по телефонной линии можно передавать только
IP-телефония: от медных проводов до цифровой обработки сигнала
Если в один прекрасный день вам придется на скорую руку разобраться, что есть VoIP (voice over IP) и что значат все эти дикие аббревиатуры, надеюсь, эта методичка поможет. Сразу замечу, что вопросы конфигурирования дополнительных видов обслуживания телефонии (такие как перевод вызова, голосовая почта, конференц-связь и т.п.) здесь не рассматриваются.
1. Базовые понятия телефонии
В общем виде схема подключения локального абонента к телефонному провайдеру по обычной телефонной линии выглядит следующим образом:
На стороне провайдера (АТС) установлен телефонный модуль с портом FXS (Foreign eXchange Subscriber). Дома или в офисе установлен телефон или факс с портом FXO (Foreign eXchange Office) и модуль номеронабирателя.
По внешнему виду порты FXS и FXO никак не отличаются, это обычные 6-выводные RJ11-разъемы. Но с помощью вольтметра отличить их очень просто — на FXS-порте всегда будет какое-то напряжение: 48/60 В, когда трубка положена, или 6–15 В во время разговора. На FXO, если он не подключен к линии, напряжение всегда 0.
Для передачи данных по телефонной линии на стороне провайдера нужна дополнительная логика, которую можно реализовать на модуле SLIC (subscriber line interface circuit), а на стороне абонента — с помощью модуля DAA (Direct Access Arrangement).
Сейчас довольно популярны беспроводные DECT-телефоны (Digital European Cordless Telecommunications). По устройству они аналогичны обычным телефонным аппаратам: в них тоже есть FXO-порт и модуль номеронабирателя, но еще добавлен модуль беспроводной связи станции и трубки на частоте 1,9 ГГц.
Абоненты подключаются к PSTN-сети (Public Switched Telephone Network) — телефонной сети общего пользования, она же ТСОП, ТфОП. PSTN-сеть может быть организована с использованием разных технологий: ISDN, оптики, POTS, Ethernet. Частный случай PSTN, когда используется обычная аналоговая/медная линия — POTS (Plain Old Telephone Service) — простая старая телефонная система.
С развитием Интернета телефонная связь перешла на новый уровень. Стационарные телефонные аппараты все реже используются, в основном по служебным нуждам. DECT-телефоны немного удобнее, но ограничены периметром дома. GSM-телефоны еще удобнее, но ограничены пределами страны (роуминг — дело дорогое). А вот для IP-телефонов, они же cофтфоны (SoftPhone), никаких ограничений, кроме доступа к интернету, нет.
Skype — самый известный пример софтфона. Он может много чего, но имеет два важных недостатка: закрытая архитектура и прослушка известно какими органами. Из-за первого нет возможности создать свою телефонную микросеть. А из-за второго — не очень приятно, когда за вами подсматривают, особенно при личных и коммерческих разговорах.
К счастью есть открытые протоколы для создания своих коммуникационных сетей с плюшками — это SIP и H.323. Софтфонов на SIP-протоколе несколько больше чем на H.323, что можно объяснить его сравнительной простотой и гибкостью. Но иногда эта гибкость может вставлять большие палки в колёса. Оба протокола SIP и H.323 используют RTP-протокол для передачи медиаданных.
Рассмотрим базовые принципы протокола SIP, чтобы разобраться, как происходит соединения двух абонентов.
2. Описание связки SIP/SDP/RTP-протоколов
SIP (Session Initiation Protocol) — протокол установления сессии (не только телефонной) — это текстовый протокол поверх UDP. Также есть возможность использовать SIP поверх TCP, но это редкие случаи.
SDP (Session Description Protocol) — протокол согласования типа передаваемых данных (для звука и видео это кодеки и их форматы, для факсов — скорость передачи и коррекция ошибок) и адреса их назначения (IP и порт). Это также текстовый протокол. Параметры SDP передаются в теле SIP-пакетов.
RTP (Real-time Transport Protocol) — протокол передачи аудио/видеоданных. Это бинарный протокол поверх UDP.
Общая структура SIP-пакетов:
Вот пример двух SIP-пакетов для одной частой процедуры — установления вызова:
Слева изображено содержимое пакета SIP INVITE, справа — ответ на него — SIP 200 OK.
