ПРОБЛЕМИ ФІЗИЧНОЇ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ ЛІНІЯМИ ЗВ'ЯЗКУ

Проблеми фізичної передачі даних по лініях зв'язку

        Навіть при розгляді найпростішої мережі, що перебуває усього з двох машин, можна побачити багато які проблеми, властиві будь-якій обчислювальній мережі, в тому числі проблеми, пов'язаній з фізичною передачею сигналів по лініях зв'язку, без вирішення якої неможливий будь-який вид зв'язку.

        У обчислювальній техніці для представлення даних використовується двійковий код. Всередині комп'ютера одиницям і нулям даних відповідають дискретні електричні сигнали. Представлення даних у вигляді електричних або оптичних сигналів називається кодуванням. Існують різні способи кодування двійкових цифр 1 і 0, наприклад, потенційний спосіб, при якому одиниці відповідає один рівень напруги, а нулю іншій, або імпульсний спосіб, коли для представлення цифр використовуються імпульси різної або однієї полярності.

        Аналогічні підходи можуть бути використані для кодування даних і при передачі їх між двома комп'ютерами по лініях зв'язку. Однак ці лінії зв'язку відрізняються за своїми електричними характеристиками від тих, які існують всередині комп'ютера. Головна відмінність зовнішніх ліній зв'язку від внутрішніх складається в їх набагато більшій протяжності, а також в тому, що вони проходять поза екранованим корпусом по просторах, часто схильних до впливу сильних електромагнітних перешкод. Все це приводить до значно більших спотворень прямокутних імпульсів (наприклад, “завалленню” фронтів), чим всередині комп'ютера. Тому для надійного розпізнавання імпульсів на приймальному кінці лінії зв'язку при передачі даних всередині і поза комп'ютером не завжди можна використати одні і ті ж швидкості і способи кодування. Наприклад, повільне наростання фронту імпульсу через високе ємкісний навантаження лінії вимагає передачі імпульсів з меншою швидкістю (щоб передній і задній фронти сусідніх імпульсів не перекривалися і імпульс встиг дорости до необхідного рівня).

        У обчислювальних мережах застосовують як потенційне, так і імпульсне кодування дискретних даних, а також специфічний спосіб представлення даних, який ніколи не використовується всередині комп'ютера, модуляцію (мал. 1). При модуляції дискретна інформація представляється синусоідальним сигналом тієї частоти, яку добре передає лінія зв'язку, що існує.

        Потенційне або імпульсне кодування застосовується на каналах високої якості, а модуляція на основі синусоідальних сигналів переважно в тому випадку, коли канал вносить сильно спотворені сигнали, що передаються. Звичайно модуляція використовується в глобальних мережах при передачі даних через аналогові телефонні канали зв'язку, які були розроблені для передачі голосу в аналоговій формі і тому погано підходять для безпосередньої передачі імпульсів.

МАЛ. 1. Приклади представлення дискретної інформації

        На спосіб передачі сигналів впливає і кількість проводів в лініях зв'язку між комп'ютерами. Для скорочення вартості ліній зв'язку в мережах звичайно прагнуть до скорочення кількості проводів і через це використовують не паралельну передачу всіх біт одного байта або навіть декількох байт, як це робиться всередині комп'ютера, а послідовну, побітную передачу, що вимагає усього однієї пари проводів.

        Ще однією проблемою, яку треба вирішувати при передачі сигналів, є проблема взаємної синхронізації передавача одного комп'ютера з приймачем іншого. При організації взаємодії модулів всередині комп'ютера ця проблема вирішується дуже просто, оскільки в цьому випадку всі модулі синхронізуються від загального тактового генератора. Проблема синхронізації при зв'язку комп'ютерів може вирішуватися різними способами, як за допомогою обміну спеціальними тактовими синхроімпульсами по окремій лінії, так і за допомогою періодичної синхронізації заздалегідь зумовленими кодами або імпульсами характерної форми, відмінної від форми імпульсів даних.

