tanenbaum_seti_all.pages (525408), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Чем больше становился код, тем сложнее становились схемы маршрутизации, которые должны были обеспечить нормальную работу системы. Компьютер Провайдер 2 Ма~истраль средней пропускной способности (цифровая, оптоволокна) Местная линия (аналоговая, витая пара) Цифровая линия Междугородная станция До 10 000 местных линий Кодак Модем Группа модемов Ф Междугородная станция Междугородная станция Кодек Оконечнея станция Магистраль высокой пропускной способности (цифровая, оптоволокно] Провайдер 1 Рио. 2.19. Одновременное использование аналоговой и цифровой связи для соединения компьютеров. Преобрезоввния осуществляются модемами и кодеками Начнем с той части телефонной системы, с которой большинство людей знакомы очень хорошо.
Итак, имеется двухпроводная линна, илущая от оконечной телефонной станции в дома и небольшие организации. Эта часть называется ииог- наблюдает за экспериментами, проволящимися в Соединенных Штатах, и если их результаты оказываются положительными, то многие страны перенимают опыт. Если же результаты оставляют желать лучшего, то каждая страна пробует сле- лать что-то свое, Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 157 да последней милей, хотя длина местной линии на местности может составлять и несколько миль.
На этом отрезке вот уже более 100 лет используется аналоговая связь, и похоже, что в ближайшие и лет ситуация не изменится (в основном из-за высокой стоимости перехода на цифровые линии). Тем не менее даже в этом последнем оплоте аналоговой связи мало-помалу происходят изменения В данном разделе мы рассмотрим как традиционный подход к построению местных линий, так и новые тенденции, наблюдающиеся в этой области. Особое внимание уделим обмену данными при помощи домашних компьютеров.
Если компьютер желает отправить цифровые данные по аналоговой телефонной линии, то эти данные должны быть вначале преобразованы в аналоговые для передачи по местной линии. Преобразованием занимается устройство под названием модем, который мы вкратце изучим чуть позже. На оконечной станции телефонной компании данные вновь преобразуются в цифровые и отправляются по магистральному каналу. Если на противоположном конце линии находится компьютер с модемом, то необходимо снова преобразовать сигнал из цифрового в аналоговый, чтобы он смог преодолеть «последнюю милю» и дойти до места назначения, Подобное решение изображено на рис. 2.19: у Провайдера 1 имеется набор модемов, каждый из которых подключен к своей местной линии связи. Этот провайдер может обрабатывать одновременно столько звонков, сколько модемов установлено на его сервере (предполагается, что вычислительных мощностей ему при этом хватает).
Такой принцип работал до появления модемов со скоростью 56 Кбит/с. Скоро мы узнаем, что произошло дальше и почему. Аналоговый сигнал представляет собой меняющееся во времени напряжение, с помощью которого и передается поток данных. Если бы среда передачи была идеальной, приемник получал бы сигнал, в точности повторяющий исходный. Но, к сожалению, таких сред в природе не существует, поэтому приходящий сигнал всегда несколько искажен относительно сигнала, передаваемого в линию отправителем. Если при этом речь идет о цифровых данных, то такие искажения могут привести к серьезным ошибкам.
Линии передачи всегда страдают от трех напастей — затухания, искажения из-за задержек, а также шума. Затухание, нли ослабление, сигнала — зто потеря энергии сигналом по мере его распространения по каналу. Затухание выражается в децибелах на километр. Степень ослабления сигнала зависит от его частоты. Чтобы понять степень этой частотной зависимости, представьте себе сигнал в виде суммы гармоник ряда Фурье. Каждая гармоника ослабляется в различной степени, в результате чего приемник получает искаженный спектр сигнала. Более того, разные гармоники ряда Фурье распространяются в среде передачи данных с разными скоростями. Это ведет к искажению сигнала, получаемого приемником.
Еще одной проблемой является шум, то есть нежелательная энергия от посторонних источников, примешиваюшаяся к энергии передаваемого сигнала. Термальный (тепловой) шум в электрическом проводе присутствует всегда — он вызван случайным тепловым движением электронов, и от него избавиться невозможно. Перекрестные помехи вызваны индукцией, возникающей между двумя близко расположенными проводами. Иногда во время телефонного разговора мож- 169 Глава 2.
Физический УРоВень ио услышать какой-то чужой разговор. Это и есть перекрестная помеха. Наконец, существует импульсный шум, вызванный скачками напряжения и другими случайными причинами. В случае цифровых данных импульсный шум может повредить несколько бит передаваемых данных. МОДЕМЫ Поскольку, как было отмечено ранее, ослабление и скорость распространения сигнала зависят от частоты, то было бы очень нежелательно иметь широкий спектр частот передаваемого сигнала К сожалению, последовательности прямоугольных импульсов, соответствующие цифровому сигналу, имеют широкий спектр частот.
следовательно, подвергаются значительному затуханию и искажению, Эти эффекты делают невозможной передачу в исходном диапазоне (при постоянном токе). Исключение может составлять только передача на малое расстояние при невысокой скорости. Для решения этой проблемы вместо постоянного тока для передачи данных, особенно по телефонным линиям, применяется переменный ток. Непрерывный сигнал на частоте от 1000 до 2000 Гц называется синусоидальной несущей частотой. Амплитуда, частота и фаза несущей могут изменяться (модулироваться) для передачи информации. Прн амплитудной модуляции используются две различные амплитуды сигнала, соответствующие значениям нуля и единицы. При частотной модуляции, называемой также частотной манипуляцией (термин «манипуляция» широко используется в качестве синонима «модуляцниь), для передачи цифрового сигнала используется несколько различных частот. При простейшей фазовой модуляции применяется сдвиг фазы несущей частоты на 180' через определенные интервалы времени.
Улучшенным вариантом фазовой модуляции является сдвиг фазы на постоянный угол, например, на 45, 135, 225 или 315 для передачи 2 бит информации за один временной интервал. Можно также изменять фазу по окончании интервалов, что позволяет приемнику более четко распознать их границы. На рис. 2.20 показаны три формы модуляции. Рисунок 2.20, б дает представление о том, как выглядит исходный сигнал при амплитудной модуляции. Амплитуда его либо ненулевая, либо равна нулю. На рнс. 2.20, в показано, что тот же исходный сигнал кодируется двумя разными частотами.
Наконец, из рнс. 2.20, г видно, что два состояния кодируются наличием либо отсутствием фазового сдвига на границе каждого бита. Устройство, принимзющее последовательный поток битов и преобразующее его в выходной сигнал, модулируемый одним нли несколькими из приведенных способов, а также выполняющий обратное преобразование, называется модемом (сокращение от «модулятор-демодуляторь). Модем устанавливается между (цифРовым) компьютером и (анзлоговой) телефонной линией.
Добиться увеличения скорости простым увеличением частоты дискретизации невозможно. Теорема Найквнста утверждает, что даже при наличии идеального канала с частотой 3000 Гц (каковым телефонная линия не является) невозможно передавать отсчеты сигнала чаще, чем с частотой 6000 Гц, На практике большинство модемов делают 2400 отсчетов в секунду н стремятся не к повышению этого значения, а к повышению числа бит на отсчет.
Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 169 Число отсчетов (сэмплоа) в секунду измеряется в бодах. За каждый бод передается один символ. Таким образом, линия, работающая со скоростью и бод, передает и символов в секунду, Например, линия со скоростью 2400 бод отправляет 1 символ за 416,667 мкс. Если символ состоит из двух состояний линии (к примеру, 0 В означает логический ноль, 1 В означает логическую единицу), то битовая скорость составляет 2400 бит/с. Если же используются четыре уровня напряжений (например, О, 1, 2, 3), тогда каждый символ будет состоять уже из двух бит, поэтому та же самая линия на 2400 бод сможет передавать все те же 2400 символов в секунду, но уже с битовой скоростью 4800 бит/с. Аналогично, можно задать четыре степени фазового сдвига вместо двух, тогда и модулированный сигнал будет кодировать один символ двумя битами, а битовая скорость, опять же, будет в два раза выше.
Такой метод применяется очень широко и называется квадратурной фазовой манипуляцией, АРИК ((4цаг(гагате РЬазе БЬЖ Кеу(пя). О 1 О 1 1 О О 1 О О 1 О О ~Ч7~УП1 УЛТП7Т1 Изменения фазы )зио. 2.20. двоичный сигнал (в); амплитудная модуляция (б); частотная модуляция (в); фззовзя модуляция(г) Понятия полосы пропускания, бода, символа и битовой скорости часто пугают, поэтому сейчас необходимо поставить все на свои места и четко определить. 160 Глава 2.физический уровень 9О 90 90 16О О 16О О 16О 270 а 27О а 270 б рис 2.21. ОРЭК (а); ОАМ-16 (б); ОАМ-64 (а) Диаграммы, показывающие допустимые комбинации амплитуд и фаз (как на рис.
2.21), называются амплитудно-фазовыми диаграммами (диаграммами со- Полосой л)топускания среды называется диапазон частот, которые могут передаваться в этой среде с минимальным затуханием, Это физическое свойство материала. Полоса варьируется обычно от 0 до какого-то максимального значения и измеряется в герцах (Гц). Скорость двоичной передачи, Ьаид гаге (а бодах) — это число отсчетов, совершаемых за одну секунду. Каждыи отсчет передает единицу информации, то есть символ. Таким образом, скорость двоичной передачи равна скорости передачи символов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
