
значения с таблицей известных ему адресов, мост или передает кадр в другую
сеть, или оставляет его в той же сети, откуда тот поступил. Например, если адрес
сети получателя кадра совпадает с адресом сети отправителя (то есть данными
обмениваются два хоста одной локальной сети), мост не передает этот кадр в дру-
гую сеть.
Помимо передачи кадров мост также выполняет их фильтрацию и широкове-
щательную рассылку. Посредством таблицы МАС-адресов моста устанавливается
соответствие адреса хоста определенному порту моста, и если адрес пункта назна-
чения кадра соответствует порту, с которого кадр поступил, мост не ретранслирует
кадр. Такая операция, называемая фильтрацией кадров, препятствует их прохож-
дению через мост, а следовательно, увеличению трафика. Если указанного в кад-
ре адреса пункта назначения еще нет в таблице адресов, мост передает этот кадр
на все свои порты, за исключением порта, на который кадр поступил. Этот про-
цесс называется лавинной маршрутизацией или лавинной рассылкой.
Технология работы с кадрами, адреса которых мосту неизвестны, распростра-
нена достаточно широко, но следует помнить, что при ее использовании снижает-
ся производительность сетей, соединенных с другими портами моста. Большой
объем лавинной рассылки может серьезно снизить пропускную способность се-
тей, соединенных с другими портами моста; это является одной из причин того,
646
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
что предпочтение отдается маршрутизации. Следует также отметить, что лавин-
ная рассылка возникает не только при распространении кадров, адреса получате-
лей которых неизвестны мосту. Многие серверы локальных сетей объявляют об
имеющихся в наличии службах, для чего они через каждые 30—60 с рассылают
кадры, в которых указаны адреса и типы этих служб. Если лавинные рассылки
ограничены рамками одной сети, повышение трафика остается почти незамет-
ным. Когда же лавинные рассылки через мост распространяются из одной ло-
кальной сети в другую, производительность этих сетей заметно снижается.
Глобальные мосты в основном работают по тому же принципу, что и локаль-
ные, однако они предназначены для соединения географически удаленных локаль-
ных сетей через глобальную сеть (WAN). Для выполнения этой задачи глобальные
мосты преобразовывают кадры, требующие пересылки, в кадры протокола, кото-
рый используется для передачи данных по глобальной сети, скажем, в кадры про-
токолов SDLC и HDLC. Мост, находящийся на другом конце WAN, выполняет
обратную операцию - конвертирует WAN-кадры в кадры протокола локальной
сети. Как применяются локальные и глобальные мосты для соединения локаль-
ных сетей, продемонстрировано на рис. 17.3.
Обозначение:
О — рабочая станция
б
Рис. 17.3. Использование мостов: а — локального; б — глобального
Лавинные и широковещательные рассылки оказывают влияние не только на
трафик локальных сетей, соединенных локальными мостами, но и на трафик гло-
бальной сети, расположенной между глобальными мостами. Производительность
последней снижается еще в большей степени, и происходит это потому, что ско-
рость передачи данных между глобальными мостами гораздо меньше скоростей,
Сетевые устройства
647
используемых в локальных сетях. К примеру, локальная сеть Ethernet может ра-
ботать со скоростями 10, 100 или 1000 Мбит/с, в то время как скорость переда-
чи данных между глобальными мостами может принимать следующие значения:
56 или 64 кбит/с (обычная рабочая скорость), значения, кратные 64 кбит/с (мак-
симум 784 кбит/с; с указанными скоростями работают дробные каналы Т1) или
1,544 Мбит/с (рабочая скорость полного канала Т1).
Коммутаторы локальных сетей
Эти сетевые устройства можно сравнить с многопортовыми мостами, которые вы-
полняют покадровую маршрутизацию данных. Первые коммутаторы локальных
сетей работали на канальном уровне и, подобно мостам, выполняли маршрутиза-
цию кадров на основе их МАС-адресов. По мере развития технологий и возмож-
ностей больших интегральных схем стала обеспечиваться возможность маршру-
тизировать кадры, основываясь на их сетевых адресах и даже на номерах портов,
считываемых из соответствующих полей TCP- или UDP-заголовка кадра второ-
го уровня (канального). Некоторые коммутаторы, работающие на транспортном
уровне и проверяющие номера TCP- и UDP-портов, фактически позволяют вы-
полнять балансировку нагрузки в сетях организаций, которые поддерживают по-
пулярные web-серверы. Такие коммутаторы часто упоминаются как балансиров-
щики нагрузки. На рис. 17.4 показано, как балансировщик нагрузки применяется
для направления трафика на один из трех web-серверов.
Рис. 17.4. Использование в локальной сети балансировщика нагрузки
для направления трафика на один из трех web-серверов
Маршрутизаторы
В отличие от мостов, которые действуют на канальном уровне, маршрутизаторы
работают на сетевом уровне (в соответствии с эталонной моделью OSI). Таким
648
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
образом, если первые поколения мостов для локальной сети осуществляли мар-
шрутизацию, руководствуясь МАС-адресами, то маршрутизаторы принимают ре-
шение о дальнейшем продвижении пакетов, основываясь на сетевых адресах па-
кетов. Обычно инсталляция маршрутизатора требует больше времени и усилий,
чем инсталляция моста, однако этот труд не будет напрасным, поскольку при ис-
пользовании маршрутизатора значительно увеличивается производительность
сети и возрастают ее функциональные возможности. Например, можно запро-
граммировать маршрутизатор таким образом, чтобы он направлял трафик по раз-
личным маршрутам — в зависимости от доступности канала, его загруженности
или других параметров.
Маршрутизаторы имеют еще одно преимущество: с их помощью область рас-
пространения широковещательных сообщений можно ограничить областью до-
мена. Это означает, что широковещательная рассылка кадров на втором уровне
может быть ограничена рамками одной локальной сети, что выгодно отлича-
ет маршрутизаторы от мостов, при использовании которых широковещательная
рассылка осуществляется в другие локальные сети. Кроме того, поскольку мар-
шрутизаторы применяют адреса третьего уровня, они не производят лавинную
рассылку, потому что кадры с неизвестным адресом пункта назначения просто не
обрабатываются.
На рис. 17.5 показано, как использовать маршрутизаторы для соединения трех
локальных сетей. Заметьте, что, поскольку данные рабочей станции сети А могут
быть переданы рабочей станции сети В как по маршруту А-В, так и по маршруту
А-Б-В, маршрутизатор можно сконфигурировать так, чтобы один из этих мар-
шрутов служил в качестве запасного на случай разрыва основного канала.
Рис. 17.5. Маршрутизаторы обеспечивают пересылку пакетов по альтернативным путям
Локализация неисправностей
649
Шлюзы
Шлюзом называется конвертер протоколов специального типа, который спосо-
бен работать на всех уровнях эталонной модели OSI. Основной функцией шлюза
локальной сети является преобразование данных приложения, передаваемых на
канальном уровне, в формат, в котором они могут быть переданы мэйнфрейму.
Это преобразование выполняется в два этапа. Сначала из данных приложения,
сгенерированных рабочей станцией локальной сети, формируется поток данных
приложения, предназначенный для передачи мэйнфрейму. Затем этот поток дан-
ных преобразовывается в поток данных транспортного протокола, используемого
мэйнфреймом. Фактически передача шлюзом данных мэйнфрейму выполняется
по последовательному каналу передачи, посредством которого шлюз соединен
с локальной сетью (через сетевой адаптер). Следовательно, шлюз выполняет це-
лую серию преобразований данных на всех уровнях — от физического до при-
кладного.
Соединение сетевых устройств
В предыдущем разделе были рассмотрены только некоторые из устройств, пред-
назначенных для соединения сетей различных типов и их компонентов. К сожа-
лению, объем книги не позволяет более подробно обсудить требования, предъяв-
ляемые к различным устройствам, терминалам, модемам и т. д. Для получения
необходимой информации вам придется самостоятельно изучать руководства по
эксплуатации устройств, а также стандарты интерфейсов.
Выбирая необходимое сетевое оборудование, заказывая каналы для передачи
данных или составляя схему установки сетевых устройств, не следует забывать о
политиках, процедурах и оборудовании, которое может вам понадобиться для об-
служивания сети. Не стоит игнорировать такие аспекты проектирования сети,
как тестирование, устранение возможных неисправностей и планирование про-
изводительности, поскольку вам как сетевому администратору все равно придет-
ся с ними столкнуться. Поэтому в настоящей главе основное внимание будет уде-
лено различным процедурам тестирования и оборудованию, используемому при
тестировании, процедурам, предназначенным для улучшения работы сети, а также
двум стандартам, которые поддерживает большинство сетевых устройств, приме-
няемых при администрировании ТСР/1Р-сетей.
Локализация неисправностей
Процесс обнаружения сбоя устройства или канала называется обнаружением не-
исправностей. Обычно обнаружить неисправность не составляет особого труда,
чего, к сожалению, нельзя сказать о ее локализации. Для того чтобы определить
источник неисправности, вначале нужно ответить на такой вопрос: «Где возникла
неисправность? В терминале или коммуникационной системе?». Если по завер-
шении процедур самотестирования терминалов и рабочих станций сеть все равно
«не хочет» работать, необходимо поискать неисправность в коммуникационной
системе. А что касается поиска неисправностей в терминалах и рабочих станциях
650
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
локальной сети, то нам вновь приходится констатировать, что объем книги не по-
зволяет рассмотреть эту тему.
Применение петлевого контроля
Одним из основных способов локализации возникшей в сети неисправности яв-
ляется петлевой контроль, при использовании которого данные, отправленные
терминалу Б, находящемуся на другом конце системы или подсистемы, передают-
ся обратно терминалу А, где они сравниваются с их первоначальным вариантом.
На рис. 17.6 показано, как с помощью нескольких последовательных петлевых
проверок осуществляется поиск неисправности в соединении, которое основано
на аналоговом канале связи. Сначала с помощью аналоговой заглушки выполня-
ется самотестирование локального модема (точка А). Если оно дало положитель-
ный результат (модем работает нормально), заглушка снимается. Затем аппарат-
ная заглушка устанавливается на входе удаленного модема (точка Б), после чего
выполняется петлевой контроль локального модема и аналогового канала. Если
этот тест также даст положительный результат, заглушка снимается и посредст-
вом цифровой обратной петли на выходе удаленного модема (точка В) выполня-
ется сквозная проверка всего участка сети. (В точках Б и В петлевой контроль
можно применять только в случае полнодуплексного канала.) Таким образом, ох-
ватывая при тестировании все больше сетевых устройств, мы пытаемся локали-
зовать неисправность.
и аналогового канала модема и всего участка сети
Рис. 17.6. Использование петлевого контроля для поиска неисправности
С помощью таких проверок невозможно определить, когда произошел сбой -
при передаче данных или во время их приема. Однако эта информация нужна
только техническому персоналу, который непосредственно занимается ремонтом.
Узнать, когда именно произошел сбой, можно путем сквозной проверки линии,
но для этого необходимо, чтобы на удаленном терминале работал более-менее
опытный пользователь.
Используйте внешние тесты
Выполняя самотестирование устройства, вы должны точно знать, что именно при
этом проверяется. Например, при самотестировании терминала канал не про-
веряется. Из рис. 17.7 следует, что при самотестировании модема не проверя-
ются бесперебойность передачи данных через линию и интерфейс RS-232. Эти
неисправности обнаружить очень трудно, поэтому везде, где это возможно, ис-
пользуйте также внешние тесты.
Локализация неисправностей
651
Положение переключателей соответствует режиму самотестирования
Рис. 17.7. При самотестировании некоторые цепи модема не проверяются
Устройства тестирования коммуникационных сетей
Устройства тестирования дают возможность обслуживающему сети техническому
персоналу и пользователям проверять состояние интерфейсов DTE-DCE, а так-
же структуру передаваемых через них данных. В этом разделе мы рассмотрим,
как применяются некоторые из таких устройств.
Автоматическое усиление сигнала
В большинстве аналоговых каналов, предназначенных для передачи данных, на-
блюдается значительное снижение уровня сигнала при прохождении им пути от
передатчика к приемнику. Так, в частных каналах речевого диапазона считается
нормальным снижение уровня сигнала на 16 дБ в каждом направлении обмена
данными. Поэтому при выполнении петлевого контроля в аналоговом канале
сигнал на противоположном конце канала должен проходить через усилитель,
иначе на приемнике его уровень окажется ниже положенного на 16 дБ. Недоста-
точный уровень сигнала может стать причиной некорректной работы как самого
канала, так и приемника локального модема, а также привести к неверным пока-
заниям устройств тестирования. Чтобы избежать проблемы, во многих систе-
мах, где используется петлевой контроль, предусмотрено автоматическое уси-
ление сигнала перед его передачей в обратном направлении. Если же усилите-
ли сигнала в модемах отсутствуют, для тестирования следует выбрать другой
метод. Например, можно сначала запустить самотестирование на каждом моде-
ме, а затем с помощью ассистента, работающего на противоположном конце ка-
нала, выполнить сквозное тестирование канала.
652
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Усилитель с динамиком
Этот простой карманный прибор, оснащенный динамиком и работающий от ми-
ниатюрной аккумуляторной батареи, можно приобрести всего за 20 долларов или
даже за меньшую цену. Хотя стоимость прибора невысока, он обладает достаточ-
но большим набором функций. В частности, с его помощью можно определить
наличие несущей модема, отслеживать изменения выходных сигналов модема,
обнаружить шумящие цепи, а также узнать, какой набор выполняет модем: им-
пульсный или тональный. Кроме того, этот прибор может использоваться для от-
слеживания процесса установления соединения по телефонной линии.
Коммутационная панель
Одним из специализированных устройств тестирования коммуникационных се-
тей является коммутационная панель (breakout box), с помощью которой можно
проверить каждую линию интерфейса DTE-DCE (например, интерфейса между
терминалом и модемом). Если панель предназначена для проверки 25 контактов
интерфейса RS-232, ее цена колеблется от 60 до 250 долларов, если же вам нужно
протестировать высокоскоростные интерфейсы, приготовьтесь выложить от 100
до 500 долларов (или даже большую сумму). Цена прибора зависит от того, явля-
ется ли панель программируемой (можно ли изменять схему соединения провод-
ников), необходим ли дополнительный вольтметр для отслеживания факта про-
хождения сигнала, а также от погрешности измерений. Более дорогие приборы
являются программируемыми, имеют светодиодные индикаторы с тремя состоя-
ниями для каждого проводника интерфейса, позволяющие индицировать нали-
чие одного из трех уровней напряжения, в них имеются DIP-переключатели для
разрыва цепи каждого из проводников, а также встроенная батарея электропита-
ния. Кроме того, в этих приборах при тестировании можно менять знак подавае-
мого напряжения.
BERT-тестер
Еще одним инструментом, который должен пополнить ваш арсенал специализи-
рованных измерительных устройств, является BERT-тестер (Bit Error Rate Tes-
ter — определитель частоты появления ошибочных битов). Цена приборов, рас-
считанных на проверку интерфейса RS-232, варьируется в пределах от 150 до
500 долларов и зависит от того, имеет ли прибор функцию определения кратных
и блочных ошибок (значение BLERT), требуется ли удаление/добавление стар-
товых и стоповых битов (при наличии в канале асинхронных мультиплексоров),
а также от наличия на приборе различных автоматических индикаторов. Некото-
рые модели включают программируемые генераторы сообщений, предназначен-
ные для проверки терминалов. Кроме того, существуют приборы, позволяющие
проверить величины BERT/BLERT в сетях со скоростями передачи порядка не-
скольких мегабитов в секунду, но стоят они гораздо дороже.
Измеритель уровня сигнала
Если в вашей сети широко используются каналы речевого диапазона, желательно
приобрести измеритель уровня сигнала, с помощью которого можно определить
уровень передаваемого или принимаемого сигнала. Цена обычного измерителя
Локализация неисправностей
653
уровня сигнала составляет от 20 до 200 долларов. Есть и более универсальные
приборы, автоматически вычисляющие величину снижения уровня сигнала при
прохождении им единицы расстояния, относительный уровень сигнала, частоту
сигнала, напряжение, силу тока и сопротивление. Стоит такой прибор от 100 до
250 долларов. Однако покупать его имеет смысл только в случае, если вам еже-
дневно приходится тестировать аналоговые каналы.
Применение осциллографа
Многоканальный осциллограф может быть использован совместно с коммутаци-
онной панелью для проверки сигналов последовательного интерфейса. Кроме то-
го, применив его с модемом, можно обнаружить некоторые отклонения в работе
аналоговых каналов. При проверке интерфейса RS-232 с помощью двухканаль-
ного осциллографа можно замерить время реверсирования направления переда-
чи для модема, взаимные наводки сигналов в различных проводах, а также изме-
рить затухание сигнала в длинных кабелях последовательного интерфейса.
При использовании с синхронными модемами, имеющими генераторы специ-
альных тестовых сигналов, осциллограф становится довольно мощным инстру-
ментом, позволяющим определить паразитные скачки и дрожание фазы, выбросы
амплитуды, нелинейные гармонические искажения, пропадания сигнала, а также
импульсный шум в аналоговых каналах. При работе с другими модемами осцил-
лограф может быть использован для визуальной оценки гармонических искаже-
ний, дрожания фазы и некоторых типов выбросов.
Подходящие для выполнения описанных выше задач осциллографы стоят от
500 до 2000 долларов, что зависит от их компактности, максимально возможной
скорости передачи анализируемых данных и количества каналов.
Прибор для проверки звуковых частот
Этот прибор предназначен для тех, кто профессионально занимается обслужива-
нием сетей с передачей данных по аналоговым каналам речевого диапазона, и по-
зволяет измерить большинство параметров этих каналов. Стандартный вариант
этого устройства позволяет определить частотную характеристику, значение псо-
фометрического шума, а также выполнить аудиомониторинг. Минимальная цена
прибора составляет 1000 долларов. Естественно, чем больше количество выпол-
няемых функций, а также чем выше степень автоматизации этих функций, тем
выше стоимость устройства. Менее дорогие приборы не позволяют измерить ве-
личину искажения огибающей, однако большое ее искажение часто сопровожда-
ется значительным затуханием сигнала, определить которое значительно проще.