        Незважаючи на заходи, що робляться вибір відповідної швидкості обміну даними, ліній зв'язку з певними характеристиками, способу синхронізації приймача і передавача, існує імовірність спотворення деяких біт даних, що передаються. Для підвищення надійності передачі даних між комп'ютерами часто використовується стандартний прийом підрахунок контрольної суми і передача її по лініях зв'язку після кожного байта або після деякого блоку байтів. Часто в протокол обміну даними включається як обов'язковий елемент сигнал-квитанція, який підтверджує правильність прийому даних і посилається від одержувача відправнику.

        Задачі надійного обміну двійковими сигналами, представленими відповідними електромагнітними сигналами, в обчислювальних мережах вирішує певний клас обладнання. У локальних мережах це мережеві адаптери, а в глобальних мережах апаратура передачі даних, до якої відносяться, наприклад, пристрої, що виконують модуляцію і демодуляцію дискретних сигналів, модеми. Це обладнання кодує і декодує кожний інформаційний біт, синхронізує передачу електромагнітних сигналів по лініях зв'язку, перевіряє правильність передачі по контрольній сумі і може виконувати деякі інші операції. Мережеві адаптери розраховані, як правило, на роботу з певною передаючою середою коаксіальним кабелем, скрученою парою, оптоволокном і т. п. Кожний тип передаючої середи володіє певними електричними характеристиками, що впливають на спосіб використання даної середи, і визначає швидкість передачі сигналів, спосіб їх кодування і деякі інші параметри.

Фізичне кодування.

В обчислювальній техніці для подання даних використовується двійковий код. Процес обробки інформації передбачає представлення даних одиницям і нулям, що відповідають дискретним електричним сигналам. Подання даних у вигляді електричних або оптичних сигналів називається кодуванням. Існують різноманітні засоби кодування двійкових цифр 1 і 0, наприклад, потенційне кодування, при якому одиниці відповідає один рівень напруги, а нулю – інший, або імпульсний засіб, коли для представлення цифр використовуються імпульси різної або однієї полярності.

Аналогічні підходи можуть бути використані для кодування даних і при передачі їх між двома комп'ютерами лініями зв'язку. Проте, ці лінії зв'язку відрізняються своїми електричними характеристиками від тих, що існують всередині комп'ютера. Головна відмінність зовнішніх ліній зв'язку від внутрішніх полягає в набагато більшій протяжності перших, а також у тому, що вони проходять поза екранованим корпусом просторами, що часто піддаються впливу сильних електромагнітних перешкод. Все це призводить до більш значних спотворень прямокутних імпульсів (наприклад, «завалювання» фронтів). Тому для надійного розпізнавання імпульсів на приймальному кінці лінії зв'язку, при передачі даних всередині і поза комп'ютером не завжди можна використовувати ті самі швидкості і засоби кодування. Наприклад, повільне наростання фронту імпульсу через високий ємнісний опір лінії потребує передачі імпульсів із меншою швидкістю (щоб попередній і наступний фронти імпульсів не перекривалися і імпульс встиг доростити до необхідного рівня).

У обчислювальних мережах застосовують як потенційне, так і імпульсне кодування дискретних даних, а також специфічний засіб представлення даних, що ніколи не використовується всередині комп'ютера, – модуляцію. При модуляції дискретна інформація представляється синусоїдальним сигналом тієї частоти, яку добре передає наявна лінія зв'язку.

Потенційне або імпульсне кодування застосовується на каналах високої якості, а модуляції на основі синусоїдальних сигналів віддають перевагу в тому випадку, коли канал вносить сильні перекручування в передані сигнали. Звичайно модуляція використовується в глобальних мережах при передачі даних через аналогові телефонні канали зв'язку, що були розроблені для передачі голосу в аналоговій формі і тому погано підходять для безпосередньої передачі імпульсів.

Логічне кодування.

Для покращання потенціальних кодів типу AMI, NRZI чи 2B1Q використовується логічне кодування. Воно повинне створювати вкрапленнями одиниць у довгих послідовностях нульових біт, які приводять до постійного потенціалу. Для логічного кодування характерні два методи – надлишкові коди та скремблювання.