ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ СВЯЗИ И КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Телекоммуникационная система представляет собой распределенную сеть, объединяющую традиционные сети передачи данных с передачей сообщений в цифровой форме и телефонные сети с передачей сообщений в аналоговой форме, предназначенную для передачи между абонентами трафика различной природы, с различными вероятностно-временными характеристиками. Основной функцией телекоммуникационных систем, поддерживающих работу компьютерных сетей, является организация оперативного и надежного обмена данными между абонентами. Главный показатель эффективности функционирования телекоммуникационных систем – время доставки сообщений - определяется рядом факторов:

· структурой сети связи;

· пропускной способностью линий связи;

· способами соединения каналов связи между абонентами;

· используемыми протоколами информационного обмена;

· методами доступа абонентов к передающей среде;

· методами маршрутизации пакетов и др.

В целом на телекоммуникационную систему возлагается выполнение ряда задач связанных с обеспечением пользовательского трафика:

· согласование форматов сообщений (сигналов) передаваемых через различные каналы системы;

· синхронизацию работы каналов;

· коммутацию (каналов, сообщений, пакетов);

· маршрутизацию (сообщений, пакетов);

· обеспечение требуемого уровня помехозащищенности и др.

Соответственно, все аппаратные и программные средства, обеспечивающие решение этих задач, являются частью телекоммуникационной системы.

Для телекоммуникационных систем характерен ряд специфических особенностей:

· разнотипность применяемых каналов связи – от телефонных до спутниковых;

· ограниченность числа каналов между абонентами, которые можно использовать для передачи различного рода сообщений;

· различные уровни пропускной способности доступных каналов связи.

Одним из важнейших факторов, определяющим возможности телекоммуникационных систем и компьютерных сетей в целом, являются технические характеристики каналов связи. Канал связи (передачи данных) состоит из линии связи и используемой на обеих сторонах линии аппаратуры передачи данных. Линия связи представляет собой физическую среду, через которую с помощью сигналов осуществляется передача данных. Для передачи большого трафика на значительные расстояния широкое применение находят спутниковые, радиорелейные, кабельные и оптоволоконные каналы связи. В целом телекоммуникационная система может быть представлена в виде совокупности связанных с помощью специализированного коммуникационного оборудования каналов связи.

Для оценивания свойств каналов связи и коммуникационной сети используют ряд характеристик:

· скорость передачи данных по каналу связи (измеряется в бит/с);

· пропускную способность канала связи (измеряется количеством передаваемых символов за секунду);

· достоверность передачи данных (измеряется количеством ошибок на один переданный знак);

· надежность (измеряется средним временем безотказной работы в часах).

В зависимости от вида используемых линий связи каналы подразделяются на проводные и беспроводные. К беспроводным каналам относят: спутниковые, инфракрасные, радиорелейные и другие каналы связи. В проводных каналах используют телефонные линии, различного рода кабели для передачи электрических и оптических сигналов.

Появление спутниковых сетей связи (первый спутник связи запущен в 1958 году) сравнимо по значимости с изобретением телефона. В настоящее время спутники связи выводятся на геостационарные орбиты, при этом они постоянно находятся над определенными участками поверхности Земли. К преимуществам спутниковой связи относятся: большая пропускная способность, обусловленная работой в широком диапазоне гигагерцовых частот; обеспечение связи между узлами (станциями), расположенными на большом расстоянии друг от друга; независимость оплаты трафика от расстояния (стоимость определяется временем работы или объемом трафика). В то же время при использовании спутниковой связи необходимо предпринимать меры повышенной информационной безопасности, исключающие возможность перехвата передаваемых сообщений, имеет место задержка сигнала при приеме из-за больших расстояний, возможно временное ухудшение качества связи из-за воздействия атмосферных явлений.

Различают выделенные некоммутируемые каналы связи и каналы связи с коммутацией на время передачи данных по этим каналам.

При использовании выделенных каналовсвязи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации и более высокое качество связи. Однако, из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии высокой загрузки каналов.

Для коммутируемых каналов, создаваемых только на время передачи определенного объема данных, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость при малом объеме трафика. Недостатки таких каналов: потери времени на коммутацию (на установление связи между абонентами), возможность блокировки передачи из-за занятости отдельных участков линии связи, пониженное качество передачи, большая стоимость при значительном объеме трафика.

В зависимости от методов установления соединения между узлами различают сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов.