Обычно для сквозного тестирования каналов используются два прибора провер-
ки звуковых частот.
Прибор для проверки содержимого канала передачи
данных
Рано или поздно многие системные администраторы приходят к выводу, что ком-
пьютер общего назначения не может являться эффективным устройством для про-
верки работы протоколов канального и сетевого уровней. Кроме того, посредст-
вом компьютера невозможно с необходимой точностью определить коэффициент
654
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
побитовых ошибок при передаче данных в коммуникационных каналах с широ-
кой полосой пропускания, в мультиплексорах магистралей Т1, а также в некото-
рых других устройствах. При использовании для этих целей компьютера вам все
равно придется применять и другое дорогостоящее оборудование, а также привле-
кать программиста, поэтому приобретение соответствующего прибора в очень ско-
ром времени окупится.
Речь идет, в частности, о стандартном приборе проверки содержимого канала
передачи данных RS-232. Это устройство просто отслеживает и отображает сиг-
налы, проходящие через последовательный интерфейс. На дисплей обычно выво-
дятся символы, однако возможно представление данных также в двоичном и ше-
стнадцатеричном виде. Цена прибора зависит от таких его характеристик, как
количество отслеживаемых кодов, тип дисплея, наличие режима паузы (стоп-
кадра), возможность отображения конкретной последовательности данных, под-
держка функции прокрутки на экране содержимого блока памяти (при использо-
вании стоп-кадра), объем памяти, наличие механизма ускоренного отображе-
ния данных с одновременной записью их в память (или без записи). Некоторые
приборы в дополнение к перечисленным выше функциям позволяют записывать
в память для последующего анализа данные о состоянии различных не участвую-
щих в обмене информацией контактов последовательного интерфейса.
Использование симулятора
Устройства, предназначенные для мониторинга процесса обмена данными, по-
зволяют выполнить диагностику каналов и проверить, соответствует ли сигнал
требованиям протоколов. Но для системных задач нужны также программируе-
мые устройства, способные имитировать работу порта компьютера, удаленного
терминала или сетевого шлюза, поскольку это позволяет проверить работу аппа-
ратного и программного обеспечения в условиях, «максимально приближенных к
боевым». Такие устройства, называемые симуляторами, представляют собой спе-
циальные компьютеры, программное обеспечение которых поддерживает легкие
в освоении языки программирования высокого уровня. Написав и загрузив в си-
мулятор соответствующие программы, можно использовать его в качестве уст-
ройства проверки содержимого канала, определять величины BERT и BLERT.
Цена на симуляторы варьируется в пределах от 1000 до 25 000 долларов, в зави-
симости от числа поддерживаемых ими протоколов и последовательных интер-
фейсов, их быстродействия, объема памяти, типа дисплея, сложности программи-
рования и габаритов. Более дорогие модели позволяют имитировать все процес-
сы, происходящие на пакетном уровне эталонной модели OSI (для протоколов
Х.25/Х.75) или на всех уровнях модели ATM.
Анализатор протокола
Из предлагаемых на сегодняшний день устройств тестирования коммуникацион-
ных сетей анализатор протокола является наиболее сложным и современным ин-
струментом. Его название соответствует основной функции, для выполнения ко-
торой он предназначен, — анализу протокола. Прибор отслеживает поток битов,
следующий по коммуникационному каналу или кабелю локальной сети, а затем
Локализация неисправностей
655
выполняет декодирование и преобразование данного потока в символы, которые
позволяют определить формат и содержимое кадра протокола. Например, анали-
затор протокола, осуществляющий мониторинг HDLC-канала, сначала конвер-
тирует последовательность битов 01111110 в символ флага, а потом определяет
начало или конец кадра. В большинстве анализаторов протокола имеется также
возможность анализировать несколько коммуникационных протоколов, выпол-
нять имитацию обмена данными и определять величины BERT и BLERT. Анали-
заторы протокола, специально разработанные для использования в локальных
сетях, назваются анализаторами локальных сетей, а приборы, с помощью кото-
рых можно проверять не только локальные, но и широкомасштабные сети, —ана-
лизаторами корпоративных сетей.
Большинство анализаторов протокола представляют собой целый комплект
инструментов, в число которых входят прибор для проверки разъемов, клавиату-
ра, память и смонтированный в общем корпусе дисплей. Такой вариант прибора,
позволяющий автоматически определить протокол передачи и декодировать дан-
ные протокола, стоит более 5000 долларов. Однако некоторые производители по-
шли по другому пути: разработанные ими приборы представляют собой платы
адаптера, которые вставляются в слот расширения материнской платы системно-
го блока. В этом случае анализатор протокола использует клавиатуру, оператив-
ную память и монитор компьютера, что позволяет снизить стоимость решения до
1000 долларов.
На рис. 17.8 показан портативный анализатор протокола ParaScope 64М, про-
изводимый фирмой Frederick Engineering. С помощью кабеля этот прибор можно
подсоединить к параллельному порту персонального компьютера (с установлен-
ной операционной системой MS-DOS). Поставляемое вместе с ним программное
обеспечение позволяет задействовать процессор компьютера и использовать по-
следний в качестве анализатора протокола.
Анализатор ParaScope 64М может быть использован для мониторинга обмена
данными, происходящего через стандартный интерфейс RS-232 со скоростью до
19 200 бит/с, или для мониторинга битового потока, проходящего через интер-
фейс V.35/RS-449 со скоростью до 64 000 бит/с. Посередине передней панели
прибора находятся группы светодиодов и переключателей. Светодиоды предна-
значены для индикации наличия сигнала на контактах разъема проверяемого ин-
терфейса, а переключатели позволяют подавать на эти контакты напряжение.
Однако главное предназначение ParaScope 64М — служить в качестве анализато-
ра протокола, поэтому с помощью этого прибора можно выполнять мониторинг
потока данных, создавать программы, оперирующие этими данными, и просмат-
ривать на дисплее результаты выполнения программ.
ParaScope 64М представляет собой усовершенствованный вариант устройства
серии Feline. Анализаторы протоколов этой серии реализованы в виде плат рас-
ширения, которые вставляются в настольный компьютер, лэптоп или ноутбук.
С платой поставляются программное обеспечение, предназначенное для инстал-
ляции на компьютере, а также специальный блок с разъемами различных интер-
фейсов (он присоединяется к плате с помощью кабеля). В блоке выполняется
преобразование уровней напряжения канала до уровней микросхем TTL, что по-
зволяет использовать устройство для анализа работы интерфейса между DTE
656
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
и DCE. ParaScope 64М похож на этот блок серии Feline, однако для его использо-
вания нет необходимости устанавливать плату адаптера в компьютер. Это дает
возможность применять прибор с современными ноутбуками, которые имеют ог-
раниченное число слотов расширения.
Рис. 17.8. Анализатор протокола ParaScope 64М,
выпускаемый фирмой Frederick Engineering
Благодаря тому что логические схемы адаптера серии Feline интегрированы
в прибор ParaScope 64М, с ним можно использовать программное обеспечение,
разработанное специально для этих адаптеров. Для того чтобы лучше понять, ка-
кие функции выполняет программное обеспечение, давайте рассмотрим снимок
части экрана, сделанный во время работы одной из таких программ (рис. 17.9).
В верхней части снимка представлена информация о проверяемом интерфейсе,
а также о состояниях таймеров и счетчиков. В нижней части снимка находит-
ся окно, в котором отображаются данные, проходящие через DCE и DTE прове-
ряемого канала. В оперативной памяти компьютера, на котором устанавливается
данное программное обеспечение, для таймеров и счетчиков выделяются облас-
ти, куда записываются значения этих переменных Создание и методику исполь-
зования несложной программы, предназначенной для мониторинга передавае-
мых данных, мы рассмотрим в следующем разделе.
Локализация неисправностей
657
Рис. 17.9. Внешний вид экрана во время выполнения одной
из программ анализатора протокола
Заметьте, что на рис. 17.9 управляющие и непечатаемые символы представле-
ны аббревиатурами: LF (Line Feed — символ новой строки), Sp (Space — символ
пробела) и т. д. В нижней части каждого окна программы анализатора протокола
указаны номера функциональных клавиш и выполняемые с их помощью дейст-
вия, причем одним и тем же клавишам в различных окнах могут быть назначены
разные функции. Так, клавиша F7 на указанном рисунке предназначена для выхо-
да из режима разделения экрана и вывода данных в полноэкранном режиме.
Разработка Feline-программы
На рис. 17.10 представлен фрагмент Feline-программы, которая выполняет подсчет
количества пробелов, принятых терминалом (DTE) через проверяемый интер-
фейс. При выборе режима редактирования программы на экране отображается по-
следовательность незаполненных блоков (шагов), предназначенных для ввода ин-
струкций. Внизу окна представлена информация о том, с помошыо каких функ-
циональных клавиш можно выполнить такие действия, как перемещение курсора
между инструкциями или блоками, а также удаление или изменение инструкции.
Перед вводом инструкции курсор следует поместить в соответствующий блок.
В частности, инструкция в первом блоке (Step 1) предписывает программе ждать,
пока в потоке принимаемых DTE данных не встретится символ пробела, после
чего перейти к выполнению инструкции второго блока (Step 2). Она указывает
программе на необходимость увеличить значение переменной counter 1. Выпол-
нение инструкции третьего блока (Step 3) приводит к передаче управления инст-
рукции первого блока. Таким образом, данная программа с помощью переменной
counter 1 в цикле подсчитывает количество пробелов, принятых DTE по прове-
ряемому каналу.
Создав такую программу, вы можете отслеживать прохождение данных по ка-
налу и проверять значение переменной counter 1. На рис. 17.11 представлена ко-
пия экрана, сделанная во время тестирования канала, обеспечивающего скорость
передачи данных 9600 бит/с. Заметьте, что на момент снятия копии экрана через
интерфейс DTE прошло 2810 символов пробела (на рисунке видно, что именно
таково значение переменной counter 1). Рассмотренная программа не относится к
разряду сложных — она приведена только для демонстрации процесса создания
658
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
программы и использования ее для проверки канала. Предположим, что при пе-
редаче файлов по сети резко уменьшилась пропускная способность одного из ка-
налов. Вы можете модифицировать эту программу так, чтобы в ней подсчитыва-
лось количество негативных подтверждений (Negative Acknowledgments, NAK)
о приеме блока данных. Поскольку после получения негативного подтверждения
требуется повторная передача блока данных, большое количество NAK свиде-
тельствует о высоком уровне ошибок при передаче, что и может послужить при-
чиной снижения пропускной способности канала в данном случае.
DTE = [ Then go to Step 2 t Counter 1 "SS^S^tep U KLLVIJ ИШИМ
Up-Prevlnst Dn-Nextlnst Pgllp-prevStep PgDn-NextStep Del-Dellnst Ins-Overwrite Enter a deciMai пимЬег between 1 and 64
Рис. 17.10. Фрагмент Fehne-программы
i>ro€ocol:
Baud Rate
Tiner
Tiwem
Т1нег
Tiwer
T 1 мег
2
3
4
5
----r-ffSVTTC--1--тагг?--------r--SStTTTI-----FarTEy*----C---ROTE----T
C 9600 J cik Source: C INTERNAL 7 Buffer: t CONT INLIOUS J
00000 Counter 1 _ 02810 Start Tiwe
00000 Counter 2 = 00000 End Tiне
00000 Counter 3 = 00000 Block = 5
00000 Counter 4 - 00000
00000 Counter 5 - 00000 Monitoring
08:51:38 Start Date 03/24/88
09:06:35
Buffe r
DCE
DTE
DCE
DTE
DCE
DTE
DCE
DTE
Рис. 17.11. Мониторинг канала сети с помощью программы, в которой
для подсчета количества принятых DTE символов пробела
используется переменная counter 1
Системы контроля сети
Как оказалось, для многих компаний, имеющих большие и сложные коммуника-
ционные сети, расходы на приобретение и внедрение централизованной системы
контроля сети (рис. 17.12) гораздо меньше убытков, которые может понести ком-
пания из-за несвоевременного обнаружения неисправности Если система осно-
вана на использовании выделенных аналоговых линий, то с целью контроля за-
действован нижний участок полосы частот речевого канала. Однако при этом
значительно повышаются затраты на поддержку каждого модема.
Локализация неисправностей
659
Рис. 17.12. Система контроля сети
Система контроля сети работает следующим образом. Центральный блок по-
сылает модему команду на выполнение определенных тестов с последующей за-
писью результатов либо выводом их на экран. При этом тестирование беспере-
бойности передачи данных, уровня получаемого сигнала и надежности контакта
в разъеме RS-232 может быть сделано аккуратно, без прерывания процесса обме-
на или модификации передаваемых данных. Выполнение же кольцевых прове-
рок, самотестирования или других подобных тестов связано с прерыванием пото-
ка данных. Более сложные системы можно запрограммировать так, чтобы тесты,
приводящие к прерыванию потока данных, автоматически запускались в перио-
ды наименьшей нагрузки в сети, когда маловероятно появление сбоев, в резуль-
тате которых действительно имеет место прерывание потока. Результаты могут
быть автоматически занесены в журнал. Сравнение их с данными предыдущего
тестирования позволяет обнаружить изменения в параметрах канала.
Первоначально системы контроля сети разрабатывались для использования
в аналоговых каналах, однако в настоящее время большинство выпускаемых сис-
тем предназначено для работы с цифровыми каналами (некоторые системы мож-
но применять для контроля каналов обоих типов). Однако независимо от типа
канала в каждую систему контроля сети встраивается схема удаленного переклю-
чения каналов и некоторые дублирующие устройства, предназначенные для под-
держки работоспособности системы в случае сбоев. Благодаря тому что системы
контроля коммуникационных сетей, основанные на цифровых методах опроса и
сбора запрашиваемой информации, позволяют выполнять удаленное тестирова-
ние и удаленное дублирование, они в настоящее время начинают вытеснять ана-
логовые системы.
660
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Программные анализаторы сети
Если сетевому администратору понадобится приобрести устройство, предназна-
ченное для анализа локальной сети (LAN-анализатор), ему будет предложен доста-
точно богатый выбор товаров. Кроме специальных приборов, разработанных для
этой цели, на рынке имеется также программное обеспечение, позволяющее при-
менять настольные компьютеры, лэптопы и ноутбуки в качестве LAN-анализато-
ров (LAN-анализаторы, основанные на использовании специального программ-
ного обеспечения, в дальнейшем будем называть программами-анализаторами).
Среди программ-анализаторов есть такие, которые предоставляют информацию об
ошибках, касающихся трафика и непосредственно самой сети. Существуют также
программы-анализаторы, выполняющие декодирование пакетов и предоставляю-
щие данные для локализации неисправностей, которые произошли вследствие
неправильной конфигурации сетевых устройств или используемого в сети про-
граммного обеспечения, а также некорректной работы приложений. Давайте рас-
смотрим одну из таких программ-анализаторов, которая была разработана компа-
нией Triticom и получила название TokenVision. Программа предназначена для ис-
пользования на IBM-совместимых компьютерах, соединенных в сеть Token Ring.
TokenVision — это программа, после запуска которой персональный компью-
тер можно использовать в качестве LAN-анализатора. Компьютер должен быть
оснащен платой адаптера сети Token Ring и включен в сеть с такой топологией,
однако в перерывах между выполнением анализа потока данных, распространяе-
мых по сети, на нем можно выполнять другие приложения. Кроме программы
TokenVision компанией Triticom также разработана программа EtherVision, пред-
назначенная для мониторинга сети Ethernet.
Программа TokenVision работает на канальном уровне, что позволяет выпол-
нять мониторинг трафика на основе МАС-адресов источников и пунктов назна-
чения, содержащихся в передаваемых по сети кадрах. Окно программы Token-
Vision в процессе определения адресов источников показано на рис. 17.13. За-
метьте, что на момент снятия копии экрана было идентифицировано 187 сетевых
станций. При выполнении мониторинга адресов программа создает в памяти таб-
лицу адресов источников. Обнаружение и подсчет количества станций осуществ-
ляется следующим образом. Как только какая-либо неизвестная до сих пор стан-
ция начинает проявлять активность, программа считывает из переданных стан-
цией кадров ее адрес, добавляет его в таблицу и увеличивает значение счетчика,
в котором фиксируется количество станций, обнаруженных в течение определен-
ного промежутка времени.
На рис. 17.13 видно, что окно с данными мониторинга адресов содержит четыре
колонки. В них перечислены МАС-адреса обнаруженных источников и указано
количество переданных по сети кадров, в которых содержался адрес конкретного
источника (то есть для каждого источника подсчитывается общее количество пе-
реданных им кадров). Следовательно, с помощью этой программы можно в режи-
ме реального времени не только узнать количество активных станций, но и опре-
делить, какие именно станции вносят максимальный вклад в сетевой трафик.
Заметьте, что в колонках (слева от МАС-адреса) в одних случаях указано назва-
ние фирмы-изготовителя сетевой карты, а в других присутствует строка «Vend?».
662
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Рис. 17.14. Результаты мониторинга нагрузки сети
Второй метод мониторинга состоит в том, что вы задаете пороговое значение
загруженности сети и время, в течение которого будет проверяться сетевой тра-
фик. Если в это время уровень нагрузки сети превысит значение порога, програм-
ма проинформирует вас об этом (с помощью сообщения или звукового сигнала).
Третий метод мониторинга заключается в использовании информации, которая
выводится в окно Statistics (рис. 17.15). В этом окне помимо информации о сред-
нем, текущем и пиковом уровнях нагрузки сети также отображается время, когда
нагрузка сети была наибольшей. Кроме того, указывается, какую долю сетевого
трафика составляют кадры определенного размера. С помощью этой информации
вы можете узнать, файлы какого типа составляют большую часть сетевого трафи-
ка. Например, кадры небольшой длины служат для передачи данных интерактив-
ных приложений, а относительно длинные кадры используются для передачи фай-
лов. Поэтому, если из диаграммы в окне статистики следует, что большую часть
сетевого трафика составляют длинные кадры, значит, кто-то из пользователей пе-
редает или принимает файлы большого объема.
