Сети передачи данных предназначены для оказания услуг по связи и передаче информации, различаются типами связи, каналами связи, средой реализации связи, скоростью передачи (пропускной способностью).
Рассмотрим некоторые основные понятия из сферы коммуникационных сетей и систем (рис. 1.7).
Рис. 1.7.Совокупность сетей и служб связи
Передача данных (ПД) - это вид электросвязи, обеспечивающий обмен сообщениями между прикладными процессами пользователей (ППП),удаленных ЭВМ с целью обработки вычислительными средствами. Сеть ПД - организационно-техническая структура, состоящая из узлов коммутации и каналов связи, соединяющих узлы связи между собой и с оконечным оборудованием, предназначена для передачи данных между разнесенными точками.
Служба передачи данных - организационно-техническая структура, базирующаяся на сети данных или передачи данных, включающая оконечное оборудование данных и предоставляющая пользователям услуги передачи данных.
Документальная электросвязь - сюда относятся виды электросвязи (кроме телефонии и телевидения), предназначенные для передачи сообщений в виде документов (буквенно-цифровые тексты, чертежи, рисунки, фото).
Виды электросвязи делятся на две группы по методам передачи сообщений:
· кодовые (телеграфная связь и передача данных - ПД); при передаче осуществляется посимвольное кодирование;
· факсимильные (передача изображений документов).
Телеграфная связь - традиционный метод передачи без специальных мер по повышению достоверности (без защиты от ошибок). Она обеспечивается по сетям: телефонной сети общего пользования, телеграфной и телексной (международной).
ПД - электросвязь с защитой от ошибокпредназначена для передачи информации с целью ее последующей обработки в ЭВМ. Она обеспечивает связь человека (пользователя) с ЭВМ и межмашинную связь в различных АСУ и сетях ЭВМ.
Скорость передачи сигналов:
· при телеграфной связи 50-200 бод (бит/с);
· при ПД до 200 бод - низкоскоростная, до 9600 бод - среднескоростная, сотни килобод - высокоскоростная.
Типовые скорости ПД по телефонным каналам:
· коммутируемым - 300, 600, 1200 бит/с;
· выделенным - 2400, 4800 бит/с.
Канал передачи - это комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигнала электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями и узлами, а также между ними и оконечным устройством первичной сети.
При обмене данными по каналам используются три метода передачи данных:
· полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
· дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи - асинхронная и синхронная.
Асинхронная передача - здесь каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 1.8, а, см. также рис. 3.1).
Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности равен 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0, в противном случае. Последний бит «стоп бит» сигнализирует об окончании передачи.
Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.
Рис. 1.8.Асинхронная (а) и синхронная (б) передача дань
Недостатки: часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.
Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными (см. ниже - Xmodem, Zmodem, MNP).
Синхронная передача. При использовании синхронного метода данные передаются блоками (рис. 1.8, б). Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC - Cyclic Redundance Check). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность принятой информации.
Преимущества: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.
Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и, соответственно, более дорогое.
Пакеты данных. Всетях и системах передачи довольно редко передача данных осуществляется отдельными символами (байтами), чаще - пакетами (кадрами, фреймами) определенного формата. Форматы представления данных могут различаться по следующим признакам:
· порядок следования битов и размерность символа в битах;
· порядок следования байтов;
· представление и кодировка символов;
· структура и синтаксис файлов.
На рис. 1.9 приводится пример пакета данных формата IEEE 802.3, принятого в сетях Ethernet.
Компрессия или упаковка данных сокращает время передачи данных. Кодирование передаваемой информации обеспечивает защиту ее от перехвата.
Рис. 1.9. Формат кадра (фрейма) IEEE 802.3
Линия передачи - среда распространения сигналов (проводные, радио, и др.).
Каналу передачи присваивается название «аналоговый» или «цифровой» в зависимости от методов передачи сигналов электросвязи. Если на разных участках канала применяется тот и другой методы, канал передачи называется смешанным.
Канал тональной частоты (ТЧ) является основным типовым аналоговым каналом, другие типы каналов образуются путем объединения определенного числа каналов ТЧ. В качестве основного типового канала принят канал с эффективно передаваемой полосой частот 300-3400 Гц, соответствующий ширине полосы частот телефонного сигнала. Параметры канала выбраны так, чтобы по нему можно было передавать факсимильные и телеграфные сигналы и сигналы передачи данных со скоростью до 9600 бод включительно.
В основе номенклатуры цифровых каналов лежит цифровой канал со скоростью передачи сигналов 64 Кбит/с, аналогичный каналу ТЧ.
Совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи в полосе частот (или со скоростью передачи нормированной группы каналов ТЧ в пределах одной или нескольких систем передачи) представляет собой групповой тракт первичной сети.
Первичная сеть связи. Комплекс типовых каналов, групповых трактов и узлов образует первичную сеть связи, на базе которой организуются вторичные, предназначенные для передачи определенных видов информации или обслуживания некоторой группы потребителей и включающие совокупность оконечных устройств, коммутационных устройств и каналов передачи, выделенных из первичной сети.
Линия передачи первичной сети представляет собой совокупность физических цепей и линейных трактов однотипных или разнотипных систем передачи, имеющих общую среду распространения, линейные сооружения и устройства их обслуживания.
Система передачи - это совокупность технических средств, обеспечивающих образование линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов передачи первичной сети. По способу передачи сигналов они могут быть с временным, частотным и другим разделением каналов, а по среде их распространения - проводными, радио и т. д.
Вторичные сети связи организуются на базе каналов первичной сети связи, причем каждая из вторичных сетей представляет собой совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных абонентских устройств и каналов вторичной сети. В зависимости от вида электросвязи вторичные сети делятся на сети телефонной, телеграфной, факсимильной связи, передачи данных, передачи газет, звукового вещания и телевизионного вещания.
Общей тенденцией в настоящее время является объединение существующих информационных и коммуникационных (сетевых) систем, с точки зрения как их производства, так и использования. Основой этого является создание и развитие цифровых систем с интеграцией служб связи, в которых через унифицированные цифровые интерфейсы обеспечивается передача сигналов и сообщений (информации) любого вида.
Телематические службы связи на базе скоростных линий и систем передач включают телетекс, телефакс, датафакс, бюро-факс, видеотекс, телетекст, а также электронный обмен данными в стандарте EDIFACT и другие услуги связи.
Телетекс - передача буквенно-цифровых сообщений по абонентскому принципу.
Телефакс - передача неподвижных изображений по каналам электросвязи по абонентскому принципу. Работает по телефонной сети ОП. Объем сообщений, необходимый для передачи оригинала, при телефаксной передаче в 100 раз больше, чем при телетексной.
Датафакс - то же, что телефакс, но работает по сетям ПД. Бюрофакс - терминальные устройства устанавливаются в отделениях связи.
Три последних вида используют одинаковый - факсимильный - способ передачи сигналов в цифровой форме, а все четыре вышеуказанных вида являются системами и устройствами ПД для производственных нужд. Для повседневных (домашних) нужд используются справочные системы электросвязи с выводом на экраны бытовых телевизоров: видеотекс ителетекст.
Видеотекс - справочная связь, передается по телефонной сети на телевизор адресата (по номеру телефона). Эта система может быть использована в справочной системе электросвязи ивЭП.
Телетекст - справочное телевещание. Эта система передает буквенно-цифровую информацию на экраны бытовых телевизоров по сети вещания всем абонентам ТВ-сети в одностороннем циркулярном режиме.
Электронный обмен данными (ЭОД - EDI) - более сложная информационная система, где, кроме передачи текстовых сообщений, производится межмашинный обмен деловой информацией в стандартизированном формате между торговыми партнерами, т. е. технология, меняющая принципы организации бизнеса. Современные системы ЭОД предполагают наличие систем электронных платежей, обработки финансовых документов, приема заказов и управления производственными запасами. Характерными для ЭОД являются системы электронной организации торговли.
Известны следующие разновидности сетей передачи данных:
· сети выделенных каналов - постоянно действующая связь, базирующаяся на физическом выделении и закреплении за абонентами линейного ресурса (проводная пара, квант времени, частотный поддиапазон);
· сети коммутации каналов - выделение ресурса на время соединения;
· сети коммутации пакетов - применение средств сборки-разборки пакетов, на которые разбивается всякий информационный поток и которые независимо перемещаются в совокупности каналов передачи.
Перечислим вкратце некоторые сети передачи данных.
Сети выделенной связи. Единая сеть цифровой связи (ФРГ, Великобритания - ISDN, Франция - RNIS, NUMERIS). Сеть обеспечивает передачу всех видов информации - звуковой, изобразительной, текстовой - и интегрирует различные виды коммуникационных и информационных систем - телефон, факсимильная связь, радио, телевидение, видеотекс и т. д. Через одно присоединение к ISDN абонент может одновренно установить две-три связи для передачи речи, текста, изображений и данных. Несколько оконечных аппаратов, подключенных в учреждении к общему присоединению ISDN, могут связываться между собой без помощи местного коммутатора.
Появляется впервые во Франции в декабре 1987 г. К концу 1988 г. к NUMERIS были подключены 300 абонентов. В 1989 г. NUMERIS охватила крупные города (Париж, Ренн, Лилль, Лион, Марсель), и возможности доступа были расширены с основной структуры (суммарная пропускная способность 144 Кбит/с) до первичной структуры доступа (2 Мбит). Это позволило подключить к NUMERIS крупные частные АТС, большие (хост) ЭВМ и сервисные центры. С 1995 г. происходит переход на оптические линии связи и реализация широкополосной RNIS (IBC), или RNIS 2-го поколения (RNIS 2G).
В ФРГISDN функционирует с 1988 г. В рамках ISDN реализуется телефонизация с полосой частот до 3,4 тыс. Гц и службы связи со скоростью обмена 64 Кбит/с - факсимильная связь, телетекс, видеотекс, цифровая связь и т. п. Из традиционных устройств к ISDN подключаются факсимильные аппараты, терминалы сетей Datex-L и Datex-P, видеотексные адаптеры. С 1991 г. ISDN получает прямой доступ к сети пакетной связи Transpac.
Сети коммутации каналов. ФРГ - Datex-L 300 со скоростью 300 бод, или 37 знаков/с, аналоговый синхронный канал Datex-L производительностью 300-64 000 бит/с. Сеть передачи данных общего пользования DATEX-J (J - аббревиатура, означающая Jedermann - «для каждого»), созданная в начале 1993 г., привлекла к себе внимание массового пользователя, о чем свидетельствует скачкообразный рост числа пользователей с момента введения сети в эксплуатацию. Ежемесячное количество вызовов достигает 10 млн.
Сети коммутации пакетов:
а) национальные:
· TRANSPAC (фирма France Telecom). Сеть Transpac имела в 1987 г. 43,5 тыс. пунктов доступа, их число возрастает на 10 тыс. ежегодно. С европейской стороны ее обеспечивают спутники связи Telecom. С июня 1992 г. стала возможна организация частных сетей передачи данных со скоростью 256 Кбит/с, а в конце 1992 г. - до 2 Мбит/с. Тарифы на передачу 1 Мбайт информации новой службой сети Transpac зависят от расстояния и времени сеанса связи, причем они ниже, чем при передаче по каналам 64 Кбит/с;
· DATEX-P - сеть передачи данных в пакетном режиме, принадлежащая почтовому ведомству ФРГ, работает в промышленном режиме с 1981 г. Первоначально сеть была рассчитана максимально на 13 тыс. абонентов. К осени 1988 г. она была расширена с таким расчетом, чтобы обесечивать в среднем 36 тыс. соединений. В настоящее время сеть DATEX-P может обеспечить своим абонентам соединение более чем с 70 зарубежными сетями передачи данных. Передача осуществляется пакетами по 128 знаков, скорость 110-48 000 бит/с.
· SCANET (страны скандинавского региона) - первая в Европе сеть коммутации пакетов, связанная с EURONET, TYMNET и др.;
· DATAPAK (Финляндия) - национальная сеть передачи данных;
· российские сети - ведомственные «Академсеть» и ИАСНЕТ, коммерческие «Исток-К», «СОВПАК», SOVAM TELEPORT и пр.;
б) международные:
· TELENET, DIALNET (сеть службы Dialog), PSS, DATANET, TYMNET, TELEPAC.
Система коммутации. Распределение потоков сообщений с целью доставки каждого сообщения по адресу осуществляется на узлах коммутации (УК) с помощью коммутационных устройств. Система распределений потоков сообщений в УК получила название системы коммутации.
Под коммутацией в сетях передачи данных имеется в виду совокупность операций, обеспечивающих в узлах коммутации передачу информации между входными и выходными устройствами в соответствии с указанным адресом. При коммутации с накоплением (КН) абонент имеет постоянную прямую связь со своим УК и передает на него информацию. Затем эта информация передается через узлы коммутации другим абонентам, причем в случае занятости исходящих каналов информация запоминается в узлах и передается по мере освобождения каналов в нужном направлении.