Основные поля выделены рамками:
SDP-сообщение состоит из строк, содержащих пары ПОЛЕ=ЗНАЧЕНИЕ. Из основных полей можно отметить:
RTP-пакеты содержат аудио/видеоданные, закодированные в определенном формате. Данный формат указывается в поле PT (payload type). Таблица соответствия значения данного поля конкретному формату приведена в https://en.wikipedia.org/wiki/RTP_audio_video_profile.
Также в RTP-пакетах указывается уникальный SSRC-идентификатор (определяет источник RTP-потока) и метка времени (timestamp, используется для равномерного проигрывания звука или видео).
Пример взаимодействия двух SIP-абонентов через SIP-сервер (Asterisk):
Как только запускается SIP-телефон, первым делом он регистрируется на удаленном сервере (SIP Registar), отправляет ему сообщение SIP REGISTER.
При вызове абонента отправляется сообщение SIP INVITE, в теле которого вложено SDP-сообщение, в котором указываются параметры передачи звука/видео (какие кодеки поддерживаются, на какой IP и порт отправлять звук и др.).
Когда удаленный абонент поднимает трубку, нам приходит сообщение SIP 200 OK также с параметрами SDP, только удаленного абонента. Используя отправленные и полученные SDP-параметры можно устанавливать RTP-сессию передачи звука/видео или T.38-сессию передачи факсов.
Если полученные параметры SDP нас не устроили, или промежуточный SIP-сервер решил не пропускать через себя RTP-трафик, то выполняется процедура повторного согласования SDP, так называемый REINVITE. Кстати, именно из-за этой процедуры у бесплатных SIP-прокси-серверов есть один недостаток — если оба абонента находятся в одной локальной сети, а прокси-сервер находится за NAT’ом, то после перенаправления RTP-трафика ни один из абонентов не будет слышать другого.
После окончания разговора, абонент положивший трубку, отправляет сообщение SIP BYE.
3. Передача информации о нажатых кнопках
Иногда после установления сессии, во время разговора, требуется доступ к дополнительным видам обслуживания (ДВО) — удержание вызова, перевод, голосовая почта и т.п. — которые реагируют на определенные сочетания нажатых кнопок.
Так, в обычной телефонной линии есть два способа набора номера:
Во время разговора импульсный способ неудобен для передачи нажатой кнопки. Так, на передачу «0» требуется приблизительно 1 секунда (10 импульсов по 100 мс: 60 мс — разрыв линии, 40 мс — замыкание линии) плюс 200 мс на паузу между цифрами. К тому же во время импульсного набора будут часто слышны характерные щелчки. Поэтому в обычной телефонии используется только тоновый режим доступа к ДВО.
В VoIP-телефонии информация о нажатых кнопках может передаваться тремя способами:
Передача DTMF внутри аудиоданных(Inband) имеет несколько недостатков — это накладные ресурсы при генерации/встраивании тонов и при их детектировании, ограничения некоторых кодеков, которые могут исказить DTMF-коды, и слабая надежность при передаче (если потеряется часть пакетов, то может произойти детектирование двойного нажатия одной и той же клавиши).
Главное различие между DTMF RFC2833 и SIP INFO: если на SIP-прокси-сервере включена возможность передачи RTP непосредственно между абонентами минуя сам сервер (например, canreinvite=yes в asterisk), то сервер не заметит RFC2833-пакеты, вследствие чего становятся недоступными сервисы ДВО. Передача SIP-пакетов всегда осуществляется через SIP-прокси-серверы, поэтому ДВО всегда будут работать.
4. Передача голоса и факсов
Как уже упоминалось, для передачи медиаданных используются RTP-протокол. В RTP-пакетах всегда указывается формат передаваемых данных (кодек).
Для передачи голоса существует много разнообразных кодеков, с разными соотношениями битрейт/качество/сложность, есть открытые и закрытые. В любом софтфоне обязательно есть поддержка G.711 alaw/ulaw-кодеков, их реализация очень простая, качество звука неплохое, но они требуют пропускной способности в 64 кбит/с. Например, G.729-кодек требует только 8 кбит/с, но очень сильно загружает процессор, к тому же он не бесплатный.
Для передачи факсов обычно используется либо G.711-кодек, либо T.38-протокол. Передача факсов по G.711-кодеку соответствует передаче факса по T.30-протоколу, как будто факс передается по обычной телефонной линии, но при этом аналоговый сигнал с линии оцифровывается по alaw/ulaw-закону. Это также называется передачей факса Inband T.30.
Факсы по T.30-протоколу выполняют согласование своих параметров: скорости передачи, размера дейтаграмм, тип коррекции ошибок. T.38-протокол базируется на протоколе T.30, но в отличие от Inband-передачи, происходит анализ генерируемых и принятых T.30-команд. Таким образом передаются не сырые данные, а распознанные команды управления факсом.
Для передачи команд T.38 используется UDPTL-протокол, это протокол на базе UDP, он используется только для T.38. Для передачи комманд T.38 можно ещё использовать протоколы TCP и RTP, но они используются гораздо реже.
Основные достоинства T.38 — снижение нагрузки на сеть и большая надежность по сравнению с Inband-передачей факса.
Процедура передачи факса в режиме T.38 выглядит следующим образом:
Передавать факсы по интернету желательно в T.38. Если же факс нужно передать внутри офиса или между объектами, имеющими стабильное соединение, то можно использовать передачу факса Inband T.30. При этом перед передачей факса обязательно должна быть отключена процедура эхоподавления, чтобы не вносить дополнительные искажения.
Очень подробно про передачу факсов написано в книге «Fax, Modem, and Text for IP Telephony», авторы — David Hanes и Gonzalo Salgueiro.
5. Цифровая обработка сигналов (ЦОС). Обеспечение качества звука в IP-телефонии, примеры тестирования
С протоколами установления сеанса разговора (SIP/SDP) и методе передачи звука по RTP-каналу мы разобрались. Остался один немаловажный вопрос — качество звука. С одной стороны, качество звука определяется выбранным кодеком. Но с другой, необходимы еще дополнительные процедуры DSP (ЦОС — цифровой обработки сигналов). Данные процедуры учитывают особенности работы VoIP-телефонии: не всегда используется качественная гарнитура, в интернете бывают пропадания пакетов, иногда пакеты приходят неравномерно, пропускная способность сети тоже не резиновая.
Основные процедуры, улучшающие качество звука:
VAD (Voice activity detector) — процедура определения фреймов, которые содержат голос (активный голосовой фрейм) или тишину (неактивный голосовой фрейм). Такое разделение позволяет заметно снизить загрузку сети, поскольку передача информации о тишине требует гораздо меньше данных (достаточно лишь передать уровень шума или вообще ничего не передавать).
Некоторые кодеки уже содержат внутри себя процедуры VAD (GSM, G.729), для других же (G.711, G.722, G.726) нужно их реализовывать.
Если VAD настроен на передачу информации об уровне шума, то передаются специальные SID-пакеты (Silence Insertion Descriptor) в 13м RTP-формате CN (Comfort Noise).
Стоит заметить, что SID-пакеты могут быть отброшены SIP-прокси-серверами, поэтому для проверки желательно настраивать передачу RTP-трафика мимо SIP-серверов.
CNG (сomfort noise generation) — процедура генерации комфортного шума на базе сведений из SID-пакетов. Таким образом, VAD и CNG работают в связке, но CNG-процедура гораздо менее востребована, поскольку заметить работу CNG-можно не всегда, особенно при малой громкости.
PLC (packet loss concealment) — процедура восстановления звукового потока при потере пакетов. Даже при 50% потере пакетов хороший алгоритм PLC позволяет добиться приемлемого качества речи. Искажения, конечно, будут, но слова разобрать можно.
Простейший способ эмуляции потери пакетов (в Linux) — воспользоваться утилитой tc из пакета iproute с модулем netem. Она выполняет шейпинг только исходящего трафика.
Пример запуска эмуляции сети с потерей 50% пакетов:
Jitter buffer — процедура избавления от jitter-эффекта, когда интервал между принятыми пакетами очень сильно меняется, и что в худшем случае ведет к неверному порядку принимаемых пакетов. Также данный эффект приводит к прерываниям речи. Для устранения jitter-эффекта необходимо на принимаемой стороне реализовать буфер пакетов с размером, достаточным для восстановления исходного порядка отправления пакетов с заданным интервалом.