Рис. 17.15. Окно статистики программы TokenVision
Восстановление нормальной работы сети
663
Восстановление нормальной работы сети
Конечно, имея достаточно денег, создать надежную и быстродействующую ком-
муникационную систему не составляет особого труда, для этого надо только вы-
полнить на должном уровне ее проектирование. Однако если вы ограничены в
средствах, задача усложняется.
Ниже приведен перечень вопросов, ответив на которые, вы сможете более эф-
фективно с точки зрения затрат обеспечить надежность коммуникационных служб
и устройств.
♦ Как часто происходят поломки устройства и каково время его простоя из-
за неисправности?
4- Можно ли что-нибудь предпринять для уменьшения времени простоя и ко-
личества поломок без привлечения дополнительных средств (и окупятся
ли эти затраты)?
♦ Какие дополнительные затраты несет фирма в связи с полным выходом
службы из строя, если это происходит с определенными выше частотой и
временем простоя?
4- Можно ли уменьшить эти затраты, если в случае неисправности задейство-
вать сетевые средства, работающие с меньшей производительностью (на-
пример, вместо магистрали Т1 использовать телефонную линию, по которой
можно передавать данные со скоростью 9600 бит/с, линию с пропускной
способностью 64 кбит/с или цифровой ISDN-канал, способный поддержи-
вать обмен данными со скоростью 128 кбит/с)?
4- Какой будет фактическая стоимость каждой из запасной схем работы служ-
бы? Сюда должна быть включена оплата труда персонала, стоимость запас-
ного оборудования, затраты на его установку и эксплуатацию, а в случае
аренды сетевого устройства - стоимость аренды.
Количество неисправностей можно уменьшить
Прежде чем разрабатывать и реализовывать схему дублирования важнейших се-
тевых служб, а также способы восстановления их нормального функционирова-
ния, ответьте на приведенные ниже вопросы. Возможно, это поможет вам снизить
количество возникающих в сети неисправностей и продолжительность простоев
оборудования.
4- Налажена ли у вас связь не только с пользователями оборудования, но и с
его поставщиками и техническими службами?
4- Знают ли пользователи о возможностях и ограничениях эксплуатируемого
ими оборудования и программного обеспечения (в частности, об ограниче-
ниях при выполнении самотестирования устройств)?
4- Разработаны ли процедуры восстановления нормальной работы служб и со-
гласованы ли они заранее со всеми вовлеченными в процесс сторонами?
Соблюдается ли порядок выполнения этих процедур?
664
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
♦ Осуществляются ли тестирование новых систем при их установке, а также
проверка систем в ходе эксплуатации (согласно графику) с целью обнару-
жения изменений в параметрах каналов?
♦ Заносятся ли в журнал данные об имевших место неисправностях и обна-
ружены ли пользователи, действия которых уже неоднократно приводили
к сбоям в работе сети?
4- Действуют ли на фирме курсы повышения квалификации, где пользовате-
лей учат грамотно эксплуатировать оборудование, доступ к которому они
имеют?
Давайте жить дружно!
Никакая из схем восстановления нормальной работы служб не будет эффектив-
ной без хороших отношений между поставщиками оборудования (услуг) и его
пользователями (в частности, желательно иметь налаженные связи с персоналом
телефонных компаний). Во многих случаях причиной возникновения неисправ-
ности является приобретение продукции невысокого качества, что является пря-
мым следствием отсутствия знакомых поставщиков. Если вы будете в хороших
отношениях с продавцом, он никогда не порекомендует вам изделие с плохими
характеристиками. Кроме того, нужно поддерживать хорошие отношения с тех-
ническим персоналом телефонных компаний, выполняющим тестирование про-
даваемого оборудования, и, естественно, с менеджерами. При наличии хорошо
налаженных связей сеть работает более стабильно, поскольку этому способству-
ют следующие факторы:
4- служащие обеих сторон (поставщики и пользователи) чаще помогают друг
другу, особенно в сложных ситуациях;
4- пользователи быстрее получают информацию о результатах тестирования
нового (или поступившего в продажу) оборудования, а также информацию
о сроках и условиях гарантированного ремонта или замены неисправного
устройства. Вы сможете узнать о недокументированных особенностях экс-
плуатации оборудования, ведь хорошие знакомые с обеих сторон обяза-
тельно при встрече поделятся своими впечатлениями о новых интересных
возможностях эксплуатируемых (или проверяемых) устройств;
+ поставщик и пользователь лучше понимают реальные возможности друг
друга, а это поможет правильно оценить сроки восстановления нормаль-
ной работы службы;
4- у служащих фирмы-поставщика чаще появляется желание обслужить вас
на более высоком уровне, чем того требует регламент их работы (например,
проверить дополнительные параметры продаваемого оборудования).
Исходя из перечисленного выше можно сделать вывод, что сетевой админист-
ратор должен уметь не только настроить сеть, но и наладить отношения с постав-
щиками, так как это положительно отражается на работоспособности сети. А что-
бы не испортить эти отношения, администратор должен правильно определить
Стандарты сетевого администрирования
665
причину неисправности и виновника случившегося, о чем мы и поговорим в сле-
дующем разделе.
Кто и за что отвечает
Администратор сети должен четко знать возможные пути решения возникших
проблем, а также иметь список должностных лиц (в порядке возрастания их ран-
га), к которым можно обратиться при отсутствии положительного сдвига на ка-
ком-то этапе восстановления нормальной работы сети. Этот список должен быть
согласован с директором фирмы и доведен до сведения каждого включенного в
него лица. Если вы не хотите, чтобы все претензии предъявлялись только вам, то
должны четко определить, кто и за что отвечает.
Прежде чем обращаться за помощью к руководству фирмы или поставщику,
убедитесь, что пользователь, пытаясь восстановить работоспособность устройст-
ва, проверил все, что он мог протестировать с помощью доступных ему средств
(в частности, провел самотестирование устройства). Не торопитесь с выводами
о причинах неисправности, так как ничто так не портит отношения между поль-
зователем и поставщиком, как несправедливое обвинение поставщика. После
спокойного и внимательного анализа неисправности может выясниться, что ви-
новат служащий вашей фирмы или другой поставщик.
Пользователи, эксплуатирующие оборудование сети или имеющие доступ
к системам ее контроля, должны уметь выполнять процедуры самотестирования
устройств, знать ограничения, присущие этим процедурам, а также правильно
интерпретировать значения, получаемые в результате тестирования. Сообщать
ответственным должностным лицам с неисправностях нужно только в том слу-
чае, если все данные тестов задокументированы. В ваших интересах также реги-
стрировать время обращения к должностным лицам, чтобы при отсутствии про-
гресса в деле восстановления работоспособности сети можно было обратиться
к начальству.
Если вы документируете данные о неисправностях, то сможете вовремя обнару-
жить участки сети и отдельные устройства, находящиеся на грани износа, и заме-
нить их до возникновения неисправности, после которой сеть перестанет подавать
признаки жизни. Именно поэтому очень важно документировать также параметры
всех устанавливаемых устройств.
И, наконец, после устранения неисправностей не забывайте при случае побла-
годарить поставщика и технический персонал. Вы ничего не потеряете, если по-
шлете на имя директора фирмы-поставщика благодарственное письмо, в котором
упомянете имена одного или нескольких сотрудников его фирмы, — наоборот, вы
сможете рассчитывать на их помощь в следующий раз. Помните, любое техниче-
ское устройство может сломаться.
Стандарты сетевого администрирования
В области сетевого администрирования существуют фактические и формальные
стандарты. Примером фактического стандарта может служить продукт NetView
666
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
компании IBM, используемый для администрирования сетей, в состав которых
входит мэйнфрейм. Среди формальных стандартов следует отметить протокол
SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления се-
тью), на смену которому приходит SNMPv2, и удаленный мониторинг (Remote
Monitoring, RMON). Оба они были разработаны для облегчения процесса адми-
нистрирования ТСР/1Р-сетей.
SNMP
SNMP представляет собой стандарт администрирования сетей, функционирова-
ние которых основано на протоколах TCP/IP. Он был создан организацией 1ETF
(Internet Engineering Task Force - Проблемная группа проектирования Интерне-
та) в качестве средства, которое позволяет осуществлять администрирование
TCP/IP-сетей, включающих оборудование разных производителей. Для монито-
ринга SNMP-совместимых устройств и управления ими в SNMP применяется ар-
хитектура клиент-сервер.
Архитектура
В основе архитектуры протокола SNMP лежат три основных компонента, кото-
рые взаимодействуют между собой, — диспетчер, агент и база данных.
SNMP-диспетчер - это программа, при выполнении которой компьютер пре-
вращается в станцию управления сетью (Network Management Station, NMS).
Агент представляет собой встроенную программу, функционирующую на та-
ких управляемых устройствах, как мосты, маршрутизаторы или хосты. Каждый
агент сохраняет данные, относящиеся к управлению сетью, и в ответ на запросы
SNMP-диспетчера предоставляет ему определенную информацию.
Третьим компонентом SNMP является база данных, которую обычно называ-
ют базой данных управляющей информации (Management Information Base, MIB).
Фактически MIB представляет собой семейство баз данных, в которых собрана
информация обо всех управляемых устройствах сети, поддерживаемых протоко-
лом SNMP. Это означает, что каждый агент имеет свою базу данных однотипных
объектов, о которых он собирает статистические данные. Кроме сбора этих дан-
ных агент выполняет и ряд других функций.
Принцип взаимодействия трех компонентов SNMP — диспетчера, агента и ба-
зы данных агента — продемонстрирован на рис. 17.16. Хотя здесь показан только
один агент, теоретически SNMP-диспетчер может управлять неограниченным ко-
личеством таковых.
Для управления агентом диспетчер использует два адреса. Первым является
IP-адрес агента, с помощью которого диспетчер может отправлять запросы кон-
кретному агенту. Второй адрес указывает либо на местоположение объекта в базе
данных, либо на значение счетчика. Чтобы устройства, разработанные различны-
ми изготовителями, были совместимы, адреса объектам в MIB назначаются в со-
ответствии с древовидной структурой (см. ниже). Если пользователю известен
IP-адрес агента и местонахождение объекта в базе данных, он может, воспользо-
вавшись сетевым диспетчером, легко извлечь информацию, которая содержится
Стандарты сетевого администрирования
667
в этом объекте (или сохранить в нем информацию), даже если диспетчер и агент
выпущены разными изготовителями.
Станция управления сетью
Рис. 17.16. Схема взаимодействия компонентов архитектуры SNMP
Дерево имен
В результате совместных усилий двух организаций, ITU и ISO, было разработано
глобальное дерево имен. Оно используется протоколом SNMP и представляет со-
бой механизм назначения объектам идентификаторов.
На рис. 17.17 приведен фрагмент глобального дерева имен, который приме-
ним к сетям, основанным на протоколах TCP/IP. Поскольку каждый объект от-
носится к конкретному узлу дерева, в глобальном дереве имен предусмотрен как
механизм назначения имен, так и механизм идентификации объектов. Для того
чтобы с помощью древовидной структуры определить объект, нужно, начиная
с корня дерева, двигаться по его узлам и фиксировать их идентификаторы до тех
пор, пока не будет достигнут нужный объект. Для определения объекта можно
использовать несколько методов, однако наиболее часто применяется тот, в кото-
ром строится последовательность целочисленных значений, разделенных точка-
ми, Так, для идентификации объекта группы system применяется последователь-
ность целочисленных значений 1.3.6.1.2.1.1. Заметьте, что группа system представ-
ляет собой одну из одиннадцати TCP/IP MIB-групп, каждая из которых может
включать ряд последовательных идентификаторов объектов. Так, в группе system
содержатся семь объектов, которые используются для описания конфигурацион-
ной информации об управляемом устройстве. В качестве их идентификаторов
применяются символ «точка» (.) и числа от 1 до 7. Например, первым в группе
system является идентификатор объекта sysDesc (на рисунке не показан), содер-
жащего описание управляемого устройства. Следовательно, адрес этого объекта
в древовидной структуре имен будет выглядеть так: 1.3.6.1.2.1.1.1.
Для каждого идентификатора назначен определенный метод доступа - чте-
ние, запись или чтение и запись. Указав SNMP-диспетчеру IP-адрес и глобаль-
ный идентификатор в дереве имен, вы можете получить возможность не только
считывать данные из MIB, но и записывать их туда.
668
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
I itu(O) | | isofl) [ [ ;so-itu(2) ]
| Ргд(З)
|dod(6) |
| internet^) |
| directoryfl) ] | mgmt(2) ] | experimental^) | [~private(4) [ [ secunty(s)~| • •
[ mib-2fl) | | enterprisefl) |
I Другие [
(Производители^
I systemfl) I I mterfaces(2) I
X rJ-X
| icmp(5)| | гср('б)] |~udp(7)]
| snmp(Tt)]
Рис. 17.17. Фрагмент дерева имен ISO/ITU
На рис. 17.18 представлен интерфейс SNMP-диспетчера SimpleView, разрабо-
танного компанией Triticom. IBM-совместимый компьютер, на котором выпол-
няется эта программа, можно использовать в качестве диспетчера ТСР/1Р-сети.
В диалоговом окне, расположенном в левой части рисунка, имеются две стро-
ки, «Ethernet probe» и «Token Ring», где указаны IP-адреса. Строка задает специ-
альный тип агента, который называется Remote Monitor probe (использование
агента этого типа рассматривается в следующем разделе). Для создания или по-
лучения объекта, ассоциированного с выбранным агентом, нужно указать местона-
хождение объекта в MIB. Это можно сделать двумя способами: ввести последова-
тельность цифр и точек, идентифицирующих объект, или использовать диалоговое
окно MIB Walk, позволяющее визуально найти объект в дереве имен. В данном окне
отображаются записи, представляющие группы MIB. Чтобы развернуть группу и
увидеть содержащиеся в ней объекты, нужно щелкнуть на записи левой кнопкой
мыши. Например, в группе system содержатся семь объектов. Чтобы увидеть их,
необходимо выполнить двойной щелчок левой кнопкой мыши на записи system.
Если выделить объект и щелкнуть на кнопке Select, его идентификатор автомати-
чески появится в поле MIB Variable окна Get, которое в данном случае (рис. 17.18)
было выведено на экран после выбора соответствующей SNMP-команды. Так,
при выборе объекта sysDescr выполнение команды Get приведет к считыванию
системного описания агента, имеющего IP-адрес 198.78.46.41.
Стандарты сетевого администрирования
669
Рис. 17.18. Использование окна MlB Walk программы SimpleView для выбора
объекта из базы данных агента
Записи в диалоговом окне NIIB Walk соответствуют узлам глобального дерева
имен, изображенного на рис. 17.17. При сравнении этих двух рисунков становит-
ся очевидным, что программа SimpleView упрощает поиск и определение адреса
MIB-объекта. Например, записи system (рис. 17.18) в глобальном дереве имен со-
ответствует адрес 1.3.6.1.2.1.1, а записи interfaces — адрес 1.3.6.1.2.1.2.
Набор команд, используемых в протоколе SNMP, несколько ограничен. Кро-
ме команды Get поддерживаются команды Get Next, Set, Request, Get Response и Trap.
С помощью команды Get Next можно поочередно обращаться к MIB-переменным,
команда Get Response предназначена для получения информации от агента, коман-
да Set Request предназначена для изменения установок агента, скажем таблицы
маршрутизации, a Trap представляет собой команду, которую агент автоматиче-
ски посылает диспетчеру после обнаружения заранее определенного состояния,
в частности в случае разрыва коммуникационного канала.
Одним из основных недостатков первоначальной версии протокола SNMP яв-
ляется использование так называемых имен сообществ (community names) в каче-
стве механизма обеспечения элементарной формы защиты. Имя сообщества пред-
ставляет собой строку символов, которой по умолчанию назначается значение
public. Чтобы определить, следует ли выполнять команду, агент сравнивает полу-
ченную community-строку с имеющейся у него строкой конфигурации. Очевидно,
670
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
что любой хакер может написать сценарий, который будет использовать для пе-
резагрузки маршрутизатора или выполнения какого-нибудь другого негативного
действия содержимое электронного словаря и команду Set. Поэтому многие про-
изводители разрабатывают SNMP-совместимые устройства, не реагирующие на
команду Set.
Протоколы SNMPv2 и SNMPvS
Для устранения недостатков протокола SNMP, связанных с низким уровнем за-
щиты и выполнением некоторых функций, группой IETF была разработана но-
вая версия протокола - SNMPv2. Но из-за разногласий между членами группы
относительно методов обеспечения защиты в новом протоколе не были реализо-
ваны механизмы аутентификации и шифрования. В SNMPv2 реализован другой
подход - у станций управления сетью появилась возможность обмениваться ин-
формацией, что легло в основу использования в сети их иерархической структу-
ры, когда станции нижних уровней передают информацию станциям верхних
уровней иерархии.
Среди усовершенствований, появившихся в протоколе SNMPv2, можно отме-
тить следующие: новая команда GetBult, обеспечивающая более эффективный
способ получения данных, улучшенный механизм обработки ошибок и использо-
вание 64-битовых счетчиков вместо 32-битовых. Если при работе с протоколом
SNMPvl возникновение ошибки при считывании данных приводит к отмене всей
операции, то в соответствии с протоколом SNMPv2 после передачи запроса все
верные данные возвращаются. Таким образом, станция управления получает хо-
тя бы часть (возможно, большую) затребованной информации. При мониторинге
сетей Fast Ethernet и Gigabit Ethernet 64-битовые счетчики позволяют регистри-
ровать статистические данные за более длительный период времени, чем 32-бито-
вые, диапазон значений которых исчерпывался значительно быстрее.
