Программное обеспечение телекоммуникации

Скачать файл - Программное обеспечение телекоммуникации

Телекоммуникационная система — это совокупность аппаратно и программно совместимого оборудования, соединенного в единую систему с целью передачи данных из одного места в другое. Телекоммуникационная система способна передавать текстовую, графическую, голосовую или видеоинформацию. В этой главе описаны основные компоненты телекоммуникационных систем. В следующих разделах объясняется, как эти компоненты работают совместно друг с другом, образуя различные виды сетей. В состав типичной коммуникационной системы входят серверы, пользовательские компьютеры, каналы связи на рисунке они обозначены красными линиями , а также активное оборудование — модемы, концентраторы и проч. Ниже перечислены основные компоненты телекоммуникационной системы: Серверы, хранящие и обрабатывающие информацию. Рабочие станции и пользовательские ПК, служащие для ввода запросов к базам данных, получения и обработки результатов запросов и выполнения других задач конечных пользователей информационных систем. Коммуникационные каналы — линии связи, по которым данные передаются между отправителем и получателем информации. Коммуникационные каналы используют различные типы среды передачи данных: Активное оборудование — модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и проч. Эти устройства необходимы для передачи и приема данных. Сетевое программное обеспечение, управляющее процессом передачи и приема данных и контролирующее работу отдельных частей коммуникационной системы. Функции телекоммуникационной системы Чтобы передать информацию из одного пункта и получить ее в другом, телекоммуникационной системе нужно выполнить некоторые операции, которые главным образом скрыты от пользователей. Прежде, чем телекоммуникационная система передаст информацию, ей необходимо установить соединение между передающей sender и принимающей receiver сторонами, рассчитать оптимальный маршрут передачи данных, выполнить первичную обработку передаваемой информации например, необходимо проверить, что ваше сообщение передается именно тому, кому вы его отослали и преобразовать скорость передачи компьютера в скорость, поддерживаемую линией связи. Наконец, телекоммуникационная система управляет потоком передаваемой информации трафиком. Телекоммуникационная сеть обычно содержит разнообразные аппаратные и программные компоненты, которым необходимо работать совместно, чтобы передавать информацию. Различные компоненты сети 'общаются' друг с другом, придерживаясь ряда правил, что и позволяет им работать всем вместе. Такой набор правил, регулирующий процесс передачи данных между двумя точками сети, называется протоколом protocol. Каждое устройство в сети должно правильно 'понимать' протокол другого устройства. Главные функции сетевых протоколов следующие: Несмотря на то, что коммерческие, правительственные и компьютерные учреждения осознают необходимость введения общих стандартов для передачи данных, в промышленности пока нет универсальных стандартов. В следующих главах вопросы внедрения стандартов на передачу данных рассмотрены подробнее. Поток информации в телекоммуникационной системе передается в виде электронных сигналов. Сигналы бывают двух типов аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывные колебания синусоидальной формы. Аналоговые сигналы используются в основном при передаче голоса. Цифровой сигнал , в отличие от аналогового, является дискретным и имеет импульсную форму. С помощью цифровых сигналов информация передается, предварительно закодированная двумя дискретными значениями сигнала: Как вы уже догадались, такая форма передачи данных весьма удобна при использовании компьютеров, которые понимают именно двоичную информацию. Но в большинстве коммуникационных каналах нельзя передавать цифровые данные без некоторого преобразования — все цифровые сигналы должны быть преобразованы в аналоговые, прежде чем быть переданными по каналу связи. Модемы обычно применяют для передачи данных через обычные телефонные линии см. Схема работы модема приведена на Рис. На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы, идущие от компьютера, в аналоговые, которые можно передавать по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровые, понятные принимающему компьютеру, сигналы см. Модем — это устройство, преобразующее цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в аналоговую форму. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигнала — из аналоговой формы в цифровую. На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы в аналоговую форму, после чего они передаются по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигналов — из аналоговой формы в цифровую, понятную компьютеру. По исполнению модемы бывают внешними internal и внутренними external. Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, на передней панели которого расположен блок индикаторов работы устройства. На задней панели находятся два гнезда см. Модем обычно подключается к последовательному порту компьютера. Для соединения с компьютером используется кабель RS Для подключения к телефонной сети используется кабель с разъемами RJ см. Внутренний модем вставляется в свободный слот расширения как любая другая карта, например, видеоадаптер см. После этого нужно только подключить модем к телефонной сети кабелем с разъемами R-J Каналы связи communications channels — это линии связи, по которым одно сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные виды среды передачи данных: Каждый из типов каналов связи имеет свои преимущества и недостатки. Также нужно принимать во внимание, что при использовании любой среды передачи скорость обмена данными сильно зависит от конфигурации аппаратного и программного обеспечения. Далее будут рассмотрены основные типы каналов связи — телефонные линии, коаксиальный кабель, витая пара, а также некоторые виды беспроводной связи. В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Первый тип — это каналы общедоступной коммутируемой dial-up телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии см. Они медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединения для каждого сеанса связи. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой глобальной сети Интернет Некоторые организации практикуют установку временной связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных. После того, как Автоматическая Телефонная Станция АТС установит связь, компьютеры могут обмениваться информацией. Другой вид телефонных линий — арендуемые, или выделенные dedicated линии. От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите связаться — у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам см. Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой телефонной линии. Обычно владелец выделенной линии платит за ее использование некоторую постоянную сумму. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно только для передачи данных — для других целей, например для голосовой связи, он не подходит. Коаксиальный кабель coaxial cable , используемый в телекоммуникационных сетях, очень похож на тот, который применяется в телевидении. Он содержит одну медную жилу в изоляции и металлической оплетке, выполняющей функцию экрана. Экран необходим для защиты от помех, что позволяет использовать этот тип кабеля на больших расстояниях, чем кабель типа витая пара. Этот вид кабеля нашел применение в локальных сетях Ethernet. Кабель типа витая пара twisted pare содержит несколько пар медных проводов. На сегодня этот тип кабеля наиболее распространен в локальных сетях. Многие новые здания строятся с заранее готовой кабельной системой, в которой используется кабель витая пара. При этом неиспользуемые для передачи цифровых данных пары проводов могут быть применены в других целях например, для голосовой связи или сигнализации. Чаще всего применяется кабель типа UTP 5 Unscrewed Twisted Pare — неэкранированная витая пара, категория 5. В тех случаях, когда необходима защита данных от помех например, от сильных электромагнитных полей , применяют экранированную витую пару. Кабель типа витая пара применяется в локальных сетях, создаваемых на основе технологий Ethernet и Fast Ethernet. Волоконно-оптический fiber optic кабель содержит тысячи стекловолокон, каждая из которых тоньше человеческого волоса. Для передачи данные преобразуются не электрические сигналы, а в световые импульсы, которые передаются по оптоволокну с помощью лазерного устройства со скоростью от Кбит до нескольких гигабит в секунду. С одной стороны, волоконно-оптические линии связи значительно быстрее, легче и намного прочнее, чем медные провода; поэтому волоконная оптика используется в качестве каналов связи в тех системах, где нужно быстро передавать большие массивы данных. С другой стороны, волоконно-оптический кабель требует больших затрат при прокладке, кроме того он более дорог. Его лучше всего использовать для магистральных линий backbone , а для подключения к сети компьютеров пользователей применять витую пару. Впрочем, оптоволоконный кабель находит применение и в локальных сетях, где требуется высокая степень защиты данных от несанкционированного использования например, в банках , так как подключиться к оптоволокну с цель перехвата данных невозможно. Беспроводные каналы связи, использующие в качестве среды передачи радио или инфракрасные волны, не осуществляют физический контакт с передающими и принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий, витой пары и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства беспроводной передачи данных — пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы спутникового телевидения, системы микроволновой связи. К устройствам беспроводной связи также относятся пульты дистанционного управления бытовыми устройствами и другие системы инфракрасной ИК связи. Мы рассмотрим только те технологии, которые применяются в телекоммуникационных сетях передачи данных, а именно системы радиосвязи, спутниковой связи, а также ИК-устройства. К системам микроволновой радиосвязи microwave systems относятся в основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами. Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что ограничивает дальность передачи 40 — 50 километрами из-за кривизны земной поверхности. Еще один недостаток этих систем — зависимость от погодных условий. Спутниковые системы связи satellite communication systems лишены недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших, географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить кабельные или радиорелейные линии связи. Например, сеть аптек Rite Aide использует системы спутниковой связи для организации быстрой двусторонней связи между региональными сладами и корпоративным мэйнфреймом, расположенным в Кэмп Хилле Camp Hill , Пенсильвания. В каждом складе установлен сервер, который обслуживает кассовые аппараты, локальную сеть компьютеров работников аптек и менеджеров, а также проверяет наличие необходимых препаратов и оборудования. Сервер может связаться с мэйнфреймом через спутник для передачи отчетов о продажах, для получения доступа к базе данных компании, для составления расписания. В последнее время получили распространение системы доступа к Интернет, базирующиеся на использовании систем спутниковой связи. Поскольку передающее оборудование стоит довольно дорого, многие компании используют системы DirecPC. Чаще всего при работе с Интернет входящий трафик то есть, 'из Интернет' гораздо выше исходящего. Системы DirecPC в качестве приемных устройств используют спутниковые антенны см. Обычные спутники связи находятся на стационарных орбитах на высоте примерно 35 км над Землей. Новые низкоорбитальные спутники low - orbit satellites работают на орбитах, максимально приближенных к земной поверхности, что позволяет им принимать сигналы даже от маломощных передатчиков. Такие спутники потребляют меньше энергии, а их запуск и эксплуатация обходится значительно дешевле традиционных спутниковых систем связи. Использование низкоорбитальных спутников делает возможным пользоваться услугами связи, находясь в любой точке земного шара. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом расстоянии 1 — 8 м. Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи данных и не очень надежны. Характеристики используемого канала связи помогают определить эффективность и возможности телекоммуникационной системы. К этим характеристикам относятся скорость передачи, направление, в котором могут следовать сигналы, а также режим передачи. Для передачи сигналов разработаны определенные стандарты, именуемые соглашениями conventions , придерживаться которых необходимо всем устройствам, работающим в сети. При асинхронной передаче asynchronous transmission по каналу связи в каждый момент времени передается один символ 8 бит. В начало каждого символа помещается стартовый бит start bit , а в конец — стоповый бит stop bit и бит паритета parity bit. Асинхронная передача используется при эксплуатации низкоскоростных каналов связи, например, обычных телефонных линий. Каждый символ — буква, число или знак — раскладываются в последовательность битов bits. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом start bit и стоповым битом stop bit. Связь этого типа не синхронизируется. Передающий компьютер просто посылает данные. Получающий компьютер принимает данные и проверяет их, чтобы убедиться, что данные приняты без ошибок. Он используется для контроля ошибок. При контроле четности количество посланных и принятых отдельных битов должно совпадать. Если это количество совпадает, данные приняты правильно. Если не совпадает, следует запрос на повторную передачу данных. При синхронной передаче synchronous transmission за определенный временной интервал передается несколько символов, но вначале сеанса связи устройства, осуществляющие прием и передачу данных, синхронизируют работу своих электронных схем см. Стартовые и стоповые биты для асинхронной связи не нужны, поэтому передача идет быстрее. Синхронную связь используют при эксплуатации быстрых телекоммуникационных каналов — выделенных линий и др. Передающий модем выделяет биты из группы данных и посылает их блоками, которые называют кадрами frames. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. Синхронная связь требует меньше проверочной информации и поэтому работает быстрее. Скорость передачи данных transmission speed Скорость передачи показывает, как быстро биты были переданы в коммуникационный канал см. Суммарное количество информации, которое может быть передано через коммуникационный канал, измеряется в битах в секунду bits per second , BPS. Иногда применяется другая единица измерения скорости передачи — бод baud rate. Бод — это двоичное событие, отражающее изменение сигнала с плюса на минус или наоборот. Скорость передачи в бодах не всегда равна скорости в битах в секунду. На высоких скоростях, а также в случае применения современных методов сжатия данных см. Поэтому, скорость в битах в секунду обычно больше, чем в бодах. В данном случае страница была передана за 4 секунды. Благодаря применению сжатия, та же страница была передана за 2 секунды. Так как за время изменения фазы сигнала или за цикл, cycle может быть передан один или несколько битов в секунду, производительность любого канала связи зависит от частоты, на которой канал позволяет передавать данные. Частота измеряется в Герцах hertz. Диапазон частот , которые могут использоваться для того или иного канала связи, называется его полоса пропускания bandwidth. Таким образом, полоса пропускания — это разность между самой высокой и самой низкой частотами, на которых канал связи может передавать данные. Чем выше диапазон частот, тем больше полоса пропускания, тем производительнее канал связи. KBPS — kilobits per second — килобит в секунду MBPS — megabits per second — мегабит в секунду GBPS — gigabits per second — гигабит в секунду. При передаче данных также принимается во внимание направление, в котором может следовать в канале связи поток данных. В системах симплексной связи simplex transmission данные всегда могут передаваться только в одном направлении. Полудуплексная связь half - duplex transmission позволяет передавать данные в двух направлениях; но в каждый момент времени устройства могут только передавать или только принимать данные. Системы полнодуплексной связи full - duplex transmission могут одновременно передавать и принимать данные. Поток данных , передающийся через канал связи, называется сетевым трафиком network traffic. К сетевому оборудованию относятся устройства, обеспечивающие передачу и прием сетевого трафика, а также связь одних телекоммуникационных систем с другими. Основные устройства, входящие в данную группу — это модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, репитеры, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. С модемами вы уже знакомы, поэтому кратко рассмотрим назначение остальных устройств. Сетевой адаптер — это устройство, с помощью которого компьютер, работающий в сети, может передавать и получать данные. Существует несколько видов сетевых адаптеров, самыми распространенными из которых являются сетевые карты network cards. При создании крупных сетей часто приходится прокладывать кабель на большие расстояния. При этом нужно учитывать, что в длинном сегменте кабеля может произойти затухание signal damping , т. Чтобы этого не происходило, применяют репитеры repeaters — специальные повторители, усиливающие сигнал и восстанавливающие его форму. В некоторых видах сетей например, на основе витой пары необходимо применять согласующие устройства, которые связывают все компьютеры с сетевыми адаптерами в один узел и осуществляют передачу данных в пределах этого узла. К таким устройствам относятся концентраторы hubs. С ними вы познакомитесь подробнее при рассмотрении сетевых топологий. Часто бывает необходимо соединить между собой две или несколько сетей. Для этих целей применяют мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Мост bridge — это устройство, соединяющее две или несколько сетей одного типа. По своему действию мосты похожи на репитеры, но в отличие от последних, могу фильтровать данные, то есть передавать в другие сегменты или сети только часть трафика, что снижает нагрузку каналов связи. Маршрутизаторы routers служат для организации связи между сетями и передачи данных по оптимальным маршрутам. Чаще всего маршрутизатор — это специализированный компьютер, который имеет собственный процессор для расчета путей передачи данных, а также память для хранения базы данных маршрутов и характеристик каналов связи. По сравнению с мостом маршрутизатор обеспечивает больший контроль над путями и большую защиту передаваемых данных, однако установить, настроить и эксплуатировать его гораздо сложнее. Шлюз gateway — это устройство, выполняющее преобразование передаваемых данных из одного формата в другой. Шлюз может быть программным например, шлюз электронной почты или аппаратным, например, для связи сети на основе витой пары с сетью на базе волоконной оптики. Остается добавить, что любой компьютер, подключенный к телекоммуникационной сети, называется хостом host. Телекоммуникационное программное обеспечение telecommunications software — это специальное ПО, использующееся для управления и поддержки работы телекоммуникационной сети. Это ПО устанавливается на хосты и активное оборудование сетей. Основные функции телекоммуникационного программного обеспечения — управление сетью, контроль доступа к данным, контроль передачи данных, обнаружение и коррекция ошибок передачи, а также защита данных. Некоторые функции управления и мониторинга сетей выполняют операционные системы компьютеров. Модем не только связывает компьютер с телефонной линией, но также выполняет другую важную функцию — преобразовывает сигналы компьютера в форму, в которой их можно передавать по телефонной линии.