Большинство современных компьютеров подключаются к компьютерным сетям, из которых наиболее распространен Интернет. Для доступа к подобного рода сетям требуется специальное оборудование.
Модемы.С ростом количества компьютеров в последние годы возникла необходимость связать их между собой. Например, можно связать свой домашний компьютер с компьютером на работе, с поставщиком услуг Интернета или банковской системой. Для обеспечения такой связи часто используется телефонная линия.
Однако обычная телефонная линия (равно как и кабель) плохо подходит для передачи компьютерных сигналов, в которых 0 обычно соответствует нулевому напряжению, а 1 – напряжению от 3 до 5 вольт (рисунок а). Двухуровневые сигналы во время передачи по телефонной линии, которая предназначена для передачи голоса, подвергаются сильным искажениям, ведущим к ошибкам в передаче. Тем не менее синусоидальный сигнал с частотой от 1000 до 2000 Гц, который называется несущим,может передаваться с относительно небольшими искажениями, и это свойство используется при передаче данных в большинстве телекоммуникационных систем.
Поскольку форма синусоидальной волны полностью предсказуема, она не несет никакой информации. Однако изменяя амплитуду, частоту или фазу, можно передавать последовательность нулей и единиц, как показано на рис. 2.33. Этот процесс называется модуляцией. При амплитудной модуляциииспользуются 2 уровня напряжения для 0 и 1, соответственно (рис. б). Если цифровые данные передаются с очень низкой скоростью, то при передаче 1 слышен громкий шум, а при передаче 0 шум отсутствует.
При частотной модуляцииуровень напряжения не меняется, но частоты несущего сигнала для 1 и 0 различаются (рис. в). В этом случае при передаче цифровых данных можно услышать два тона: один из них соответствует 0, а другой – 1. Частотную модуляцию иногда называют частотной манипуляцией.
При простой фазовой модуляцииамплитуда и частота сохраняются на одном уровне, а фаза несущего сигнала меняется на 180°, когда данные меняются с 0 на 1 или с 1 на 0 (рисунок г). В более сложных системах фазовой модуляции в начале каждого неделимого временного отрезка фаза несущего сигнала резко сдвигается на 45, 135, 225 или 315°, чтобы передавать 2 бита за один временной отрезок. Это называется дибитной фазовой кодировкой.Например, сдвиг по фазе на 45° представляет 00, на 135° – 01 и т. д. Существуют системы для передачи трех и более битов за один временной отрезок. Число таких временных интервалов (то есть число потенциальных изменений сигнала в секунду) называется скоростью в бодах.При передаче двух или более битов за 1 временной отрезок скорость передачи битов будет превышать скорость в бодах.Отметим, что термины «бод» и «бит» в этом контексте часто путают.
Современные модемы передают данные со скоростями от 28 800 бит/с до 57 600 бит/с, что обычно соответствует более низкой скорости в бодах. Они сочетают разные технологии для передачи нескольких битов за 1 бод, модулируя амплитуду, частоту и фазу. Почти все современные модемы являются дуплексными,то есть могут передавать информацию в обоих направлениях одновременно, используя различные частоты. Модемы и линии связи, которые не могут передавать информацию в обоих направлениях одновременно (как одноколейная железная дорога), называются полудуплексными.Линии связи, которые могут передавать информацию только в одном направлении, называются симплексными.
Цифровые абонентские линии.Услуги, в которых предлагается пропускная способность, превышающая аналогичный показатель для стандартного модемного соединения, иногда называют широкополосными,но, честно говоря, это скорее маркетинговый, чем содержательный технический термин.
Первоначально было предложено несколько технологий доступа под общим именем xDSL(Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия)с переменным значением х. Далее мы обсудим самую распространенную из них – ADSL(Asymmetric DSL – асимметричная цифровая абонентская линия).
Почему обычные модемы работают так медленно? Телефоны были изначально предназначены для передачи голоса, и именно с учетом этой цели сформировалась вся система телефонной связи. Передаче данным по телефонным проводам уделялось слишком мало внимания. Пропускная способность провода (он же – абонентский канал),связывающего абонентов с автоматической телефонной станцией (АТС), традиционно ограничивалась специальным фильтром. Фактическая пропускная способность абонентского канала во многом зависит от его протяженности, но чаще всего (если протяженность не превышает нескольких километров) достигает 1,1 МГц.
Наиболее распространенная схема предоставления услуг ADSL сводится к удалению фильтра и разделению освободившегося спектра 1,1 МГц на 256 автономных каналов, по 4312,5 Гц каждый. Канал 0 выделяется для голосовых данных. Каналы 1-5 не используются, за счет чего устраняются взаимные помехи сигналов передачи голоса и данных. Из оставшихся 250 каналов два выделяются для восходящей и нисходящей передачи управляющих сигналов. По остальным каналам передаются пользовательские данные. Таким образом, один ADSL-модем равноценен 250 обычным модемам.
Качество передачи данных по каждому каналу постоянно отслеживается и при необходимости корректируется. На практике при небольшой удаленности от поставщика услуг и высоком качестве канала скорость 4-8 Мбит/с вполне достижима.
Кабельный Интернет.Многие телевизионные компании предлагают пользователям возможность доступа в Интернет по кабельным сетям. Эта технология несколько отличается от ADSL, поэтому ее стоит рассмотреть отдельно. Во владении каждого оператора кабельного телевидения, помимо центрального офиса, есть ряд головных узлов (помещений с электронным оборудованием), рассредоточенных по территории города. К центральному офису все они подключены широкополосным или оптоволоконным кабелем.
От каждого головного узла к конечным потребителям отходит один или несколько кабелей. Чтобы к такому кабелю можно было подключиться, он должен проходить рядом с помещениями, в которых находятся пользователи. При этом к одному и тому же кабелю подключаются сотни пользователей. Как правило, пропускная способность такого кабеля составляет около 750 МГц. Концептуальное отличие кабельного доступа от технологии ADSL заключается в отсутствии индивидуального канала, подведенного к офису поставщика услуг.
Для подключения к Интернету конечного пользователя применяются кабельные модемы. Это устройства с двумя интерфейсами – для подключения к компьютеру, с одной стороны, и к кабельной сети, с другой. Интерфейс «компьютер-кабельный модем» несложен – как и в случае с ADSL, для передачи данных организуется миниатюрная сеть Ethernet.
На противоположной стороне устанавливается более сложное оборудование.
