Типы сигналов: аналоговые и цифровые. Модемы

Поток информации в телекоммуникационной системе передается в виде электронных сигналов. Сигналы бывают двух типов аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывные колебания синусоидальной формы. Аналоговые сигналы используются в основном при передаче голоса.
Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, является дискретным и имеет импульсную форму. С помощью цифровых сигналов информация передается, предварительно закодированная двумя дискретными значениями сигнала: 0 и 1. Как вы уже догадались, такая форма передачи данных весьма удобна при использовании компьютеров, которые понимают именно двоичную информацию. Но в большинстве коммуникационных каналах нельзя передавать цифровые данные без некоторого преобразования – все цифровые сигналы должны быть преобразованы в аналоговые, прежде чем быть переданными по каналу связи. Одним из устройств, применяющихся для преобразования сигналов, является модем (modem –MOD ulation/ DEM odulation, модуляция/демодуляция).
Модемы обычно применяют для передачи данных через обычные телефонные линии (см. Видео 4.1).

Видео 4.1 Передача данных с помощью модема При передаче данных с помощью модема в качестве каналов связи используются обычные телефонные линии.

Схема работы модема приведена на Рис. 4.2. На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы, идущие от компьютера, в аналоговые, которые можно передавать по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровые, понятные принимающему компьютеру, сигналы (см. Видео 4.2, 4.3).

Рис. 4.2 Схема работы модема

Модем – это устройство, преобразующее цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в аналоговую форму. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигнала – из аналоговой формы в цифровую.

 

Видео 4.2 Назначение модема		Видео 4.3 Работа модема
Модем не только связывает компьютер с телефонной линией, но также выполняет другую важную функцию – преобразовывает сигналы компьютера в форму, в которой их можно передавать по телефонной линии.		На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы в аналоговую форму, после чего они передаются по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигналов – из аналоговой формы в цифровую, понятную компьютеру.

По исполнению модемы бывают внешними (internal) и внутренними (external). Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, на передней панели которого расположен блок индикаторов работы устройства. На задней панели находятся два гнезда (см. Видео 4.4):

	для подключения кабеля, соединяющего модем с компьютером (RS-232 Interface);
	для соединения с телефонной линией (R-J11 Interface).

 

Видео 4.4 Внешний модем Внешний модем представляет собой отдельное устройство, на задней панели которого расположены гнезда для подключения к компьютеру (RS-232 Interface) и телефонной сети (R-J11 Interface).

Модем обычно подключается к последовательному порту компьютера. Для соединения с компьютером используется кабель RS-232. Для подключения к телефонной сети используется кабель с разъемами RJ-11 (см. Видео 4.5).

Видео 4.5 Подключение внешнего модема к компьютеру и телефонной сети Внешний модем представляет собой отдельное устройство, на задней панели которого расположены гнезда для подключения к компьютеру (RS-232 Interface) и телефонной сети (R-J11 Interface).

Внутренний модем вставляется в свободный слот расширения как любая другая карта, например, видеоадаптер (см. Видео 4.6).

Видео 4.6 Подключение внутреннего модема Внутренний модем просто вставляется в свободный слот расширения, как любая карта. После этого нужно только подключить модем к телефонной сети кабелем с разъемами R-J11.

ТИПЫ КАНАЛОВ СВЯЗИ

Каналы связи (communications channels) – это линии связи, по которым одно сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные виды среды передачи данных: витую пару, коаксиальный кабель, волоконную оптику, радио- и инфракрасные волны, спутниковые линии связи. Каждый из типов каналов связи имеет свои преимущества и недостатки. Обычно высокоскоростные каналы боле дороги, зато по ним можно быстро передавать большие объемы данных (что снижает значение показателя цена/бит). К примеру, соотношение цена/производительность может быть для компании лучше в случае использования спутникового канала связи, чем при использовании выделенной линии, если компания постоянно (100% времени) использует спутниковую связь. Также нужно принимать во внимание, что при использовании любой среды передачи скорость обмена данными сильно зависит от конфигурации аппаратного и программного обеспечения. Далее будут рассмотрены основные типы каналов связи – телефонные линии, коаксиальный кабель, витая пара, а также некоторые виды беспроводной связи.

Телефонные линии

В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Первый тип – это каналы общедоступной коммутируемой (dial-up) телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии (см. Видео 4.7). Они медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединения для каждого сеанса связи. Скорость передачи в обычных телефонных линиях невысока, от 14 до 56 Кбит/с. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой глобальной сети Интернет Некоторые организации практикуют установку временной связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных.

Видео 4.7 Коммутируемые линии При использовании коммутируемой линии связи, вам необходимо установить соединение с абонентом вручную, путем набора номера. После того, как Автоматическая Телефонная Станция (АТС) установит связь, компьютеры могут обмениваться информацией.

Другой вид телефонных линий – арендуемые, или выделенные (dedicated) линии. От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите связаться – у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам (см. Видео 4.8). Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой телефонной линии. Скорость передачи в выделенных линиях несколько выше – от 64 до 512 Кбит/с. Обычно владелец выделенной линии платит за ее использование некоторую постоянную сумму. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно только для передачи данных – для других целей, например для голосовой связи, он не подходит.

Видео 4.8 Выделенные линии При использовании выделенной линии набирать номер не нужно, так как существует прямой канал связи между абонентами.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (coaxial cable), используемый в телекоммуникационных сетях, очень похож на тот, который применяется в телевидении. Он содержит одну медную жилу в изоляции и металлической оплетке, выполняющей функцию экрана. Экран необходим для защиты от помех, что позволяет использовать этот тип кабеля на больших расстояниях, чем кабель типа витая пара. Этот вид кабеля нашел применение в локальных сетях Ethernet. Сегодня коаксиальный кабель постепенно выходит из употребления, главным образом из-за высокой стоимости и относительно небольшой скорости передачи данных (10 – 20 Мбит/с).

Кабель витая пара

Кабель типа витая пара (twisted pare) содержит несколько пар медных проводов. На сегодня этот тип кабеля наиболее распространен в локальных сетях. Многие новые здания строятся с заранее готовой кабельной системой, в которой используется кабель витая пара. При этом неиспользуемые для передачи цифровых данных пары проводов могут быть применены в других целях (например, для голосовой связи или сигнализации). Скорость передачи данных в сетях, где используется кабель витая пара, составляет от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. Чаще всего применяется кабель типа UTP5 (Unscrewed Twisted Pare – неэкранированная витая пара, категория 5). В тех случаях, когда необходима защита данных от помех (например, от сильных электромагнитных полей), применяют экранированную витую пару. Кабель типа витая пара применяется в локальных сетях, создаваемых на основе технологий Ethernet и Fast Ethernet.

Волоконная оптика

Волоконно-оптический (fiber optic) кабель содержит тысячи стекловолокон, каждая из которых тоньше человеческого волоса. Для передачи данные преобразуются не электрические сигналы, а в световые импульсы, которые передаются по оптоволокну с помощью лазерного устройства со скоростью от 500 Кбит до нескольких гигабит в секунду. С одной стороны, волоконно-оптические линии связи значительно быстрее, легче и намного прочнее, чем медные провода; поэтому волоконная оптика используется в качестве каналов связи в тех системах, где нужно быстро передавать большие массивы данных. С другой стороны, волоконно-оптический кабель требует больших затрат при прокладке, кроме того он более дорог. Его лучше всего использовать для магистральных линий (backbone), а для подключения к сети компьютеров пользователей применять витую пару. Впрочем, оптоволоконный кабель находит применение и в локальных сетях, где требуется высокая степень защиты данных от несанкционированного использования (например, в банках), так как подключиться к оптоволокну с цель перехвата данных невозможно.

Беспроводная связь

Беспроводные каналы связи, использующие в качестве среды передачи радио или инфракрасные волны, не осуществляют физический контакт с передающими и принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий, витой пары и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства беспроводной передачи данных – пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы спутникового телевидения, системы микроволновой связи. К устройствам беспроводной связи также относятся пульты дистанционного управления бытовыми устройствами и другие системы инфракрасной (ИК) связи. Мы рассмотрим только те технологии, которые применяются в телекоммуникационных сетях передачи данных, а именно системы радиосвязи, спутниковой связи, а также ИК-устройства.
К системам микроволновой радиосвязи (microwave systems) относятся в основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами. Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что ограничивает дальность передачи 40 – 50 километрами из-за кривизны земной поверхности. Еще один недостаток этих систем – зависимость от погодных условий.
Спутниковые системы связи (satellite communication systems) лишены недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших, географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить кабельные или радиорелейные линии связи. Например, сеть аптек Rite Aide использует системы спутниковой связи для организации быстрой двусторонней связи между региональными сладами и корпоративным мэйнфреймом, расположенным в Кэмп Хилле (Camp Hill), Пенсильвания. В каждом складе установлен сервер, который обслуживает кассовые аппараты, локальную сеть компьютеров работников аптек и менеджеров, а также проверяет наличие необходимых препаратов и оборудования. Сервер может связаться с мэйнфреймом через спутник для передачи отчетов о продажах, для получения доступа к базе данных компании, для составления расписания.
В последнее время получили распространение системы доступа к Интернет, базирующиеся на использовании систем спутниковой связи. Поскольку передающее оборудование стоит довольно дорого, многие компании используют системы DirecPC. Чаще всего при работе с Интернет входящий трафик (то есть, "из Интернет") гораздо выше исходящего. Системы DirecPC в качестве приемных устройств используют спутниковые антенны (см. Рис. 4.3), а передают информацию от пользователей в Интернет по обычным наземным каналам связи. Обычные спутники связи находятся на стационарных орбитах на высоте примерно 35 км над Землей. Новые низкоорбитальные спутники (low-orbit satellites) работают на орбитах, максимально приближенных к земной поверхности, что позволяет им принимать сигналы даже от маломощных передатчиков. Такие спутники потребляют меньше энергии, а их запуск и эксплуатация обходится значительно дешевле традиционных спутниковых систем связи. Использование низкоорбитальных спутников делает возможным пользоваться услугами связи, находясь в любой точке земного шара.

Рис. 4.3 Спутниковая антенна системы DirecPC

Системы инфракрасной (ИК-) связи (infrared /IR-/ systems) используются, как правило, в небольших офисах для организации беспроводной связи между различными устройствами. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом расстоянии (1 – 8 м). Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи данных и не очень надежны.