В сетях с коммутацией каналовна время передачи сообщений из отдельных участков (каналов) формируется единый, сквозной канал между двумя абонентами. Сеанс связи складывается из трех фаз: установление соединения путем последовательного наращивания подключенных участков, передача данных по сигналу готовности сквозного канала к передаче, разъединение соединения. Характерным примером системы с коммутацией каналов является междугородняя телефонная связь, обеспечивающая сквозной телефонный канал между абонентами независимо от их месторасположения. Главным преимуществом сетей с коммутацией каналов является возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени. К недостаткам относятся: большое время на установление сквозного канала из-за возможного ожидания освобождения отдельных участков, ограничение скорости передачи возможностями наименее скоростного участка, возможность захвата канала одним абонентом на значительный временной промежуток.

В сетях с коммутацией сообщений отсутствует необходимость в формировании сквозного канала. Такой метод передачи реализует технологию “запомнить и послать”. Каждое передаваемое сообщение (единичный объект) последовательно перемещается между узлами коммутации через соединяющие их каналы связи в направлении получателя. При занятости очередного требуемого для передачи сообщения канала связи сообщение целиком сохраняется в памяти узла до момента освобождения канала связи. Таким образом, время передачи сообщения от одного абонента другому определяется не только пропускной способностью отдельных используемых каналов связи, но и возможно временем ожидания в очередях некоторых узлов коммутации. Для метода помимо отсутствия необходимости создания временного сквозного канала характерно формирование маршрутов передачи из отдельных участков с различной пропускной способностью, реализация различных схем обслуживания с учетом уровня приоритетов. Однако при этом критичное значение для системы в целом имеют технические характеристики и состояние оборудования узла коммутации (в частности коммутатора).

Сети с коммутацией пакетов развивают метод коммутации сообщений, позволяя достичь более высокой пропускной способности сети и повысить эффективность использования сетевых ресурсов. Метод коммутации пакетов предполагает разделение исходного сообщения на ряд частей, каждая из которых формирует отдельный пакет. Помимо собственных передаваемых данных в каждом пакете размещается дополнительная служебная информация, включающая адреса получателя и отправителя, порядковый номер пакета в рамках одного сообщения, контрольные данные. Каждый принимающий пакет узел контролирует пакет на наличие ошибок и в случае их обнаружения выдает запрос на повторную передачу этого пакета. В общем случае различные пакеты, содержащие части одного сообщения, могут быть доставлены получателю по различным маршрутам (режим альтернативной маршрутизации, позволяющий обходить поврежденные или занятые узлы связи и каналы). Ввод в сеть чрезмерно большого количества пакетов приводит к росту задержек их передачи и снижению производительности сети.

В целом метод коммутации пакетов в сравнении с другими методами обеспечивает наименьшую задержку передаваемых сообщений при наибольшей пропускной способности сети.

В каналах связи используется три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный. Симплексный режим используется для передачи данных только в одном направлении. Характерным примером организации симплексного канала является система телевизионного вещания (от излучающей антенны телевизионного центра к принимающей антенне абонента). Полудуплексный режим обеспечивает возможность передачи сообщений в обоих направлениях, но в любой момент времени всегда только в одном направлении. Полудуплексный режим обмена сообщениями характерен для нормального протекания экзамена, когда вопросы одной стороны сопровождаются последующими ответами другой стороны. Дуплексный режим обеспечивает одновременную передачу сообщений в обоих направлениях. Фактически дуплексный канал представляет собой два разнонаправленных симплексных канала между двумя узлами сети. Дуплексный режим широко используется при передаче сообщений как в локальных, так и в глобальных сетях, обеспечивая эффективное использование ЭВМ и каналов связи.

Для сопряжения компьютеров с каналами связи необходимы специализированные устройства – сетевые адаптеры. Они позволяют согласовать параметры сигналов внутреннего интерфейса компьютеров с параметрами сигналов, используемых в каналах связи определенного типа. При этом обеспечивается как физическое согласование по форме, уровню сигналов, так и на уровне кодирования. Помимо одноканальных адаптеров в сетях широко используют и многоканальные адаптеры – мультиплексоры передачи данных. В сетях со сложной конфигурацией находят применение специализированные интеллектуальные связные процессоры.

При подключении компьютера к телефонной линии функции сетевого адаптера выполняет модем. При увеличении протяженности сети с использованием кабелей применяют повторители, обеспечивающие поддержание формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее по сравнению с типовыми значениями расстояние.

Как и в локальных сетях со сложной структурой, направление сообщений (пакетов) по конкретным каналам связи глобальных сетей осуществляется с помощью маршрутизаторов.