Конечно, протокол SNMPv2 имеет определенные преимущества перед преды-
дущей версией, однако вследствие обеспечения недостаточно высокого уровня
защиты он не получил широкого распространения. А из-за того что в нем все еще
используются имена сообществ, он упоминается в прайс-листах как SNMPv2c,
где буква с означает community names. Необходимость обеспечения более надеж-
ной защиты стала толчком к созданию в 1998 году новой рабочей группы и разра-
ботке новой версии протокола. После опубликования черновых документов RFC
в 1999 году была завершена разработка новой версии, которая получила название
SNMPv3. Но несмотря на появление SNMPv3, подавляющее большинство выпус-
каемой продукции ориентировано на первоначальную версию протокола, а это оз-
начает, что в ближайшее время SNMP по-прежнему будет использоваться.
Удаленный мониторинг
Комплект стандартов удаленного мониторинга (RMON) разработан IETF с це-
лью регламентирования сбора информации и ее извлечения из удаленных сетей
при отправке запросов с компьютера администратора. В среде RM0N действуют
Стандарты сетевого администрирования
671
удаленные агенты — зонды, которые представляют собой аппаратные устройства
для сбора данных о трафике. Они сконфигурированы для автоматического сбора
определенной информации о рабочих характеристиках сети, с которой соедине-
ны. Какие именно сведения должны собираться, определяется различными стан-
дартами RMON. Так, в соответствии со стандартом RMON для сети Ethernet
зонд, находящийся в этой сети, должен поддерживать девять групп данных.
RMON-зонд формирует статистические таблицы для каждой группы и может не-
зависимо обращаться к каждой их этих таблиц, что значительно снижает трафик
между зондом и диспетчером. Это свойство приобретает особое значение в слу-
чае, когда удаленные локальные сети соединены относительно низкоскоростны-
ми каналами (например, каналами со скоростью передачи данных 56 кбит/с), по-
скольку передача информации, содержащейся во всех таблицах, может привести
к перегрузке канала.
В отличие от стандарта RMON для сети Ethernet (напоминаем: в нем опреде-
лены девять групп, которые должен поддерживать зонд), стандартом RMON для
сети Token Ring определено десять групп. Описание этих MIB-групп приведено
в табл. 17.1.
Таблица 17.1. MIB-группы стандарта RMON
Группа Описание
Statistics Предоставляет статистическую информацию о работе сети (количество переданных пакетов и число возникших ошибок)
History Предоставляет хронологическую информацию о переменных группы Statistics
Hosts Сохраняет информацию о хостах сети
Host Top N Содержит данные об активности хостов
Traffic Matrix Предоставляет отчеты о трафике между парами станций и произошедших на этих участках ошибках
Alarms Информирует об изменениях характеристик сети при возникновении заранее определенного состояния
Events Генерирует SNMP-команды trap, основанные на предварительно заданных порогах группы Alarms
Filters Позволяет задать критерии отбора пакетов для получения статистической информации только о трафике, удовлетворяющем этим критериям
Packet Capture Базируясь на критериях фильтрации, заданных в группе Filters, выполняет копирование пакетов на зонде для последующей передачи диспетчеру
Token Ring Группа представляет собой расширение к стандартной базе данных RMON MIB, предназначенное для хранения информации, свойственной сети Token Ring
672
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Рассмотрим копию экрана, которая была сделана во время извлечения инфор-
мации из группы Statз stз cs RMON-зонда с помощью программы Foundation Ma-
nager, разработанной компанией Network General (рис. 17.19). В средней части
окна находятся восемь гистограмм, отображающих такие параметры работы сети,
как скорость передачи данных (в байтах в секунду и кадрах в секунду) и другие,
а гистограммы нижней части окна представляют процентные отношения коли-
честв кадров конкретной длины к общему количеству переданных кадров, а так-
же количество поврежденных кадров. Программа Foundation Manager скрывает
от пользователя детали своей работы, выполняемой в соответствии с протоколом
SNMP и стандартами RMON. Многие операции запускаются просто щелчком
мыши. Например, щелкнув на одном из значков в верхней части окна программы,
вы получите информацию, относящуюся к соответствующей группе RMON.
На сегодняшний день у сетевых администраторов имеется довольно большой
выбор программного обеспечения и сетевых устройств, которые можно использо-
вать для повышения работоспособности локальных и широкомасштабных сетей.
Выбрав соответствующее средство, можно не только быстро локализовать неис-
правность и восстановить нормальную работу сети, но и обнаружить потенциаль-
но опасные участки еще до возникновения неисправности.
.....' 'l.rLtf
Eile Edit IdoIs View Special Help
8337
Ether
Evtes
20
Eth.net
Frames
0
Short
Flames
0
Ether
Net
4Usage
8
Ethnet
Brdcst
0
Collsn
Frags
0
CRC/
Align
f’t rtii 1м ъ Sai rainnirfu
0
Total
Drop
Events
File JEdit Add options Special
лпа/нд 409600 40^600 409600 40^600 1 100 100 100
406347
Total
259877
Total
9654
Total
112071 31178 105788
Total Total Total
64bvts 65-127 128- 256- 512- 1024- undrss
I I 255 I 511 I 1023 I 1516 I L
Total Total Totsl
fqrnats overoo i bbrs
L t I.
Рис. 17.19. Использование программы Foundation Manager для получения
статистической информации от RMON-зонда
Резюме
673
Резюме
4 Главная задача проектирования сети - найти эффективное соотношение
таких ее характеристик, как надежность и своевременность доставки поль-
зовательских данных и общая стоимость.
4- Любая сеть, независимо от ее сложности, может быть включена в еще боль-
шую сеть. Оптимизировать работу большой сети без оптимизации состав-
ляющих ее локальных сетей невозможно.
4 Скорость передачи информации зависит не только от скорости передачи
данных, которую обеспечивает модем, но и от других факторов.
4 Использование классических мультиплексоров с разделением времени для
объединения нескольких каналов в один высокоскоростной канал позволяет
обеспечить окупаемость сети. Статистические TDM-мультиплексоры рабо-
тают с большей эффективностью при малой длительности рабочих циклов
объединяемых индивидуальных каналов.
4 Наибольшая отдача от применения мультиплексоров с частотным разделе-
нием обеспечивается при их использовании в низкоскоростных многото-
чечных каналах.
4 Очень важными сетевыми устройствами являются мосты, коммутаторы ло-
кальных сетей, маршрутизаторы, шлюзы, устройства совместного доступа
к модему, заменители модемов и конвертеры протоколов.
4 Кольцевая проверка — это простая и широко распространенная технология
тестирования сетевых устройств и каналов.
4 Тестирующее оборудование можно разбить на две категории: устройства,
предназначенные для тестирования цифровых каналов, и устройства, пред-
назначенные для тестирования аналоговых каналов.
4 Для локализации различного рода неисправностей можно применять про-
граммы, которые используют данные, полученные при мониторинге канала.
4 При проектировании сети следует рассмотреть все ситуации, когда она мо-
жет выйти из строя, и для каждого случая разработать схему восстановле-
ния нормального функционирования службы.
4 Для дублирования и частичного восстановления службы вместо выделен-
ной линии можно использовать телефонный канал или цифровой ISDN-
канал.
4 SNMP и RMON — это стандарты сетевого администрирования, благодаря
использованию которых облегчаются процессы модернизации сети и лока-
лизации неисправностей.
4 Глобальное дерево имен используется для определения идентификаторов
различных управляемых устройств.
4 Для получения управляющей информации от TCP/IP-агента нужно ука-
зать два адреса: IP-адрес агента и адрес конкретного объекта в глобальном
дереве имен.
674
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
Контрольные вопросы
1. Какое из перечисленных ниже требований не является основным при про-
ектировании сети? Выберите один из вариантов ответа:
а) защита данных (применение процедур защиты);
б) использование коммутации пакетов;
в) своевременная передача данных;
г) правильность переданных данных.
2. Предположим, что MTBF сетевого устройства составляет 320 дней, а его
ремонт (время MTRS) занимает 48 ч. Следовательно, коэффициент готов-
ности этого устройства равен:
а) 99,4 %;
б) 44,7 %;
в) 99,9 %;
г) 100,0%.
3. Допустим, коэффициент готовности маршрутизатора равен 99,7 %, а коэф-
фициент готовности магистрали Т1 составляет 99,9 %. Значит, коэффици-
ент готовности участка сети, состоящего из двух маршрутизаторов и маги-
страли Т1:
а) определить невозможно;
б) равен 100 %;
в) равен 99,725 %;
г) равен 99,3 %.
4. Значение TRIB аналогового канала в соединении типа «точка-точка»:
а) выше рабочей скорости передачи данных модема;
б) равно рабочей скорости передачи данных модема;
в) меньше рабочей скорости передачи данных модема;
г) не зависит от скорости, с которой модем передает данные.
5. Для достижения максимального значения TRIB следует:
а) увеличить длину блока при увеличении количества ошибок;
б) уменьшить длину блока при увеличении количества ошибок;
в) приобрести модем с большей скоростью передачи данных;
г) вычислить универсальную длину блока, приемлемую для любого коли-
чества ошибок.
6. Статистические («интеллектуальные») TDM-мультиплексоры:
а) всегда работают лучше, чем классические TDM-мультиплексоры;
б) всегда работают лучше, чем FDM-мультиплексоры;
Контрольные вопросы
675
в) являются аналогами устройств совместного доступа к модему;
г) могут работать лучше классических TDM-мультиплексоров, если тер-
миналы имеют невысокую длительность рабочего цикла.
7. FDM-мультиплексоры:
а) используются для объединения аналоговых каналов в соединениях ти-
па «точка-точка»;
б) эффективнее классических TDM-мультиплексоров;
в) эффективнее «интеллектуальных» TDM-мультиплексоров;
г) являются аналогами устройств совместного доступа к модему.
8. Конвертеры протоколов являются:
а) аналогами мультиплексоров;
б) аналогами TDM-мультиплексоров;
в) устройствами, которые обычно используются попарно;
г) устройствами, которые устанавливаются на границах между сетями.
9. Нуль-модемы — это:
а) заменители модемов;
б) обычные модемы;
в) мультиплексоры;
г) конвертеры протоколов.
10. Какая из перечисленных ниже технологий наиболее широко применяется
для локализации неисправностей в коммуникационных сетях? Выберите
один из вариантов ответа:
а) вызов ремонтной службы телефонной компании;
б) выполнение кольцевых проверок;
в) вызов гарантийной службы фирмы-поставщика;
г) имитация работы сети с помощью специального компьютера.
И. На каком уровне эталонной модели OSI функционируют мосты? Выбери-
те один из следующих вариантов ответа:
а) на канальном;
б) на сетевом;
в) на транспортном;
г) на прикладном.
12. Укажите, на каком уровне эталонной модели OSI функционируют комму-
таторы локальных сетей, выполняющие маршрутизацию данных на основе
номеров TCP- или UDP-портов:
а) на физическом;
б) на канальном;
в) на сетевом;
г) на транспортном.
676
Глава 17. Проектирование и администрирование сетей
13. Маршрутизаторы принимают решение, касающееся дальнейшего продви-
жения пакетов, на основе:
а) МАС-адресов кадра;
б) сетевых адресов пакета;
в) адреса источника;
г) таблицы МАС-адресов.
14. Какое из следующих устройств, принимая решение о дальнейшем переме-
щении пакета, исходит из информации о доступности канала и степени его
загрузки? Выберите один из вариантов ответа:
а) локальный мост;
б) удаленный мост;
в) шлюз;
г) маршрутизатор.
15. Главное предназначение прибора для проверки содержимого канала пере-
дачи данных состоит в:
а) определении типа коммутации при передаче данных;
б) определении типа трафика в канале;
в) обнаружении несоответствий требованиям используемого протокола;
г) измерении частоты ошибок.
16. Какое из перечисленных ниже устройств тестирования сети является наи-
более сложным из используемых ныне? Выберите один из вариантов ответа:
а) симулятор;
б) анализатор протокола;
в) DTE;
г) прибор для проверки разъемов.
17. Укажите, какое из перечисленных ниже устройств тестирования сети яв-
ляется портативным анализатором протокола:
a) ParaScope;
б) Datascope;
в) UniScope;
г) UltraScope.
18. Какая из следующих величин может быть вычислена с помощью анализа-
тора протокола? Выберите один из вариантов ответа:
а) длительность задержки между передачами битов данных;
б) длительность задержки, связанной с необходимостью получения поло-
жительного или негативного подтверждения о приеме (ACK/NAK delay);
в) количество положительных или негативных подтверждений (ACK/NAK);
г) скорость передачи данных.
Контрольные вопросы
677
19. Какая организация выдает фирмам-изготовителям сетевых адаптеров бло-
ки МАС-адресов? Выберите один из вариантов ответа:
a) IEEE;
б) ITU-T;
в) CCITT;
г) ААА.
20. Зная, какой процент сетевого трафика составляют кадры заданной длины,
можно определить:
а) скорость передачи данных в локальной сети;
б) тип локальной сети;
в) тип трафика;
г) пользователя.
21. В соответствии с протоколом SNMP, управляющая информация:
а) содержится в сетевом диспетчере;
б) зависит от конкретного момента времени;
в) зависит от используемого диспетчера;
г) содержится в базе данных.
22. Для получения данных от SNMP-агента нужно:
а) указать IP-адрес агента;
б) указать адрес объекта в базе данных;
в) инсталлировать SNMP-диспетчер;
г) выполнить все перечисленные выше действия.
23. Какая последовательность цифр и точек является адресом IP-группы в гло-
бальном дереве имен? Выберите один из вариантов ответа:
а) 1.3.6.1.2.1.4;
б) 1.3.6.1.2.4;
в) 1.3.6.1.2;
г) 1.З.6.1.
24. Сколько групп должен поддерживать зонд сети Ethernet в соответствии со
стандартом RMON? Выберите один из следующих вариантов ответа:
а) 9;
б) 10;
в) И;
г) 12.
Приложение А
Словарь терминов
1000Base-CX — разновидность сетевой технологии Gigabit Ethernet, при которой
данные передаются по медной коаксиальной экранированной витой паре.
1000Base-LX — разновидность сетевой технологии Gigabit Ethernet, при которой
данные передаются лазерным лучом с длиной волны 1300 нм по одномодовому
или многомодовому волоконно-оптическому кабелю.
1000Base-SX - разновидность сетевой технологии Gigabit Ethernet, при которой
данные передаются лазерным лучом с длиной волны 850 нм по многомодовому
волоконно-оптическому кабелю.
1000Base-T — разновидность сетевой технологии Gigabit Ethernet, в которой пе-
редача данных осуществляется по четырем неэкранированным витым парам ка-
тегории 5.
100Base-FX — разновидность сетевой технологии Ethernet (Fast Ethernet), кото-
рая обеспечивает возможность передачи данных по многомодовому волоконно-
оптическому кабелю (62,5/125 мкм) с использованием двух волокон со скоро-
стью 100 Мбит/с.
100Base-T4 — разновидность сетевой технологии Ethernet (Fast Ethernet), обес-
печивающая возможность передачи данных по четырем неэкранированным ви-
тым парам или экранированным витым парам категорий 3, 4 и 5 со скоростью
100 Мбит/с.
100Base-TX — разновидность сетевой технологии Ethernet (Fast Ethernet), кото-
рая обеспечивает скорость передачи данных по двум неэкранированным витым
парам категории 5, равную 100 Мбит/с.
10Base-2 — разновидность сетевой технологии Ethernet, которая обеспечива-
ет скорость передачи данных по тонкому коаксиальному кабелю RG58, равную
10 Мбит/с.
10Base-5 - разновидность сетевой технологии Ethernet, обеспечивающая ско-
рость передачи данных по толстому коаксиальному кабелю, равную 10 Мбит/с.
iOBase-Т — разновидность сетевой технологии Ethernet, обеспечивающая ско-
рость передачи данных по витой паре категории 3, равную 10 Мбит/с.
Словарь терминов
679
2B1Q- техника кодировки, применяемая в линиях ISDN, в соответствии с кото-
рой два двоичных бита (2В) кодируются в одном четверичном символе (1Q).
ADSL, Asymmetrical Digital Subscriber Line (асимметричная цифровая абонент-
ская линия) — местная линия на витой паре, модемы которой обеспечивают ско-
рость передачи данных до 8 Мбит/с в направлении основного трафика и 1 Мбит/с
в противоположном направлении.
Amplifier (усилитель) — устройство, которое применяется для усиления аналого-
вого сигнала.
Analog signal (аналоговый сигнал) — непрерывный сигнал, например речевой
или музыкальный. См. также digital signal.
ASCII, American Standard Code for Information Interchange (американский стан-
дартный код для обмена информацией) — 7-битовый код, разработанный ANSI
для обеспечения совместимости служб обработки данных. Эквивалентен между-
народному стандартному 7-битовому коду ISO.
ATM adaptation layer (уровень адаптации для сети ATM) — уровень адаптации
для сети асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM).
Средства этого уровня предназначены для преобразования данных протоколов
высоких уровней в данные, содержащиеся в 48 байтах ячейки.
ATM endpoint (конечная точка ATM) — точка в сети ATM, где начинается или
заканчивается соединение.
Attenuation (затухание) - разница между мощностями переданного и получен-
ного сигналов, вызванная потерями сигнала в оборудовании, различных средст-
вах связи или на линиях.
AWG, American Wire Gauge (американская система оценки проводов) — стан-
дарт, определяющий диаметры и сопротивление используемых в сети проводов.
Backbone cabling (магистральный кабель) — кабель, проходящий между этажа-
ми одного здания или зданиями одного комплекса.
Balun (симметрирующий трансформатор) — трансформатор, применяемый для
соединения волновода или коаксиального кабеля с витой парой.
Bandwidth (полоса пропускания) — диапазон частот, образуемый самой высо-
кой и самой низкой частотами, передаваемыми по каналу или системе с допусти-
мой величиной поглощения.
Baseband (основная полоса) — полоса частот, занятая единичным или комбини-
рованным сигналом в исходной, или немодулированной, форме.
680
Приложение А
Baseband signaling (передача сигналов в основной полосе) — способ передачи
сигналов, при котором через физическую среду в определенный момент времени
передается только один сигнал.
Basic access (базовый метод доступа) — метод, при помощи которого отдельные
устройства подсоединяются к цифровой сети.
