Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
□ Звено (link) – это сегмент, обеспечивающий передачу данных между двумя соседними узлами сети. Звено не содержит промежуточных устройств коммутации и мультиплексирования, но может включать усилители и регенераторы сигналов. Каналом (channel) чаще всего обозначают часть пропускной способности звена, используемую независимо при коммутации. Например, звено первичной сети может состоять из 30 каналов, каждый из которых обладает пропускной способностью 64 Кбит/с. Составной канал (circuit) – это путь между двумя конечными узлами сети. Составной канал образуется отдельными каналами промежуточных звеньев и внутренними соединениями в коммутаторах. Часто эпитет «составной» опускается, и термином «канал» называют как составной канал, так и канал между соседними узлами, то есть в пределах звена. Линия связи может использоваться как синоним для любого из трех остальных терминов. Не стоит относиться к путанице в терминологии очень строго, в особенности к различиям в терминологии традиционной телефонии и более новой области – компьютерных сетей. Процесс конвергенции только усугубил проблему терминологии, так как многие механизмы этих сетей стали общими, но сохранили за собой по паре (иногда и больше) названий, пришедших из каждой области. Кроме того, существуют объективные причины для неоднозначного понимания терминов. На рис. 6.1 показаны два варианта линии связи. В первом случае линия состоит из сегмента кабеля длиной несколько десятков метров и представляет собой звено (рис. 6.1, а). Во втором случае линия связи представляет собой составной канал, проложенный в сети с коммутацией каналов (рис. 6.1, б). Такой сетью может быть первичная сеть или телефонная сеть. Однако для компьютерной сети эта линия представляет собой звено, так как соединяет два соседних узла (например, два маршрутизатора), и вся коммутационная промежуточная аппаратура является прозрачной для этих узлов. Повод для взаимного непонимания на уровне терминов компьютерных специалистов и специалистов первичных сетей здесь очевиден. Первичные сети специально создаются для того, чтобы предоставлять услуги каналов передачи данных для компьютерных и телефонных сетей, про которые в таких случаях говорят, что они работают «поверх» первичных сетей и являются наложенными сетями. Физическая среда передачи данных Для передачи информации в компьютерных сетях используются электромагнитные колебания – взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей. Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет. Частным случаем электромагнитных колебаний являются электрические колебания, когда рассматриваются колебания только электрических величин: силы тока, напряжения, заряда. Электромагнитные колебания могут распространяться в различных средах, которые делятся на два класса: Направленные среды, или проводные среды. В этом случае электромагнитные волны перемещаются по физически ограниченному пути, например, по медному проводнику (передача электрического напряжения/тока) или волоконно-оптическому волокну. На основе таких проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи (рис. 6.2). Ненаправленные среды, или беспроводные среды. Электромагнитные волны распространяются свободно в среде, пропускающей электромагнитное излучение: в земной атмосфере, космическом пространстве, воде, грунте и т. п.  Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. В прошлом такие линии связи были основными для передачи телефонных и телеграфных сигналов. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными. Но кое-где они все еще сохранились и при отсутствии других возможностей продолжают использоваться, в частности, и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из набора проводников, заключенных в несколько слоев изоляции-, электрической, электромагнитной, механической и, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов – неэкранированная и экранированная витая пара; коаксиальные кабели с медной жилой; волоконно-оптические кабели. Первые два типа кабелей – витую пару и коаксиальный кабель – называют также медными кабелями. Волоконно-оптические кабели обладают широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к помехам. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные локальные сети. Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое разнообразие типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Провайдеры Интернета применяют радиоканалы дальнего действия для предоставления пользователям соединения с интернетом. Беспроводные каналы более короткого действия (Wi-Fi) широко используются для доступа пользователей к устройствам их собственной локальной сети как подключенной, так и не подключенной к Интернету. Аппаратура передачи данных Как показано на рис. 6.1, линии связи состоят не только из среды передачи, но и аппаратуры. Даже в том случае, когда линия связи не проходит через первичную сеть, а основана на кабеле, в се состав входит аппаратура передачи данных. Аппаратура передачи данных (Data Circuit-terminating Equipment, DCE) в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или коммутаторы к линиям связи и является, таким образом, пограничным, или оконечным, оборудованием линии связи. Примерами DCE являются модемы (для телефонных линий) и устройства для подключения к цифровым каналам первичных сетей. DCE работает на физическом уровне модели OSI, отвечая за кодирование и передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и частоты. Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи. Устройства DCE и DTE обычно располагаются на коротких расстояниях друг от друга. Для подключения DCE-устройств к DTE-устройствам (то есть к компьютерам или ком- мутаторам/маршрутизаторам) разработаны стандартные интерфейсы'. ПРИМЕЧАНИЕ Разделение оборудования на DCE и DTE в локальных сетях является достаточно условным. Например, адаптер локальной сети можно считать как принадлежностью компьютера, то есть оборудованием DTE, так и составной частью канала связи, то есть аппаратурой DCE. Точнее, одна часть сетевого адаптера выполняет функции DTE, а его другая, оконечная часть, непосредственно принимающая и передающая сигналы, относится к DCE. Помимо оконечной аппаратуры DCE в линию связи может входить промежуточная аппаратура. Она решает две основные задачи: улучшение качества сигнала; создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети. В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды - кабелей или радиоэфира – позволяет одному сетевому адаптеру принимать сигналы непосредственно от другого сетевого адаптера без дополнительного усиления. В противном случае применяется промежуточная аппаратура, роль которой здесь играют устройства типа повторителей и концентраторов. В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояния в сотни и тысячи километров. Поэтому без усилителей (повышающих мощность сигналов) и регенераторов (наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов, исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных через определенные расстояния, построить территориальную линию связи невозможно. В первичных сетях, помимо упомянутого оборудования, обеспечивающего качественную передачу сигналов, необходима промежуточная коммутационная аппаратура – мультиплексоры, демультиплексоры и кросс-коннекторы (коммутаторы). Эта аппаратура создает между двумя абонентами сети постоянный составной канал из отрезков физической среды – кабелей с усилителями. 1 Интерфейсы DTE-DCE описываются стандартами серии V CCITT, а также стандартами EIA серии RS (Recommended Standards – рекомендуемые стандарты). Две линии стандартов во многом дублируют друг друга. Наиболее популярными стандартами являются RS-232, RS-530, V.35 и HSSI. В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных сетях с целью связи телефонных коммутаторов между собой. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, при аналоговом подходе обычно используется техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM)XVIII. В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний, то есть являются дискретными. Как правило, элементарный сигнал, то есть сигнал, передаваемый за один такт работы передающей аппаратуры, имеет 2,3 или 4 состояния, которые в линиях связи воспроизводятся импульсами или потенциалами прямоугольной формы. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение (именно благодаря одинаковому способу представления информации современными компьютерными, телефонными и телевизионными сетями стало возможным появление общих для всех первичных сетей). В цифровых линиях связи используется специальная промежуточная аппаратура – регенераторы, которые улучшают форму импульсов и восстанавливают период их следования. Промежуточная цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации первичных сетей работает по принципу временного мультиплексирования каналов (Time Division Multiplexing, TDM). Характеристики линий связи Спектральное представление сигнала Качество передачи данных по линиям связи определяется как характеристиками передаваемых сигналов (мощность, способ кодирования и др.), так и характеристиками линий связи, к которым относятся: затухание; ограниченность полосы пропускания; помехозащищенность и др. При изучении характеристик линий связи важную роль играет спектральное представление сигналов. Как известно, процессы могут описываться аналоговыми и дискретными, периодическими и непериодическими функциями (рис. 6.3). Частным, но фундаментальным случаем аналоговой периодической функции является синусоида. Синусоида – волнообразная плоская кривая, которая является графиком периодической тригонометрической функции у = sinх, где у равен отношению противолежащего катета к гипотенузе угла х. Период функции равен 2л, поскольку значение функции у = sinх при любом х совпадает с ее значением при х+2л. Фундаментальное значение этой функции состоит в том, что многие природные процессы описываются этой функцией, например, изменение высоты маятника в зависимости от времени, высота волны в жидкости, уровень напряжения в электрической сети.  В общем случае синусоида как функция от времени y(t) = A sin (2л/7+<р) имеет следующие параметры (рис. 6.4): Амплитуда (А) – максимальное значение функции; например, для модулированного сигнала, передаваемого по линии связи, амплитуда равна максимальному уровню напряжения этого сигнала. Период (Т) – время, в течение которого функция выполняет один цикл, y(t) = y(t + Г). Частота (f) – величина, обратная периоду / = 1/Т. Она также называется циклической частотой. Частота определяет, сколько полных колебаний синусоиды происходит за единицу времени, измеряется в 1/с или в герцах. Коэффициент 2тг/ при аргументе t носит специальное название круговой или радианной частоты, обозначается ш, его можно также выразить через Г: со =2л/Г Фаза – относительное значение аргумента t в пределах одного периода. Фаза колебания показывает, какая часть периода t/T прошла с момента прохождения синусоидой начальной точки, за которую часто принимают последнее прохождение синусоиды через нуль, при движении из отрицательной в положительную область. Фазу также удобно использовать для описания относительного расположения двух синусоид. Разность фаз двух синусоид называется сдвигом фаз. |