20. Типи ліній зв‘язку. Апаратура ліній зв‘язку.

Лінія зв'язку (мал. 2.1) складається в загальному випадку з фізичного середовища, по якому передаються електричні інформаційні сигнали, апаратури передачі даних і проміжної апаратури. Синонімом терміна лінія зв'язку (line) є термін канал зв'язку (channel).

Фізичне середовище передачі даних (medium) може являти собою кабель, тобто набір проводів, ізоляційних і захисних оболонок і сполучних рознімань, а також земну атмосферу чи космічний простір, через які поширюються електромагнітні хвилі.

У залежності від середовища передачі дані лінії зв'язку розділяються на наступні (мал. 2.2.):

	провідні (повітряні);
	кабельні (мідні і волоконно-оптичні);
	радіоканали наземного і супутникового зв'язку.

Провідні (повітряні) лінії зв'язку являють собою провід без якої-небудь ізоляції чи оплеток, які екранують , прокладений між стовпами і висячій в повітрі. По таких лініях зв'язку традиційно передаються телефонні чи телеграфні сигнали, але при відсутності інших можливостей ці лінії використовуються і для передачі комп'ютерних даних. Швидкісні якості і перешкодозахищеність не краща. Сьогодні провідні лінії зв'язку швидко витісняються кабельними.

Кабельні лінії являють собою досить складну конструкцію. Кабель складається з провідників, укладених у кілька шарів ізоляції: електричної, електромагнітної, механічної, а також, можливо, кліматичної. Крім того, кабель може бути оснащений роз'ємами, що дозволяють швидко виконувати приєднання до нього різного устаткування. У комп'ютерних мережах застосовуються три основних типи кабелю: кабелі на основі скручених пар мідних проводів, коаксіальні кабелі з мідною жилою, а також волоконно-оптичні кабелі.

Скручена пара проводів називається кручений парою (twisted pair). Кручена пара існує в екранованому варіанті (Shielded Twistedpair, STP), коли пари мідних проводів обертається в ізоляційний екран, і неекранованому (Unshielded Twistedpair, UTP), коли ізоляційна обгортка відсутня. Скручування проводів знижує вплив зовнішніх перешкод на корисні сигнали, що передаються по кабелю. Коаксіальний кабель (coaxial) має несиметричну конструкцію і складається з внутрішньої мідної жили й оплетки, відділеної від жили шаром ізоляції. Існує кілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками й областями застосування — для локальних мереж, для глобальних мереж, для кабельного телебачення і т.п. Волоконно-оптичний кабель (optical fiber) складається з тонких (5-60 мікрон)волокон, по яких поширюються світлові сигнали. Це найбільш якісний тип кабелю — він забезпечує передачу даних з дуже високою швидкістю (до 10 Гбит/з і вище) і до того ж краще інших типів передавальної середовища забезпечує захист даних від зовнішніх перешкод.

Радіоканали наземного і супутникового зв'язку утворяться за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Існує велика кількість різних типів радіоканалів, що відрізняються як використовуваним частотним діапазоном, так і дальністю каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KХ, СХ і ДХ), називані також діапазонами амплітудної модуляції (Amplitude Modulation, AM) по типі використовуваного в них методу модуляції сигналу, забезпечують далекий зв'язок, але при невисокій швидкості передачі даних. Більш швидкісними є канали, що працюють на діапазонах ультракоротких хвиль (УКВ), для яких характерна частотна модуляція (Frequency Modulation, FM), а також діапазонах надвисоких частот (СВЧ чи microwaves). У діапазоні СВЧ (понад 4 Ггц) сигнали вже не відбиваються іоносферою Землі і для стійкого зв'язку потрібно наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.У комп'ютерних мережах сьогодні застосовуються практично всі описані типи фізичних середовищ передачі даних, але найбільш перспективними є волоконно-оптичні. На них сьогодні будуються як магістралі великих територіальних мереж, так і високошвидкісні лінії зв'язку локальних мереж. Популярним середовищем є також кручена пари, що характеризується відмінним співвідношенням якості до вартості, а також простотою монтажу. За допомогою кручений пари звичайно підключають кінцевих абонентів мереж на відстанях до 100 метрів від концентратора. Супутникові канали і радіозв'язок використовуються найчастіше в тих випадках, коли кабельні зв'язки застосувати не можна — наприклад, при проходженні каналу через малонаселену чи місцевість же для зв'язку з мобільним користувачем мережі, таким як шофер вантажівки, лікар, що робить обхід, і т.п.

Апаратура передачі даних (АПД чи DCE— Data Circuit terminating Equipment) безпосередньо зв'язує комп'ютери чи локальні мережі користувача з лінією зв'язку і є, таким чином, прикордонним устаткуванням. Традиційно апаратуру передачі даних включають до складу лінії зв'язку. Прикладами DCE є модеми, термінальні адаптери мереж ISDN, оптичні модеми, пристрої підключення до цифрових каналів. Звичайно DCE працює на фізичному рівні, відповідаючи за передачу і прийом сигналу потрібної форми і потужності у фізичне середовище.

Апаратура користувача лінії зв'язку, що виробляє дані для передачі по лінії зв'язку і, що підключається безпосередньо до апаратури передачі даних, узагальнено зветься закінчене устаткування даних (ПРО чи ОД DTE — Data Terminal Equipment). Прикладом DTE можуть служити чи комп'ютери маршрутизатори локальних мереж. Цю апаратуру не включають до складу лінії зв'язку.

Поділ устаткування на класи DCE і DTE у локальних мережах є досить умовним. Наприклад, адаптер локальної мережі можна вважати як приналежністю комп'ютера, тобто DTE, так і складовою частиною каналу зв'язку, тобто DCE.

Проміжна апаратура звичайно використовується на лініях зв'язку великої довжини. Проміжна апаратура вирішує дві основні задачі:

• поліпшення якості сигналу;

• утворення постійного складеного каналу зв'язку між двома абонентами мережі.

У локальних мережах проміжна апаратура може зовсім не використовуватися, якщо довжина фізичного середовища — чи кабелів радіоефіру— дозволяє одному мережному адаптеру приймати сигнали безпосередньо від іншого мережного адаптера, без проміжного посилення. У противному випадку застосовуються пристрої типу повторювачів і концентраторів.

У глобальних мережах необхідно забезпечити якісну передачу сигналів на відстані в сотні і тисячі кілометрів. Тому без підсилювачів сигналів, установлених через визначені відстані, побудувати територіальну лінію зв'язку неможливо. У глобальній мережі необхідна також і проміжна апаратура іншого роду — мультиплексори, демультиплексори і комутатори. Ця апаратура вирішує другу зазначену задачу, тобто створює між двома абонентами мережі складений канал з відрізків фізичного середовища, що не комутуються - кабелів з підсилювачами. Важливо відзначити, що приведені на мал. 2.1 мультиплексори, демультиплексори і комутатори утворять складений канал на довгостроковій основі, наприклад на місяць чи рік, причому абонент не може впливати на процес комутації цього каналу — ці пристрої керуються по окремих входах, абоненту недоступним (на малюнку не показані). Наявність проміжної комутаційної апаратури рятує творців глобальної мережі від необхідності прокладати окрему кабельну лінію для кожної пари вузлів мережі, що з'єднуються. Замість цього між мультиплексорами і комутаторами використовується високошвидкісне фізичне середовище, наприклад волоконно-оптичний чи коаксіальний кабель, по якому передаються одночасно дані від великого числа порівняно низько швидкісних абонентських ліній. А коли потрібно утворити постійне з'єднання між якими-небудь двома кінцевими вузлами мережі, що знаходяться, наприклад, у різних містах, те мультиплексові, комутатори і демультиплексори набудовуються оператором каналу відповідним чином. Високошвидкісний канал звичайно називають ущільненим каналом.

Проміжна апаратура каналу зв'язку прозора для користувача, він її не замічає і не враховує у своїй роботі. Для нього важливі тільки якість отриманого каналу, що впливає на швидкість передачі дискретних даних. У дійсності ж проміжна апаратура утворить складну мережу, що називають первинною мережею, тому що сама по собі вона ніяких високорівневих служб (наприклад, файлової чи передачі голосу) не підтримує, а тільки є основою для побудови комп'ютерних, телефонних чи інших мереж.

В залежності від типу проміжної апаратури всі лінії зв'язку поділяються на аналогові і цифрові. В аналогових лініях проміжна апаратура призначена для посилення аналогових сигналів, тобто сигналів, що мають безупинний діапазон значень. Такі лінії зв'язку традиційно застосовувалися в телефонних мережах для зв'язку АТС між собою. Для створення високошвидкісних каналів, що мультиплексують трохи низько швидкісних аналогових абонентських каналів, при аналоговому підході звичайно використовується техніка частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM).

У цифрових лініях зв'язку сигнали, що передаються мають кінцеве число станів. Як правило, елементарний сигнал, тобто сигнал, переданий за один такт роботи передавальної апаратури, має 2 чи 3 стани, що передаються в лініях зв'язку імпульсами прямокутної форми. За допомогою таких сигналів передаються як комп'ютерні дані, так і оцифрована мова і зображення. У цифрових каналах зв'язку використовується проміжна апаратура, що поліпшує форму імпульсів і забезпечує їх ресинхронізацію, тобто відновлює період їхнього проходження. Проміжна апаратура утворення високошвидкісних цифрових каналів (мультиплексові, демультиплексори, комутатори) працює за принципом тимчасового мультиплексуования каналів (Time Division Multiplexing, TDM), коли кожному низько швидкісному каналу виділяється визначена частка часу (тайм-слот чи квант) високошвидкісного каналу.

Апаратура передачі дискретних комп'ютерних даних по аналогових і цифрових лініях зв'язку істотно відрізняється, тому що в першому випадку лінія зв'язку призначена для передачі сигналів довільної форми і не пред'являє ніяких вимог до способу представлення одиниць і нулів апаратурою передачі даних, а в другому — усі параметри переданих лінією імпульсів стандартизовані. Іншими словами, на цифрових лініях зв'язку протокол фізичного рівня визначений, а на аналогових лініях — немає.