Основы построения телекоммуникационных систем и сетей |
Глава 12. Сети передачи данных |
12.1. Основные требования к системам передачи данных
Данные представляют собой дискретные сообщения в виде комбинации цифр. К системам и
сетям передачи данных предъявляются особо высокие требования. Важнейшие из этих
требований заключаются в малой вероятности ошибок при передаче данных, более
высокой скорости передачи данных, возможности ведения переговоров, т.е. работы
в диалоговом режиме, возможности учета категоричности сообщений, передачи
многоадресных (циркулярных) сообщений, возможности использования различной по
параметрам и принципам работы оконечной аппаратуры. Например, вероятность
появления ошибок в современных телеграфных аппаратах не менее 310-5, т.е. три ошибки при
передаче 100000 знаков. Система же передачи данных способна передавать сообщения с вероятностью ошибок
10-7, 10-8 и менее. Это достигается благодаря использованию соответствующей
каналообразующей аппаратуры, специальных устройств и методов защиты от ошибок,
а также применения высококачественных и надежных элементов аппаратуры с
резервированием наиболее ответственных узлов. При этом сети передачи данных
обеспечивают гораздо большую скорость передачи сообщений по сравнению с телеграфной аппаратурой.
По
скорости передачи сигналов системы передачи данных подразделяются на низко-, средне- и высокоскоростные.
Низкоскоростные системы передачи данных работают со скоростями до 200 бит/с и
используют каналы, полученные путем вторичного разделения канала ТЧ. К среднескоростным относятся системы
передачи данных, использующие каналы ТЧ без разделения. Максимальная скорость передачи при этом
достигает 9600 бит/с. Высокоскоростные системы используют широкополосные каналы
для передачи сигналов со скоростью выше 9600 бит/с.
Структурная схема системы передачи данных
представлена на рис.12.1. Система состоит из трех основных частей: оконечной аппаратуры
(ОА), специальной аппаратуры передачи данных (АПД) и вспомогательных устройств
(СУ), обеспечивающих согласование работы основных элементов. В свою очередь АПД
состоит из двух полукомплектов: передающего и приемного.
Конструктивно АПД включает в себя устройство
защиты от ошибок (УЗО) и устройства преобразования сигналов (УПС).
Рис. 12.1. Структурная схема системы передачи данных
Устройство защиты от ошибок обеспечивает нужную
степень верности передачи сообщений путем обнаружения и исправления ошибок,
появляющихся в процессе передачи. Наиболее простыми в реализации являются способы,
основанные на повторении передачи сообщений. При наличии между оконечными
пунктами одного канала связи повторение может быть только последовательным, а
при наличии нескольких каналов – повторение может быть параллельным.
Возможность обнаружить и исправить ошибки появляется благодаря избыточности
передаваемой информации. В АПД также широко применяются способы борьбы с
ошибками, основанные на использовании избыточных кодов. В этом случае кодовые
комбинации содержат большее число элементов по сравнению с простыми кодами.
УПС обеспечивают
согласование частотных характеристик сигналов с параметрами каналов передачи. Основным элементом передающей
части УПС является модулятор, а приемной части – демодулятор. Эти устройства объединяются под общим названием
«модем».
Структурная схема абонентского пункта системы передачи
данных представлена на рис.12.2. В состав оборудования абонентского пункта (АП)
входят: абонентские устройства (АУ) с передатчиком, приемником и устройством сопряжения
(УС), аппаратура передачи данных (АПД), состоящая из устройств
преобразования сигналов (УПС), защиты от ошибок (УЗО) и вспомогательного
оборудования.
Сигналы систем передачи данных в зависимости от их
параметров передаются по телеграфным, телефонным и широкополосным каналам. Поскольку
сигналы, поступающие с абонентских устройств, представляют собой комбинации
посылок постоянного тока, то для передачи по каналу связи необходимо переносить
их спектр в область частот полосы пропускания канала связи.
Эту функцию выполняют устройства преобразования сигналов, которые состоят их
двух полукомплектов. Один их них обеспечивает преобразование передаваемого
сигнала и передачу его в канал связи. Этот процесс называется модуляцией, а устройство
– модулятором. Второй полукомплект выполняет обратное преобразование
принимаемых их канала связи сигналов для подачи в абонентское устройство. Это
преобразование называется демодуляцией, а устройство – демодулятором.
Следовательно, каждый АП должен иметь и модулятор, и демодулятор, т.е. модем.
Рис. 12.2. Структурная схема абонентского пункта системы передачи данных
В аппаратуре передачи данных используются различные по принципу работы и конструкции УЗО. Чаще всего применяются устройства, использующие специальные избыточные (корректирующие) коды.
12.2. Система электронной почты Телетекс
Система электронной почты Телетекс
является абонентской системой передачи буквенно-цифровой информации. Главные
цели разработки системы Телетекс заключаются в
следующем: 1) непосредственное сопряжение учрежденческой техники с сетями
электросвязи; 2) понижение ошибочности принятой информации до 10-9 на знак с целью применения
системы в электронных денежных
расчетах. В системе Телетекс применяется восьмиразрядный равномерный двоичный код. Для исправления
ошибок при передаче сигналов по каналам связи целесообразно применение
помехоустойчивых циклических кодов.
Повышение верности передачи на основе использования
помехоустойчивых кодов требует введения в систему Телетекс
специальных устройств, осуществляющих перекодирование первичных сигналов,
поступающих от кодера источника информации. Такое устройство называется кодером
канала, и оно является составной частью устройства защиты от ошибок передатчика
(УЗОпер). Соответственно в приемном устройстве
декодер канала осуществляет операцию обнаружения и исправления ошибок с помощью
избыточности, содержащейся в помехоустойчивом коде. Декодер канала является
составной частью устройства защиты от ошибок приемника (УЗОпр).
С выхода декодера канала последовательность кодовых символов первичного (безызбыточного) кода поступает в
декодер получателя информации, где преобразуется в последовательность символов сообщения, выдаваемую
получателю. Функциональная схема системы Телетекс представлена
на рис.12.3. В системе Телетекс для прямого и
обратного преобразования последовательности кодовых символов в последовательности
элементов сигнала и согласования приемо-передающих устройств с параметрами
канала связи используются модулятор и демодулятор.
1 – источник информации; 2 – кодер; 3 – УЗОпер; 4 – модулятор; 5 – канал связи; 6 – демодулятор; 7 – УЗОпр;
8 – декодер; 9 – получатель информации; 10 – помехи
Рис. 12.3. Функциональная схема системы Телетекс
Разработаны различные терминалы службы Телетекса. Это могут быть обычные бюро с
буквопечатающими терминалами, обладающие банками памяти и устройствами связи, возможно также
использование дисплеев и терминалов буквенно-цифровой информации.
Возможна реализация взаимосвязи
систем Телетекса с Телексом, которая осуществляется через устройства преобразования данных в узлах сети. При
этом затраты на организацию каналов связи Телетекс – Телекс будут значительно ниже, чем в сети Телекса за счет
использования более высоких скоростей передачи. В настоящее время система Телетекс является одним из
самых высокоскоростных и экономичных видов электросвязи для передачи текстовой
информации общего назначения. Например, среднее время передачи текста на бланке
стандартного формата А4 не превышает 10 секунд.
12.3. Принципы построения компьютерных сетей
В настоящее время термин «сети передачи данных»
надежно ассоциируется с термином «компьютерные сети». Такой подход наилучшим
образом отражает суть вопроса, ибо сегодня в качестве оконечного оборудования сети
передачи данных используется именно персональный компьютер (ПК). Поэтому далее
под передачей данных мы будем понимать обмен данными именно между компьютерами.
Все многообразие
компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:
1) территориальная распространенность;
2) ведомственная принадлежность;
3) скорость
передачи информации;
4) тип среды передачи.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными,
региональными и глобальными. Локальные - это сети, перекрывающие территорию
не более 10 км2; региональные - расположенные на территории города
или области; глобальные - на территории государства или группы государств, например
всемирная сеть Internet.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные
сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может
быть локальная сеть предприятия. Несколько отделений одной кампании, расположенные
на территории города, области, страны или государства, образуют корпоративную
компьютерную сеть. Государственные сети - сети, используемые в государственных
структурах.
По скорости передачи
информации компьютерные сети делятся на низко-,
средне-, высокоскоростные.
По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные,
с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д. Следует
заметить, что основные отличия в принципах построения сетей определяются средой
передачи.
Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполняют функции либо серверов,
либо рабочих станций. Серверы - это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои
ресурсы менее мощным машинам, выполняющим роль рабочих станций. В качестве последних
используются персональные компьютеры. Серверы различают по основным функциям,
которые они выполняют: файловые, печати, приложений и т.д. Файловый сервер служит
для хранения файлов и предоставления их для использования рабочим станциям сети.
Сервер печати производит функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются
задачи, которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей доступ
к данному серверу.
Если компьютеры находятся на территории одного предприятия (организации) и включены
в одну локальную сеть, то рабочие станции подключаются к серверам через сетевое
оборудование локальных сетей. Компьютеры, подключенные к разным локальным сетям,
удаленным друг от друга на существенное расстояние, соединяются с использованием
средств региональных или глобальных компьютерных сетей. Возможен доступ к серверам
локальных сетей с использованием сетей связи общего пользования, например, телефонной
или региональных (глобальных) сетей передачи данных.
Структуры перечисленных сетей
могут быть разнообразными. Для локальных более
характерны регулярные структуры: шина, кольцо, звезда. Не исключены комбинации
указанных структур сетей. Для региональных и глобальных сетей более характерны
иерархические структуры.
12.4. Сетевые операционные системы
Системные программные
средства, управляющие процессами в компьютерных сетях, объединенные общей
архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия
вычислительных процессов, называются сетевыми операционными системами. Они предназначены для
эффективного решения задач распределенной обработки данных, т.е. обработки данных не на
отдельном локальном компьютере, а на нескольких объединенных сетью, причем
часто бывает неважно - локальной или глобальной.
Сетевые операционные системы ограничены областью своего действия. Сетевые супервизоры
(управляющие программы) поддерживают работу одной или нескольких взаимодействующих
локальных сетей. Если взаимодействуют несколько сетей (организована интерсеть),
то сетевое программное обеспечение реализуется также в шлюзах и мостах, связывающих
эти сети, а все сетевые объекты (рабочие станции, серверы), принадлежащие разным
сетям, подчиняются общему адресному пространству.
Сетевые
операционные системы, поддерживая распределенное выполнение процессов, их
взаимодействие, обмен данными между процессорами, доступ пользователей к общим
ресурсам и другие функции, выполняют важные системные требования к распределенной
системе как к целостной и многопользовательской.
Требования к сетевым операционным системам.
Различают следующие системные требования:
1. Единая системная архитектура.
2. Обеспечение требуемого высокого уровня
прозрачности.
3. Высокоуровневая и высоконадежная файловая система.
Единая системная архитектура. Понятие «системная архитектура» охватывает следующие вопросы:
- распределение функций между узлами сети;
- принципы построения коммуникационных протоколов;
- методы выполнения отдаленных операций типа «клиент- сервер»;
- структуру сетевой файловой системы;
- уровни прозрачности доступа к сети;
- принципы защиты данных;
- свойства общесетевого адресного пространства. Примером может служить адресация
в Internet.
Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности.
Сетевая операционная система должна обеспечивать для пользователей доступ к
многообразным сетевым ресурсам независимо от степени распределенности, неоднородности
и мобильности данных, программ и устройств. Высокий уровень прозрачности означает,
что обеспечиваются прозрачность доступа, прозрачность имен, прозрачность физических
устройств и сетевой среды и т.д. Сетевая операционная система изолирует от пользователя
все различия, особенности и физические параметры привязки процессов к обрабатываемым
сетевым ресурсам. Например, пользователь может обратиться к процессу печати
определенных данных, называя их уникальными составными именами, но совершенно
не заботится о том, где практически находятся эти данные, и на каком физическом
принтере они будут распечатаны.
Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Файловая система,
поддерживаемая сетевой операционной системой и входящая в ее состав, должна
эффективно организовать хранение информации общего пользования и обеспечивать
одновременный доступ к ней многих пользователей. Высокоуровневость означает,
что доступ обеспечивается как к локальным файлам (расположенным на рабочих станциях),
так и к удаленным (на серверах) на различных уровнях (справочник файлов; файл;
именованный блок; сегмент файла).
В сетевом
режиме должны поддерживаться разнообразные операции с файлами (читать, писать,
удалять, модифицировать). Протокол удаленного доступа и управления файлами должен
обеспечивать все необходимые сетевые функции создания, обработки, пересылки и
защиты файла.
Файловая
система – центральный элемент сетевой операционной системы, определяющий
производительность и надежность всей распределенной системы в целом.
12.5. Локальные вычислительные сети (ЛВС)
Под локальной вычислительной
сетью следует понимать совместное подключение нескольких рабочих станций (отдельных
компьютерных рабочих мест) и других устройств к общему каналу передачи данных.
Другими словами локальная компьютерная сеть – это коммуникационная система,
поддерживающая в пределах здания или группы зданий один или несколько высокоскоростных
каналов передачи цифровой информации, которые предоставляются подключенным к
этим каналам устройствам для кратковременного использования. К локальной
компьютерной сети могут подключаться следующие устройства: персональные
компьютеры; различные терминалы; сетевые устройства внешней памяти; сетевые
печатающие устройства; контрольное и управляющее оборудование; телефоны; телекамеры
и мониторы; шлюзы и мосты, т.е. переходные устройства к другим сетям.
Наибольшую известность в мире
локальных сетей получили Ethernet
и Token-Ring. Главное различие между
ними заключается в методах доступа к каналам передачи данных и скоростях передачи
информации. В настоящее время широко распространяются и высокоскоростные
технологии FDDI, Fast-Ethernet, ATM и Gigabit Ethernet. Среди перечисленных сетей лидирующее
положение занимает Ethernet.
Эта сеть работает со скоростью 10 Мбит/с, имеет низкую стоимость, она несложна
в установке и эксплуатации, для нее разработан широкий спектр оборудования.
Ключевым звеном,
определяющим производительность, надежность и эффективность использования пропускной способности
физической среды передачи, является применяемый в локальной сети метод доступа.
На практике используется множественный доступ, т.е. механизм разделения во
времени общего канала между совокупностью рабочих станций и серверов, включенных
в компьютерную сеть. В компьютерных сетях кольцевого типа достаточно широко
применяется метод доступа Token Ring
(маркерное кольцо). В данном случае по кольцевой сети циркулирует служебный
пакет (маркер) длиной три байта. Пакет имеет начальный и конечный разделители и
байт «контроль доступа». Последний служит для оповещения станций локальной сети
о возможности сформировать пакет данных и передать его смежной по кольцу
станции.
Оптоволоконный интерфейс
распределения данных (FDDI
– Fiber Distributed Data Interface)
во многом соответствует методу Token Ring.
Основным отличием FDDI от Token Ring
является использование волоконно-оптического кабеля, позволяющего поднять скорость
передачи до 100 Мбит/с и использование двойного кольца, позволяющего повысить
надежность сети.
Технология Fast Ethernet обеспечивает
скорость передачи информации, равную 100 Мбит/с.
Следующим шагом в развитии технологии Ethernet является разработка стандарта Gigabit Ethernet, обеспечивающего
скорость обмена информацией между станциями локальной сети в 1 Гбит/с.
Устройства Gigabit Ethernet
объединяют сегменты сетей с Fast Ethernet,
работающие со скоростями 100 Мбит/с.
Сеть ATM имеет звездообразную топологию.
Типичная сеть ATM строится
на основе одного или нескольких коммутаторов, являющихся неотъемлемой частью
данной коммуникационной структуры. Простейший пример такой сети – один коммутатор,
обеспечивающий коммутацию каналов данных, и несколько оконечных устройств,
которые одновременно могут выполнять функции, как приемников, так и
передатчиков информации. Каждое оконечное устройство имеет свой собственный
выделенный физический канал в коммутаторе. Маршрутизация пакетов осуществляется
внутри коммутаторов со скоростью 155 Мбит/с на порт.
Такая скорость гарантируется для всех устройств, подключенных к коммутатору. ATM работает примерно по тому
же принципу, что и обычная телефонная сеть или сеть с коммутацией пакетов при
установлении виртуальных соединений. В ATM перед передачей каких-либо сообщений передающий узел
проверяет доступность узла назначения, и лишь при получении подтверждения
доступности между ними устанавливается соединение. После установления
соединения конечные ATM-устройства
могут передавать друг другу любую информацию.
Преимущества применения ЛВС.
Посредством ЛВС в систему объединяются ПК, расположенные на удаленных рабочих местах, которые совместно
используют оборудование, программные средства и информацию.
Основное назначение
компьютерных сетей это совместное использование ресурсов и осуществление
интерактивной связи.
Применение ЛВС обеспечивает:
Разделение ресурсов.
Любая рабочая станция, подключенная к сети (при наличии прав доступа) может
использовать любой сетевой ресурс. Сетевым ресурсом может быть: принтер,
подключенный к серверу или одной из рабочих станций, модем, факс, жесткий диск,
и т.д.
Разделение данных.
Возможность доступа и управления базами данных непосредственно с рабочих
станций.
Разделение программных
средств. Возможность одновременного использования установленных сетевых
программных средств. (Офисные программы, бухгалтерские, САПРы и т.д.). Реализация
многопользовательского режима.
Разделение ресурсов
процессора. Использование вычислительных мощностей сервера для обработки
данных другими системами.
Интерактивный обмен
информацией между пользователями сети – электронная почта, программы
планирования рабочего времени, видеоконференции, ICQ…
Терминальное оборудование ЛВС. Для
сопряжения пользователя с сетью передачи данных используется терминальное оборудование, которое представляет
собой совокупность аппаратно-программных средств. Терминальное оборудование включает оконечное оборудование
данных (ООД), прикладные процессы пользователей и оборудование ввода-вывода. В ЛВС терминальным
оборудованием чаще всего является персональный компьютер, оснащенный сетевым
адаптером и необходимым программным обеспечением.
Понятие сервер-клиент.
Сервер – компьютер, представляющий свои ресурсы
сетевым пользователям (рабочим станциям).
Клиент – компьютеры, осуществляющие
доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым сервером.
Существует два основных типа сетей:
1. Одноранговые сети;
2. Сети на основе сервера.
Одноранговые сети:
– все компьютеры равноправны, иерархия отсутствует;
– каждый компьютер выступает и как
клиент и как сервер;
– каждый пользователь решает, какие ресурсы своего ПК отдать в общее пользование.
Многие популярные операционные системы, такие как Windows 95, Windows 98, Windows NT WorkStation
имеют встроенную поддержку одноранговых сетей.
Сети на основе сервера.
С увеличением
количества пользователей производительность одноранговой сети быстро падает и обостряется вопросы
администрирования сети. В данной ситуации используют сети с выделенным сервером.
Выделенный сервер
используется только как сервер. Он специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от клиентов, для
управления сетью, защиты данных.
В простейшем случае в сети один сервер и несколько
клиентов. С увеличением количества клиентов и сетевого трафика количество
серверов целесообразно увеличивать.
Учитывая многообразие задач решаемых сервером, в
больших сетях применяют специализированные серверы.
Специализированные серверы
оптимизированы для выполнения конкретных задач в сети:
· Файл-сервер и принт-сервер - управляют доступом пользователей к файлам и
принтерам.
· Серверы приложений обеспечивают выполнение прикладных частей клиент-серверных
приложений.
· Факс-сервер, почтовый сервер, коммуникационный сервер.
На серверах устанавливаются специальные сетевые операционные системы, например:
· Windows NT Server;
· Windows 2000 Server;
· Netware of Novell;
· Unix, Linux.
Преимущества применения сетей на основе сервера:
1. Администрирование и управление доступом к данным осуществляется централизованно. Один
администратор формирует политику безопасности и применяет её в отношении каждого пользователя (защита данных).
2. Резервное копирование данных. Так как важная информация расположена централизованно
на одном или нескольких серверах, достаточно просто организовать ее резервное копирование.
3.
Избыточность. Для сервера можно организовать систему дублирования данных в реальном масштабе
времени. В случае повреждения основной области данных можно легко и без потерь
перейти к резервной. Сети на основном сервере способны
поддерживать тысячи пользователей.
Комбинированные сети.
Очень часто применяются комбинированные сети,
совмещающие качества, как одноранговых сетей, так и
сетей на основном сервере.
На серверах выполняются ОС NT Server или Netware, а на клиентах ОС Windows 95/98.
Серверы
отвечают за совместное использование основных
приложений и данных.
Клиенты, так же могут предоставлять в общее пользование
свои жесткие диски и разрешать доступ к своим данным.
Способ соединения компьютеров, называется структурой
или топологией сети, которая характеризует физическое расположение компьютеров,
кабелей и других компонентов сети.
Топологию сети во многом определяют ее характеристики:
· состав необходимого оборудования;
· характеристики сетевого оборудования;
· способы управления сетью.
Сети строятся на основе трех базовых топологий:
· шина (bus),
· звезда (star),
· кольцо (ring) и их комбинаций.
1. Топология «шина».
Все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется магистралью или сегментом (рис.12.4). Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.
Рис. 12.4. Структура локальной сети типа «шина»
Все компьютеры подключаются к сегменту BNC-коннекторами через Т-коннектор (тройничок).
Тройничок соединяется с Netcard.
Концы сегмента должны работать на
согласованную нагрузку иначе отраженные сигналы приведут к «падению сети». Для
обеспечения согласования на концах сегмента устанавливаются терминаторы.
2. Топология «звезда».
Все ПК с помощью сегментов кабеля
подключаются к концентратору (HUB) – Хаб (рис.12.5).
Преимущество - выход из строя отдельного компьютера или сегмента,
не будет влиять на работу сети.
Рис. 12.5. Структура локальной сети типа «звезда»
Недостатки:
Большой расход кабеля.
Если HUB сломается, то сеть
неработоспособна.
Концентраторы могут быть пассивными и
активными, то есть регенерировать сигнал, что повышает дальность передачи.
Существуют гибридные
Хабы - обеспечивающие подключение кабелей разных
типов.
Активные Хабы
имеют диагностические возможности, позволяющие определить работоспособность
соединения.
3. Топология «кольцо».
В сети, имеющей структуру типа «кольцо», информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом контроллере (рис.12.6). Переприем производится через буферные накопители, выполняемые на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе из строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.
Рис. 12.6. Структура локальной сети типа «кольцо»
Преимущество: кабель замкнут в кольцо, свободных концов нет, терминаторы
не нужны.
Недостаток: если компьютер сломался - сеть не работает, т.е.
кольцевая структура характеризуется низкой надежностью.
12.8. Телефонная связь по компьютерным сетям
Телефонная связь предназначена
для передачи человеческой речи. Для этого речь, генерирующая
звуки или колебания воздуха, предварительно преобразуется в непрерывные электрические
сигналы, называемыми аналоговыми. Эти сигналы могут передавать непрерывно
по линии связи (аналоговая коммутация) или предварительно аналоговый речевой
сигнал преобразуется в цифровой битовый поток, и уже он передается по линии
связи (цифровая коммутация). В компьютерных сетях передача цифровой информации
осуществляется отдельными блоками данных или пакетами. Поэтому для передачи
по компьютерной сети необходимо привести ее к виду, удобному для такой передачи.
Сначала выполняется преобразование звуковых колебаний в электрические импульсы,
а затем - в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя. К
цифровому сигналу можно применить различные виды компрессии, и после этого
выполнить разбиение этой информации на пакеты с целью их дальнейшей передачи
по сети. Разбиение на пакеты и передача осуществляется при помощи специальных
протоколов. Наиболее широко применяемым является набор протоколов, состоящий
из протокола управления передачей и межсетевого протокола TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Протокол IP обеспечивает доставку данных в виде пакетов,
снабженных IP-адресом.
Он разбивает информацию на пакеты одинакового объема, управлять которыми намного
легче. Протокол TCP
обеспечивает доставку пакетов по назначению и прием их в том порядке, в котором
происходила отправка.
Восприятие речи человеком очень чувствительно к задержкам, причем как к ее величине,
так и колебаниям. Для телефонной связи задержка не должна превышать 150 мс при
работе по наземным линиям связи и 250 мс при использовании спутниковых каналов.
В телефонной сети, где используются физические соединения, это требование обеспечивается
относительно легко за счет систем передачи. В компьютерных сетях выполнить эти
требования сложнее, поскольку параметры задержки зависят от быстродействия,
загруженности сети и от скорости обработки пакетов. Передача информации осуществляется
не в реальном масштабе времени, т.е. возможны значительные задержки доставки
информации и эти задержки не постоянны. Поэтому до недавнего времени пакетный
режим переноса был неприемлем для телефонной связи и обмена речевой информацией.
Однако новые технологии передачи информации пакетами обеспечивают достаточно
большие скорости передачи и, следовательно, малую задержку информации. Существующее
сегодня оборудование для сетей АМТ обеспечивает обмен данными со скоростью до
155 Мбит/с по волоконно-оптическому кабелю. Поэтому становится возможным применение
пакетной коммутации для телефонной связи или передачи в реальном масштабе времени.
Телефонная
связь в локальной сети. Телефонную
связь, реализованную на базе протокола TCP/IP, называют IP-телефонией, реализацию IP-телефонии в локальной компьютерной сети – LAN -телефонией. Цель LAN-телефонии заключается в организации телефонной
связи внутри предприятия, оснащенного такой сетью. Эта технология позволяет
осуществлять передачу речи с помощью IP-протокола, не нуждаясь в традиционной телефонной инфраструктуре.
Благодаря этому корпоративная сеть, которая ранее строилась на базе ведомственных
АТС, может передать свои функции локальной компьютерной сети предприятия.
В качестве терминального оборудования LAN-телефонии могут использоваться Ethernet-телефоны,
телефонные шлюзы и обычные ПК с подключенными звуковой картой, наушниками и
микрофоном. В Ethernet-телефоне, как и в обычном телефонном аппарате, выполняется
преобразование звукового колебания в электрические сигналы, а затем АЦП, разбитием
оцифрованной речевой информации на пакеты и их передача. Если ПК выступает в
роли абонентского терминала, он должен иметь соответствующее аппаратное и программное
обеспечение. Аппаратная часть - это сетевая и звуковая платы, наушники и микрофон.
Программная часть - программа, поддерживающая телефонную связь посредством IP-сети.
Телефонный шлюз - это устройство, осуществляющее обмен речевыми сообщениями
между LAN и стандартной телефонной сетью PSTN. В шлюзе речевая информация, передающаяся
по LAN, извлекается из пакетов, декодируется и приводится к виду, используемого
в телефонной сети. Подключаемое к шлюзу оборудование может быть аналоговым или
цифровым.
Главным управляющим устройством LAN-телефонии является компьютер с серверной
программой, называемой гейткипером или администратором вызовов. В задачи такой
системы входит сопоставление телефонного номера абонента с текущим IP-адресом
его терминала, а также предоставлении возможных услуг - переадресации, определение
номера вызывающего абонента, удержание соединения и т.д. Важной компонентой
сети LAN-телефонии является DHCP-сервер. В его функции входит автоматическая
конфигурация протокола TCP/IP для новых устройств, подключенных к локальной
сети, т.е. присвоение им IP-адресов, адреса шлюза и остальных параметров, необходимых
для функционирования сети. Это позволяет подключить Ethernet-телефон в любое
свободное гнездо в произвольном месте локальной сети и тут же вызывать с него
или принимать вызовы. Для каждого телефона существует идентификатор, по которому
«гейткипер» находит его в сети, несмотря на возможные изменения IP-адреса. Это
удобно для служащих, меняющих свое рабочее место в течение рабочего дня.
Процесс установления соединения происходит следующим образом. Когда на терминале
(телефоне или компьютере) набирается номер вызываемого абонента, терминал обращается
по сети к гейткиперу. Тот в свою очередь идентифицирует вызывающего абонента
по то IP-адресу и паролю в своей базе данных. Если доступ к требуемому номеру
разрешен с этого терминала, то гейткипер определяет IP-адрес вызываемого абонента
и направляет ему вызов. Если же вызов адресован абоненту стандартной телефонной
сети, то он направляется на соответствующий телефонный шлюз. После установления
связи с терминалом или шлюзом, гейткипер не участвует в обмене речевой информацией
между терминалами, но в это время он ведет журнал учета вызовов и прочих событий.
При разрыве соединения фиксируется длительность разговора.
Если сеть предприятия
подключена к Интернету, то появляется возможность использовать ее для
соединений на дальнее расстояние через глобальную IP-сеть. Для этого собеседник должен быть
подключен к IP-телефонии.
Глобальная связь в глобальной сети Интернет. Региональные и глобальные
компьютерные сети, предназначенные в основном для передачи данных, уже начинают
использоваться для передачи речи. Наиболее привлекательна с этой точки зрения
глобальная компьютерная сеть Интернет, представляющая собой совокупность локальных
сетей и хост-компьютеров, связанных между собой спутниковыми и радиоканалами,
обычными телефонными сетями и ISDN. Их объединяет то, что все они используют
стандартный комплекс протоколов Интернет TCP/IP.
Вначале телефонные компании и производители телекоммуникационного оборудования
скептически относились к инициативе передачи речи по Интернету. Но согласно
прогнозам некоторых исследовательских фирм в ближайшее время на Интернет-телефонию
будет приходиться до 40% рынка международных телефонных переговоров. Интернет-телефонию
называют IP-телефонией по названию протокола используемого в Интернете.
В компьютерной сети Интернет, для того чтобы осуществить связь пользователи
двух компьютеров должны соединиться со своим провайдером, запустить программное
обеспечение, например Internet Phone (Интернет-Телефон), и найти необходимого
абонента в списке активных пользователей, также использующих эту программу.
Конечно, такую передачу речи нельзя назвать в полной мере телефонной связью.
Это связь между абонентами Интернета, обладающими компьютерами. Распространению
технологии телефонной связи по компьютерным сетям может способствовать возможность
разговаривать пользователям, имеющим в своем распоряжении не только компьютеры,
но и обычные телефоны. Для этого принимаются специальные шлюзы, реализующие
связь Интернета и телефонных сетей.
Функция шлюза
- это компрессия, аналого-цифровое преобразование сигнала и разбиение его
на IP-пакеты, а также выполнение
обратного процесса. Шлюзы подключаются с одной стороны к телефонной сети,
а с другой - к Интернету. При вызове с телефона на компьютер вызов передается
через телефонную сеть на шлюз. Затем шлюз посылает вызов компьютеру, сжимая
и упаковывая телефонный сигнал в пакеты для передачи по IP-сети. Если на обоих концах линии установлены
телефоны, то речевой сигнал первого абонента посылается по телефонной сети
на ближайший шлюз, где разбивается на IP-пакеты, а затем передается по Интернету
на второй шлюз, ближайший ко второму абоненту. Этот шлюз принимает пакеты,
восстанавливает из них исходный сигнал и посылает его по телефонной сети вызываемому
абоненту. В основном компьютерная телефония в Интернете не сильно отличается
от телефонии и локальной сети.
Развитие технологии передачи речи по сети Интернет затрагивает интересы операторов
телефонных сетей, поскольку эта технология начала применяться в качестве альтернативы
традиционной междугородной и международной связи.
12.9. Справочно-информационная система Видеотекс
Справочно-информационная
система Видеотекс позволяет абоненту по дуплексному телефонному каналу связи
выйти практически на любой банк данных и получить неограниченный объем
справочной информации на экране цветного телевизора, передаваемой построчно.
Накопленная в банке данных информация организована в виде страниц, каждая из
которых содержит до 24 строк при 40 знаках в одной строке. Обычный банк данных
на базе небольшой ЭВМ хранит буквенно-цифровую информацию в объеме порядка
200000 страниц. По мере развития информационно-справочных систем Видеотекса
требуется дальнейшее увеличение объема хранимых данных. Однако иметь всю необходимую
информацию в каждом хранилище Видеотекса
становится невозможным. Поэтому предлагается трехуровневая распределительная
структура системы Видеотекса. В этом случае организуются несколько типов банков
данных, которые классифицируются на национальные,
региональные и локальные. Все информационные центры соединяются между собой каналами
связи, что обеспечивает возможность обращения к ним абонентов и обновления, пополнения
их новыми данными. При обращении абонента к редко используемой информации
запрос проходит по иерархии от локального центра вверх к банкам данных более высшего уровня.
К одному локальному банку данных подключается,
как правило, до 20000 абонентов.
Для отображения справочной
информации Видеотекса абонентский ТВ приемник должен быть дополнен декодером,
который иногда называют контроллером (рис.12.7). В состав современного декодера
входит изолятор линии 1, защищающий телефонную сеть от опасных высоких
напряжений, имеющихся в телевизоре. Модем 2 осуществляет прямое и обратное
преобразование импульсов двоичной кодовой последовательности в сигналы тональной
частоты с целью их передачи по телефонным линиям связи. Терминалы Видеотекса
могут быть подключены к сети Телекса. Дальнейшее развитие систем Видеотекса предполагает
наряду с буквенно-цифровой информацией передачу цветных неподвижных ТВ изображений.
Абонентский терминал Видеотекса вместо бытового цветного телевизора может
использовать персональный компьютер с подключенными к
нему модемом и декодером.
1 – изолятор линии; 2 – модем; 3 – логический процессор; 4 – запоминающее
устройство; 5 – генератор сигналов изображения; 6 – устройство ввода, содержащее
высокочастотный модулятор сигналов
Рис. 12.7. Функциональная схема декодера Видеотекса
1. Основные требования к системам и сетям передачи данных?
2. Назовите состав системы передачи данных.
3. Что представляет собой модем?
4. Основы системы Телетекс.
5. Как классифицируют компьютерные сети?
6. Для чего предназначены сетевые операционные системы, требования к ним?
7. Дайте определение понятию «локальная компьютерная сеть»?
8. Принцип построения сети АТМ.
9. Что обеспечивает применение локальных вычислительных сетей?
10. Дайте определение понятиям «клиент» и «сервер».
11. Одноранговая сеть и ее особенности.
12. Какие преимущества дает применение сетей на основе выделенного сервера?
13. Перечислите топологии локальных сетей, их характеристики, недостатки и преимущества?
14. Как осуществляется передача цифровой информации в компьютерных сетях?
15. Цель и особенности LAN-телефонии.
16. Особенности глобальной компьютерной сети Интернет и справочно-информационной системы Видеотекс.
назад | содержание | вперёд