Baud (бод) - единица скорости передачи сигнала, равная числу событий в се-
кунду. Скорость в бодах и скорость в битах в секунду это не одно и то же.
Baudot code (код Бодо) — пятизначный код, включающий символы смены реги-
стра цифр и букв для увеличения количества поддерживаемых символов.
BCD, Binary Coded Decimal (двоично-десятичное число) — система двоичных чи-
сел, в которой каждая десятичная цифра представлена четырьмя битами.
Bis (от латинского «второй») — используется для обозначения дополнительной
версии модемного стандарта CCITT.
Bit (бит) — минимальная единица информации. Бит представляет собой 1 или О
(в терминологии телекоммуникаций — метка или пауза).
Bit rate (скорость передачи битов) — скорость, с которой передаются биты.
Обычно выражается в битах в секунду (бит/с). Скорость в битах в секунду и ско-
рость в бодах это не одно и то же.
Block (блок) — последовательность непрерывных данных или байтов, передавае-
мых как одно целое. Для синхронизации или контроля ошибок в блоках обычно
применяется специальная процедура кодирования.
Bps, bits per second (биты в секунду, бит/с) - единица измерения скорости пе-
редачи данных по каналу.
BRI, Basic Rate Interface (интерфейс базового уровня) — линия ISDN, кото-
рая обеспечивает передачу данных в обычной двухпроводной телефонной линии
по двум В-каналам со скоростью 64 кбит/с и одному D-каналу со скоростью
16 кбит/с. В-каналы позволяют транспортировать речевые сигналы или данные,
а D-каналы — сигналы управления и пакетные данные.
Bridge (мост) - устройство, позволяющее соединять ЛВС на канальном уровне
модели OSI.
Broadband signaling (передача сигналов в широкой полосе) — способ передачи
сигналов, при котором множеством сигналов совместно используется разделяе-
мая на каналы полоса пропускания передающей среды.
Словарь терминов
681
BSC (или BiSync), Binary Synchronous Communications (двоичная синхронная
связь) — протокол связи, разработанный компанией IBM и ставший промышлен-
ным стандартом. В нем применяется установленный набор управляющих симво-
лов и их последовательностей для синхронизированной передачи двоичных дан-
ных между станциями в системах обмена данными.
Buffer (буфер) — устройство для хранения данных, применяемое для компенса-
ции разницы в скорости потоков данных или во времени возникновения событий
при передаче данных от одного устройства к другому.
Byte (байт) — строка двоичных элементов, которая действует как одна единица,
обычно короче машинного слова. Как правило, используются 8-битовые байты.
Carrier (несущая (частота)) — сигнал, который может модулироваться другим
сигналом, содержащим информацию для передачи. В аналоговых системах несу-
щей обычно является синусоидальная волна.
Category 3 cable (кабель категории 3) — кабель, поддерживающий передачу дан-
ных с частотой до 16 МГц.
Category 4 cable (кабель категории 4) — кабель, поддерживающий передачу дан-
ных с частотой до 20 МГц.
Category 5 cable (кабель категории 5) — кабель, поддерживающий передачу дан-
ных с частотой до 100 МГц.
Category 5е cable (кабель категории 5е) — витая пара, поддерживающая переда-
чу данных с частотой до 100 МГц, а также передачу речи и данных с частотой до
1000 МГц. Категория 5е иначе называется расширенной категорией 5 (enhanced
category 5).
Category 6 cable (кабель категории 6) — кабель, поддерживающий передачу дан-
ных с частотой до 250 МГц.
CCITT, Consultative Committee for International Telephone and Telegraph (Меж-
дународный консультативный комитет по телефонной и телеграфной связи,
МККТТ) — организация по стандартизации, рекомендации которой действуют
преимущественно в Европе.
Cell (ячейка) — пакет данных длиной 53 байта, применяемый в сети ATM. Каж-
дая ячейка содержит 5 байт для заголовка и 48 байт данных.
Channel, voice grade (речевой канал) — канал, обычно в диапазоне частот от 300
до 3400 Гц, применяемый для передачи речевых сигналов или данных в аналоговой
форме. При помощи модуляции, обеспечивающей скорость передачи 2400 бод,
можно достичь скорости передачи данных 9600 бит/с.
682
Приложение А
Character (символ) — буква, цифра, число, знак препинания или другой знак, со-
держащийся в сообщении или выполняющий функцию управления.
Character set (набор символов) — символы, которые могут быть использованы
(закодированы или напечатаны) определенной машиной.
CIR, Committed Information Rate (согласованная скорость передачи данных) —
минимальная рабочая скорость, поддерживаемая сетью Frame Relay.
Coaxial (коаксиальный кабель) — одножильный кабель с экранирующей оболочкой.
Code (код) — набор однозначных правил представления символов.
Common carrier (поставщик услуг связи) - предоставляющая общедоступные
услуги связи компания, деятельность которой регулируется соответствующими
государственными и федеральными службами.
Conditioning line (согласованная линия) - дополнительное оборудование, по-
зволяющее улучшить характеристики выделенного речевого канала, а следова-
тельно обеспечить более высокую скорость передачи данных.
Conductor (проводник) - материал с высокой проводимостью тока. Прекрасны-
ми проводниками являются золото и серебро. Однако обычно используется более
дешевая медь, хорошо проводящая ток.
Connection-oriented (ориентированная на соединение) — модель обмена данны-
ми, в соответствии с которой перед передачей данных должно быть установлено
соединение между отправителем и получателем.
Constellation pattern (сигнальное созвездие) — схема, получаемая в результате
графического изображения всех комбинаций битов, модулируемых модемом по-
средством изменения фазы и амплитуды.
Contention (состязание) — функция, обеспечиваемая сетью или селектором пор-
тов. Позволяет терминалам соревноваться за право воспользоваться свободными
портами компьютера в случае их нехватки, руководствуясь принципом «первым
пришел — первым обслужен».
dB, decibel (дБ, децибел) — логарифмическая единица измерения отношения
мощностей двух сигналов, Р1 и Р2. Вычисляется по формуле 10 log10 Р2/Р1.
dBm (дБм) - логарифмическая единица измерения отношения мощности сигнала
к мощности в 1 мВт при определенном полном сопротивлении, обычно равном
600 Ом. Применяется для измерения мощности сигнала в каналах связи.
DCE, Data Communications Equipment, Data Circuit-Terminating Equipment
(оборудование для передачи данных) — оборудование, в функции которого входит
Словарь терминов
683
установка, поддержка и разрыв соединения, а также преобразование сигналов,
необходимое для обмена данными между оконечным оборудованием данных
и телефонными линиями или каналами передачи данных.
Delay propagation (задержка распространения) — время, необходимое для пе-
редачи сигнала из одной точки в другую в электронном компоненте, канале или
системе.
Delay skew (асимметрия задержки) — разность задержек распространения меж-
ду самой медленной и самой быстрой парами в кабеле.
Demodulation (демодуляция) — процесс восстановления данных из модулиро-
ванной несущей волны. Процедура, обратная процедуре модуляции.
Dialing directory (телефонный каталог) — модуль в программе связи, позволяю-
щий вводить телефонные номера и описание к ним. При выборе элемента теле-
фонного каталога программа набирает заданный номер.
Dial-up line (коммутируемая линия связи) — канал передачи данных, устанавли-
ваемый посредством коммутируемой телефонной сети.
Dibit (дибит) — группа из двух битов. При четырехфазной модуляции любой
возможный дибит кодируется как одно из четырех уникальных значений фазы
несущей частоты.
Digital repeater (цифровой повторитель) — регенератор данных, восстанавли-
вающий импульс после обнаружения его фронта.
Digital signal (цифровой сигнал) — дискретный или прерывистый сигнал, раз-
личные состояния которого идентифицируются дискретными уровнями или зна-
чениями.
Distortion, delay (искажение из-за групповой задержки) - искажение, вызван-
ное неодинаковой скоростью передачи различных частотных составляющих сиг-
нала в передающей среде.
Distortion, harmonic (нелинейное искажение) - искажение, вызванное нелиней-
ностями в канале передачи информации, которые приводят к появлению гармо-
ник частот входного сигнала в выходном сигнале.
Distortion, linear/amplitude (линейное/амплитудное искажение) — нежелатель-
ное изменение амплитуды сигнала, при котором огибающая выходного сигнала
не соответствует огибающей входного сигнала, но при этом отсутствует частот-
ное искажение.
Drop (абонентский отвод) — кабель, соединяющий рабочую станцию с концен-
тратором.
684
Приложение А
DTE, Data Terminal Equipment (терминальное оборудование) - компьютер или
терминал, обеспечивающий вывод данных в форме цифровых сигналов.
EBCDIC, Extended Binary-Coded-Decimal Interchange Code (расширенный дво-
ично-десятичный код обмена информацией) - 8-битовый код, позволяющий
представлять 256 символов.
Echo suppressor (подавитель отраженных сигналов) — устройство, поддержи-
вающее единовременную передачу информации только в одном направлении.
Встраивается в телефонные каналы для ослабления отраженных сигналов в ли-
ниях дальней связи. Не применяется в линиях передачи данных, поскольку уве-
личивает время круговой задержки.
Emulation (эмуляция) — процесс дублирования свойств другого устройства (на-
пример, терминала).
Entropy (энтропия) — мера неопределенности данных.
Equalization (коррекция) — процесс уменьшения эффектов амплитудного, час-
тотного или фазового искажения канала посредством добавления сетей, компен-
сирующих разницу в поглощении сигналов и временной задержке на различных
частотах в полосе пропускания.
Ergonomics (эргономика) — научно-прикладная дисциплина, изучающая взаи-
модействие человека и рабочей среды.
Ethernet — локальная вычислительная сеть с шинной организацией и скоростью
передачи данных 10 Мбит/с, в которой для доступа к среде передачи применяет-
ся протокол CSMA/CD.
Fast Ethernet — версия локальной вычислительной сети Ethernet, оснащенная
концентраторами и обеспечивающая скорость передачи данных 100 Мбит/с. Ос-
нована на применении протокола доступа к среде передачи CSMA/CD.
FDM, Frequency-Division Multiplexer (мультиплексор с частотным разделени-
ем или уплотнением) — устройство, делящее доступный для передачи данных
диапазон на более узкие полосы, каждая из которых используется как отдельный
канал.
FEXT, Far-End Crosstalk (перекрестные помехи на дальнем конце) — нежела-
тельный шум, наводящийся в принимающей паре передающей парой на дальнем
конце линии передачи.
Filter (фильтр) - электронная цепь, предназначенная для передачи электриче-
ских сигналов определенного диапазона частот и ослабления сигналов других
частот.
Словарь терминов
685
Flow control (управление потоком) - управление потоком передаваемых дан-
ных посредством специальных символов (inband signaling) или управляющих
сигналов (outband signaling).
Frame Relay - сеть с коммутацией пакетов, не предусматривающая контроль
ошибок и управление потоком, что сводит к минимуму задержки при маршрути-
зации.
FSK, Frequency Shift Keying (частотная манипуляция) — разновидность частот-
ной модуляции, обычно применяющаяся в низкоскоростных модемах, которые
передают два состояния сигнала в виде двух отдельных частот.
Full-duplex (полнодуплексный) — система передачи данных или оборудование,
допускающие одновременную двустороннюю передачу.
G.Lite — разновидность асимметричной цифровой абонентской линии со сни-
женной рабочей скоростью, не требующая установки в помещении пользователя
разделителей. См. также ADSL.
Gateway (шлюз) — оборудование и программы, которые обеспечивают доступ
устройств ЛВС к устройствам другой сети.
Geostationary (геостационарный) — спутник, движущийся с постоянной скоро-
стью в направлении вращения Земли, благодаря чему его положение остается не-
изменным относительно ее поверхности.
Gigabit Ethernet — версия локальной вычислительной сети Ethernet, обеспечи-
вающая скорость передачи 1000 Мбит/с. В ней применяется протокол доступа
к среде передачи CSMA/CD.
Global naming tree (дерево глобальных имен) — механизм присвоения уникаль-
ных идентификаторов объектам, требующим наименования.
Half-duplex (полудуплексный) — система передачи данных или оборудование,
допускающие поочередную передачу в обоих направлениях.
Handshaking (подтверждение установления связи, квитирование связи) — об-
мен заданными сигналами или кодом между двумя терминалами для установки
соединения.
Hub (концентратор) — функционирующее в качестве повторителя сетевое уст-
ройство, к которому подсоединяются рабочие станции. Обычно устанавливается
в распределительном шкафу.
Inband signaling (внутриполосная сигнализация) — метод управления потоком,
при котором устройство передает один символ (XOFF), чтобы сообщить опреде-
ленному устройству о необходимости приостановить передачу, а другой (XON) —
чтобы возобновить передачу.
686
Приложение А
Interface (интерфейс) — средства сопряжения устройства и линии передачи.
Intermodulation noise (интермодуляционный шум) - сигналы побочных частот,
таких как суммарные и разностные, которые создаются сигналами, передаваемы-
ми по нелинейному каналу.
IP address (IP-адрес) — 32-битовый адрес, идентифицирующий сеть и хост в сети.
ISDN, Integrated Services Digital Network (цифровая сеть с интеграцией
служб) - технология универсальной цифровой сети, позволяющая передавать
речь и данные посредством общедоступного телефонного оборудования.
Jitter (неустойчивая синхронизация) - отклонение фазы или частоты переда-
ваемого сигнала, которое может привести к возникновению ошибок или к потере
синхронизации.
Kilostream - цифровая сеть, функционирующая в Великобритании.
LAN, Local Area Network (локальная вычислительная сеть, ЛВС) - сеть пере-
дачи данных, ограниченная небольшой территорией, обычно зданием или ком-
плексом зданий. Как правило, устанавливается и контролируется одной органи-
зацией.
Line (линия) — канал между терминалом клиента и центральной станцией, а так-
же участок системы передачи данных между двумя терминалами, включающий
передающую среду и связанные с ней повторители.
Link (канал) — канал передачи данных от отправителя получателю, включаю-
щий все оборудование.
Local loop (абонентский канал) - пара проводов, соединяющая терминал клиен-
та и центральную станцию.
Loopback test (петлевой контроль) — тестирование канала передачи данных по-
средством подсоединения выхода оборудования одного направления к входу обо-
рудования другого направления и проверки качества получаемого сигнала.
Mark (метка) - одно из двух возможных состояний двоичного элемента. В кана-
ле телепринтера соответствует замкнутой цепи или наличию тока. См. также
space.
MAU, Multistation Access Unit (модуль множественного доступа) — устройст-
во, позволяющее соединять рабочие станции ЛВС в соответствии с топологией
«звезда».
MIB, Management Information Base (база управляющей информации) — база
данных для управляемого устройства, поддерживаемого протоколом SNMP.
Словарь терминов
687
Microprocessor (микропроцессор) - компьютер на чипе, содержащем миллио-
ны транзисторов.
Modem (модем) - устройство (один из видов DCE), преобразующее на передаю-
щем конце цифровые данные в аналоговый сигнал для передачи по телефонным
каналам. На принимающем конце модем преобразует аналоговый сигнал в циф-
ровой.
Modulation (модуляция) - процесс изменения некоторых характеристик несу-
щей волны в соответствии со значениями передаваемой информации. Обычно
изменяются такие характеристики, как амплитуда, частота и фаза.
Multimode (многомодовый) — тип оптического волокна, в котором свет переда-
ется по множеству путей. Источниками света служат светодиодные индикаторы
или лазеры.
Multiplex (мультиплексная передача) - метод чередующейся передачи двух или
более сообщений по одному каналу.
NEXT, Near-End Crosstalk (наводки на ближнем (передающем) конце) — элек-
тромагнитное взаимодействие между передающей и принимающей парой.
NIC, Network Interface Card (сетевая интерфейсная плата, сетевой адаптер) —
предназначенная для сетевого соединения адаптерная плата, которая установли-
вается в гнезде для расширительных модулей ПК.
Node (узел) — устройство, соединенное с сетью.
Noise (шум) — вызванные компонентами каналов или естественными помехами
случайные электрические сигналы, которые могут привести к возникновению
ошибок при передаче данных.
Octet (октет) — группа из восьми битов.
Outband signaling (внеполосная сигнализация) — метод управления потоком
данных, при котором управляющие сигналы передаются по отдельным от данных
линиям.
РАВХ, Private Automatic Branch Exchange (офисная АТС) - устройство, уста-
навливаемое в помещении клиента и обеспечивающее автоматический доступ
большого числа телефонных аппаратов к коммутируемой телефонной сети при
помощи гораздо меньшего количества линий, соединяющих РАВХ с сетью теле-
фонной компании.
РВХ, Private Branch Exchange (телефонная система для частного пользова-
ния) — телефонное коммутационное оборудование, предназначенное для одного
клиента и подсоединенное к общедоступной коммутируемой сети.
688
Приложение А
PCS, Personnel Communications Services (персональные услуги связи) - отно-
сительно новые услуги сотовой связи в диапазоне 800 МГц.
PDA, Personal Digital Assistant (персональный цифровой помощник) - кар-
манный компьютер.
Personal computer (персональный компьютер, ПК) - компьютер, базирующий-
ся на микропроцессоре и изначально разработанный для использования одним
человеком.
Polling (опрос) — поочередный выбор контроллером терминалов, с помощью ко-
торого обеспечивается упорядоченная передача данных между терминалами в
многоточечной линии.
Port (порт) — интерфейс компьютера, который сконфигурирован как оконечное
оборудование данных и к которому может подключаться модем для обмена дан-
ными с удаленным терминалом.
PRI, Primary Rate Interface (интерфейс основного доступа) - четырехпровод-
ная линия ISDN, работающая со скоростью 1,544 Мбит/с и содержащая 23 В-кана-
ла со скоростью передачи данных 64 кбит/с и один D-канал со скоростью передачи
данных 64 кбит/с. В-каналы могут передавать коммутируемую речь и данные, a D-
канал служит для передачи сигналов контроля вызова и пакетных данных.
Primary access (основной доступ) — мультиплексное устройство, обеспечиваю-
щее соединение множества абонентов с базовым доступом ISDN и цифровой сети
посредством общей линии.
Protocol (протокол) - правила взаимодействия между процессами одного уров-
ня в модели OSI, позволяющие управлять передачей информации по каналам ме-
жду станциями.
Protocol analyzer (анализатор протокола) — устройство, служащее для декоди-
рования контролируемого потока битов в символы, представляющие формат и со-
держимое передаваемых пакетов данных.
PVC, Permanent Virtual Circuit (постоянный виртуальный канал) - логическое
соединение между конечными точками в сети, функционирующее до тех пор, по-
ка администратор его не разорвет.
Redundancy (избыток) — часть информации, удаление которой несущественно
повлияет на содержимое сообщения.
Repeater (повторитель) - компонент системы передачи данных, усиливаю-
щий или регенерирующий сигналы при необходимости скомпенсировать потери
в системе.
Словарь терминов
689
RJ-11 — шестиконтактный модульный соединитель.
RJ-45 — восьмиконтактный модульный соединитель.
RMON, Remote Monitoring (удаленный мониторинг) — набор стандартов, обес-
печивающий сбор и получение информации об удаленных сетях с управляющей
платформы.
Router (маршрутизатор) - устройство, функционирующее на сетевом уровне
эталонной модели OSI. Получив сетевой адрес пакета, направляет его по опреде-
ленному маршруту к указанному месту.
Serial transmission (последовательная передача) — способ передачи информа-
ции, при котором биты, составляющие символ, последовательно пересылаются
по одному за раз.
Single-mode (одномодовый) — тип оптического волокна, в котором свет переда-
ется по одному пути. Источниками света при этом служат лазеры.
Slow scan video (видеоизображение с медленной разверткой) — процесс пере-
дачи ряда неподвижных видеоизображений для создания эффекта движения.
SNMP, Simple Network Management Protocol (простой протокол управления
сетью) - стандарт для управления сетями TCP/IP.
Space (пауза) — одно из двух возможных состояний двоичного элемента. В канале
телепринтера соответствует разомкнутой цепи, или отсутствию тока. См. также
mark.
Start bit or element (стартовый бит или элемент) — первый бит или элемент, пе-
редаваемый при асинхронной передаче символов для синхронизации устройства
получателя.
Statistical multiplexer (статистический мультиплексор) — мультиплексор, кото-
рый во время простоя подключенных устройств производит передачу данных от
активных устройств.
Stop bit or element (стоповый бит или элемент) — последний бит или элемент,
пересылаемый при асинхронной передаче с целью возврата канала в состояние
покоя, или незанятости.
Switched virtual circuit (виртуальный коммутируемый канал) — временное ло-
гическое соединение через сеть, устанавливаемое по требованию.
Symbol (символ) — используемое человеком графическое представление какого-
либо понятия. Примерами символов являются буквы и цифры.
690
Приложение А
ТА, terminal adapter (терминальный адаптер) — устройство, позволяющее под-
соединять к цифровой сети оборудование с интерфейсом, отличным от интер-
фейса ISDN.
TDM, Time-Division Multiplexer (мультиплексор с временным разделением или
уплотнением) — устройство, разделяющее время доступа к скоростному каналу
между подключенными к мультиплексору низкоскоростными линиями для пере-
дачи чередующихся битов или символов данных от каждого терминала.
ТЕ1, terminal equipment 1 (терминальное оборудование 1) — устройства, со-
вместимые с сетевым интерфейсом ISDN. Могут подсоединяться непосредствен-
но к цифровой сети.
ТЕ2, terminal equipment 2 (терминальное оборудование 2) — устройства, не об-
ладающие интерфейсом ISDN. Подсоединяются к цифровой сети при помощи
терминального адаптера.
Тег (от латинского «третий») — используется для обозначения третьей версии
модемного стандарта CCITT.
Terminal emulation (эмуляция терминала) — программные или программно-ап-
паратные средства, которые позволяют персональному компьютеру или термина-
лу дублировать атрибуты экрана определенного терминала.
Transmission, asynchronous (передача асинхронная) — процесс передачи дан-
ных, при котором каждый информационный символ синхронизируется индиви-
дуально (обычно при помощи стартовых и стоповых элементов).
Transmission, synchronous (передача синхронная) — процесс передачи данных,
при котором передающее и принимающее устройства действуют непрерывно с
одинаковой частотой, а нужное соотношение по фазе может быть достигнуто при
помощи коррекции.
Trellis-coded modulation (треллис-кодирование) — процесс модемной модуля-
ции, при котором один или более избыточных битов добавляются к каждой груп-
пе информационных битов. Позволяет повысить помехоустойчивость передачи.
Turnaround time (время реверсирования направления) — время, необходимое
для реверсирования направления передачи от отправителя к получателю или, на-
оборот, при использовании полудуплексного канала.
UART, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (универсальный асинхрон-
ный приемопередатчик) — устройство, обеспечивающее асинхронную передачу
информации и преобразующее параллельные цифровые данные DTE в последо-
вательный поток и наоборот.
Словарь терминов
691
USB, Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина) — шина ПК,
поддерживающая до 12 устройств и обеспечивающая передачу данных со скоро-
стью до 12 Мбит/с. USB поддерживает операции стандарта plug-and-play.
VCC, Virtual Channel Connection (соединение виртуального канала) — объеди-
нение линий виртуального канала между двумя конечными точками в сети ATM.
VPC, Virtual Path Connection (соединение виртуального маршрута) - объеди-
нение линий виртуального маршрута между двумя или более коммутаторами
в сети ATM.
XMODEM — полудуплексный протокол передачи файлов, позволяющий переда-
вать не более одного файла за раз.
YMODEM — полудуплексный протокол передачи файлов, поддерживающий пе-
редачу за раз множества файлов.
ZMODEM — полнодуплексный протокол передачи файлов, поддерживающий пе-
редачу за раз множества файлов и позволяющий возобновлять прерванную ранее
передачу в точке прерывания.
Приложение Б
Ответы на контрольные
вопросы
Вопрос Глава
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1 Г В в В Г б а, в а а в в б б б б б б
2 б а а а б в в в в б а б б Г а а а
3 а б б б в в б в б а г В а в г г г
4 в б а а в в г г г а а г г в б в в
5 в в в б г а а в г г б в в г г б б
6 в в б б в г в г б б в а г б а г г
7 б в г б а б г г г в г в а г в в а
8 б в г в в б в б в г а б б а в г г
9 а г б б б в г в а в б б в в в б а
10 в а б в в г б в б г в в б б г г б
11 в б г г г б в в б а а а в г б а а
12 б в б в г а а б г б б в г б г б г
13 в в в в б а в г а а б в г а а в б
14 в в г б б в в в г б б в в б б б г
15 б а б а г г в б в б г в г в в
16 б б а в б а б б, г а а б г б
17 в а б б б в а г б б г а
18 г а в в а г б б г а в в
19 а а в в г в в а г б а а
20 в б в а а б г в а г в в
21 б б в б б в в а г
22 а в б г в в б в г
23 в г г а а г б б а
24 а в б б е г а в а
25 в б в а в б
26 в в г г
27 в б а г
28 б г в в
29 в б а г
30 г г б а
31 б
32 в
33 в
34 г
35 б
Алфавитный указатель
Символы
1OOOBASE-X, стандарт, 486
1OOBASE-T4, стандарт, 483
1OOBASE-TX, стандарт, 484
1OOVG-AnyLAN, стандарт, 477
10BASE-2, стандарт, 480
10BASE-5, стандарт, 479
10BASE-T, стандарт, 480
10BROAD-36, стандарт, 471,481
1XRTT, стандарт, 607
2B1Q,кодирование, 565
4В5В, схема кодирования, 484
802.5, стандарт, 496
8В6Т, схема кодирования, 483
А
AAL, уровень ATM, 585
AAL1, уровень адаптации ATM, 587
AAL2, уровень адаптации ATM, 588
AAL3/4, уровень адаптации ATM, 588
АСК, символ положительного
подтверждения, 363
АСКО, символ, 376
АСК1, символ, 376
ADCCP, стандарт, 386
ADPCM адаптивная дифференциальная
импульсно-кодовая модуляция, 302
ADPCM, адаптивная дифференциальная
импульсно-кодовая модуляция, 236
ADSL, асимметричная цифровая
абонентская линия, 246
Aloha, сеть, 470
AMI, биполярное кодирование, 263
AMPS, система мобильной телефонной
связи, 599
ANSI, институт стандартов, 29
ARCnet, сеть, 493
ARP, протокол разрешения адресов, 532
ASCII, код, 29
ASCII-терминал, 67
АТ-команда, 191
ATM, асинхронный режим передачи, 576
интерфейс NNI, 581
интерфейс UNI, 581
класс АТМ-приложений, 586
маршрутизация ячеек, 582
преимущества использования, 581
технология, 576
уровень ATM, 585
уровень адаптации ATM, 585
AAL1, 587
AAL2, 588
AAL3/4, 588
физический уровень, 584
эмуляция ЛВС, 592
ячейка, 579
АТМ-коммутатор, 581
AUI, интерфейс подключаемых
устройств, 479
AWG, система оценки проводов, 103
694
Алфавитный указатель
В
В7, метод подавления 7-го двоичного
нуля, 290
B8ZS, метод замены 8 двоичных нулей,
291
ВСС, символ контроля блока, 378
BECN (Backward Explicit Congestion
Notification), бит, 451
BEL, символ оповещения, 30
BELL, символ выдачи звукового
сигнала, 358
BERT-тестер, 652
BiSync, протокол, 361, 374
BNC-разъем, 480
BSC, протокол, 374
BUS, сервер широковещательных и
неизвестных сообщений, 592
В-канал, 559
С
СА (Certificate Authority), 619
САР, амплитудно-фазовая модуляция
без несущей, 251
CAU, модуль управления доступом, 498
CCITTV.24, стандарт, 213
CCITT, алфавит №2, 29, 357
CDMA, технология мобильной связи, 604
CdmaOne, система мобильной связи, 606
CELP (Code Excited Linear Prediction),
алгоритм, 453
Certificate Authority (CA), 619
Challenge Handshake Authentication
Protocol (CHAP), протокол, 540, 616
CIS-B+, протокол, 420
CompuServe, сеть, 419
CR, символ возврата каретки, 30, 358
CSMA/CD, метод множественного
доступа, 472
CSU, устройство обслуживания канала,
261,270
Cut-through, метод коммутации, 508
С-полоса, 323
D
DAMA, множественный доступ, 346
D-AMPS, мобильная телефонная
служба, 603
DAS, станция с двойным подключением,
499
DB-15, разъем, 480
DB-25, разъем, 154
DBFA, усилитель, 330
DCC, цифровой канал управления, 603
DCE, 50
DDCMP, протокол, 388
DDS, служба цифровой передачи
информации, 267
Dial-Up Networking, удаленный доступ,
399
DLCI (Data Link Control Identifier),
идентификатор, 449
DLE EOT, символ, 377
DLE, символ, 376
DMT, дискретная многотональная
модуляция, 250
DMZ-концентратор, 626
DPSK, двухбитовая относительная
фазовая манипуляция, 216
DS1, стандарт, 124
DSE (Data Switching Exchange),
аппаратура, 429
DSL, цифровая абонентская линия, 49,
245, 339
DSLAM, мультиплексор доступа
через цифровые абонентские
линии, 249
DSL-модем, 134
DSSS, метод передачи, 604
DSU, устройство обработки данных,
261, 269
DTE-DCE, интерфейс, 52
DWDM, система связи, 329
DWD-демультиплексор, 331
D-канал, 559
Алфавитный указатель
695
Е
Е1, система, 561
EBCDIC, код, 29,30
EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier),
усилитель, 328
EIA RS-232, стандарт, 213
EISA, шина, 81
ENQ, символ, 376
ENQ/ACK, сигнал модема, 397
EOT, символ конца текста, 363, 376
ESC
последовательность, 32
символ, 32
ЕТВ, символ, 375
Ethernet
контроллер, 473
сеть, 470
стандарт, 470
Ethernet-SNAP, протокол, 478
ЕТХ, символ конца текста, 31, 375
F
Fast Ethernet, стандарт, 482
FDDI, интерфейс передачи данных, 339,
499
FDM, частотное уплотнение, 281
FDMA, множественный доступ с
разделением частот, 344, 601
FECN (Forward Explicit Congestion
Notification), бит, 451
FF, символ перехода на начало
следующей страницы, 30
FIGS, символ переключения на регистр
цифр, 27, 358
FireWire, интерфейс, 179
Frame Relay, сеть, 444
FSK, частотная манипуляция, 139
FT3C, система связи, 326
FTP, протокол передачи файлов, 518,
540
FTP-команда, 541
G
G.Lite, технология, 246
Gigabit Ethernet
сеть, 477
стандарт, 485
GSM, глобальная система мобильной
связи, 603
н
HDLC, протокол, 382, 467
HDSL высокоскоростная цифровая
абонентская линия, 246
HTTP, протокол передачи
гипертекстовых файлов, 519, 545
HyperTerminal, программа, 190, 409
I
ICMP, протокол, 537
IEEE 802.11, стандарт, 609
IEEE 802.11b, стандарт, 607
IEEE 802.12, стандарт, 476
IEEE 802.3, стандарт, 469, 476
IEEE 802.3i, стандарт, 480
inband, сигнал модема, 397
IP, протокол, 518
IP-адрес, 521
класс А, 522
класс В, 523
класс С, 523
класс D, 523
класс Е, 523
маска подсети, 525
подсеть, 524
IP-адресация, 521
IP-заголовок, 532
IP-телефония, 44, 548
Iridium, система связи, 347
ISA, шина, 81
ISDN, цифровая сеть связи с
комплексными услугами, 557
696
Алфавитный указатель
ISDN-1, стандарт, 566
ISO, организация по стандартизации,
29
ITU, союз телекоммуникаций, 29
ITU Х.21, стандарт, 177
ITU-TV.22, стандарт, 141
ITU-T V.22bis, стандарт, 142
ITU-TV.26, стандарт, 218
ITU-T V.27, стандарт, 219
ITU-T V.29, стандарт, 222, 225
ITU-T V.32, стандарт, 228
ITU-T V.32bis, стандарт, 233
ITU-T V.33, стандарт, 235
ITU-T V.34, стандарт, 236
ITU-T V.90, стандарт, 240
ITU-T V.92, стандарт, 244
К
KERMIT, протокол, 369
L
LANE, протокол, 592
LAN-анализатор, 660
LAPB (Link Access Procedure Balanced),
процедура, 434, 467
LCP, протокол, 540
LE-ARP, протокол, 592
LECS, сервер конфигурации
эмуляции локальной сети, 592
LES, сервер эмуляции
локальной сети, 592
LF, символ перевода строки, 30, 358
LLC, подуровень управления
логической связью, 467
LRC, символ, 378
LTRS, символ переключения
на регистр букв, 27, 358
LZW, алгоритм сжатия данных, 144
L-полоса, 323
м
МАС, подуровень управления доступом
к среде, 467
МАС-адрес, 610
Management Information Bases (MIB),
база данных управляющей
информации, 666
MAU, модуль множественного
доступа, 495
MAU, устройство подключения
к среде, 479
MIB (Management Information Base),
база данных управляющей
информации, 666
MIC, разъем, 485
MNP, протокол, 149
N
NAK, символ отрицательного
подтверждения, 362, 363, 376
NCP, протокол, 540
NetManage Chameleon, программа, 541
NEXT, затухание переходное на
ближнем конце, 106
NRZ-кодирование, 263, 289
полярное, 263
NULL, символ, 358
О
OSI, модель взаимодействия открытых
систем, 425, 465
outband, сигнал модема, 397
Р
РАМ, импульсно-амплитудная
модуляция, 284
РАР, протокол, 540, 616
ParaScope 64М, 655
PCI, шина, 81
РСМ, импульсно-кодовая модуляция,
284
Алфавитный указатель
697
PCS, персональная коммуникационная
система, 603
PDA, карманный компьютер, 62
personal identification number (PIN), 616
PIN-код, 616
PPM, фазоимпульсная модуляция, 284
PPP, протокол, 520, 539
PPP-кадр, 539
ProcommPlus, программа, 412, 416
Public Key Infrastructure (PKI), 619
PVC, постоянный виртуальный канал,
433, 582
PWM, широтно-импульсная модуляция,
284
Q
QAM, квадратурная амплитудная
модуляция, 224
QPSK, квадратурная фазовая
модуляция, 258
QWERTY, раскладка клавиатуры, 75
R
RJ-45, разъем, 484
RMON (Remote Monitoring), протокол, 670
RS-232, интерфейс, 153
RS-232,стандарт, 52
RS-366,стандарт, 176
RS-422A,стандарт, 172
RS-423A,стандарт, 172
RS-449, стандарт, 173
RS-530, стандарт, 175
RVI, символ, 376
S
SAS,станция с одинарным
подключением, 499
SC, разъем, 485
SDH, стандарт, 333
SDLC, протокол, 386
SDSL, симметричная цифровая
абонентская линия, 247
Secure Sockets Layer (SSL), протокол,
619, 621
S-HTTP (Secure HTTP), протокол, 620
SL, подводный кабель, 336
SLIP, протокол, 520, 539
SMTP, простой протокол электронной
почты, 518
SNMP, простой протокол сетевого
управления, 519, 666
SOH, символ начала блока, 362
SONET, стандарт, 333
SPID, идентификатор, 566
ST, разъем,485
Store-and-forward, метод коммутации,
508
STP, экранированная витая пара, 106
STX, символ начала текста, 31
SVC, коммутируемый виртуальный
канал, 582
SYN, символ синхронизации, 379
S-порт, 500
т
Т.30, стандарт ITU-T факс-модема, 195
Т.4, стандарт ITU-T факс-модема, 195
Т1, линия связи, 124
Т1, система, 288, 561
TCP, протокол управления передачей,
518, 533
TDM, мультиплексирование
с разделением времени, 281,294
TDMA, множественный доступ с
разделением времени, 344, 602
Telnet, протокол, 518, 543
TFT-монитор, 61
TokenVision, программа, 660
TRIB, скорость передачи битов
информации, 634, 636
вычисление, 637
Triticom TokenVision, программа, 660
TTD, символ, 377
698
Алфавитный указатель
и Х.29, стандарт, 443
UDP, пользовательский протокол данных, 518 UDP, протокол, 536, 536 USB, интерфейс, 179 UTP, неэкранированная витая пара, 106 Х.З, стандарт, 442 Х.75, стандарт, 443 ХЗТ9.5, стандарт, 499 XMODEM, протокол, 362 XMODEM/CRC, протокол, 365 XMODEM-1K, протокол, 366
V
V.35, интерфейс, 271 V.42bis, стандарт, 143 VCC, соединение виртуального канала, Y YMODEM, протокол, 367 YMODEM-G, протокол, 368
592 VDSL, сверхскоростная цифровая абонентская линия, 247 vLAN, виртуальная сеть, 509 VSAT, оборудование, 342 VSB, модуляция с частичным подавлением боковой полосы, 223 VT, символ вертикальной табуляции, 30 Z ZMODEM, протокол, 368 А автоматическая компенсация, 213 автоответ, 181
W адаптер
WACK, символ, 376 WAN (wide area network), сеть, 425 WAP, протокол, 605 Web-навигация, 545 Western Electric 201, модем, 216 Western Electric 208, модем, 221 Western Electric 209, модем, 222 WRU, символ, 358 WXMODEM, протокол, 368 сетевой Token-Ring, 497 адаптивный эквалайзер, 209 администрирование, протокол SNMP, 666 адрес IP, 521 класс А, 522 класс В, 523 класс С, 523 класс D, 523 класс Е, 523
X маска подсети, 525
X.1, стандарт, 442 X.121, стандарт, 443 X.2, стандарт, 442 X.20bis, стандарт, 443 Х.21 bis, стандарт, 443 Х.25, стандарт, 431 Х.28, стандарт, 443 подсеть, 524 разрешение, 532 алгоритм LZW, 144 Лемпела-Зива, 144 Code Excited Linear Prediction (CELP), 453
Алфавитный указатель
699
анализатор
протокола, 654
сети, 660
аналоговая модуляция, 136
аналоговый мост, 644
апертура числовая, 323
аппаратура коммутации данных DSE,
429
асинхронная передача данных, 85
асинхронный модем,133
аналоговая модуляция, 136
интерфейс, 135
конфигурирование, 190
набор команд Hayes, 184
петлевой контроль, 194
полудуплексный, 183
с автоответом, 181
самотестирование, 193
стандарт ITU Х.21, 177
стандарт ITU-TV.22, 141
стандарт ITU-T V.22bis, 142
стандарт RS-366, 176
стандарт RS-422A, 172
стандарт RS-423A, 172
стандарт RS-449, 173
стандарт RS-530, 175
управление, 162
аутентификация
CHAP (Challenge Handshake
Authentication Protocol), 616
PAP (Password Authentication
Protocol), 616
пользователя, 616
смарт-карта, 616
Б
база данных управляющей информации
MIB, 666
базовая станция, 119
базовый метод доступа в ISDN, 559
байт, 26
балансная передача, 172
безызбыточное кодирование, 229
безопасность, 615
S-HTTP (Secure HTTP), 620
SSL (Secure Sockets Layer), 619, 621
аутентификация
CHAP (Challenge Handshake
Authentication Protocol), 616
PAP (Password Authentication
Protocol), 616
задание, 616
смарт-карта, 616
брандмауэр, 626
маршрутизация, 623
регистрация, 617
список доступа, 623
расширенный, 625
стандартный, 624
цифровой сертификат, 619
шифрование данных, 617
Белл Александр, 312
беспроводная передача, 598
биполярное кодирование (AMI), 263
бит, 24
Backward Explicit Congestion
Notification (BECN), 451
Forward Explicit Congestion Notification
(FECN), 451
приоритет, 496
резервирование, 496
сигнальный кадрирующий, 287
терминальный кадрирующий, 286
блок обслуживания, 261
Бодо, код, 27, 358
бодовая скорость, 141
брандмауэр, 626
В
вес разряда, 25
видеоконференция, 570
витая пара, 106
неэкранированная, 106
экранированная, 106
700
Алфавитный указатель
внутриканальная межузловая
сигнализация, 135
волна
синусоидальная, 136
фаза, 137
частота, 137
волновод, 108
волокно оптическое, 315
градиентное, 319
градиентное многомодовое, 318
затухание, 321
механическое сращивание, 322
оболочка, 315
одномодовое, 318
поглощение энергии, 322
покрытие, 315
потери на изгибах, 323
потери на стыках, 322
производство, 324
рассеяние, 321
сердцевина, 315
структура, 315
ступенчатое, 319
волоконно-оптическая система, 108
источник света, 324
компонент, 324
мультиплексирование по длине
волны, 328
полоса пропускания, 320
вычисление TRIB,637
Г
геостационарный спутник, 118
гибридная оптико-коаксиальная сеть, 340
гибридный коммутатор, 509
глобальная сеть, 425
стандарт Х.25, 431
гнездо, 135
граница рэлеевского рассяния, 321
групповая задержка, 208
д
данные
компрессия, 102
регенератор, 558
синхронизации, 617
шифрование, 617
двухбитовая относительная фазовая
манипуляция (DPSK), 216
двухфазное кодирование, 265
дейтаграмма, 529
демультиплексор, 331
DWD, 331
оптический, 331
дерево имен протокола SNMP, 667
детектор света, 325
p-i-п-фотодиод, 325
лавинный фотодиод, 325
дибит, 141
ДИОД
инжекционный, 324
лазерный,337
световой, 324
дискретная многотональная
модуляция, 250
дисперсия
материальная, 320
модовая, 317
дисплей, 78
с распределенной памятью, 78
длина волны, 316
домен
служба имен DNS, 528
дорожный компьютер (лэптоп), 61
драйвер
ANSI.SYS, 33
доступ, удаленный, 399
дуплексная передача, 139
дуплексный протокол, 382
Алфавитный указатель
701
Е
единица разряда, 25
единичный сигнал, 204
время передачи, 204
скорость передачи, 204
3
заготовка, 324
загруженная линия, 104
закон Снеллиуса, 314
заменитель модема, 645
затухание
в оптическом волокне, 321
линейное, 107
переходное на ближнем конце, 106
сигнала, 213
«земля»
защитная, 156
сигнальная, 156
И
идеальная ЛВС, 463
препятствия для создания, 464
идентификатор
DLCI, 449
SPID, 566
иерархия DNS, 529
избыточность набора символов, 101
импульсно-амплитудная модуляция, 284
импульсно-кодовая модуляция, 124, 284
плотность единиц, 290
инверсный мультиплексор, 570
инжекционный лазерный диод, 324
инсталляция драйвера модема, 400
интеллектуальный модем, 184
Интернет, 517
интернет-протокол, 518
интерфейс, 355
DTE-DCE, 52
интерфейс (продолжение)
FireWire, 179
RS-232, 153
ограничения, 167
USB, 179
V.35, 271
между компьютером и
видеотерминалом, 161
между компьютером и модемом, 160
между компьютером и принтером
последовательного действия, 161
оптический, 334
модема, 135
передачи данных по волоконно-
оптическим каналам, 499
токовая петля, 171
интерференция межсимвольная, 121
информация, 100
информационная скорость, 141
инфраструктура открытого ключа (PKI),
619
источник света, 324
инжекционный лазерный диод, 324
светодиод, 324
К
кабель
волоконно-оптический, 341
коаксиальный,107
магистральный, 110
кабельная система, 110
кабельное телевидение, 254
кабельный модем, 253, 340
стандарты, 256
кадр, 334,383
Ethernet-SNAP, 478
в Ethernet, 474
длина, 474
в IEEE 802.3, 477
при STDM-мультиплексировании, 297
702
Алфавитный указатель
кадр (продолжение)
протокола РРР, 539
фильтрация, 502
кадрирование, 286
формат D4, 286
формат ESF, 286
кадровая синхронизация, 87
канал передачи данных, 373
минимальный разнос, 330
канальный уровень, 474
модели OSI, 467
разделение в IEEE 802, 467
карманный персональный компьютер
(КПК), 61
каталог телефонных номеров, 398
квадратурная фазовая модуляция
(QPSK), 258
клавиатура, 74
программируемая, 76
раскладка, 75
ключ
открытый, 617
секретный, 617
ключевое слово
deny, 623
permit, 623
коаксиальный кабель, 107
код, 26
ASCII, 29, 100
ASCII, расширенный, 100
CCITT, алфавит №2, 29, 357
EBCDIC, 29, 30
PIN, 616
Бодо, 27, 358
Морзе, 24
последовательность, 377
телетайпа, 28
кодирование
NRZ, 263, 289
полярное, 263
безызбыточное, 229
биполярное, 263
двухфазное, 265
кодирование (продолжение)
линейное, 261
манчестерское, 265, 471
нелинейное, 239
однополярное, 262
предварительное, 239
схема 4В5В, 484
схема 8В6Т, 483
треллис, 231
коллизия, 471
обнаружение, 472
команда модема Hayes, 184
коммуникационная программа, 394
коммутатор, 506, 647
ATM, 581
гибридный,509
оптический, 332
коммутация
без буферизации пакетов, 508
пакетов, 429
с промежуточным хранением, 508
компенсация автоматическая, 213
компрессия данных, 102
компромиссный эквалайзер, 208
компьютер
дорожный (лэптоп), 61
карманный персональный (палмтоп),
61
ноутбук, 61
конвертер протокола, 645
контроллер Ethernet, 473
контроль петлевой, 194
контроль четности, 359
метод, 360
проверка на нечетность, 360
проверка на четность, 360
контрольная сумма, 361
конфигурирование модема
асинхронного, 190
в ОС, 401
концентратор, 480
DMZ, 626
Алфавитный указатель
703
концентратор (продолжение)
совместного доступа к среде, 481
криптография симметричная, 618
Л
лавинная маршрутизация, 502, 645
лавинная рассылка, 645
лавинный фотодиод, 325
лазер, 331
лазерный диод, 337
лазерный принтер, 66
ЛВС, 460
линейное затухание, 107
линейное кодирование, 261
линия связи
Т1, 124
загруженная, 104
пупинизированная, 104
локализация неисправностей, 649
локальная сеть, 338
м
магистраль, 110
магистральный кабель, 110
манипуляция частотная, 139
манчестерское кодирование, 265, 471
маршрутизатор, 40, 504, 647
безопасность, 623
маршрутизация лавинная, 502
маска подсети, 525
материальная дисперсия, 320
матричные телетайпы, 65
межсимвольная интерференция, 121
межузловая внутриканальная
сигнализация, 135
метод доступа
множественный с контролем несущей
и обнаружением конфликтов
(CSMA/CD), 472
метод кодирования 2B1Q, 564
механизм печатающий, 64
микропроцессор, 68
минимальный разнос каналов, 330
многоточечное соединение, 375
множественный доступ, 344
модуль MAU, 495
с предоставлением каналов по
требованию, 346
с разделением времени, 344
с разделением времени TDMA, 602
с разделением частот, 344
с разделением частот FDMA, 601
мобильная связь, 598
WAP, 605
базовая станция, 600
глобальная система GSM, 603
доступ в Интернет, 605
инфраструктура, 599
коммуникационная система PCS, 603
персональная коммуникационная
система (PCS), 603
роуминг, 603
система AMPS, 599, 601
система CdmaOne, 606
служба D-AMPS, 603
сота, 599
блокирование, 602
технология CDMA, 604
центральный коммутатор, 600
цифровой канал управления (DCC),
603
мобильный телефон, 598
мода, 317
модовая дисперсия, 317
модель
TCP/IP, 519
взаимодействия открытых систем,
465
модель OSI, 425
канальный уровень, 428
сетевой уровень, 429
физический уровень, 428
модем, 395
ADSL, 249
704
Алфавитный указатель
модем (продолжение)
Bell System 212А, 141
DSL, 134
асинхронный, 133
аналоговая модуляция, 136
высокоскоростной, 240
для работы с цифровой абонентской
линией, 245
интерфейс, 135
конфигурирование, 190
набор команд Hayes, 184
петлевой контроль, 194
полудуплексный, 183
с автоответом, 181
самотестирование, 193
стандарт ITU Х.21, 177
стандарт ITU-T V.22, 141
стандарт ITU-T V.22bis, 142
стандарт RS-366, 176
стандарт RS-422A, 172
стандарт RS-423A, 172
стандарт RS-449, 173
стандарт RS-530, 175
управление, 162
драйвер, 400
инсталляция драйвера, 400
интеллектуальный, 184
интерфейс, 135
кабельный, 253, 340
стандарты, 256
конфигурирование, 401
обнаружение и исправление ошибок,
148
ограничения телефонной линии, 134
поддержка в ОС, 395
работающий со скоростью
2400 бит/с, 216
работающий со скоростью
4800 бит/с, 219
работающий со скоростью
9600 бит/с, 222
радиомодем, 481
регистр, 189
модем (продолжение)
сигнал
ENQ/ACK, 397
inband, 397
outband, 397
синхронный
адаптивный эквалайзер, 209
блок синхронизации, 206
компромиссный эквалайзер, 208
конвертер цифрового сигнала в
аналоговый, 208
компоненты, 205
модулятор, 208
передатчик, 206
скремблер, 206
структура, 205
эквалайзер приемника, 209
стандарт
ITU-T V.26, 218
ITU-T V.27, 219
ITU-T V.29, 222, 225
ITU-TV.32, 228
ITU-T V.32bis, 233
ITU-T V.33, 235
ITU-T V.34, 236
ITU-T V.90, 240
ITU-T V.92, 244
тренинг, 212
управление потоком, 162
функция Fallback, 234
широковещательный, 45
модовая дисперсия, 317
модуляционная бодовая скорость, 149
модуляционная скорость, 141
модуляция
ADPCM, 236
адаптивная дифференциальная
импульсно-кодовая, 302
амплитудно-фазовая без несущей
(САР), 251
аналоговая, 136
дискретная многотональная (DMT),
250
706
Алфавитный указатель
оптическое волокно {продолжение)
рассеяние, 321
сердцевина, 315
структура, 315
ступенчатое, 319
оптический демультиплексор, 331
оптический интерфейс, 334
оптический коммутатор, 332
оптическое окно, 323
организация по стандартизации
ANSI, 29
CCITT, 29
EIA, 29
ISO, 29
ITU, 29
TIA, 29
основной доступ в ISDN, 560
осциллограф, 653
открытая среда передачи, 114
открытый ключ, 617
относительная фазовая модуляция,141
отношение сигнал/шум, 106, 242
оцифровка речи
вокодерное кодирование, 301
гибридное кодирование, 301
кодирование формы сигнала, 301
П
пакет
Х.25, 437
коммутация, 429
передача блоками, 487
пакетная сеть, 429
Frame Relay, 444
параллельная передача данных, 85
передача
балансная, 172
пакетов блоками, 487
речи посредством IP, 44
передача данных, 19
DSSS,604
передача данных (продолжение)
асинхронная, 85
беспроводная, 598
дуплексная, 139
значение, 20
интерфейс FDDI, 499
история, 21
методы, 360
контроль четности, 359
методы, 360
контрольная сумма, 361
модулированных сигналов, 482
параллельная, 85
первые системы, 21
последовательная, 85, 538
с использованием компьютеров, 34
синхронная, 203
скорость, 397
средства, 20
цифровая, 261
петлевой контроль, 194
петля токовая, 153
печатающая головка, 65
с двунаправленной печатью, 65
печатающий механизм, 64
плотность единиц, 290
метод замены 8 двоичных нулей, 291
метод подавления 7-го двоичного
нуля, 290
повторитель, 265, 485
использование в цифровых линиях,
558
класса I, 485
класса II, 485
поглощение света, 321
подводный кабель SL, 336
поддержка модема в ОС, 395
подсеть, 524
маска, 525
показатель преломления, 319
полоса пропускания, 120, 320
канала, вычисление, 120
Алфавитный указатель
707
полудуплексный асинхронный модем,
183
полудуплексный протокол, 373
полярное NRZ-кодирование, 263
пользовательский протокол данных, 518
последовательная передача данных, 85,
538
последовательности кодов, 377
последовательность
ESC,32
синхронизирующая, 379
постоянный виртуальный канал, 433
поток, управление, 162
преломление света, 314
преобразователь частоты, 481
преобразующий мост, 504
прибор тестирования сети, 651
BERT-тестер, 652
ParaScope 64М, 655
анализатор протокола, 654
анализатор сети, 660
измеритель уровня, 652
коммутационная панель, 652
осциллограф, 653
симулятор, 654
усилитель с динамиком, 652
приемопередатчик, 473
принтер
безударного действия, 65
лазерный, 66
последовательного действия, 64
струйный, 66
ударного действия, 64
приоритет, 496
проверка на ошибки
контроль четности, 359
контрольная сумма, 361
протокол XMODEM, 362
циклический контроль с
избыточностью, 372
эхоплекс, 361
программа
HyperTerminal, 190, 409
программа (продолжение)
NetManage Chameleon, 541
ProcommPlus, 412
ProcommPlus for Windows, 416
TokenVision, 660
Triticom TokenVision, 660
коммуникационная, 394
программируемый терминал, 69
проектирование сети, 632
TRIB, 634, 636
доступность сети, 634
защита, 635
скорость передачи, 634
точность передачи, 633
требования, 632
прозрачность, окно, 323
прокладка кабелей, 110
прокси-служба, 627
пропускная способность канала, 120
протокол, 52, 355
ARP, 532
BiSync, 361, 374
CRC-контроль, 378
контроль ошибок, 377
символ LRC, 378
синхронизация, 379
формат сообщения, 379
BSC,374
CHAP, 540, 616
CIS-B+, 420
DDCMP, 388
Ethernet-SNAP, 478
FTP, 540
команда, 541
HDLC, 382, 467
вторичная станция, 386
информационное поле, 384
первичная станция, 386
поле адреса, 384
поле контрольной
последовательности кадра, 384
поле флага, 383
708
Алфавитный указатель
протокол {продолжение)
семантика, 385
управляющее поле, 384
HTTP, 545
ICMP, 537
IP, 518
заголовок, 531
ISDN, 382
KERMIT, 369
LANE, 592
LCP, 540
LE-ARP, 592
MNP, 149, 365
классы,150
NCP, 540
PAP,540, 616
PPP,520, 539
кадр, 539
RARP, 532
RMON (Remote Monitoring), 670
S-HTTP (Secure HTTP), 620
SDLC, 386
SLIP, 520, 539
SNMP, 666
дерево имен, 667
TCP, 518, 533
заголовок, 533
Teletypewriter, 357
Telnet, 518, 543
UDP, 536
заголовок, 536
WAP, 605
WXMODEM, 368
XMODEM, 357, 362
модификации, 364
XMODEM/CRC, 365
XMODEM-1K, 366
XMODEM-G, 366
YMODEM, 367
YMODEM-G, 368
ZMODEM, 368
бит-ориентированный, 383
протокол (продолжение)
доступа к подсетям Ethernet, 478
дуплексный, 382
канального уровня, 373
канального уровня сети ARCnet, 494
на основе кода Бодо, 358
обратного разрешения адресов, 532
передачи гипертекстовых файлов,
519, 545
передачи файлов, 518, 540
полудуплексный, 373
простой сетевого управления, 519
простой электронной почты, 518
разрешения адресов, 532
управления передачей, 518, 533
элементы, 357
процедура LAPB, 434
пупинизация, 104
пупинизированная линия, 104
радиорелейная система связи, 115
разделение каналов
временное, 123
частотное, 123
разъем DB-25, 154
разъем DB-9, 154
разъем интерфейса RS-232, 154
разрешение адреса, 532
разряд
вес, 25
единица, 25
разъем
BNC, 480
DB-15, 480
DB-25, 154
MIC, 485
RJ-45, 484
SC, 485
ST,485
цилиндрический, 480
Алфавитный указатель
709
раскладка клавиатуры, 75
QWERTY, 75
рассеивание света, 321
рассылка лавинная, 645
растяжения сигнала, 604
расширение
импульсов, 317
носителя, 487
сети, 498
расширенный список доступа, 625
регенератор данных, 558
регистр модема, 189
регистрация, 617
режим прозрачности текста, 381
резервирование, 496
рефракция, 314
роуминг, 603
С
самотестирование асинхронного
модема, 193
сбалансированный режим, 467
сверточное кодирование, 371
светодиод, 324
связь
мобильная, 598
инфраструктура, 599
система AMPS, 599, 601
сота, 599
мобильная беспроводная, 598
инфраструктура, 599
радиорелейная, 115
сотовая, 118, 598
инфраструктура, 599
спутниковая, 117
телеграфная, 22
цифровая, 20
секретный ключ, 617
сервер
конфигурации эмуляции локальной
сети, 592
сертификатов, 619
сервер (продолжение)
широковещательных и неизвестных
сообщений, 592
эмуляции локальной сети, 592
сертификат, цифровой, 619
сетевое устройство, 643
аналоговый мост, 644
коммутатор, 647
конвертер протокола, 645
маршрутизатор, 647
мост, 645
мультиплексор, 643
нуль-модем, 645
шлюз, 649
сетевой адаптер, 81
Token-Ring, 497
сеть
3G, 606
ARCnet, 493
протокол канального уровня, 494
физический уровень, 493
CompuServe, 419
Ethernet
10BASE-2, 480
10BASE-5, 479
10BASE-T, 480
10BROAD-36, 481
длина кадра, 474
кадр, 474
канальный уровень, 474
контроллер, 473
метод доступа CSMA/CD, 472
топология 5-4-3, 476
Fast Ethernet, 482
100BASE-T4, 483
100BASE-TX, 484
передача пакетов блоками, 488
повторитель класса I, 485
повторитель класса II, 485
расширение носителя, 487
уровень МАС, 487
Gigabit Ethernet, 477
710
Алфавитный указатель
сеть (продолжение)
среда передачи, 486
ISDN, 557
видеоконференция, 570
основной метод доступа, 560
система Е1, 561
система Т1, 561
стандарты реализации, 561
характеристики, 562
Token-Ring
IBM, 495
приоритет, 496
резервирование, 496
Frame Relay, 444
безопасность
S-HTTP (Secure HTTP), 620
SSL (Secure Sockets Layer), 619,
621
аутентификация, 616
брандмауэр, 626
маршрутизация, 623
регистрация, 617
список доступа, 623, 624, 625
хакер, 623
цифровой сертификат, 619
шифрование данных, 617
виртуальная, 509
волоконно-коаксиальная, 340
глобальная, 425
стандарт Х.25, 431
коммуникационная Aloha, 470
коммутации пакетов Х.25, 431
ЛВС, 38
FDDI, 499
идеальная, 463
переключатель, 489
подуровень управления доступом к
среде, 467
подуровень управления логической
связью, 467
стандарты, 466
топология 5-4-3, 476
локальная, 338
сеть (продолжение)
идеальная, 463
модель ISO, 465
переключатель, 489
стандарты, 466
техника передачи данных, 461
топология 5-4-3, 476
локальная беспроводная, 607
идентификатор, 610
маршрутизация
безопасность, 623
номер, 522
пакетная, 429
проектирование, 632
TRIB, 634, 636
доступность сети, 634
защита, 635
скорость передачи, 634
точность передачи, 633
требования, 632
расширение, 498
связи с комплексными услугами, 55"/
с передачей маркера, 490
основной метод доступа, 560
система Е1, 561
система Т1, 561
стандарты реализации, 561
характеристики, 562
тип, 609
точка, 472
частная виртуальная, 42
сжатие данных, 102, 143, 152
алгоритм LZW, 144
алгоритм Лемпела-Зива, 144
сигнал, 27
ввод, 333
вывод, 333
единичный, 204
время передачи, 204
скорость передачи, 204
затухание, 213
иерархия SONET, 335
Алфавитный указатель
711
сигнал {продолжение)
методы передачи, 608
модулированный, 482
растяжение, 604
стандарта RS-232, 155
сигнализация межузловая
внутриканальная, 135
сигнальная «земля», 156
символ, 27
АСКО, 376
АСК1, 376
DLE, 376
DLE EOT, 377
ENQ, 376
EOT, 376
ESC,32
ЕТВ,375
ЕТХ, 375
FIGS, 358
LRC,378
LTRS, 358
NAK, 376
NULL, 358
RVI, 376
TTD, 377
WACK, 376
WRU, 358
вертикальной табуляции (VT), 30
возврата каретки (CR), 30, 358
выдачи звукового сигнала (BELL), 358
контроля блока (ВСС), 378
конца текста (EOT), 363
конца текста (ЕТХ), 31
начала блока (SOH), 362
начала текста (STX), 31
оповещения (BEL), 30
отрицательного подтверждения
(NAK), 362, 363
перевода строки (LF), 30, 358
переключения на регистр букв
(LTRS), 27
переключения на регистр цифр
(FIGS), 27
символ {продолжение)
перехода на начало следующей
страницы (FF), 30
положительного подтверждения
(АСК), 363
синхронизации (SYN), 379
симметричная криптография, 618
симулятор, 654
синусоидальная волна, 136
синхронизация, 86, 379
данные,204
кадровая, 87
тактовая, 86
условия, 379
синхронизирующая
последовательность, 379
синхронная передача данных, 85, 203
синхронный модем, 205
компоненты, 205
система
AWG, 103
Е1, 561
Т1, 288, 561
волоконно-оптическая, 108
кабельная,110
передачи данных, история 21
передачи с двумя состояниями, 24
система связи, 326
DWDM, 329
двунаправленная, 331
однонаправленная, 331
компоненты, 332
FT3C, 326
SONET
структура, 335
иерархия сигналов, 335
радиорелейная, 115
спутниковая, 117, 341
Iridium, 347
система симметричной криптографии,
618
712
Алфавитный указатель
система счисления
двоичная, 25
десятичная, 25
преобразование, 25
скорость
бодовая, 141
информационная, 141
модуляционная, 141
передачи данных, 397
передачи данных компьютером, 396
передачи данных модемом, 396
скремблер,206
служба
MCI Internet Telex, 33
имен доменов (DNS), иерархия,
529
постоянного виртуального канала,
433
прокси, 627
удаленного доступа, 399
цифровой передачи информации
(DDS), 267
смарт-карта, 616
Снеллиус, закон, 314
соединение
многоточечное, 375
«точка-точка», 374
сокет SSL (Secure Sockets Layer), 619,
621
сообщение
заголовок, 380
пакетирование, 474
тайм-аут, 380
текст, 380
формат, 379
энтропия, 100
сотовая радиосвязь, 118
сотовая связь, 598
инфраструктура, 599
система AMPS, 599, 601
сота, 599
спектральное уплотнение, 326, 328
специальная клавиша, 77
список доступа, 623
расширенный, 625
стандартный, 624
спутник
геостационарный, 118
низкоорбитальный, 118
спутниковая связь, 117, 341
Iridium, 347
среда передачи, 102
витая пара, 103,106
волновод, 108
закрытая, 102
коаксиальный кабель,107
оптическое волокно, 108
открытая, 114
пара проводов, 102
радиоволны, 114
спутник, 117
физическая, 102
стандарт
10 Gigabit Ethernet, 490
1000BASE-X, 486
100BASE-FX, 485
100BASE-T4, 483
100BASE-TX, 484
100VG-AnyLAN, 477
10BASE-2, 480
10BASE-5, 479
10BASE-T, 480
10BROAD-36, 471,481
1XRTT, 607
802.5, 496
ADCCP, 386
ANSI X3.4-1977, 30
ANSI X3.41-1974, 31
ANSI X3.64, 32
ANSI X3.64-1979, 31
CCITT V.24, 213
DS1, 124
EIA RS-232, 213
Ethernet, 470
10BASE-5, 479
Алфавитный указатель
713
стандарт (продолжение) стандарт (продолжение)
Fast Ethernet, 482 Х.29, 443
Gigabit Ethernet, 485 Х.З, 442
IEEE 802.11, 609 Х.75, 443
IEEE 802.11b, 607 стандартный список доступа, 624
IEEE 802.12, 476 станция
IEEE 802.3, 469, 476 активный монитор, 496
IEEE 802.3i, 480 базовая, 119
ISDN-1, 566 с двойным подключением DAS, 499
ITU V.35, 271 с одинарным подключением SAS, 499
ITU X.21, 177 статистический эквалайзер, 208
ITU-T V.22, 141 струйный принтер, 66
ITU-T V.22bis, 142 структура кадра, 334
ITU-T V.26, 218 сумма контрольная, 361
ITU-T V.27, 219 ITU-T V.29, 222, 225 ITU-T V.32, 228 ITU-T V.32bis, 233 т тайм-аут, 380
ITU-T V.33, 235 тактовая синхронизация, 86
ITU-T V.34, 236 телеграф
ITU-T V.90, 240 метка, 24
ITU-T V.92, 244 пауза, 24
RS-232, 52 тональный, 107
RS-366, 176 телеграфная связь, 22
RS-422A, 172 телетайп, 33, 57, 63
RS-423A, 172 Telex, 33
RS-449, 173 TI 820 KSR, 60
RS-530, 175 TWX, 33
SDH, 333 без клавиатуры, 59
SONET, 333 безударного действия, 65
иерархия сигналов, 335 матричный, 65
V.42bis, 143 с клавиатурой, 59
X3T9.5, 499 телефон
X.1, 442 мобильная связь, 598
X. 121, 443 мобильный, 598
X.2, 442 МАС-адрес, 610
X.20bis, 443 доступ в Интернет, 605
X.21 bis, 443 терминал, 59
X.25, 443 ASCII, 67
постоянный виртуальный канал, IBM серии 3270, 71
433 интерактивный, 70
Х.28, 443 не поддерживающий ASCII, 70
714
Алфавитный указатель
терминал (продолжение)
пакетной обработки данных, 70
портативный, 60
программируемый, 69
составные части, 74
специализированный,73
ЭЛТ, 67
эмуляция, 69
терминальное оборудование, 50
технология
DSL, 49, 339
MEMS, 332
токовая петля, 171
тональный телеграф, 107
топология сети
5-4-3, 476
«звезда», 480
«звезда-кольцо», 495
трансивер, 473
Ethernet, 473
транспондер, 342
треллис-кодирование, 231
тренинг модема, 212
У
угол
отражения, 315
падения, 315
удаленный доступ, 399
удаленный мониторинг RMON, 670
удаленный мост, 502
уплотнение спектральное, 326, 328
управление
потоком, 162
сетью, протокол SNMP, 666
уровень
ATM, 585
адаптации ATM, 585
AAL1, 587
AAL2, 588
AAL3/4, 588
уровень (продолжение)
AAL5, 589
канальный, 474
усилитель
использование в аналоговых линиях,
558
кварцево-эрбиевый волоконно-
оптический, 330
на волокне, легированном эрбием,
328,330
устройство
обработки данных (DSU), 261, 269
обслуживания канала (CSU), 261, 270
сетевое, 643
аналоговый мост, 644
коммутатор, 647
конвертер протокола, 645
маршрутизатор, 647
мост, 645
мультиплексор, 643
нуль-модем, 645
шлюз, 649
тестирования сети, 651
BERT-тестер, 652
анализатор протокола, 654
анализатор сети, 660
измеритель уровня, 652
коммутационная панель, 652
осциллограф, 653
симулятор, 654
усилитель с динамиком, 652
Ф
фаза, 137
фазоимпульсная модуляция, 284
факс-модем, 195
команда, 196
стандарт ITU-T Т.30, 195
стандарт ITU-TT.4, 195
физический уровень
ATM, 584
Алфавитный указатель
715
физический уровень (продолжение) разделение в Fast Ethernet, 482 сети Arcnet, 493 фильтрация кадра, 502 флаг, 383 формула Шеннона, 101 фотофон, 312 шина EISA, 81 ISA, 81 PCI, 81 широтно-импульсная модуляция, 284 шифрование данных, 617 шлюз, 40, 505, 649 штекер, 135
X шум квантования, 242
хакер, 623 э
ц эквалайзер
циклический контроль с избыточностью, 372 цилиндрический разъем, 480 цифровая абонентская линия, 134 цифровая модуляция, 283 цифровой сертификат, 619 цифровой тракт, 339 компромиссный, 208 статистический, 208 ЭЛТ-терминал, 67 эмуляция терминала, 69 энтропия, 100 набора символов, 100 эргономика, 74 эталонная модель OSI, 425
ч канальный уровень, 428
частота, 137 преобразователь, 482 частотная манипуляция, 139 числовая апертура, 323 сетевой уровень, 429 уровень, 426 физический уровень, 428 эхоплекс, 361
ш Я
Шеннон Клод, 100 ячейка ATM, 579
' тио ’’Нигер ’* I л.иным страниц*! Mtrnroft tptcinr! I xpleict
4 <*, s J л 5 >»| >i I'it Л. ЖФФХЧ •'4^ 'eS’t'^S'i Фф? <• r( «•"ЧЬва^ *лг^ЙфЙ^ЬЧЛ^Ж^
http://www.piter.com
ИЗНА TffffbCKtffi ЯОМ HAM
ННФЁР* ПОДНИМИСЬ НА НОВЫЙ УРОВЕНЬ io
I Йд^ат»яьеш>, Магазин!
ПРИГЛАШАЕМ ПОСЕТИТЬ САЙТ
ИЗДАТЕЛЬСКОГО ДОМА «ПИТЕР»
WWW-PITER,COM
НЕСКОЛЬКО КЛИКОВ-И КНИГИ У ТЕБЯ ДОМА!
И Нт£рн£т-М АГАЗ И Н
БЕСПЛАТНАЯ КУРЬЕРСКАЯ ДОСТАВКА В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ И МОСКВЕ
• В продаже книги по темам:
Компьютерная литература
и информационные технологии
Психология
Экономика
Медицина
Юридическая литература
Оздоровление
Образование
Воспитание
Домоводство
• Новый раздел:
Издания на CD
Книги издаются теперь не только на бумаге,
но и в электронном виде на компакт-дисках
• Электронная библиотека:
полные версии
свободный доступ
МЫ РАБОТАЕМ КРУГЛОСУТОЧНО
• Download:
файлы к книгам
в любое время - на сайте
• Доставка:
бесплатная курьерская доставка
в Санкт-Петербурге и Москве,
по почте - в любой город России и мира
• Оплата:
наличными - курьеру
банковским переводом
почтовым переводом
наложенным платежом
по кредитной карточке
• Скидки, конкурсы:
регулярные конкурсы и викторины
победителям - ценные призы
постоянным клиентам - скидки
ПИТЕР*
НЕОБХОДИМЫЕ КНИГИ -
НЕОБХОДИМЫЕ ЗНАНИЯ
Г. ХЕЛД
ТЕХНОЛОГИИ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
7-Е ИЗДАНИЕ
КНИГИ, КОТОРЫЕ НЕ СТАРЕЮТ!
[>^пптер
WV V PI ER СО 1
КЛАССИКА COmPUTEA SCIENCE •
Эту книгу можно назвать современной библией по технологиям передачи данных.
Гилберт Хелд — известный технический писатель и преподаватель, который
специализируется в области применения компьютерных технологий и технологий
передачи данных. Он читает лекции и проводит семинары по таким темам,
как взаимодействие локальных и глобальных сетей, сжатие данных, программные
и аппаратные средства ПК.
Гилберт Хелд является автором более сорока книг по компьютерным
и коммуникационным технологиям и лауреатом ряда премий за достижения
в области технической литературы.
Эта книга поможет вам:
изучить работу систем передачи данных различных типов;
понять, как проектируются и монтируются проводные и беспроводные сети;
приобрести знания о развитии и использовании коммуникационных технологий;
научиться применять методики и средства защиты данных;
изучить набор протоколов TCP/IP и его использование в Интернете;
познакомиться с новейшими технологиями передачи данных, включая
передачу речи через IP.
Посетите наш web-магазин: www.piter.com х
Посетите veb-ca it изда'& ьс ва ь : wv-w bfrv.k«ev.ua
Addison-Wesley