КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, ХАРАКТЕРИСТИКА

 

Коммуникация от латинского communication — общение, передача информации; путь передачи сообщения.

Коммуникационные технологии описывают процессы передачи информации от источника к приемнику.

Каналы связи — технические средства, позволяющие осуществлять передачу данных на расстоянии, прежде всего к ним относятся технические средства, для передачи информации между удаленными компьютерами. В качестве технических средств передачи информации могут использоваться обычные каналы связи (телефонные, телеграфные, спутниковые и т.д.).

Основные характеристики каналов связи:

ü Пропускная способностьхарактеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи, без учета дополнительной служебной информации, например стартового и стопового битов, начальных конечных записей блоков и т. д. Измеряется в бит/с (Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с).

На пропускную способность линии оказывает влияние физическое и логическое кодирование. Способ представления информации в виде сигналов, передаваемых на линию связи, называется физическим кодированием. Для одного или другого способа кодирования линия может иметь разную пропускную способность.

Количество изменений информационного параметра несущего колебания (периодического сигнала) в секунду измеряется в бодах.

Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирования. Если сигнал имеет более двух различных состояний, то пропускная способность в бит/с будет выше, число бод.

ü Помехоустойчивостьзадает параметр уровня искажения передаваемой информации. Для того чтобы избежать изменения или потери информации при ее передачи, используют специальные методы, позволяющие сократить влияние шумов.

В качестве физического процесса, осуществляющего передачу данных на расстоянии, используют сигналы. На этот процесс могут влиять различные явления, создающие помехи (например, напряжение постороннего происхождения, появляющееся в каналах связи и ограничивающее дальность передачи полезных сигналов).

В зависимость от источника возникновения и от характера воздействия помехи делятся

1. на собственные помехи связи,

2. взаимные, создаваемые влиянием каналов друг на друга,

3. внешние - от посторонних электромагнитных полей.

Собственные помехи, или шумы, возникают от источников, находящихся в данном канале связи (например, из-за свободного блуждающего электрона в веществе).

Взаимные помехи, возникают при передачи информации по соседним каналам, появляются, например, в результате различных повреждений в аппаратуре влияющих каналов.

Внешние помехи делятся на промышленные, радиопомехи, атмосферные и космические. Промышленные помехи создаются в результате влияния электромагнитных полей различных электрических устройств: линий электропередачи электрооборудования промышленных предприятий, медицинских установок, контактных сетей электрифицированного транспорта (трамвая, троллейбуса и т. д.), световой рекламы на газоразрядных лампах и т. п.

Радиопомехи возникают от излучения радиостанции различного назначения, спектр которых по каким-либо причинам накладывается на спектр полезных сигналов тракта связи. К атмосферным помехам относятся помехи, вызванные атмосферными явлениями: магнитными бурями, северными сияниями, грозовыми разрядами и т. д. К космическим помехам относятся электромагнитные помехи, создаваемые излучениями Солнца, видимых и невидимых звезд, туманностей, в соответствующий диапазон частот. Чтобы шумы не снижали качество передачи, их влияние необходимо ограничивать.

Избавление от шумов (помех) невозможно из-за естественных (неустранимых) причин их возникновения. Была предложена идея поиска возможности защиты в самой передаваемой информации. Наилучшим способом стало использования избыточного кода. Функция защиты информации при передачи по каналам связи включает три компонента: подтверждение, обнаружение ошибок и уведомление о них, возврат в исходное состояние. Информация кодируется соответствующим образом, вместе с основным содержанием передается информация о размере передаваемой информации. При получении информации сверяется информация о длине сообщения с исходным состоянием, при несовпадении значений в пункт передачи информации передается сигнал о необходимости повторной пересылки.

Каналы связи делятся на симплексные и дуплексные. В одном случаи информация передается в одном направлении, что является мене эффективным средством. В другом случаи информация передается в двух направлениях, причем одновременно могут передаваться несколько сообщений.

Составной частью любого канала связи является линия связи— физическая среда, обеспечивающая поступление сигналов от передающего устройства к приемному. В зависимости от среды передачи данных линии связи могут быть:

ü проводные (воздушные);

ü кабельные (медные или оптоволоконные);

ü радиоканалы наземной и спутниковой связи (беспроводные каналы).

Проводные линии связи представляют собой проложенные между опорами провода без каких-либо экранирующих или изолирующих оплеток. Помехозащищенность и скорость передачи данных в этих линиях низкая. По таким линиям связи передаются, как правило, телефонные и телеграфные сигналы.

Кабельные линии связи представляют собой пучок проводов, заключенных в одну или несколько защитных трубок.


В системах связи применяются три основных типа кабеля:

ü Витая парасостоит из двух или более пар медных проводов, скрученных друг с другом. Скручивание проводов снижает влияние электромагнитных полей на сигналы и повышает помехоустойчивость. Скорость передачи информации для данного типа кабеля составляет 0,25 — 1 Мбит/с (100 Мбит/с; ведутся работы по повышению скорости до 1000 Мбит/с). Витая пара конструктивно может быть: неэкранированной, экранированной

В случае экранированной витой пары каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных полей и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга. Экранированная витая пара дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она реже, чем неэкранированная.

Основным достоинством неэкранированных витых пар — простота монтажа разъемов на концах кабеля, простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие, в пределах 100 м.

Примером кабеля на основе неэкранированной витой пары является телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь.

ü Коаксиальный кабельсостоит из внутренней медной жилы (центральный проводник) и внешнего экрана (другой проводник), отделенного от центрального проводника слоем изоляции. Применяется также внешняя защитная оболочка.

Кабель обладает высокой механической прочностью. Благодаря металлической оплетке кабель обладает более высокой помехозащищенностью, а также более высокими, чем в витой паре, скоростями передачи данных 10-50 Мбит/с (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (1 км и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает меньше электромагнитных излучений.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

♦ тонкий коаксиальный кабель, диаметр 0,5 см, более гибкий

♦ толстый коаксиальный кабель, диаметр около 1см, более жесткий.

Толстый кабель в основном используется на участках большой протяженности при требовании высокой пропускной способности. Он интенсивно заменяется новыми видами связи.

ü Оптоволоконный кабельсостоит из центрального проводника света — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина.

Распространяясь по сердцевине, лучи света, отражаясь от оболочки, не выходят из центрального проводника. Кроме источника света в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии сигналы детектируются фотодиодом; для исключения ошибок часто применяется помехоустойчивое кодирование. Предельные расстояния для передачи данных по оптоволоконным линиям связи (без ретрансляции) зависят от длины волны излучения и достигают десятков километров при большой скорости (от 50 Мбит/с) и надежности.

Из-за дороговизны данный вид не нашел широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе тонкого коаксиального кабеля или витой пары.


Передача информации в компьютерных сетях может осуществляться беспроводным способом или с помощью кабелей трех типов: витой пары, коаксиального кабеля и оптоволоконного кабеля.

Витая пара состоит из двух или более пар проводов, скрученных друг с другом. Скручивание проводов уменьшает влияние электромагнитных полей на передаваемые сигналы и повышает помехоустойчивость. Скорость передачи информации для данного типа кабеля составляет 0,25-1 Мбит/с.

Коаксиальный кабель состоит из центрального изолированного проводника, поверх которого расположен другой проводник, играющий роль экрана. Этот кабель обладает высокой механической прочностью и обеспечивает скорость передачи информации 10-50 Мбит/с. Толстый кабель в основном используется на участках большой протяженности при требовании высокой пропускной способности.

Оптоволоконный кабель представляет собой тонкие стеклянные цилиндры. Этот кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при не достижимой с помощью других кобелей скорости и надежности. Скорость передачи информации для такого типа кабеля более 50 Мбит/с. Но из-за дороговизны данный вид не нашел широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе тонкого коаксиального кабеля или витой пары.

Первоначально сети создавались по принципу “ тонкого” Ethernet, когда несколько компьютеров с сетевыми адаптерами соединялись последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдавали свой сигнал на него одновременно. С ростом размеров сети параллельная работа многих компьютеров с использованием единой шины стала практически невозможной: очень велики были влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводит всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности практически невозможно.

Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей осуществлялось на принципах структурирования. В этом случаи каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков – структур. Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен витой парой с коммутатором. При необходимости развития сети к ней просто добавляют новую структуру.

Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течении многих лет.

Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании.

Одним из таких коммутационных элементов сети является хаб (ещё ого называют концентратором (concentrator)) – устройство, предназначенной для подключение рабочих станций к локальной компьютерной сети. Выполняет функции коммуникатора. Несколько рабочих станций подсоединяются по индивидуальным каналам связи к одному хабу, который, свою очередь, соединяется одним каналом с остальной сетью. Такое использование позволяет достичь существенной экономии затрат на аппаратное обеспечение каналов связи.

Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъёмов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть – в хабе. Такое подключение позволяет повысить надёжность соединения. В обычных ситуациях помимо усиления сигнала хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т.д.

Хабы являются сердцем системы и во многих определяют её функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъёмах, повреждением проводов и т.п. Существенным свойством такой структурированной сети является её высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя её элементами остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединение компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала потребность в создании специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т.п.), осуществляющего такое взаимодействие..

Подавляющая часть компьютеров зарубежных стран объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса. Поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемые локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренным пространством (одна комната, одно здание, один район).

Существует два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы ( дисковое пространство, принтеры ) и подключается к ресурсам, предоставленных в сети другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительною дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.

Объединение компьютеров в единую сеть позволяет получить следующее преимущества:

° совместное использование ресурса;

° обратное разделение времени ( совместное использование компьютерной периферии, например памяти, принтеров, модема и т.д.);

° совместное сопровождение баз данных разными пользователями;

° организация согласованной работы нескольких компьютеров, когда компьютеры используются для решения задач управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами.

Локальные сети отличаются от региональных и глобальных сетей не только различием по географическому признаку. Основной параметр, отличающий её от других сетей – это большая скорость передачи и связанная с данной характеристикой высокая надёжность передачи данных. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокое интенсивностью обмена (или, как ещё говорят, с большим трафиком). Ведь если механизм управление обменом, использованные в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу данных. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема.