Раздел 6. Протоколы и интерфейсы, используемые в сетях связи и передачи данных

Тема 6.1. Интерфейсы физического и канального уровней

Требования к знаниям

Студент должен

иметь представление:

· о назначении протоколов физического уровня, описывающих процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами (электрические характеристики, форму импульсов, уровень напряжения или тока, типы кодирования, скорости передачи);

· о назначении протоколов канального уровня, обеспечивающих передачу через физический канал (структура передаваемых кадров, физическая адресация передаваемых сообщений, выявление ошибок и неисправностей);

· о правилах соединения компьютера или видеотерминала и модема или аппаратуры передачи данных (рекомендации V24 ITU-T);

· о стандартизации типов разъёмов, используемых с цепями обмена серии 100 (стандарт ISO2110 для модемов соответствующих рекомендациям V/21, V23, V26, V27).

знать:

· определение «интерфейс»

· назначение и описание уровней сигналов интерфейса RS232;

· назначение контактов разъёмов для RS 232/9, RS 232/25;

· структуру «нуль - модема» для соединения двух компьютеров.

Содержание учебного материала

Стандарт любой системы связи содержит описание интерфейсов, протоколов и процедур, требования к аппаратурной части радиоканала. Стандарт связи обычно включает:

· радиоинтерфес,

· интерфейс управления сетью,

· интерфейс периферийного оборудования,

· межсистемный интерфейс,

· интерфейс взаимодействия с базой данных. (см. Пособие 25)

При передаче или приёме данных через телефонные, радио или иные линии, оборудование, которое выдаёт и использует данные (компьютер, PDA, точка доступа либо другое), называют терминальным (оконечным) оборудованием обработки данных (Data terminating equipment DTE).

Оборудование, подключенное к окончанию телефонной линии и осуществляющее преобразование сигналов исходных данных в сигналы, которые могут быть переданы, называется оконечным оборудованием линии передачи данных (Data circuit - terminating equipment - DCE). Сопряжение этих двух типов оборудования является важнейшей задачей, имеющей непосредственное отношение как к обслуживающему персоналу, так и к пользователю.

Интерфейс (промежуточное устройство, стык, абонентский комплект, устройство сопряжения и т.д.) это устройство, при помощи которого отдельные подсистемы связываются между собой внутри большой и сложной системы или сложные системы осуществляют связь друг с другом. Такая сложная распределённая система как система сотовой связи стандарта GSM имеет даже три вида интерфейсов. В ряде систем связи стандарты на интерфейсы могут являться основными стандартами системы, например разработанный в Великобритании стандарт MPT 1327 определяет интерфейсы подсистем самой распространённой «открытой» системы транкинговой связи. Руководствуясь стандартом MPT 1327, производители любых составных частей системы, в том числе и абонентского оборудования, гарантируют их совместимость внутри системы и сопряжение с другими системами связи. Это возможно потому, что входы и выходыв интерфейсе определены независимо от внутренне реализации. Правильно установленные интерфейсы являются также фундаментальным требованием для поддержания совместимости между старым и новым оборудованием.

Самый распространённый интерфейс – двухпроводное соединение телефонной линии с коммутационным оборудованием АТС. Этот интерфейс обеспечивает стыковку тысяч моделей телефонных аппаратов с коммутаторами различных типов. Этот интерфейс определяет характеристики:

- напряжение питания в линии для обеспечения сигнализации постоянным током и питания рабочих точек;

- защиту оборудования и персонала от опасных напряжений;

- сигналы вызова;

контроль положения трубки;

- возможность тестирования линии в любом направлении.

Примерами интерфейсов служат BRI – базовый и PRI – первичный доступы к цифровой сети с интеграцией услуг ISDN.

Вообще существует 4 основных технологии передачи, используемые для обеспечения цифрового доступа: медная пара, волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель и беспроводная связь. Базовый доступ использует для передачи медную пару, технология получила название Digital Subscriber Loop, DSL. Однако в спецификациях доступа определён не передачи по двухпроводным линиям, а стандарт на интерфейс, предусматривающий наличие модуля сетевого окончания. Задача стандарта на интерфейс – преобразовать любую выбранную систему передачи в стандартный интерфейс, что обеспечивает подключение напрямую стандартного оборудования и поддержание нетипового (не ISDN) оборудования пользователя. Сказанное иллюстрируется схемой архитектуры интерфейса BRI, где:

NT1 – модуль сетевого окончании для функций уровня 1, обеспечивающий физическое и электрическое окончание только для канала передачи.

NT2 - второй уровень сетевого окончания, в котором реализованы функции, связанные со

2-м и 3-м уровнями ОКС№7. Оборудование NT2 включает УАТС, мультиплексоры или шлюзы LAN.

TE1 – терминальное оборудование типа 1 (цифровой телефон, устройство, подчиняющееся ISDN по интерфейсу S).

TE2 – терминал не совместимый с ISDN, требующий терминального адаптера для согласования с интерфейсом S ISDN (аналоговые телефоны или асинхронные RS-232 терминалы данных).

TA- адаптер терминала, используемый для преобразования произвольного интерфейса R в интерфейс S.

Рис. 33

U,T,R,S- эталонные точки.

Подключение модемов

Соединения между компьютером или видеотерминалом (т.е. оконечным оборудованием обработки данных DTE и модемом или аппаратурой передачи данных DCE известны как цепи обмена серии 100 и определяются рекомендацией V.24 ITU-T (МККТТ - Международного консультативного комитета).

Разъемы, используемые с цепями обмена серии 100 и назначение их штырьков для модемов, соответствующих рекомендациям V.21, V.23, V.26, V.26 bis, V.27и V.27 ter, определяются стандартом ISO 2110.

Для автоматического вызова и автоматического ответа между модемами и телефонной сети рекомендацией V25 МККТТ определена 200 серия схем обмена, подобная серии 100.

Интерфейс RS232

Для соединения компьютеров с модемами в настоящее время повсеместно применяется интерфейс RS232, в котором используются несимметричные сигналы, т. е. потенциалы измеряются относительно уровня 0В или «земляной» шины схемы. Уровни сигнала данных и сигналов управления — биполярные. Для сигналов управления логическая 1 (ON) имеет положительный уровень напряжения между +5 В и +15 В, а логический 0 (OFF) — отрицательный уровень напряжения между —5Ви—15В. В современных версиях стандарта RS232, RS232D и RS232E — диапазон напряжений ON и OFF расширен до 25 В.

В редких случаях сигналы данных в интерфейсе RS232имеют обратную полярность и ограничиваются уровнем 15 В: логическая 1 может иметь отрицательное напряжение между -5Ви-15В, а логический 0 — положительное напряжение между +5В и +15В. Интерфейс RS232 спроектирован для работы с кабелем длиной 15м (что достаточно для большинства приложений).

Поскольку этот интерфейс является полнодуплексным, могут возникнуть недоразумения относительно отдельных проводных со­единений. Кроме того, нужно учитывать, что существует два ти­па разъемов для RS232: 9- и 25-штырьковый. Разъемы первого типа более распространены, потому что на корпусах малогабаритного оборудования обычно мало места для установки разъемов и доступ­ны специальные адаптеры перехода от 9-штырькового разъема к 25-штырьковому и, наоборот, от 25-штырькового к 9-штырьковому.

Компьютер относится к оконечному оборудованию обработки данных (DTE). Штырек, отмеченный как «передаваемые данные», или TxD, используется как выход с компьютера. Модем относится к аппаратуре передачи данных (DCE). Штырек, помеченный как «передаваемые данные», используется для приема данных от компьютера и для передачи через телефонную сеть. Здесь возникает иногда недоразумение — передаваемый сигнал на входе. Аналогично в RS232 может возникнуть путаница и с другими штырьками. На схеме показаны возможные соедине­ния с интерфейсом RS232:

Рис. 34

Для соединения двух компьютеров используется так называе­мый «нуль-модем». Это адаптер, который перекрещивает переда­ющее и приемное соединения. Без такого адаптера передающий разъем на одном компьютере был бы соединен с передающим же разъемом на другом компьютере. В этом случае не только нельзя осуществить правильную передачу, но и можно повредить выход­ные каскады интерфейса RS232. Структура нуль-модема показана на рисунке ниже:

Рис. 35

Назначение штырьков для 9-штырьковых разъемов D-типа приведено в таблице18.

Табл. 18

Номер штырька	Обозначение	Описание	Вход/выход модема
	DCD	Детектор несущей сигнала данных	Выход
	RxD	Принимаемые данные	Выход
	TxD	Передаваемые данные	Вход
	DTR	Аппаратура DСЕ готова	Вход
	GND	Земля
	DSR	Оборудование DTE готово	Выход
	RTS	Готов к передаче	Вход
	CTS		Выход
	RI	Индикатор вызова	Установление входящего вызова

Хотя стандарт RS 232 и является наиболее часто используемым, это никоим образом не означает, что он совершенен. Одно из его основных ограничений — максимальная скорость переда­чи данных, равная 18.2 кбод. Поэтому были разработаны различные усовершенствованные схемы обмена, например RS 442, RS 423. Очень высокая скорость передачи данных (до 2 Мбит/с) характерна для стандарта RS 449.

Интерфейс «Центроникс» определяет номера выводов разъёма, их сокращенные названия и описание сигналов для параллельной пересылки данных от компьютера к принтеру.

Вопросы самоконтроля

1. Приведите примеры интерфейсов, используемых в связи.
2. Поясните схему архитектуры интерфейса BRI.
3. Объясните назначение интерфейса RS232, назовите уровни потенциалов данных и управления, тип разъёма.
4. Для чего используется «нуль-модем»?
5. Является ли передача по RS232 полнодуплексной?
6. Какой интерфейс используется для пересылки данных от компьютера к принтеру?