Тема 3. Фізична передача даних по лініях зв’язку Тема 3. Фізична передача даних по лініях зв’язку Кодування В обчислювальній техніці для представлення даних використовують двійковий код, який позначає два протилежних стійких стани («включено»/«відключено», «є сигнал»/«нема сигналу»). Окремий дискретний сигнал позначається окремим бітом («0» або «1»).Представлення даних у вигляді електричних або оптичних сигналів називається кодуванням.Існує кілька способів кодування, наприклад: ^ Потенціальний спосіб «1» відповідає один рівень напруги «0» - інший рівень напруги. Імпульсний спосіб Для представлення цифр використовують імпульси різної полярності. Такі дискретні сигнали застосовують для передачі сигналів всередині комп’ютерів:Лінії передачі є короткими.Прямокутна форма сигналів при передачі не спотворюється.Для передачі по лініях зв’язку між комп’ютерами такий спосіб передачі є недоречним, бо:Лінії зв’язку є довшими.Лінії зв’язку тягнуться поза екранованого корпусу по простору, де можливі сильні електромагнітні завади. Це може призвести до суттєвого спотворення прямокутних імпульсів. Тому, для кодування інформації застосовують специфічний спосіб – модуляцію. ^ Частотна модуляція Дискретна інформація представляється синусоїдальним сигналом тої частоти, яку підтримує дана лінія зв’язку, наприклад, кабель або радіопростір. Модуляція ніколи не застосовується для кодування сигналів всередині комп’ютера.Як передаються дані? Передача даних може здійснюватися послідовно або паралельно. Рис. 3.1. Послідовне передавання даних. Рис. 3.2. Послідовне передавання даних. При паралельній передачі биті даних передаються одночасно по кількох провідниках (по шині) (рис. 3.1). При послідовному передаванні відбувається передача біта за бітом по черзі (рис. 3.2). У мережах найчастіше використовується саме цей спосіб.Задачі фізичної передачі даних по лінії зв’язку Кодування (потенціальне, імпульсне, частотна модуляція).Компресія (стиснення даних).Перетворення інформації з паралельної у послідовну форму (економія ліній зв’язку).Забезпечення надійності передачі (контрольна сума).Режими передавання сигналів Асинхронний режим Дані пересилаються побайтно. На початку кожного байту встановлюється стартовий біт, наприкінці – один або два стопових, які виокремлюють кожний байт інформації, що передається.Переваги: Надійність та точність виокремленого сигналу, що приймається з лінії передачі.Недоліки:Пакування та розпаковування бітового потоку у байти.Передача стартових та стопових бітів призводить до зменшення швидкості передачі приблизно на 25-30%.Синхронний режим Дані передаються побітово, без попереднього пакування у байти. Біти формуються в інформаційні пакети різної довжини, що мають власний заголовок та контрольну суму наприкінці. При зв’язку між різними комп’ютерами існує ймовірність спотворення певних бітів даних, що передаються. Для підвищення надійності передачі часто використовують стандартний прийом: підрахунок контрольної суми, наприклад підрахунок кількості непарних бітів у пакеті і передача її після кожного пакету або певного блоку пакетів. Одержувач в той же спосіб обчислює контрольну суму пакету, що надійшов і, у разі збігання результатів, назворот до відправника направляється службовий сигнал, що підтверджує вірність прийому даних. Якщо пакет інформації під час передавання був пошкоджений або загублений, він передається ще раз.Оскільки вміст пакету є суттєво більшим за службову інформацію, зменшення швидкості передачі є доволі малою. Рис. 3.3. Режими передавання сигналів. Всередині комп’ютера та між комп’ютером і периферійним пристроєм використовується асинхронний режим, при передаванні даних на великі відстані – синхронний (рис. 3.3).