Характеристики коммуникационных каналов

Характеристики используемого канала связи помогают определить эффективность и возможности телекоммуникационной системы. К этим характеристикам относятся скорость передачи, направление, в котором могут следовать сигналы, а также режим передачи.

Режимы передачи

Для передачи сигналов разработаны определенные стандарты, именуемые соглашениями (conventions), придерживаться которых необходимо всем устройствам, работающим в сети. При асинхронной передаче (asynchronous transmission) по каналу связи в каждый момент времени передается один символ (8 бит). В начало каждого символа помещается стартовый бит (start bit), а в конец – стоповый бит (stop bit) и бит паритета (parity bit). Асинхронная передача используется при эксплуатации низкоскоростных каналов связи, например, обычных телефонных линий. Видео 4.9, 4.10,4.11 демонстрирует работу асинхронного модема, т.е. модема, предназначенного для использования на обычных коммутируемых телефонных линиях.


Видео 4.9 Асинхронная связь При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком. Каждый символ – буква, число или знак – раскладываются в последовательность битов (bits). Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом (start bit) и стоповым битом (stop bit).		Видео 4.10 Прием данных при асинхронной передаче Принимающий компьютер использует стартовый и стоповый биты для управления синхронизацией, готовясь тем самым к приему следующего байта данных. Связь этого типа не синхронизируется. Передающий компьютер просто посылает данные. Получающий компьютер принимает данные и проверяет их, чтобы убедиться, что данные приняты без ошибок.
		Видео 4.11 Контроль четности при асинхронной передачеВероятность ошибок при передаче не исключена, поэтому при асинхронной связи может использоваться специальный бит – бит четности (parity bit). Он используется для контроля ошибок. При контроле четности количество посланных и принятых отдельных битов должно совпадать. Если это количество совпадает, данные приняты правильно. Если не совпадает, следует запрос на повторную передачу данных.

При синхронной передаче (synchronous transmission) за определенный временной интервал передается несколько символов, но вначале сеанса связи устройства, осуществляющие прием и передачу данных, синхронизируют работу своих электронных схем (см. видео 4.12, 4.13, 4.14). Стартовые и стоповые биты для асинхронной связи не нужны, поэтому передача идет быстрее. Синхронную связь используют при эксплуатации быстрых телекоммуникационных каналов – выделенных линий и др.


Видео 4.12 Синхронная связь Синхронная связь основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Передающий модем выделяет биты из группы данных и посылает их блоками, которые называют кадрами (frames). Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.		Видео 4.13 Режимы передачи при синхронной связи Поскольку данные передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. Синхронная связь требует меньше проверочной информации и поэтому работает быстрее.
		Видео 4.14 Коррекция ошибок при синхронной связиВ случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадров.

Скорость передачи данных (transmission speed)

Скорость передачи показывает, как быстро биты были переданы в коммуникационный канал (см. Видео 4.15). Суммарное количество информации, которое может быть передано через коммуникационный канал, измеряется в битах в секунду (bits per second, BPS).
Иногда применяется другая единица измерения скорости передачи – бод (baud rate). Бод – это двоичное событие, отражающее изменение сигнала с плюса на минус или наоборот. Скорость передачи в бодах не всегда равна скорости в битах в секунду. На высоких скоростях, а также в случае применения современных методов сжатия данных (см. Видео 4.16), за время изменения сигнала с плюса на минус может быть передано больше одного бита информации. Поэтому, скорость в битах в секунду обычно больше, чем в бодах.


Видео 4.15 Скорость передачи Скорость передачи показывает, насколько быстро данные были переданы в коммуникационный канал. В данном случае страница была передана за 4 секунды.		Видео 4.16 Сжатие данных Сжатие (compression) уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Благодаря применению сжатия, та же страница была передана за 2 секунды.

Так как за время изменения фазы сигнала (или за цикл, cycle) может быть передан один или несколько битов в секунду, производительность любого канала связи зависит от частоты, на которой канал позволяет передавать данные. Частота измеряется в Герцах (hertz). Диапазон частот, которые могут использоваться для того или иного канала связи, называется его полоса пропускания (bandwidth). Таким образом, полоса пропускания – это разность между самой высокой и самой низкой частотами, на которых канал связи может передавать данные. Чем выше диапазон частот, тем больше полоса пропускания, тем производительнее канал связи. В Табл. 8.2 приведен сравнительный анализ таких показателей, как скорость передачи и стоимость, наиболее распространенных телекоммуникационных каналов.

