Использование телефонных сетей для передачи данных

Для передачи данных между удаленными компьютерами необходимы средства передачи сигнала на большие расстояния, т.е. средства компьютерной коммуникации.

Упрощенно в любом средстве компьютерной коммуникации можно выделить 3 основные части:

1. источник (передатчик) сигнала + входной адаптер,

2. среда распространения,

3. приемник сигнала + выходной адаптер.

Среда распространения – это либо эфир (радио, телевидение, сотовая связь), либо система электрических или оптических кабельных линий.

Адаптеры необходимы для согласования компьютера с приемником или передатчиком сигнала.

Через любую среду распространения могут передаваться сигналы 2-х типов: аналоговые и цифровые.

Прежде чем сравнить эти 2 типа сигналов, отметим, что регистрация сигнала – это всегда измерение некоторой физической величины, называемой параметром сигнала. Таким параметром может быть, например, мгновенное напряжение, мгновенная сила тока, частота модуляции, амплитуда и фаза модуляции и т.д.

Сигнал называется аналоговым (или непрерывным), если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется цифровым (или дискретным), если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.

Аналоговый и цифровой сигналы изображены схематически на Рис.1.11 а, б.

Аналоговый способ передачи сигналов был разработан еще в докомпьютерную эпоху для передачи непрерывного звукового и/или видеосигнала. Вся радио-, телевизионная и телефонная инфраструктуры были ориентированы именно на передачу аналоговых сигналов.

 

 

 

В процессе развития компьютерных сетей, появилась потребность в использовании существующей телефонной инфраструктуры для передачи компьютерных данных (т.е., цифровых сигналов). Для этого были разработаны специальные устройства - модемы, сочетающие в себе свойства передатчика, приемника и адаптера. Название модем является производным от слов МОДуляция и ДЕМодуляция. Эти операции необходимы для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и обратно.

Иногда, терминологически не совсем верно, модемами называют любые устройства, связывающие компьютер с телефонной сетью. Например, устройство доступа в Internet с сотового телефона модемом, строго говоря, не является, т.к. почти любая сотовая сеть – цифровая.

Общая схема модемной коммуникации показана на Рис. 1.12.

 

 

Среда распространения может быть любой: телефонные линии, радиолинии, спутниковые линии, оптоволоконные линии. В зависимости от типа канала связи модемы делятся на звуковые и широкополосные.

Звуковые модемы работают по выделенным или коммутируемым телефонным каналам связи со скоростью передачи данных от 300 бит/с до 52000 бит/с. Единица измерения скорости 1 бит/с или BPS (bit per second) означает, что 1 бит передаётся за 1 сек. времени.

Скорость передачи данных зависит от 3-х факторов: пропускной способности канала, алгоритма кодирования, уровня помех.

Пропускная способность канала измеряется в бодах и соответствует полосе пропускания канала (в герцах). Так, звуковой телефонный канал имеет полосу пропускания примерно 3400 Гц (этот диапазон достаточен для передачи всех звуков человеческой речи), поэтому максимальная пропускная способность такого канала – около 3400 бод.

Алгоритм кодирования определяет, сколько битов можно передать за 1 период. Современные алгоритмы кодирования (треллис-кодирование, например) позволяют передать до 10 бит за один период, что соответствует теоретическому пределу. Максимальная скорость передачи данных равна произведению пропускной способности на количество бит, передаваемых за один период, поэтому максимальная скорость передачи данных через аналоговую телефонную линию – чуть больше 33 кбит/с. Правда, необходима одна существенная оговорка. Современные АТС являются цифровыми и способны передавать цифровой сигнал. Если модем подключается к телефонной сети с такой цифровой АТС, максимальная скорость передачи данных возрастает до 50 кбит/с и более.

Уровень помех определяет реальную скорость передачи данных, которая может быть значительно ниже максимальной.

По способу подключения к компьютеру звуковые модемы делятся на внутренние и внешние.

Внутренние модемы выполняются в виде обычной платы периферийного устройства, которая устанавливается в слот PCI. Спецификация АС’97 определяет модемы, интегрированные на системные платы (т.е. входящие в состав системной платы). Примеры внутренних модемов включают. Omni 56K PCI, Omni 56K PCI Plus ( фирма ZyXEL), 56K Internal Faxmodem PCI (фирма US Robotics), Sprinter @ 56K Prime, Sprinter @ 56K Soft, ACORPLite M-56 PML (фирма Acorp), GM56PCI-LA (фирма Genius), DFM-5601+, DFM-5621S ( фирмаD-Link).

Внешние модемы подключаются к компьютеру через COM-порт и имеют при этом отдельный блок питания или подключаются через USB-порт и питаются от компьютера. Следует отметить, что хотя максимальная скорость обмена данными через PCI порт или через USB порт значительно выше, чем через COM-порт, внутренние модемы отнюдь не обладают большим быстродействием, чем внешние. Это объясняется тем, что, во-первых, скорость передачи данных ограничена параметрами телефонного канала (см. выше), а во-вторых, по существующим стандартам параметры звукового модема должны быть согласованы с параметрами COM-порта. Поэтому внутренний модем все равно эмулирует логический COM-порт, хотя и подключается через порт PCI. Преимуществом внешнего модема по сравнению с внутренним является то, что он может функционировать отдельно от включенного компьютера.

Большая часть современных модемов пригодна для отправки и приёма факсимильных сообщений по телефону. Такие устройства называют факс-модемами. Дополнительные функции реализуются с помощью дополнительных программных средств. Принципы работы обычного модема и факса одинаковы. При использовании факс-модема документ для отправки необходимо просканировать, а полученный по факс-модему документ распечатать с помощью компьютера.

Если в названии модема присутствует префикс “VOICE”, то модем поддерживает голосовые функции. Он обрабатывает входящие аналоговые сигналы и может использоваться как автоматический определитель номера и автоответчик.

Примеры внешних модемов включают следующие. Omni 56K Duo, Omni 56K Neo, Omni 56K Uno, Omni Pro, 56K Omni 56K MINI (фирма ZyXEL), 56K External Message Modem V.92, 56K External Faxmodem V.90 / V.92 USB (фирма US Robotics), Sprinter @ 56K Ext, Sprinter @ 56K USB (фирма Acorp), GM56Ex, GM56 U USB, GM56 E-V (фирма Genius).

Широкополосные модемы используют значительно больший частотный диапазон, чем звуковые, соответственно скорость передачи данных через такие модемы значительно выше. Идея реализации широкополосной связи через обычную телефонную сеть заключается в том, что диапазон частот, которые могут распространяться по обычному телефонному проводу, достигает нескольких мегагерц, что примерно в 1000 раз больше стандартной ширины звукового канала (3400 Гц). Однако, для того, чтобы использовать такую полосу, во всех точках коммутации (соединения и переключения) необходимо установить устройства, поддерживающие такой же широкий диапазон частот. В настоящее время на большинстве телефонных узлов такое оборудование установлено. Это дает возможность обычным телефонным абонентам использовать широкополосный обмен данными.

Широкополосный обмен данными через телефонную сеть осуществляется по технологиям SDSL и ADSL.

Технология SDSL (Symmetric Digital Serial Line) обеспечивает высокую скорость, как приема, так и передачи больших объемов информации, например, одновременную отправку пользователями электронной почты и получение значительных объемов информации. Максимальная скорость обмена данными по сети SDSL достигает 2 Мбит/с как в направлении от сети к абоненту, так и в обратном направлении.

Технология ADSL (Asymmetric Digital Serial Line) характеризуется более высокой скоростью передачи из сети к абоненту, чем в обратном направлении, и ориентирована на такой режим работы в Интернете, когда объем принимаемых пользователем данных существенно преобладает над передаваемым. Именно такой режим работы характерен для большинства обычных пользователей. Например, при навигации по сети Internet со стороны абонента поступают запросы объемом в десятки байт на загрузку Web-страниц, а в ответ приходят сами Web-страницы объемом в сотни килобайт. Скорость обмена данными по сети ADSL в направлении от сети к абоненту может достигать 8 Мбит/с.

Для подключения компьютера к сети Internet по технологии ADSL требуется специальный ADSL-модем. В настоящее время в Москве услуги подключения по технологии ADSL активно предоставляются компанией СТРИМ (http://stream.ru).

Отметим, что для подключения к сети Internet не обязательно использовать телефонную сеть. Компьютер может быть подключен и непосредственно к какой-либо существующей компьютерной сети. Такой подключение осуществляется через сетевую карту, которая может быть либо интегрированной в системную плату, либо подключаться к системной плате через PCI-порт. Сетевая карта имеет разъем типа RJ-45, к которому подключается сетевой кабель (витая пара). Для такого подключения необходимо, чтобы ближайший коммутационный узел сети находился на расстоянии не более 200м от подключаемого компьютера. Обычно это означает, что соответствующее здание должно быть подключено к сети. В настоящее время процесс подключения домов к различным сетям идет достаточно бурно как в Москве, так и во многих других городах. Скорость обмена данными при таком подключении обычно составляет 10 Мбит/с (Ethernet) или 100 Мбит/с (Fast Ethernet).

Следует отметить еще один возможный способ подключения к сети Internet – через сотовую телефонную связь. Большинство моделей сотовых телефонов имеют соответствующий адаптер. При помощи такого телефона можно подключить и компьютер. Для этого телефон необходимо подключить к компьютеру либо через USB-порт, либо через устройство беспроводной связи (Blue Tooth). В настоящее время это достаточно дорогой и не очень эффективный способ подключения, однако, по мере развития сотовой связи, привлекательность этого способа подключения к Internet будет увеличиваться.