Эмулировать jitter-эффект также можно с помощью утилиты tc (интервал между ожидаемым моментом прихода пакета и фактическим может достигать 500 мс):
LEC (Line Echo Canceller) — процедура устранения локального эха, когда удаленный абонент начинает слышать собственный голос. Ее суть заключается в том, чтобы вычесть из передаваемого сигнала принимаемый сигнал с некоторым коэффициентом.
Эхо может возникать по нескольким причинам:
Выяснить причину (акустическое или электрическое эхо) несложно: абоненту, на чьей стороне создается эхо, необходимо отключить микрофон. Если эхо все равно возникает — значит оно электрическое.
Более подробно о VoIP и процедурах ЦОС написано в книге VoIP Voice and Fax Signal Processing. Предпросмотр доступен на Google Books.
На этом поверхностный теоретический обзор VoIP завершен. Если интересно, то пример практической реализации мини-АТС на реальной аппаратной платформе можно будет рассмотреть в следующей статье.
[!?] Вопросы и комментарии приветствуются. На них будет отвечать автор статьи Дмитрий Валенто, инженер-программист дизайн-центра электроники Promwad.
Что можно «выжать» из телефонной линии?
Телефонная линия — это пока единственная наиболее доступная телекоммуникационная роскошь. Протягивать дополнительные линии для подключения к Internet дело хлопотное и дорогое. Поэтому максимальная скорость работы в Internet для домашних пользователей ограничена сегодня 56 кбит/с. Однако все не так печально: есть технология, «выжимающая» из обычной телефонной линии до 7,5 Мбит/с. Эта технология называется DSL (Digital Subscrabe Line).
Особенности технологии DSL
Да, оперативно переписать качественную картинку или даже видеофрагмент из Internet — это уже не из области фантастики. Доступная прежде только для корпоративных пользователей, технология DSL теперь, после поддержки городскими телефонными сетями (в Москве, С.-Петербурге, Нижнем Новгороде), стала реальностью и для домашних пользователей.
Вначале мы рассмотрим, как работают DSL-модемы, чтобы выявить основные преимущества технологии. Если обычный модем обрабатывает данные на звуковых частотах, то DSL-модем использует для этих целей более высокие частоты. Причем он может работать одновременно с телефоном, поскольку спектры голосового сигнала от телефона и цифрового DSL-сигнала не «пересекаются», т. е. не влияют друг на друга. Именно поэтому DSL позволяет работать в Internet и говорить по телефону по одной и той же физической линии. Более того, DSL-технология обычно использует несколько частот, и модемы с обеих сторон линии пытаются подобрать лучшие из них для передачи данных.
Прежде чем установить соединение, оба DSL-модема выбирают лучшие частоты для передачи данных и во время работы периодически проверяют частотные характеристики линии. Это влияет на скорость передачи данных: она зависит от уровня помех на линии и может быть не постоянной.
Еще одна особенность DSL-технологии — на скорость передачи данных влияет удаленность клиента от телефонной станции. Вполне приемлемое качество передачи данных обеспечивают до семи километров кабеля. Кроме того, на скорость передачи также влияет качество телефонной разводки внутри дома и тип самого телефонного кабеля (коаксиальный, витая пара и др.). Так что далеко не всегда можно заранее сказать, какая именно скорость будет у конкретного DSL-соединения. Но если соединение установилось, то даже в худшем случае скорость передачи данных через DSL-модемы составляет несколько сотен килобайт в секунду.
Обычно пользователи получают больший объем информации, чем отправляют сами и вполне доступно увеличить скорость передачи данных от провайдера и уменьшить — от клиента. Такая технология называется асимметричной DSL, или ADSL. Именно в этом случае и была достигнута скорость 7,5 Мбит/с на обычной телефонной линии. Но и тогда от клиента к провайдеру можно передавать несколько сотен килобайт в секунду — этого достаточно для полноценной работы браузера, FTP и даже IP-телефонии.
DSL-модем не только передает данные, но также выполняет роль маршрутизатора. Оборудованный Ethernet-портом DSL-модем дает возможность подключить к нему несколько компьютеров. Так, «ПТТ Телепорт» объединяет в локальную сеть до 10 пользователей одной DSL-линии. Это позволяет установить минимальную абонентскую плату (15 долл.)*, а емкость DSL-канала разделяется между всеми пользователями. При этом настройкой соединения Ethernet занимается пользователь, а настройкой маршрутизации в DSL-модеме — сам Internet-провайдер.
Использование DSL
DSL-проект в Москве был разработан и протестирован специальной лабораторией МГТС, начавшей исследования технологии еще в 1998 г., а предоставление услуг пришлось уже на 2000 г. Тестирование установило, что для DSL могут быть задействованы только около 7% из 40 пар проводов, входящих в кабель, который обычно проложен от дома к АТС. При большом числе абонентов взаимное влияние модемов не позволит использовать эту технологию. Однако на деле одной пары проводов достаточно, чтобы подключить целый дом или подъезд, поэтому проблема взаимного влияния DSL-модемов, скорее всего, не встанет еще долго.
После телефонной станции цифровой DSL-поток отделяется от телефонного сигнала и направляется в сеть передачи данных провайдера. Таким образом, услугой DSL можно воспользоваться только в том случае, если на телефонном узле установлена соответствующая аппаратура (список АТС постепенно расширяется).
Кроме самого подключения, «ПТТ Телепорт» также выполняет всю работу по разводке необходимых кабелей Ethernet. Все подключение вместе стоит около 750 долл., или 75 долл. при подключении 10 человек. Ежемесячная абонентская плата составляет 15 долл. на абонента, куда входит оплата 800 Мбайт полученной информации. За поток информации от клиента к провайдеру «ПТТ Телепорт» плату не взимает.
При постоянном подключении, которое обеспечивает DSL-модем, повременная оплата теряет смысл и плата взимается за количество переданной к абоненту информации. При этом в абонентскую плату входит стоимость получения 800 Мбайт (за каждый следующий мегабайт — 10 центов).
Следует отметить, что использование DSL-технологии позволяет клиентам получать качественно новые услуги. В частности, практически все телекомпании после пожара на Останкинской телебашне начали вещание через Internet по технологии IP TV или аналогичным. Технология DSL обеспечивает приемлемое качество, практически сравнимое с цифровым телевидением. Использовать DSL можно и для получения аудиоинформации, в том числе и MP3-файлов, только не стоит забывать о пограничной цифре в 800 Мбайт, ведь при скорости около в 7,5 Мбит/с «добежать» до отведенной «ПТТ Телепорт» границы можно всего за 20 мин. Другое дело, что ни один Web-сервер или даже приложение для IP TV пока такого потока информации обеспечить не сможет.
Существенно важно, что DSL-соединение является постоянным, а не коммутируемым. Пользователь такой услуги может поставить у себя Web-сервер и заниматься, например, созданием своих информационных ресурсов. При этом скорость передачи данных может достигать 1,5 Мбит/с, в то время как многие корпоративные Web-серверы подключены к Internet на скорости до 512 кбит/с.
В общем случае технология DSL является более дешевой альтернативой выделенной линии от клиента к провайдеру. Прежде всего это интересно корпоративным пользователям. Однако уровень цен сейчас таков, что этой услугой уже вполне могут воспользоваться и домашние пользователи. Особенно если они объединены в компактную группу — так называемые домашние сети. В Москве таких сетей уже немало, и для них DSL — наиболее дешевое и достаточно высокоскоростное решение, позволяющее работать с Internet.
Аналогичные проекты реализуются и в С.-Петербурге и Нижнем Новгороде. Есть все основания надеяться, что телефонные операторы городских телефонных сетей России по достоинству оценят эту технологию и будут использовать ее для подключения своих клиентов к Internet. Тем более что DSL может решить проблему перегруженности городской сети модемными телефонными соединениями.
Валерий Коржов — обозреватель еженедельника СomputerWorld Россия. С ним можно связаться по адресу: oskar@osp.ru
* Все цены указаны по состоянию на 5 октября 2000 г.
Практическая работа по информатике
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Передача информации между компьютерами. Проводная и беспроводная
освоение основных характеристик передачи информации с использованием технических средств.
развитие навыков самообразования с использованием информационных и коммуникационных технологий.
формирование навыков свободного ориентирования в информационной среде.
Основная: Информатика и ИКТ: учебник для нач. и сред. проф. Образования, Цветкова М.С., Великович Л.С., М. : Издательский центр «Академия», 2012
Дополнительная: Интернет – ресурсы: Модульная объектно-ориентированная динамическая учебная среда СДО Moodle http://www.pk13.ru/lms
Теоретический материал урока (содержание лекции)
Передача информации между компьютерами
1. Передача информации
Обмен информацией производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Так, при непосредственном общении людей информация передается с помощью звуковых волн, а при разговоре по телефону — с помощью электрических сигналов, которые распространяются по линиям связи. Компьютеры могут обмениваться информацией с использованием каналов связи различной физической природы: кабельных, оптоволоконных, радиоканалов и др.
Общая схема передачи информации включает в себя отправителя информации, канал передачи информации и получателя информации. Если производится двусторонний обмен информацией, то отправитель и получатель информации могут меняться ролями.
Каналы передачи информации – каналы связи – это технические устройства, обеспечивающие передачу данных. Они бывают аналоговые и цифровые, телефонные и телеграфные, радиочастотные и телевизионные, инфракрасные и оптические, выделенные и коммутируемые.
Коммутируемые каналы связи используются конкретной сетью только на момент связи. В территориальных и глобальных компьютерных сетях, как правило, используются телефонные каналы общего назначения, которые по вызову подключаются (коммутируются) к данной сети. Коммутируемые каналы являются низкоскоростными в отличие от выделенных каналов.
Дуплексный канал связи (лат. duplex двойной) – канал, по которому передача данных происходит в оба направления одновременно.
Симплексный канал (лат. simplex – простой) – канал, по которому передача данных в каждый момент времени происходит только в одном направлении.
Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность (скорость передачи информации).
Пропускная способность канала равна количеству информации, которое может передаваться по нему в единицу времени.
Обычно пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с) и кратных единицах Кбит/с и Мбит/с. Однако иногда в качестве единицы измерения используется байт в секунду (байт/с) и кратные ему единицы Кбайт/с и Мбайт/с.
Соотношения между единицами пропускной способности канала передачи информации такие же, как между единицами измерения количества информации:
1 байт/с = 2 3 бит/с = 8 бит/с;
1 Кбит/с = 2 10 бит/с = 1024 бит/с;
1 Мбит/с = 2 10 Кбит/с = 1024 Кбит/с;
1 Гбит/с = 2 10 Мбит/с = 1024 Мбит/с.
2. Компьютерные сети
При работе на персональном компьютере в автономном режиме пользователи могут обмениваться информацией (программами, документами и так далее), лишь копируя ее на дискеты, диски или флэш-память.
Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью совместного использования информации пользователями, работающими на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместного использования принтеров и других периферийных устройств и даже одновременной работы с документами.
Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).
Локальная сеть объединяет несколько компьютеров и дает возможность пользователям совместно использовать ресурсы компьютеров, а также подключенных к сети периферийных устройств (принтеров, плоттеров, дисков, модемов и др.).
Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая сотни миллионов компьютеров.
3. Проводная и беспроводная связь
Существует несколько различных способов подключения к Интернету, которые различаются предоставляемыми пользователю возможностями и стоимостью подключения. Наилучшие возможности обеспечиваются при непосредственном подключении к Интернету с помощью высокоскоростного ( оптоволоконного или спутникового ) канала связи.
Классификация систем передачи данных
Коаксиальный кабель (коаксиальная пара), (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») — пара, проводники которой расположены соосно и разделены изоляцией.
4. Передача информации по коммутируемым телефонным каналам
Модем. Модуляция и демодуляция
Модем выполняет преобразование дискретного сигнала (выдаваемого компьютером) в непрерывный (аналоговый) сигнал (используемый в телефонной связи) и обратное преобразование.
Подключение по телефонной линии с помощью модема
Модем обеспечивает модуляцию и демодуляцию сигнала при его передаче по телефонным линиям.