Табл. 8.2 Скорость передачи и стоимость каналов связи
Канал связи	Скорость	Стоимость
Телефонная линия	14,4 KBPS – 56,6 KBPS	Невысокая
Выделенная линия	28,8 KBPS – 256 KBPS	Невысокая
Коаксиальный кабель	10 MBPS – 20 MBPS	Невысокая
Радиорелейная линия	256 KBPS – 100 MBPS	Невысокая
Витая пара	10 MBPS – 100 MBPS	Высокая
Спутниковый канал	256 KBPS – 100 MBPS	Высокая
Волоконная оптика	500 KBPS – 10 GBPS	Высокая

KBPS – kilobits per second – килобит в секунду
MBPS – megabits per second – мегабит в секунду
GBPS – gigabits per second – гигабит в секунду

Направление передачи

При передаче данных также принимается во внимание направление, в котором может следовать в канале связи поток данных. В системахсимплексной связи (simplex transmission) данные всегда могут передаваться только в одном направлении. Полудуплексная связь (half-duplextransmission) позволяет передавать данные в двух направлениях; но в каждый момент времени устройства могут только передавать или только принимать данные. Системы полнодуплексной связи (full-duplex transmission) могут одновременно передавать и принимать данные.

СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Поток данных, передающийся через канал связи, называется сетевым трафиком (network traffic). К сетевому оборудованию относятся устройства, обеспечивающие передачу и прием сетевого трафика, а также связь одних телекоммуникационных систем с другими. Основные устройства, входящие в данную группу – это модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, репитеры, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. С модемами вы уже знакомы, поэтому кратко рассмотрим назначение остальных устройств.
Сетевой адаптер – это устройство, с помощью которого компьютер, работающий в сети, может передавать и получать данные. Существуетнесколько видов сетевых адаптеров, самыми распространенными из которых являются сетевые карты (network cards).
При создании крупных сетей часто приходится прокладывать кабель на большие расстояния. При этом нужно учитывать, что в длинном сегменте кабеля может произойти затухание (signal damping), т.е., искажение формы сигнала, что влечет искажение передаваемой информации. Чтобы этого не происходило, применяют репитеры (repeaters) – специальные повторители, усиливающие сигнал и восстанавливающие его форму.
В некоторых видах сетей (например, на основе витой пары) необходимо применять согласующие устройства, которые связывают все компьютеры с сетевыми адаптерами в один узел и осуществляют передачу данных в пределах этого узла. К таким устройствам относятся концентраторы (hubs). С ними вы познакомитесь подробнее при рассмотрении сетевых топологий.
Часто бывает необходимо соединить между собой две или несколько сетей. Для этих целей применяют мосты, маршрутизаторы и шлюзы.
Мост (bridge) – это устройство, соединяющее две или несколько сетей одного типа. По своему действию мосты похожи на репитеры, но в отличие от последних, могу фильтровать данные, то есть передавать в другие сегменты или сети только часть трафика, что снижает нагрузку каналов связи.
Маршрутизаторы (routers) служат для организации связи между сетями и передачи данных по оптимальным маршрутам. Чаще всего маршрутизатор – это специализированный компьютер, который имеет собственный процессор для расчета путей передачи данных, а также память для хранения базы данных маршрутов и характеристик каналов связи. По сравнению с мостом маршрутизатор обеспечивает больший контроль над путями и большую защиту передаваемых данных, однако установить, настроить и эксплуатировать его гораздо сложнее.
Шлюз (gateway) – это устройство, выполняющее преобразование передаваемых данных из одного формата в другой. Шлюз может быть программным (например, шлюз электронной почты) или аппаратным, например, для связи сети на основе витой пары с сетью на базе волоконной оптики.
Остается добавить, что любой компьютер, подключенный к телекоммуникационной сети, называется хостом (host).

Статьи к прочтению:

Основы сетей передачи данных. Модель OSI и стек протоколов TCP IP. Основы Ethernet. [GeekBrains]

Похожие статьи: