Рис. 9.1. Схема подключения модемов.
Когда компьютеры находятся далеко друг от друга и их невозможно соединить сетевым кабелем, то встает задача обеспечения удаленного доступа. До сих пор для удаленной связи ПК с ЛВС или ЛВС с остальным миром используются в основном не дорогостоящие цифровые каналы связи, а обычные телефонные линии, которые служат для передачи аналоговых сигналов.
Модем (МОдулятор – ДЕМодулятор) – это устройство связи, позволяющее компьютеру передавать данные по обычной телефонной линии. Он выполняет модуляцию аналогового сигнала телефонной линии в соответствии с поступающими от компьютера цифровыми данными. При приеме сообщений модем преобразует аналоговые сигналы в цифровые (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Схема подключения модемов.
Модем – оборудование для передачи данных – имеет два стандартных физических интерфейса: - последовательный интерфейс передачи данных (RS–232); - интерфейс с телефонной линией RJ–11 (четырехконтактный разъем). Существуют внутренние и внешние модемы. Внутренние устанавливают в слоты расширения системной платы, внешние выполняются в виде отдельного блока.
Основной характеристикой модема является его производительность, измеряемая количеством битов, переданных за 1 секунду. Изначально скорость модема измерялась в бодах (1бод = 1 бит/с). Однако бод используется в технике связи и относится к частоте изменений аналогового сигнала, переносящей биты данных по телефонной линии.
В 80-х годах скорость бодов равнялась скорости передачи модемов (300 бод было эквивалентно 300 бит/с). Затем инженеры связи разработали методы сжатия и кодирования данных. В результате каждая модуляция аналогового сигнала могла переносить больше одного бита информации. Это означает, что скорость в бит/с больше скорости в бод. Так модем со скоростью модуляции 28800 бод может в действительности передать до 115200 бит/с.
Международные стандарты, определяющие скорость модема, используемые методы кодирования и сжатия, определяют совместимость модемов от разных производителей (таблица 9.1).
Таблица 9.1
| Стандарт модемов | Скорость передачи | Выполняемые функции |
V. 32bis V.34 V.42 V.42bis / MNP5 |
14400 бит/с 28800 бит/с 57600бит/с 27600 - 75800 бит/с |
Передача Передача Контроль ошибки Сжатие |
В различных линиях передачи данных используются различные методы передачи: асинхронные и синхронные. Тип модема зависит от метода передачи и назначения сети.
Стандартные телефонные линии наиболее часто используют асинхронную связь, при которой данные передаются последовательным потоком (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Асинхронная передача (последовательный поток) данных.
При старт-стопной передаче отсутствует синхронизация между приемником и передатчиком. Передающий модем просто шлет данные, а принимающий – принимает, а затем проверяет, что они приняты без ошибок. Для обнаружения ошибок выделяется дополнительный бит – бит четности. Если информационные биты имеют нечетное число «1», то в бит четности заносится «1», если четное – «0». При приеме осуществляется контроль четности. Если в процессе передачи произошло искажение какого-либо разряда («1» --> «0» или «0» --> «1»), то будет получено нечетное количество «1» и обнаружена ошибка.
Стандарт модемов V.32 не предусматривает аппаратного контроля ошибок, и он возлагается на специальное программное обеспечение, работающее с модемом. Модемы V.42 используют аппаратную коррекцию ошибок (и поддерживают MNP4). Недостатком асинхронной связи является то, что ~25% трафика данных состоит из управляющей и контролирующей информации.
Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Наиболее распространенными стандартами сжатия являются V.42bis и MNP5 (Microsoft Network Protocol class 5). Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок.
Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале связи между ЛВС хорошие результаты может дать следующая комбинация: V.32 – передача; V.42 – контроль ошибок; V.42bis – сжатие. Однако необходимо, чтобы модемы на обеих сторонах поддерживали одни и те же протоколы. Асинхронные или последовательные модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией.
Синхронная связь основана на согласованной работе двух устройств. Ее цель – выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.
Рис. 9.3. Синхронная передача данных.
Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны (рис. 9.3). Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективнее, чем асинхронная передача, т. к. доля передаваемой полезной информации может превышать 95% (в то время как при асинхронной передаче не более 75 – 80%).
В случае обнаружения ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра. Синхронные протоколы:
Основные протоколы синхронной связи: SDLC – протокол синхронного управления каналом (Synchronous Data Link Control); HDLS – высокоуровневый протокол управления каналом (High Data Link Control); BISYNC – протокол двоичной синхронной связи (Binary Synchronous Communication protocol).
Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи. Если для соединения удаленных ПК используются цифровые линии, то необходимо устанавливать синхронный модем. Следует отметить, что из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий и небольших ЛВС, как правило, не предлагаются.
Связь с помощью модемов всегда осуществляется по какой-либо коммуникационной линии. Использование той или иной линии определяется такими факторами, как:
Существует два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь: каналы общедоступной коммутируемой телефонной сети (коммутируемые линии), арендуемые (выделенные) линии.
Коммутируемые – это обычные телефонные линии. Они требуют установления соединения для каждого сеанса связи. Медленны и не очень надежны при передаче данных. (Диапазон частот от 0,3 – 3,4 кГц, несущая – 1,8 кГц). Однако некоторые компании используют их для передачи файлов или обновления БД, ежедневно на некоторое время устанавливая связь. Это практически единственные линии для связи с фирмами сотрудников из дома, поездок или командировок.
Телефонные компании постоянно улучшают качество предоставляемых коммутируемых товаров. На некоторых цифровых линиях достигается скорость до 56 Кбит/с (при использовании стандартов V.90). Однако на длинных каналах, например, между странами, качество каналов может резко изменяться от сеанса к сеансу.
Арендуемые линии обеспечивают круглосуточно связь, при которой чтобы установить соединение, последовательность коммутаторов не нужна. Качество выделенных линий обычно выше, чем телефонных, которые были созданы только для передачи речи. Типичный диапазон скоростей – от 56 Кбит/с до 45 Мбит/с. Являясь более надежными и быстродействующими, арендуемые линии дороже, т. к. коммуникационная компания выделяет ресурсы этому каналу вне зависимости от того, используется линия или нет. Поставщики коммуникационных услуг предлагают линии различных типов и качества (табл.9.2).
Таблица 9.2
| Тип линии | Передача | Тип линии | Передача | |
| 1 | Речи | 6 | Речи и данных по магистралям | |
| 2 | Речи с контролем качества | 7 | Речи и данных по частным линиям | |
| 3 | Речи/радио с подавлением помех | 8 | Речи и данных по магистралям между компьютерами | |
| 4 | Данных со скоростью до 1200 бит/с | 9 | Речи и видео | |
| 5 | Данных (основной тип) | 10 | Ретрансляция приложений |
Существует три метода подключения удаленного пользователя или отделения фирмы к ЛВС компании (рис. 9.4).
Рис. 9.4. Методы удаленного доступа.
Эмуляция терминала – это метод, при котором пользователь удаленного терминала с помощью специального программного обеспечения подключается по глобальной сети к другому компьютеру, как локальный узел. Этот способ часто используется на мейнфреймах и мини-компьютерах, но мало распространен в ЛВС.
Удаленной управление (remote control) – это метод, который позволяет удаленному пользователю получить контроль над локальными ПК в ЛВС корпорации (т. е. управлять одним из ПК в ЛВС). Скорость проведения сеанса и его возможности зависят от характеристик управляемого ПК, т. к. именно на нем выполняется обработка всех сетевых команд. Коды клавиш, нажимаемых на удаленном ПК, посылаются в управляемый ПК, а все изменения на экране управляемого выводятся на экран удаленного ПК (рис. 9.5.).
Рис. 9.5. Удаленное управление.
Используемые файлы и прикладные программы не загружаются в удаленный ПК. Передача через модем со скоростью 2400 – 57600 бит/с. Недостаток метода: для выполнения одной работы задействованы два ПК.
Метод удаленного узла (remote node) основан на использовании сервера удаленного доступа, который служит своего рода «регулировщиком» и позволяет отдельному удаленному ПК или ЛВС связываться с центральной ЛВС. Программное обеспечение удаленного ПК, реализующее функции удаленного узла, позволяет ему функционировать как полноценному пользователю ЛВС. Таким программным обеспечением может быть Windows 98, XP и выше.
Как только связь установлена, телефонные линии становятся «прозрачными» и пользователь может работать со всеми ресурсами сети, как будто он сидит за ПК, непосредственно подключенным к ЛВС. Сервер удаленного доступа может быть реализован:
Желательно, чтобы на удаленном ПК помимо сетевого системного ПО находилось все прикладное ПО, необходимое для сеанса связи: все выполняе-мые (*.exe) файлы; необходимые Windows-приложения. В противном случае их необходимо будет передавать с сетевого сервера на канал связи. Т. к. они име-ют, как правило, большие объемы данных, то это потребует значительных за-трат времени.
Рис. 9.6. Удаленный узел.
Как каждый полноценный пользователь ЛВС, удаленный узел имеет свой сетевой адрес. Сетевая операционная система преобразует сетевые пакеты, которые нужно передать через модем, из формата протокола IP или IPX в формат, совместимый со стандартом последовательной передачи. С появлением все большего количества программ, поддерживающих архитектуру «клиент - сервер», усиливается тенденция на программное обеспечение для удаленных узлов, т. к. такие программы позволяют обрабатывать большие файлы данных на серверах ЛВС, а на удаленный ПК передать только результаты обработки.
Поскольку очень немногие пользователи загружают свои модемы на 100%, то, как с технической, так и с экономической точки зрения, выгодно объединить модемы, работающие в ЛВС предприятия, в группы для коллективного использования (рис. 9.7).
Кроме того, многие удаленные офисы являются отделениями банков или фирм, их отделами продаж. Естественно, их сотрудники должны иметь возможность связываться со штаб-квартирой. В общем объеме удаленной связи большая часть приходится на контакты сотрудников с офисами из дома или командировок. Чтобы обеспечить эти потребности, требуется:
Рис. 9.7. Совместное использование модемов.
При выборе архитектуры построения таких систем и поддерживающих их ПО необходимо обратить внимание на возможность:
Как уже было отмечено выше, модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Для осуществления связи (рис. 9.8):
Рис. 9.8. Схема реализации модемной Dial-Up связи.
Факс — это устройство факсимильной передачи изображения по телефонной сети. Название "факс" произошло от слова "факсимиле" (от латинского fac simile — сделай подобное), означающее точное воспроизведение графического оригинала (подписи, документа и т.д.) средствами печати.
Факс-модем – это модем, который может передавать и получать данные как факс. На смену обычным (Dial-Up) модемам в последние годы пришли ADSL-модемы. Одно из существенных отличий таких модемов является то, что после подключения к интернету телефон остается свободным.
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология. Преобразует стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Используют обычные телефонные кабели, на которые устанавливаются сплиттеры для частотного разделения сигнала на "телефонный" и "модемный". Для приёма и передачи данных используются разные каналы: приёмный обладает существенно большей пропускной способностью.
Технология ADSL используется при построении гибридных сетей, которые включают в себя и цифровые, и аналоговые линии передачи информации, что означает возможность передачи аналоговых сигналов обычной телефонной связи по той же паре проводов, которая используется для передачи потока данных.
Рис. 9.9. Схема организации ADSL каналов связи.
При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объём информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость «входящего» потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 24 Мбит/с и скорость «исходящего» потока данных до 3,5 Мбит/с.
ADSL позволяет передавать данные со скоростью 1,54 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов. Скорость передачи порядка 6-8 Мбит/с может быть достигнута при передаче данных на расстояние не более 3,5 км по проводам диаметром 0,5 мм. Реальная скорость передачи зависит от конкретного оконечного оборудования и часто бывает ниже заявленной.