Внутренний модем Внешний модем
К сожалению, скорость передачи аналогового модема в значительной мере зависит от качества телефонной линии и установленного соединения. Именно поэтому получить максимальную скорость передачи данных практически невозможно (обычно модем с заявленной скоростью в 33,6 Кбит/с позволяет работать со скоростью 28,8 Кбит/с, в лучшем случае 31,2 Кбит/с).
Невысокая цена и совместимость практически с любой телефонной линией сделали аналоговые модемы основным выбором индивидуальных пользователей.
5. Проводные системы передачи данных
5.1. Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы
Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в телефонных линиях.
Развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи.
Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы по определению являются широкополосными, разрабатывалась именно такая технология, которая позволила бы использовать данное преимущество для высокоскоростной передачи данных, в основном для организации доступа в Интернет частных пользователей.
Двунаправленная система кабельного телевидения позволяет передавать нисходящий поток передачи данных в полосе частот от 50 МГц до 750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Полоса частот, выделенная для восходящего потока данных, делится между всеми пользователями, к которым проложен коаксиальный кабель. Обычно это частотный диапазон от 5 МГц до 40 МГц.
Телефонная сеть общего пользования, ТСОП, ТфОП (англ. PSTN, Public Switched Telephone Network) — это сеть, для доступа к которой используются обычные проводные телефонные аппараты, мини-АТС и оборудование передачи данных.
Один видеоканал, имеющий номинальную полосу частот 6 МГц, может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Общая скорость восходящего потока данных до 10 Мбит/с, но практикуемый метод коллективного использования в реальности для каждого отдельного пользователя дает гораздо меньшее значение.
5.2. Использование витой пары и абонентских телефонных проводов для передачи данных
Витая пара (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины, что позволяет снизить нежелательные помехи), покрытых пластиковой оболочкой.
Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и легкости в монтаже, является самым распространенным решением для построения локальных сетей.
Использование витой пары для доступа в сеть Интернет
Непрофессиональные пользователи сети Интернет могут использовать аналоговые модемы, но рано или поздно любой из них сталкивается с проблемами, связанными с низким качеством соединения и перегрузками телефонной сети общего пользования. Эта сеть, в своем существующем на данный момент виде, совершенно не предназначена для того, чтобы передавать трафик сети Интернет.
Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети.
хDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования. В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии
Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от «общения» пользователей с сетью Интернет.
Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы.
Технологии xDSL предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться. Они создают быстрый и недорогой метод дополнительного использования существующей кабельной сети, а также базу для перехода к технологиям будущего.
6. Беспроводные системы передачи данных
Беспроводное соединение позволяет работать на компьютерах в любом месте без использования кабелей.
6.1. Спутниковые системы
Для полноценного функционирования как спутникового, так и любого другого Интернета (в отличие от телевидения) необходима передача данных не только К пользователю, но и ОТ пользователя. Если по телевидению мы просто смотрим то, что нам показывают, то находясь в Интернете, мы сами «заказываем», что именно мы хотим увидеть. Таким образом, для работы в Интернете необходимо 2 канала: исходящий или запросный (от пользователя) и входящий (к пользователю).
Таким образом, Спутниковый интернет бывает синхронный (и запросный, и входящий каналы организованы через спутник) и асинхронный (через спутник организован только входящий канал). В основном используется асинхронный Спутниковый интернет, т.к. подключение синхронного Спутникового интернета стоит значительно дороже и большинству пользователей просто не нужно, кроме того, там более дорогой трафик (примерно в 3 раза дороже, чем при асинхронном Спутниковом интернете).
Односторонний спутниковый Интернет
Спутниковая антенна является принимающим устройством, и умеет только ПРИНИМАТЬ сигнал для спутникового Интернета. А так как Интернет работает исключительно при наличии двух каналов (входящий и исходящий), то необходим ещё и запросный (исходящий) канал. Запросный канал для спутникового Интернета может быть организован как угодно – например, линия телефонной связи и модем. Часто используется «мобильный интернет», т.е. GPRS-модем любого из операторов сотовой связи. GPRS обеспечивает низкую скорость передачи данных и достаточно дорог, но это всего лишь запросный канал. Ведь, кликая по ссылке, пользователь отправляет короткий запрос на сервер, а всё то, что у пользователя открывается на экране, он получает уже со спутника.
А так как объем исходящей от пользователя информации намного меньше, чем объем входящей к нему на компьютер (примерно в 10 раз), то такая схема работы очень оправдана.
Пользователю необходимо обязательно установить спутниковую антенну, СВЧ-ресивер и карту декодера прямо в персональный компьютер.
Спутник охватывает большую зону на поверхности Земли и является наиболее «широко охватывающей» технологией доступа в Интернет с географической точки зрения.
Спутниковые системы доступа имеют не очень высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и работают не очень быстро. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув на него мышью своего компьютера, вы подали сигнал запроса, который должен пройти по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается на спутник вверх и вниз, что в общей сложности составляет около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, данное средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Это особенно заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.
Несмотря на широкую зону охвата, спутниковые системы имеют ряд недостатков, связанных, в частности, с необходимостью приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования.
Двусторонний (синхронный) спутниковый Интернет
Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от друга (до 30 километров) в пределах прямой видимости (сверхвысокочастотный сигнал не может завернуть за угол или перепрыгнуть даже через небольшую горку).
Ретранслятор — оборудование связи, которое соединяет два или более радиопередатчиков, удалённых друг от друга на большие расстояния. В случае использования космических средств связи говорят о спутниках связи или о спутниках-ретрансляторах.
Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние, но данная технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа – высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями (со скоростью от 2 Мбит/с и выше). Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля (например, в городах, где проложить кабель не всегда просто, или в том случае, когда эти здания разделяет река).
В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области (на основе ИК светодиодов и полупроводниковых лазеров). Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1-3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с.
Инфракрасный канал – канал, использующий для передачи данных инфракрасное излучение.
Инфракрасное излучение занимает полосу частот электромагнитного спектра от 50-100 ГГц до 400 ТГц.
Инфракрасный канал работает в диапазоне высоких частот, где сигналы мало подвержены электрическим помехам, передача данных осуществляется с небольшим числом ошибок и высокими скоростями.
Локальная инфракрасная сеть – беспроводная локальная сеть, в которой передача сигналов осуществляется по инфракрасным каналам.
Сфера применения ИК делится на две четко разграниченные области: короткие линии связи с периферийными устройствами и соединения внутри ЛВС (или даже между ЛВС). В обоих случаях требуется располагать устройства на линии прямой видимости.
ИK-соединения отличаются высокой степенью защищенности информации.
Обеспечивая среднюю скорость передачи данных, системы данного типа позволяют организовать канал передачи на достаточно большое расстояние. В то же время подверженность внешним помехам и зависимость от географических условий (обязательная необходимость прямой видимости) делают применение таких систем не всегда целесообразным.
6.3. Системы персональной сотовой связи
Доступ в сеть Интернет может быть организован посредством существующей системы сотовой связи с использованием аналоговых модемов (модемов для передачи по телефонным каналам). Так как каналы сотовой связи имеют достаточно узкую полосу частот, скорость передачи данных невелика (в процессе постепенного развития систем сотовой связи и усовершенствования технологий скорость передачи данных постепенно росла от 9,6 Кбит/с до 19,2 Кбит/с).
Главное достоинство сотовой связи заключается в мобильности и возможности выхода в сеть Интернет из любого места, а не только из квартиры или офиса, которые с помощью кабеля привязаны к провайдеру. К недостаткам можно отнести достаточно высокую стоимость услуг сотовой связи, а также не стопроцентный охват территории компаниями сотовой связи и наличие зон неуверенной связи.
По параметру стоимости самыми дорогими являются оптоволоконные линии, самыми дешевыми — телефонные.
Практически не подвержены помехам оптоволоконные линии.
Пропускная способность телефонных линий — десятки и сотни Кбит/с; пропускная способность оптоволоконных линий и линий радиосвязи измеряется десятками и сотнями Мбит/с.
Кабельная связь обычно используется на небольших расстояниях (между разными провайдерами в одном городе). На больших расстояниях выгоднее использовать радиосвязь. Все большее число пользователей в наше время переходят от коммутируемых низкоскоростных подключений к высокоскоростным некоммутируемым линиям связи.
Закрепление изученного материала (выполнение тестов)
Могут ли меняться ролями отправитель и получатель информации?
Коммутируемые каналы связи используются конкретной сетью: