Глава 4. Каналы и линии связи

 

Под каналом связи в общем случае понимается совокупность линий связи и устройств, обеспечивающих передачу сигналов с определенными свойствами от одного пункта к другому. Линия связи является частью канала связи, по которой осуществляется похождение электромагнитных колебаний от передающего узла к приемному устройству. Кроме линий связи, в состав канала обязательно входит оборудование, установленное на промежуточных и оконечных пунктах. При этом в зависимости от рассматриваемой задачи одни и те же оконечные устройства могут быть отнесены либо к каналу связи, либо к приемо-передающему оборудованию. Линии связи могут также использовать промежуточную аппаратуру, которая выполняет две функции: усиливает сигналы и обеспечивает постоянную коммутацию между абонентами линии.

Каналы связи классифицируются:

1. По используемым линиям связи на:

· кабельные,

· радиорелейные,

· спутниковые,

· коротковолновые,

· ультракоротковолновые и т.д.

2. По техническому характеру сигналов и назначению систем связи на:

· телефонные,

· телевизионные,

· телеграфные,

· передачи данных (цифровой информации, телеметрические, телекомандные и т.д.).

Наиболее распространенным каналом связи является канал, обеспечивающий передачу речевых сигналов. Такой канал называется каналом тональной частоты (ТЧ). Определим канал ТЧ как совокупность технических средств, обеспечивающую передачу сигналов электросвязи в полосе частот от 300 до 3400 Гц. По каналу ТЧ передаются телефонные сигналы, сигналы телеграфии, факсимильной связи, а также систем передачи данных. Для передачи мультимедийных сигналов канал ТЧ непригоден, так как полоса пропускания частот слишком узкая. Для решения данной проблемы организуются специальные каналы путем объединения множества каналов ТЧ и создания групповых трактов, на основе которых создаются широкополосные проводные каналы. Создание широкополосных каналов беспроводной связи строится на других принципах.

Для передачи электромагнитных сигналов используются проводные или беспроводные каналы. Проводные каналы строятся на базе проводных и кабельных линий связи, к которым относятся телефонные и телеграфные провода, медные коаксиальные кабели, медные витые пары, волноводы, волоконно-оптические кабели. Беспроводные каналы строятся на базе радиорелейных линий связи, линий связи транковой радиосети, спутниковой связи, сотовой связи, радиосвязи СВЧ и микроволнового диапазона, оптической связи инфракрасного и видимого диапазона излучения.

Характеристики сетей

 

К основным характеристикам сети относятся:

1. Время реакции ­- определяется как время между возникновением запроса к сетевому сервису и получением ответа на него;

2. Пропускная способность - отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени;

3. Задержка передачи - равна интервалу между моментом поступления пакета на вход сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства;

4. Расширяемость - возможность добавления элементов сети, наращивания длины сегментов сети и замены аппаратуры связи;

5. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность линий связи без ухудшения производительности сети и качества передачи информации;

6. Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали внутреннего устройства;

7. Управляемость - возможность контролировать состояние элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети;

8. Совместимость означает, что сеть способна включать в себя разнообразное программное и аппаратное обеспечение;

9. Надежность – определяется по следующим коэффициентам:

- коэффициенту готовности, который означает долю времени, в течение которого система может быть готова к использованию;

- коэффициенту безопасности -способности системы к защите данных от несанкционированного доступа;

- коэффициенту отказоустойчивости - способности системы работать в условиях отказа части ее элементов.

Еще одной характеристикой сети является ее топология, которая может быть представлена в виде графа, вершинам которого соответствуют узлы сети, а ребрам - связи между ними.

Первичные и вторичные сети

 

Каналы связи образуют местные, региональные и магистральные первичные сети каналов. Первичная сеть представляет совокупность сетевых узлов и каналов связи, включающих каналообразующую аппаратуру и линии связи разной физической природы, и образует сеть каналов передачи информации и групповых трактов.

Сетевые узлы организуются на пересечении нескольких линий связи, где устанавливается каналообразующая, уплотняющая и коммутирующая аппаратура систем передачи и осуществляется переключение каналов, принадлежащих разным системам передачи информации. Доступ пользователей осуществляется на оконечных сетевых узлах первичной сети. Каналы первичной сети служат базой для построения вторичных сетей, которые подразделяются по виду передаваемой информации на: телефонные сети общего пользования, телеграфные сети, сети передачи данных и т.д. Назначением вторичных сетей является доставка информации определенного вида. Для построения вторичных сетей используются коммутируемые и выделенные каналы связи.

Способы коммутации в сетях

По способу коммутации вторичные сети делятся на сети с долговременной (кроссовой) коммутацией и сети с оперативной коммутацией. В сетях с оперативной коммутацией в узлах коммутации реализуется возможность определения назначения сообщения и пути дальнейшей его передачи. Эту функцию выполняет оборудование оперативной коммутации. Вторичные сети с оперативной коммутацией делятся по способу коммутации на:

- сети с коммутацией каналов;

- сети с коммутацией сообщений;

- сети с коммутацией пакетов.

В сетях первого типа на узел коммутации сначала посылается требование или запрос на передачу сообщения. На основе его анализа определяется путь передачи сообщения и с помощью коммутационного оборудования узла кроссируется канал вызывающего абонента с вызываемым. Типичным примером является телефонная сеть общего пользования.

В сетях с коммутацией сообщений сначала готовится сообщение для передачи в формализованном виде. В сообщение добавляется служебная часть, включающая сведения, необходимые для передачи сообщения по назначению (адрес назначения, адрес отправителя, категория сообщения и т.д.). Затем оно передается на ближайший узел коммутации. Далее сообщение передается от узла коммутации до следующего до тех пор, пока оно не достигнет адресата. Заранее создавать соединение не требуется. Примером данной технологии является передача телеграмм. Способ имеет три недостатка. Во-первых, передача сообщения прекращается при поломке узла коммутации, так как все потоки информации проходят через него. Второй недостаток состоит в том, что коммутатор сообщений является «узким» местом с ограниченной пропускной способностью и временем обслуживания. В-третьих, коммутация сообщений не использует каналы передачи данных эффективностью первого и третьего способов.

В сетях с коммутацией пакетовсообщение вместе со служебной и адресной информацией передается на ближайший узел коммутации пакетов. Далее схема передачи аналогична предыдущему. Однако, сообщение разделяется на блоки определенной длины - пакеты, каждый из которых снабжается служебной информацией, необходимой для доставки его по назначению. Особенностью технологии является поэтапная передача не всего сообщения целиком, а отдельных пакетов. Это приводит к сокращению времени доставки сообщения адресату и повышению надежности. Пакетная коммутация хорошо работает с потоками данных, поскольку многие устройства передают потоки данных порциями. Данные передаются в канал, который далее свободен, пока пользователь терминала вводит данные или пока продолжается пауза в работе пользователя. Одной из концепций коммутации пакетов является одновременное существование многих передач от нескольких терминалов в канале. В современных сетях передачи данных в основном применяются первый и третий способы. Приведен их сравнительный анализ.

1. При коммутации каналов создается линия, пропускная способность которой полностью резервируется за двумя абонентами, вне зависимости от того, какая пропускная способность реально требуется. При коммутации пакетов физическая линия может быть использована пакетами от множества абонентов.

2. При коммутации каналов гарантировано, что все данные поступят абоненту в том порядке, в каком их послали. При коммутации пакетов из-за ошибок маршрутизации пакеты могут быть направлены не по назначению, причем порядок их поступления абоненту не гарантируется.

3. Коммутация каналов абсолютно прозрачна для абонентов. Они могут пересылать данные в любой кодировке и формате. При коммутации пакетов формат и способ кодировки пакетов задается заранее.

4. При коммутации пакетов плата берется за время соединения и число переданных пакетов. При коммутации каналов плата берется исключительно за время и длину соединения.