Телекоммуникационные средства

Общие сведения

Под телекоммуникационными средствами понимают технические устройства, обеспечивающие прием и передачу информации на большие расстояния.

Для обеспечения доступа к любой информации в мире необходимо, чтобы отдельный компьютер имел возможность подключаться к требуемому "хранилищу". А это, в свою очередь, обусловливает объединение всех компьютеров в гигантские вычислительные сети.

В 60-80-е годы нашего столетия большие универсальные ЭВМ имели удаленные терминалы, чем обеспечивалась возможность одновременно нескольким пользователям работать на одном большом компьютере. Технология соединения удаленных терминалов с ЭВМ явилась основой для создания первых вычислительных сетей, которые получили название локальных. Подробно вопросы организации и функционирования локальных сетей рассматривались в предыдущем разделе.

Позже появился другой тип сетей, которые обеспечивают связь достаточно удаленных друг от друга компьютеров; такие сети получили название глобальных. Примером глобальной сети является Internet. В локальных сетях довольно просто организовать обмен информацией между компьютерами, поскольку они расположены сравнительно близко один от другого. Для обмена информацией с удаленным компьютером через глобальную сеть необходимо выполнить ряд действий: задать сетевой адрес и установить связь, что требует определенных временных затрат. Основным каналом при обмене информацией является телефонная линия, поскольку другие каналы пока дороги в эксплуатации и доступны ограниченному числу клиентов глобальной сети.

В начале 70-х годов появилось первое устройство для организации, компьютерной связи по телефонным линиям. Этим устройством является модем (модулятор-демодулятор), подключаемый к компьютеру и позволяющий посылать и принимать данные через телефонную сеть.

Сейчас существует огромное количество всевозможных модемов с большим разнообразием выполняемых функций. Они позволяют набирать заказываемый телефонный номер, осуществлять дозвон, "поднимать" телефонную трубку, работать в режиме автоответчика, записывая принимаемые голосовые сообщения в файлы на диске. С помощью модемов организована большая часть мировых сетей.

В последнее время стала широко использоваться телефонная сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network - ISDN). Она была разработана для того, чтобы обойти ограничения по скорости передачи данных и при этом сохранить совместимость с существующими телефонными линиями. В основе работы такой сети лежит цифровая обработка сигналов. Существенным отличием ISDN от её предшественниц является многоканаль-ность. Для подключения к сети используются два интерфейса: базовый и расширенный. Под интерфейсом понимают совокупность устройств для организации взаимодействия клиентов, имеющих оборудование с различными физическими характеристиками.

Базовый интерфейс содержит минимум оборудования и предоставляет абоненту два канала: для голоса или для передачи данных со скоростью 64 Кбит/с и служебный канал, по которому абонентское оборудование обменивается информацией с телефонной сетью.

Расширенный интерфейс является расширением базового интерфейса и предоставляет дополнительно 30 информационных каналов, в которых телефонные номера не привязаны жестко к каналам. Для передачи данных с высокой скоростью существует специальный протокол "инверсного мультиплексирования", позволяющий задействовать несколько информационных каналов одновременно.

Для увеличения пропускной способности используются спутниковые каналы связи. При их использовании у клиента сети должна быть малогабаритная параболическая антенна. Запросы в сеть, как и раньше, передаются по телефонной линии связи, а получаемая информация - по спутниковому каналу связи, поскольку практически любой пользователь из сети получает информации гораздо больше, чем передает ее в сеть. Естественно, скорость приема информации возрастает в несколько раз по сравнению с телефонной линией. Кроме того, существенно повышается надежность передачи данных.

Появление персональных компьютеров оказало огромное влияние на глобальные сети, вызвав их значительный количественный и качественный рост. Большая часть этого прироста обеспечивается за счет пользователей, имеющих компьютер и модем.

Все глобальные сети связаны между собой, при этом некоторые из них могут предоставлять доступ к обычным средствам связи: телеграфу, телефаксу, телексу и к обычной почте. Для этого существуют специальные узлы сети, которые принимают письма и другую корреспонденцию по электронной почте, а отправляют ее факсом на указанный номер.

Точно так же по сети можно отправлять обычные письма и телеграммы. При этом по электронной почте отправляется текст на специальный узел сети, где он распечатывается, вкладывается в конверт и отправляется по обычной почте получателю.

Эти колоссальные возможности фактически устраняют границы между локальными и глобальными сетями. Развитие сетей стало возможным благодаря бурному развитию средств и сетей телекоммуникаций. По электронной почте в Internet сегодня можно посылать письма клиентам сети более чем в 130 странах мира. Более 1000 серверов во всем мире обеспечивают свободный доступ к различным файлам, число которых составляет более 2 миллионов.

Современные глобальные компьютерные сети объединяют в себе все достоинства существующих средств связи и обеспечивают высокую скорость и надежность передачи больших массивов различной информации.

Принципы работы и характеристики модема

Модем как устройство связи между компьютером и телефонной линией предназначен для автоматического преобразования цифровых электрических сигналов в аналоговые и обратно. Это связано с тем, что компьютер работает только с цифровыми сигналами, а телефонные линии - только с аналоговыми.

Процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый называется в технике модуляцией, а процесс обратного преобразования - демодуляцией.

Аналоговый сигнал обычно характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой. Современные модемы используют в своей работе все три характеристики аналогового сигнала. Модем принимает от компьютера три бита информации, а затем посылает в линию аналоговый сигнал, амплитуда которого определяется первым принятым битом, частота - вторым и фаза - третьим. Модем-приемник, получив такую информацию, расшифровывает аналоговый сигнал и преобразует его в три переданных бита. Исходным аналоговым сигналом является сигнал несущей частоты, используемой в телефонных линиях связи, который и подвергается преобразованиям модемом-передатчиком. Наличие сигнала несущей частоты в телефонной линии является признаком того, что связь между модемами установлена.

Пропускная способность модема. Эта характеристика определяется двумя составляющими: скоростью передачи информации и объемом цифровой информации в одном аналоговом сигнале. Скорость передачи информации измеряется в бодах и определяется способностью модема переключаться с одного аналогового сигнала на другой. Так, если модем за секунду изменяет характеристики аналогового сигнала 2400 раз, то он имеет скорость передачи данных 2400 бод.

Объем цифровой информации в одном аналоговом сигнале определяется количеством битов, упакованных в этом сигнале.

Пропускная способность модема, являющаяся основной его характеристикой, определяется как произведение рассмотренных составляющих и измеряется в bps (бит/сек). Если модем имеет скорость 2400 бод, а аналоговый сигнал несет информацию о 4 битах, то пропускная способность модема составит 9600 bps.

Два модема при установке связи должны работать на одной и той же скорости и использовать один и тот же метод модуляции, в противном случае такая связь просто не может быть установлена. Поэтому каждый модем имеет стандартную скорость передачи данных. Сейчас преимущественно используются модемы со скоростью передачи 9600,14 400,28 800 и 33 600 bps. Величина скорости определяет свой способ модуляции, то есть, как и какими характеристиками аналогового сигнала кодируется цифровая информация. Кроме того, любой модем должен поддерживать не только свою максимальную скорость, но и все меньшие, чтобы иметь возможность устанавливать связь и с более медленными модемами. При этом модем с более высокой скоростью переходит на более низкую, соответствующую скорости модема на другом конце связи. Переход на более низкую скорость может происходить и при плохих условиях связи, обусловленных помехами в некачественных телефонных линиях.

Сжатие информации. Перед тем, как передавать информацию в линию связи, ее необходимо сжать, чтобы за один и тот же промежуток времени можно было передать большее количество информации. Один из принципов сжатия заключается в том, чтобы повторяющуюся последовательность символов или кодов заменить на более короткую по принципу: АААААВВВВСССССС = 5А4В6С

Другой принцип сжатия заключается в том, что при передаче информации используются укороченные байты. Естественно, что сами байты являются восьмибитовыми, а группы информации, например, из пяти битов могут начинаться в одном байте, а заканчиваться в другом. Длина таких укороченных байтов в общем случае может быть различной, при этом наиболее часто встречающиеся символы кодируются более короткой последовательностью битов.

В настоящее время разработано огромное количество программ-архиваторов, которые работают по сложным алгоритмам сжатия информации. Отметим, что минимальной единицей сжатия является блок информации, размер которого зависит от ее типа. Примером могут служить наиболее часто используемые в настоящее время программы Arj или Zip.

Сжатие данных могут осуществлять программы-архиваторы, встроенные в модем аппаратные протоколы сжатия (например, MNP5), а также сами протоколы передачи данных.

Обнаружение и коррекция ошибок. После передачи очередного блока передающий модем ожидает от модема на другом конце линии связи подтверждения, что все принято правильно. Если информация принята с ошибкой, то принимающий модем выдаст сигнал на повторение передачи посланного блока. Этот метод коррекции ошибок называется ARQ (Automatic Repeat reQuest - автоматический запрос на повторение). Некоторые протоколы связи отслеживают определенное заранее число ошибок при передаче информации, и когда это число превышает указанное, модем-приемник предлагает модему-передатчику перейти на более низкую скорость или уменьшить размер передаваемых блоков.

Для контроля передаваемой информации каждый ее блок снабжается контрольной суммой, которая представляет собой число, получаемое путем арифметических действий над всеми битами передаваемого блока. Алгоритм получения этого числа выбирается таким образом, чтобы искажение любого бита приводило к изменению контрольной суммы. Модем-приемник, получив очередной блок информации, определяет контрольную сумму по тому же самому алгоритму и сравнивает ее с полученной. При совпадении контрольных сумм считается, что блок передан правильно. Если же они не совпадают, то считается, что при передаче произошла ошибка, и модем-приемник выдаст сигнал на повтор передачи полученного блока. Вероятность того, что испорченная контрольная сумма будет соответствовать искаженным данным, ничтожно мала. Поэтому такой метод обеспечивает практически стопроцентное обнаружение ошибок.

Коррекция ошибок может осуществляться в самом модеме, если у него встроен аппаратный протокол коррекции ошибок (например, MNP4), а также в коммуникационной программе, которая реализует протокол передачи файлов (например, Xmodem).

Режимы работы модема. Подключенный к компьютеру модем может находиться в одном из двух режимов работы: режим передачи данных (modem is online) или режим команд. В режиме передачи данных все, что посылает модему компьютер, воспринимается им как данные, которые нужно преобразовывать в аналоговый сигнал и передавать в телефонную линию. Режим команд предназначен для управления модемом. В этом режиме используются специальные команды, выдаваемые компьютером, а сам модем работает самостоятельно. Получив строку символов, он интерпретирует ее как команду. Если команда распознается, то модем исполняет ее. В противном случае он выдает сообщение об ошибке.

Разновидностью режима команд является режим ожидания звонка, в котором модем находится в состоянии ожидания, готовый в любой момент снять телефонную трубку и установить связь с модемом на другом конце линии.

Хотя набор команд модема зависит от фирмы-производителя, модели и года выпуска, тем не менее существует ряд команд для выполнения основных операций, которые являются общими для всех модемов. К этим командам относятся: снятие трубки, набор номера и установка режимов работы.

Сразу же после включения в модеме устанавливается режим команд. Переход в режим передачи данных происходит по команде снятия трубки и набора номера. Для обратного перехода в режим команд используется специальная последовательность кодов (escape-последовательность), которая воспринимается модемом как команда в режиме передачи данных.

Современное коммуникационное программное обеспечение освобождает пользователя от необходимости знания модемных команд, последовательность и количество которых формируется в зависимости от решаемой задачи.