Синхронізація сигналів При передачі даних між комп’ютерами важливою є взаємна синхронізація сигналів між передавачем одного комп’ютера та приймачем іншого комп’ютера. Коли дані обмінюються всередині комп’ютера, проблема синхронізації вирішується застосуванням спільного тактового генератора. При міжкомп’ютерному зв’язку проблема синхронізації вирішується шляхом обміну спеціальними тактовими синхроімпульсами по окремій лінії, або періодичної синхронізації імпульсами характерної форми, що різняться від форми імпульсів даних.Периферійні пристрої для передавання інформації Задачі надійного обміну електричними сигналами в мережах вирішують певні пристрої. В локальних мережах – це мережні адаптери, в глобальних мережах – модеми (рис. 3.4). Рис. 3.4. Периферійні пристрої передавання інформації. DTE - Data Terminal Equipment (Комп’ютери).DCE – Data Communication Equipment (Модем, мережний адаптер).Ці пристрої кодують та декодують кожний інформаційний пакет, синхронізують передачу електромагнітних сигналів по лініях зв’язку, перевіряють вірність передачі за контрольною сумою, а також виконують інші операції.Лінією зв’язку для мережних адаптерів, зазвичай, є оптоволоконний кабель або кабель «скручена пара».Лінії зв’язку для модемів є значно різноманітнішими: від телефонного кабелю до радіо простору.Модеми Це пристрій, який використовують для під’єднання комп’ютера до глобальної комп’ютерної мережі (зазвичай, Інтернету) через різноманітні лінії зв’язку. Назва походить від скорочення його основних функцій: МОдуляція/ДЕМодуляція. Основним призначенням модему є перетворення дискретних сигналів в аналогову форму, що є прийнятною для передачі через лінії зв’язку. Швидкість передавання вимірюється в Бітах(Кілобітах, Мегабітах, Гілобітах) у секунду (біт/с, Кбіт/с, Мбіт/с, Гбіт/с).Класифікація модемів За виконанням Зовнішні. Під’єднуються до USB порту.Внутрішні. Під’єднуються до слотів РСІ або РСІ Express.Вбудовані. Є внутрішнім пристроєм ноутбуків.За типом Dial-Up-модеми. Для звичайних (комутованих) телефонних ліній (швидкість 33-56 Кбіт/с).IDSN-модеми (Integrated Service Digital Network). Для цифрових комутованих ліній (швидкість 512-8000 Кбіт/с).xDSL-модеми (Digital Subscriber Line). Для виділених (орендованих) ліній. Для передавання даних використовується інший частотний діапазон, що дозволяє одночасно з передачею даних користуватися телефоном.Кабельні модеми. Обмін даними по спеціалізованих кабелях (наприклад, TV-кабелі).Радіомодеми. Для обміну даними по радіо простору.Супутникові модеми. Дані отримуються від супутника через антену.PLC-модеми (Power Line Communication). Використовують технологію передавання даних по лініях побутової електричної мережі.Модеми з додатковими можливостями Факс-модеми. Дозволяють передавати і приймати факсимільні зображення на інший факс-модем чи факс-пристрій.^ Голосові модеми. Мають функцію оцифрування сигналу з телефонної лінії і відтворення звуку у лінію. Всі сучасні модеми є голосовими, деякі додатково мають вбудований мікрофон.Вони дозволяють:Передачу голосових повідомлень в режимі реального часу.Використання в режимі автовідповідача і організація голосової пошти.Функціональна схема модему Рис. 3.5. Функціональна схема модему. Інтерфейс DTE/DCE – забезпечує зв’язок модему з комп’ютером. Якщо модем є внутрішнім – це інтерфейс шини РСІ чи PCI Express, якщо модем є зовнішнім, то це інтерфейс порту USB.Універсальний процесор здійснює:Зв’язок модему з комп’ютером.Індикація стану модему.Виконання команд модему.Керування складовими модему.Буферизація, компресія/декомпресія даних.Сигнальний процесор виконує модуляцію/демодуляцію сигналів та інші специфічні функції.^ Модемний процесор виконує кодування/декодування даних під час передачі.Постійний запам’ятовуючий пристрій містить програми, за якими працюють універсальний та сигнальний процесор. Власне ці програми визначають інтелектуальні здібності модему.^ Перепрограмований постійний запам’ятовуючий пристрій містить налаштування модему – профайли. Користувач може змінювати ці налаштування за допомогою спеціальних програм.^ Оперативний запам’ятовуючий пристрій використовується для виконання проміжних обчислень, і до нього завантажується активний поточний профайл модему.Мережний адаптер (мережна плата) Це пристрій, що призначений для під’єднання комп’ютера до локальної мережі через мережний кабель. Мережний адаптер (мережна плата) виступає як фізичний інтерфейс між комп'ютером і середовищем передачі.Функції мережного адаптера: 1. Підготовка даних, що надходять від комп'ютера, до передачі по мережному кабелю.2. Передача даних до іншого комп'ютера.3. Керування потоком даних.4. Прийом даних з кабелю і перетворення у форму, що є зрозумілою для центрального процесора комп'ютера.Типи мережних адаптерів Адаптери PCI, PCI Express. Внутрішня плата, що встановлюється у відповідний слот материнської платиАдаптери USB. Окремий пристрій, що під’єднується до USB-порта.Інтегровані (вбудовані) адаптери. Мікросхема, що міститься на материнській платі.MAC – адреса (фізична адреса) Мережний адаптер повинен вказувати своє місцезнаходження в мережі, тобто мати власну адресу. Це унікальний серійний номер, що привласнюється кожному мережному пристрою для ідентифікації його в мережі. Розподілом адрес мережних адаптерів займається комітет IEEE, який закріплює за кожним виробником плат мережного адаптера певний інтервал адрес. Виробник записує в ПЗП плати її унікальну адресу на стадії виготовлення. MAC-адреса має довжину 6 байт і зазвичай записується в шістнадцятковому коді, наприклад, 12:34:56:78:90:AB. Перші три байти адреси визначають виробника.Під час приймання даних мережні адаптери переглядають вхідний мережний трафік, і шукають в кожному пакеті даних свою MAC-адресу. Якщо такий пакет є, то адаптер приймає ці дані. Існують також спеціальні способи по розсилці пакетів всім пристроям мережі одночасно (broadcasting). Компоненти плати мережного адаптера Плата мережного адаптера складається з апаратної частини і вбудованих програм, що записані в постійний запам’ятовуючий пристрій (рис. 3.6). Рис. 3.6. Внутрішня плата мережного адаптеру. Роз'єм для під’єднання кабелю («скручена пара» чи оптоволоконного).Роз'єм для під’єднання пристрою до внутрішнього чи зовнішнього роз’єму комп’ютера (PCI чи USB).Перепрограмований постійний запам’ятовуючий пристрій, де зберігаються профайли користувача та програмно-апаратні налаштування.Постійний запам’ятовуючий пристрій, де зберігається BIOS адаптера (базова система вводу/виводу).Процесор (Chip) - мікросхема контролера мережного адаптера. Як і решта периферійних пристроїв, модем та мережний адаптер після фізичного під’єднання потребують встановлення драйвера, програмного налаштування, а також налаштування адреси даного комп’ютера та адреси головного комп’ютера мережі з яким відбуватиметься з’єднання.Контрольні запитання Для чого застосовують кодування інформації?Які існують типи кодування в комп’ютерній галузі? Яке кодування використовують для передачі сигналів по лініях зв’язку комп’ютерної мережі?Які особливості пересилання даних застосовано в асинхронному режимі?Які особливості пересилання даних застосовано в синхронному режимі?Який режим пересилання даних використовується між комп’ютером та модемом? Між двома комп’ютерами?Для чого потрібна синхронізація сигналів? Яким чином вона реалізується?Які пристрої використовують для під’єднання до локальної мережі?Які типи модемів є на сьогодні популярними? Чому?Які існують типи мережних адаптерів?