Архитектура информационных систем. Литература по теме Практические задания Тема Устройство персонального компьютера системный блок и периферия Вопросы для самопроверки Литература по теме
 Скачать 5.96 Mb.
|
|
Тема 8. Коммуникационные устройства Цели и задачи: Цели и задачи изучения данной темы – знакомство с различными технологиями создания локальных вычислительных сетей, понимание алгоритмов работы аналоговых и цифровых модемов, их отличие друг от друга. В результате успешного изучения темы Вы: Узнаете: · какие существуют способы соединения компьютеров друг с другом; · как компьютеры объединяются в локальную вычислительную сеть; · принцип работы и технические параметры аналоговых модемов; · принцип работы и технические параметры цифровых модемов. Приобретете следующие профессиональные компетенции: · подбора модемов по типу, лучше всего подходящему для решения необходимых вам задач. · определению технических параметров аналогового модема по его описанию; · определению технических параметров цифрового модема по его описанию. В процессе освоения темы акцентируйте внимание на следующих ключевых понятиях: Модуляция и демодуляция – процесс преобразования цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты передачи звукового сигнала. Процесс называется модуляцией, обратное преобразование - демодуляцией. Протокол передачи данных – протокол, определяющий схемы передачи данных при модемной связи. Протокол коррекции ошибок – протокол, гарантирующий то, что передача информации произошла без ошибок. Принцип работы заключается в том, что в зависимости от качества связи данные передаются отдельными пакетами по 16 - 20000 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указана контрольная сумма байтов пакета. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line – асимметричная цифровая абонентская линия) – технология передачи цифровых данных по телефонным каналам связи. Устанавливает соотношения между объемами потока данных в зависимости от направления. Теоретический материал по теме Как следует из названия занятия, речь пойдет о технических средствах соединения удаленных компьютеров между собою. Способ соединения зависит от расстояния между компьютерами. В пределах одного здания компьютеры объединяются в локальную вычислительную сеть (ЛВС). Подключение отдельного компьютера к сети осуществляется с помощью сетевого адаптера (рис. 41). Тип сетевого адаптера определяется скоростью передачи данных и видом разъема. Вид разъема в свою очередь зависит от того, какой кабель используется для прокладки сети. В настоящее время используется три типа кабеля: · коаксиальный; · витая пара – UTP (Universal Twisted Pair); · волоконно-оптический кабель.  Рис. 41. Сетевой адаптер Наибольшее распространение получили локальные сети, использующие витую пару. Использование коаксиального кабеля является самым дешевым, но и скорость очень низкая. Кроме того, сети, построенные на основе коаксиального кабеля, очень часто выходят из строя вследствие особенности топологий и ненадежности подключения кабеля к сетевому адаптеру. Витая пара обеспечивает хорошую скорость передачи данных (до 1Гбит в секунду) и приемлема по цене. Кроме того, она предоставляет широкие возможности при создании локальных сетей различных топологий. Для этого используется специальное сетевое оборудование: коммуникаторы, свитчи, роутеры, разветвители, хабы (в настоящее время практически не выпускаются), мосты и т.д. Использование волоконно-оптического кабеля постепенно приобретает все большую популярность в силу существенного снижения стоимости кабеля и оборудования, а также высокой скорости передачи данных. Высокотехнологичные компании осуществляют переход с витой пары на опто-волокно. Для соединения компьютеров, удаленных друг от друга на многие километры, используются специальные устройства, передающие данные по каналам телефонной связи, – модемы. Модемы бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые модемы. Модем – устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи – непрерывных сигналов звуковой частоты. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона (рис. 42) – этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем-модулятор/демодулятор.  Рис. 42. Процесс связи при помощи модема Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласовывая подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает ее своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии. Кроме того, модем имеет еще немало и других функций, основные из них это коррекция ошибок и сжатие данных. Первый режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии. Второй сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме. Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях. Основные характеристики модемов. Модемы различаются по многим характеристикам: исполнению, поддерживаемым протоколам передачи данных, протоколам коррекции ошибок, возможности голосовой, факсимильной передачи данных. По исполнению (внешний вид, размещение модема по отношению к компьютеру) модемы бывают (рис. 43): · внутренние – вставляются в компьютер как плата расширения; · настольные (внешние) имеют отдельный корпус и размещается рядом с компьютером, соединяясь кабелем с портом компьютера; · модем в виде карточки миниатюрен и подсоединяется к портативному компьютеру через специальный разъем PCMCIA; · портативный модем схож с настольным модемом, но имеет уменьшенные размеры и автономное питание; · стоечные модемы вставляются в специальную модемную стойку, повышающую удобство эксплуатации, когда число модемов переваливает за десяток.  Рис. 43. Внутренний и внешний модемы Модемы различаются также по типам: · асинхронный модем может выполнять только передачу по аналоговой телефонной сети и работает только с асинхронными коммуникационными портами терминальных устройств (в чистом виде в настоящее время не используется); · факс-модем – это классический модем с добавленной факс-возможностью, что позволяет обмениваться факсами с факс-аппаратами и другими факс-модемами; · голосовой модем – это модем, способный не только выполнять функции факс-модема, но и принимать из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в файл; · модем с подстраховкой выделенной линии коммутируемой – эти модемы используются, когда требуется надежность связи. У них имеется два независимых входа для линии (один соединяется с выделенной линией, а второй – с коммутируемой); · SVD-модем (SimultaneousVoiceandData – одновременно голос и данные) позволяют одновременно (а не чередуя) с передачей данных вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему; · синхронный модем – эти модемы поддерживают синхронный и асинхронный режимы передачи; · четырехпроводный модем – эти модемы работают по двум выделенным линиям (одна используется только для передачи, вторая только для приема) в дуплексном режиме; это используется для уменьшения влияния эха; · сотовый модем – эти модемы используются для мобильной радиотелефонии, к которой относится и сотовая связь; · ISDN-модем –объединяет в своем корпусе обычный модем и ISDN-адаптер; · радиомодем – использует эфир как среду передачи вместо телефонных проводов; · сетевой модем – это модемы со встроенным сетевым адаптером локальной сети для совместного использования в локальной сети; · кабельный модем – эти модемы позволяют использовать для передачи каналы кабельного телевидения. При этом скорость может достигать более 10 Мбит/с. Модемы также характеризуются скоростью передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду) и устанавливается фирмой-производителем в 2400, 9600, 14400, 16800, 19200, 28800, 33600, 56000 bps. Реальная скорость передачи данных зависит не только от показателей bps. На нее также влияют такие характеристики, как коррекция ошибок и сжатие данных. Все эти показатели регламентируются протоколами (стандартами). MNP (MicrocomNetworkingProtocol) – стандарты, разработанные фирмой Microcom. CCITT (Comite’ConsultatifInternationaldeTelegraphiqueetTephonique) – Международный консультативный комитет по телеграфной и телефонной связи, уполномоченный принимать протоколы в международном масштабе, стандарты обозначаются «V.х.х.», где V означает передачу информации в аналоговом виде. Стандарты на передачу в цифровом виде (табл. 5) относятся к Х-серии, а на факс-аппараты к Т-серии. Bell– старые и низкоскоростные протоколы, которые разработала одноименная дочерняя корпорация AT&T. Таблица 5. Наиболее общие стандарты модемов
Hayes-совместимые модемы – асинхронные модемы, поддерживающие наборы регистров и команд модема, стали в настоящее время стандартом де-факто. Данный стандарт основан на поддержании стандартных АТ-команд. Некоторые дополнительные характеристики и возможности модема, полезные для отечественных телефонных линий: · наличие сертификата Министерства связи; · адаптивность к российским телефонным сетям, с низким качеством связи; · автоматическое определение номера звонящего (только на аналоговых АТС); · защита от перепадов напряжения в телефонной линии; · возможность измерения параметров связи (уровни входного и выходного сигналов, среднее число повторов, отношение сигнал/шум и др.); · гибкая адаптация к линии для протоколов V.34,V.90; регулировка параметров импульсного набора номера, регулировка уровня выходного сигнала. Наиболее распространены в России модемы фирм 3 COMUSRobitics, IDSInpro, ZyXEL, MotorolaISG. ACORP, Genius. U.S.Robotics – недорогие и качественные модемы. Inpro – специализируется на производстве модемов для плохих линий и нестандартных АТС. ZyXEL всегда славились элегантным дизайном и новаторскими решениями, в числе первых в них были внедрены голосовые функции, есть адаптивные версии. MotorolaISG – выпускает наиболее совершенные, быстродействующие и надежные модемы. Рассмотрим модели некоторых внешних 56-киллобайтных модемов, популярных на российском рынке.  Рис. 44. Модем Acorp 560000 Acorp 56000 VoiceFaxmodem (рис. 44). Модем поддерживает протокол V.90. Из названия видно, что это факс-модем, голосовой. Имеет гнездо для подключения телефона, так что не придется устанавливать дополнительную розетку. Установка и настройка не вызывает проблем, так как поддерживается технология Plug-and-Play. Использует микропроцессорный набор Rockwell, что позволит подобрать оптимальную прошивку. Что касается скорости. Скорость 56 Кбит/с достижима на редких российских сетях. Реальная скорость, полученная при тестировании данного модема, – 3,3–3,6 Кбайт/с, что считается довольно приличным результатом для российских сетей.  Рис. 45. Модем USR Message Modem 3 Com U.S. Robotics 56K Message Modem (рис. 45). Модем поддерживает протокол V.90. Помимо набора стандартных опций модем включает в себя возможности автоответчика, факса с расширенным набором функций. В первую очередь это возможность функционирования модема в качестве автоответчика или факса вне зависимости от того, запущено ли в данный момент необходимое приложение, или даже при выключенном питании компьютера. В таком режиме благодаря 2 Мбайт встроенной памяти, MessageModem может принять и сохранить до 20 минут голосовых сообщений или до 50 страниц факсов. Причем поступившую голосовую почту можно прослушивать с удаленного телефонного аппарата, а факсимильные сообщения доступны к прочтению с любого третьего факса. К сожалению, в модеме отсутствует разъем для подключения телефона. Установка и настройка не вызывает проблем, так как поддерживается технология Plug-and-Play. В поставку входят грамотно подобранные программы, кабель для подключения к последовательному порту компьютера, а также неплохие наушники. Немаловажное значение имеет хорошо развитая сервисная поддержка, программное обновление.  Рис. 46. Модем U.S. Robotics Sportster 3 ComU.S. Robotics 56KfaxModem (рис. 46). Модем поддерживает протокол V.90. В нем нет никаких дополнительных функций –только самое необходимое для нормальной работы. На панели оставлено лишь четыре основных индикатора: определение несущей, отправка данных, прием данных и подача питания. Отсутствует второй телефонный разъем для подключения телефонного аппарата, не предусмотрено никаких голосовых функций и даже регулятора звука. В комплект поставки входит дискета с информационным файлом для Windows, телефонный провод и длинный коммуникационный шнур. Модем полностью подготовлен для российского рынка: имеется русское руководство по эксплуатации и русский текст на коробке.  Рис. 47. CNet USB модем CNetSinglePoint_56K_USB_Modem'>CNetSinglePoint 56K USB Modem (рис. 47). Модем 56К USB из линейки коммуникационных устройств CNetSinglePoint имеет только два разъема – USB и телефонный RJ-11. Питание осуществляется по шине USB. Модем универсален – его удобно использовать как с ноутбуком (он ничуть не тяжелее модема формата PCCard), так и настольным компьютером, оборудованным USB-концентратором. Единственный двухцветный световой индикатор отражает состояние модема – от инициализации до отправки/приема сообщений. Установка драйвера происходит без проблем. Плюс на прилагаемомCD-ROM поставляется PDF-руководство и внушительный набор программного обеспечения, включая программы InternetExplorer 5.0, NetscapeCommunicator 4.6, EudoraLight, Net2Phone,MediaRingTalk 99, RealPlayerG2 и многие другие. Опыт работы с модемом показал, что даже на плохой линии он устанавливает достаточно скоростное (21,6 Кбит/с) и устойчивое соединение. Производительность и устойчивость модема к помехам сопоставима с соответствующими характеристиками модемов USRTimes New Roman, снабженных русской «прошивкой». В модеме реализован стандарт V.90, возможна модернизация прошивки во флэш-ПЗУ. Модем поддерживает режим пониженного энергопотребления.  Рис. 48. CNet USB модем CNetSinglePoint 56KUSBModem (рис. 48).Традиционный внешний голосовой модем, подключаемый к коммуникационному порту ПК. Он оснащен информационной панелью из 8 индикаторов. На задней панели – порт RS-232, розетка для подключения к линии и «сквозного» подключения телефона, разъемы для микрофона и динамиков плюс рычаг включения питания. Модем использует популярный чипсет CirrusLogic и обеспечивает 56-килобитное подключение по протоколу V.90. Набор прилагаемого программного обеспечения полностью идентичен пакету, поставляемому с CNetUSBModem. Цифровые модемы. Принцип работы цифровых xDSL-модемов (DigitalSubscriberLine – цифровая абонентская линия) основан на превращении абонентской линии обычной телефонной сети из аналоговой в цифровую. Общая идея заключается в том, что на обоих концах абонентской линии – на АТС и у абонента – устанавливаются разделительные фильтры (splitter). Низкочастотная составляющая сигнала заводится на обычное телефонное оборудование (порт АТС и телефонный аппарат у абонента), а высокочастотная используется для передачи данных с помощью xDSL-модемов. Поскольку физическая линия (пара проводов) между абонентом и АТС позволяет пропускать сигнал в полосе до 1 МГц, достижимые скорости передачи гораздо выше, чем предел 56 КБит в секунду, установленный и достигнутый для аналоговых модемов. Высокочастотная часть полосы пропускания сигнала может разделяться между встречными потоками различными способами. При частотном разделении каналов (FDM) часть спектра отдается на передачу в одном направлении, часть – в другом. При эхоподавлении (echo-cancellation) вся полоса используется для передачи в обе стороны, а каждое устройство при приеме из общего сигнала выделяет сигнал собственного передатчика. Пропускная способность может быть как симметричной, так и асимметричной. В случае подключения пользователя к сети Internet асимметрия выгодна, поскольку поток к абоненту (страницы текста, изображения, аудио- и видеопотоки) гораздо больше обратного потока (запросы к сайтам). Наибольшее распространение получила асимметричная технология ADSL (AsymmetricDigitalSubscriberLine), где скорость к абоненту (downstream) достигает 6,1 Мбит в секунду, а от абонента 16–640 Кбит в секунду. Реально достижимая скорость связана с длиной абонентской линии и ее качеством. Для Москвы лидером в области предоставления услуг цифровой модемной связи является ОАО «Московская городская телефонная сеть» (МГТС) реализующая современные ADSL-модемы и предоставляющая доступ к сети Internet через телефонные каналы связи. Подключение к МГТС обеспечивает следующие преимущества: · Высокоскоростной доступ в Internet. Возможность быстро перекачивать большие объемы информации, работать с мультимедиа, участвовать в видеоконференциях и т.д. · Свободный телефон. Возможность одновременно работать в сети Internet и разговаривать по телефону. При этом качество телефонной связи остается неизменным. · Постоянный доступ. Не требуется дозваниваться до модемного пула провайдера. Подключение к сети Internet 24 часа в сутки. · Кредитная система оплаты. В соответствии с выбранным тарифным планом платежи вносятся по факту предоставления услуги. · Интернет-сервисы. Установив интернет-канал МГТС, дополнительно предоставляется доступ к личному кабинету, музыкальным и видео ресурсам, онлайн-играм и другим сервисам. · Надежность соединения. Надежность работы интернет-канала МГТС обеспечивается современной технологией доступа в Internet (ADSL) и круглосуточной технической поддержкой. · Удобная оплата услуг. Клиент получает единый счет от МГТС куда включены оплата услуг телефонной связи и доступа к сети Internet. Как мы видим, цифровые модемы обладают рядом несомненных преимуществ, и их использование составляет серьезную конкуренцию доступу в Internet по локальной сети через витую пару. Рассмотрим модели некоторых внешних ADSL модемов, популярных на российском рынке.  Рис. 49. Модем D-Link DSL-2640U Модем D-Link DSL-2640U (рис. 49). Внешний ADSL-модем, Ethernet-порты, возможность создания точки доступа Wi-Fi (поддержка стандарта 802.11g, максимальная скорость беспроводного соединения 54 Мбит/с), встроенный маршрутизатор, поддерживает «Домашнее телевидение МТС». Использует встроенные протоколы защиты информации WEP, WPA, WPA2, 802.1x.  Рис. 50. Модем ASUS WL-AM604g Модем ASUS WL-AM604g. (рис. 50). Внешний ADSL-модем, Ethernet-порты, возможность создания точки доступа Wi-Fi (поддержка стандарта 802.11g, максимальная скорость беспроводного соединения 54 Мбит/с), встроенный маршрутизатор. Использует встроенные протоколы защиты информации WEP, WPA, WPA2, 802.1x. Съемная внешняя антенна. Вопросы для самопроверки: 1. Какие вы знаете типы кабелей, используемых в ЛВС? 2. Что означает название устройства коммуникации – «модем»? 3. Какие вы знаете виды исполнения аналоговых модемов? 4. Какие вы знаете типы аналоговых модемов? 5. Почему для аналоговых модемов, используемых на российских телефонных линиях, важны дополнительные характеристики? 6. Какие модели аналоговых модемов наиболее распространены на отечественном рынке? 7. В чем состоит принцип работы цифровых модемов? 8. Какие вы знаете преимущества цифровых модемов? 9. Какая компания и почему является лидером в городе Москве по предоставлению доступа в Internet через каналы телефонной связи? Напишите небольшое эссе (объемом в 2-3 страницы) по одному из перечисленных ниже вопросов: 1. Выбор между витой парой, коаксиальным и волоконно-оптическим кабелем при создании ЛВС. 2. Классификация модемов по исполнению. 3. Классификация модемов по типам. 4. Алгоритм работы аналогового модема. 5. Скоростные режимы аналоговых и цифровых модемов. 6. Описание и назначение стандартов модемов. 7. Специфика покупки модема в России. На что следует обратить внимание и почему. 8. Принцип работы xDSL. 9. Сравнение технологии частотного разделения каналов (FDM) и ассиметричной технологии (ADSL). 10. Сети и модемы 3G. Литература по теме: Основная литература: 1. Аппаратное обеспечение вычислительных систем / Д.В. Денисов, В.А. Артюхин, М. Ф. Седненков; под ред. Д.В. Денисова. – М.: Маркет ДС, 2010 – 184 с. (Университетская серия). Дополнительная литература: 1. Аппаратные средства PC. Колисниченко О. В., BHV-CПб – 2010, 800 стр. 2. Архитектура ЭВМ и систем. Бройдо В. Л., Питер - 2009, 720 стр. 3. Вычислительная техника: учеб. пособие. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 608 с.: ил. – (Профессиональное образование). Глава 4, п.п. 4.5 (стр. 381-400), п.п. 4.6 (стр. 400-409). Видеоролики: 1. Видеообзор Wi-Fi роутера Asus RT-N16 // http://www.youtube.com/watch?v=Pi6LvDZntvU&list=UUWh80699S3B3fpueY_M2wMw&index=19&feature=plcp. 2. Видеообзор Wi-Fi роутера Asus WL-520GU // http://www.youtube.com/watch?v=cyU_06ZdNas&list=UUWh80699S3B3fpueY_M2wMw&index=20&feature=plcp. 3. Видеообзор HD Media Player Dune HD TV-101w // http://www.youtube.com/watch?v=JMTP6W6fCMw&list=UUWh80699S3B3fpueY_M2wMw&index=8&feature=plcp. Практические задания: Задание 1. Подберите модель модема по следующим параметрам: 1. Протокол передачи данных V.92. 2. Протокол коррекции ошибок V.42. 3. Протоколы сжатия данных V.42bis. 4. Fax-модем. 5. USB –интерфейс. 6. Голосовой модем. Задание 2. Дано описание модема по прайс-листу: Внешний ADSL модем, маршрутизатор, ADSL2+: 24/1 Мбит/сек., WiFi: 54 Мбит/сек, ITU 992.1-992.5, WAN: PPPoA, PPPoE, Static IP, DHCP, IEEE802.11D, IPRIPv2, StaticIP, DHCP, NAPT/NAT, ICMP, RJ-45 LAN, AcorpElectronics. Проведите описание технических параметров (спецификации) данного модема. Задание 3. Дано описание модема по прайс-листу: Внешний ADSL модем, маршрутизатор, межсетевой экран, беспроводная точка доступа, ADSL2+: 24 Мбит/сек., WiFi: до 300 Мбит/сек., ANSIT1.413 issue 2, ITU-TG.992.1 AnnexA (G.dmt), ITU-TG.992.2 (G.lite), IEEE 802.3, IEEE802.3u, IEEE 802.11b, 802.11g, 802.11n, RJ-45 LAN, WiFi 802.11b/g/n, ASUSTeKComputerInc. Проведите описание технических параметров (спецификации) данного модема. Задание 4. Укажите виды исполнения аналоговых модемов: 1. _____________________________________________________________; 2. _____________________________________________________________; 3. _____________________________________________________________; 4. _____________________________________________________________; 5. _____________________________________________________________. Задание 5. Вы покупаете аналоговый модем. На какие его характеристики, кроме вида исполнения и поддерживаемых протоколов, следует обратить внимание, учитывая специфику отечественных телефонных линий? |