ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5

Тема: Интерфейсы для подключения пользовательского оборудования глобальных вычислительных сетей

Учебные вопросы:

1. Назначение и общая характеристика интерфейсов для подключения пользовательского оборудования глобальных вычислительных сетей

2. Назначение и характеристика интерфейсов DTE-DCE

Вопрос 1. Назначение и общая характеристика интерфейсов для подключения пользовательского оборудования глобальных вычислительных сетей

В литературе для оконечного оборудования данных часто употребляется соответст­вующий международный термин - DTE (Data Terminal Equipment). Часто в качестве DTE может выступать персональный компьютер, большая ЭВМ (Mainframe Computer), терминал, устройство сбора данных, приемник сигналов глобальной навигационной системы или любое другое оборудование, способное передавать или принимать данные. Аппаратуру канала данных также называют аппаратурой передачи данных (АПД), или используется англоязычный термин DCE (Data Communications Equipment). Функция DCE состоит в обеспечении возможности переда­чи информации между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа, на­пример телефонному. Для этого DCE должен обеспечить соединение с DTE с одной сторо­ны, и с каналом связи - с другой. В случае использования аналогового канала в качестве DCE может быть аналоговый модем. В качестве DCE также может выступать устройство обслуживания кана­ла/данных (CSU/DSU - Channel Service Unit/Data Service Unit), если используется цифровой канал типа Е1/Т1 или ISDN. Модемы, разработанные в 60-70-х годах, выполняли исключи­тельно функции преобразования сигналов. Однако в последние годы модемы приобрели значительное количество сложных функций, которые будут рассмотрены ниже.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Ввод (вывод) данных в (из) ЭВМ, часто осуществляется через специальное устройство согласования с каналами — мультиплексор передачи данных (МПД). Мультиплексор позволяет объединить низкоскоростные потоки информа­ции, поступающие от нескольких пользователей в один высоко­скоростной поток. Благодаря этому ЭВМ, работающая в режиме разделения времени, обслуживает одновременно необходимое количество удаленных абонентов. Кроме концентрации потоков ин­формации МПД выполняет и ряд других функций:

1.  Устанавливает связь с ЭВМ и выдает соответствующие сигналы о готовности ЭВМ к работе;

2.  Устанавливает связь с абонентами и выдает соответствующий сигнал о готовности абонента к работе;

3.  Организует выбранный порядок обслуживания абонентов;

4.  Проводит дополнительные подготовительные операции, исходя из специфики работы абонента (выдержка необходимых временных интервалов, выяснение пароля и т. п.);

5.  Ведет частичную обработку передаваемой информации;

6.  Формирует сообщение абоненту;

7.  Отключает оборудование абонента от ЭВМ и т. п.

Из неполного перечня функций МПД ясно, что он разгружает частично или полностью ЭВМ от выполнения связных задач. Поэтому МПД часто называют связными процессорами. Таким образом, МПД (концентратор, связной процессор) осуществляет взаимодействие между сетью связи (системами ПДС) и ЭВМ. Данный принцип организации дискретного канала связи используется при взаимодействии больших ЭВМ с трактами передачи данных и очень часто используется в военных системах передачи данных, базирующихся на старом парке аппаратуры передачи и обработки информации. Объединение тракта передачи данных из составных элементов осуществляется при помощи стыков (интерфейсов).

На рис. 1 представлены фрагменты систем ПДС, имеющих различный состав оборудования.

Видно, что имеются характерные места соединения отдельных устройств системы ПДС между собой: канала связи и УПС; УПС и ООД или УПС и УЗО; УЗО и ООД или УЗО и МПД; МПД и ЭВМ. Такие места соединения называются стыком устройств передачи сигнала данных, или просто стыком. В зависимости от характера соединяемых устройств стыки получили наименование (см. рис. 2.1):

-  канальный (С1);

-  преобразовательный (С2);

-  защитный (С3);

-  мультиплексорный (С4).

Рисунок 1 - Разновидности интерфейсов (стыков)

Сегодня модемы наиболее широко используются для передачи данных между большими ЭВМ и персональными компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (ТфОП, GTSN - General Switched Telephone Network) и по выделенным каналам связи, в том числе и при организации передачи данных в военных целях.

Типовая схема передачи данных и организации стыков (интерфейсов) в этом случае выглядит так, как это представлено на рисунке 2.

В настоящее время термин модем используется достаточно широко. При этом уже не­обязательно подразумевается какой-то конкретный вид модуляции, а часто просто указыва­ется на определенные операции преобразования сигналов, поступающих от DTE для их дальнейшей передачи по используемому каналу. Таким образом, в широком смысле поня­тия модем и аппаратура канала данных (DCE) можно считать синонимами.

 

Рисунок 2 – Типовой фрагмент глобальной компьютерной сети

Вопрос 2. Назначение и характеристика интерфейсов DTE-DCE

Для подключения устройств DCE к аппаратуре, вырабатывающей данные для глобальной сети, то есть к устройствам DTE, существует несколько стандартных интерфейсов, которые представляют собой стандарты физического уровня. К этим стандартам относятся стандарты серии V CCITT, а также стандарты EIA серии RS (Recomended Standards). Две линии стандартов во многом дублируют одни и те же спецификации, но с некоторыми вариациями. Данные интерфейсы позволяют передавать данные со скоростями от 300 бит/с до нескольких мегабит в секунду на небольшие расстояния (15-20 м), достаточные для удобного размещения, например, маршрутизатора и модема.

Интерфейс RS-232C/V.24 является наиболее популярным низкоскоростным интерфейсом. Первоначально он был разработан для передачи данных между компьютером и модемом со скоростью не выше 9600 бит/с на расстояние до 15 метров. Позднее практические реализации этого интерфейса стали работать и на более высоких скоростях - до 115200 бит/с. Интерфейс поддерживает как асинхронный, так и синхронный режим работы. Особую популярность этот интерфейс получил после его реализации в персональных компьютерах (его поддерживают СОМ - порты), где он работает, как правило, только в асинхронном режиме и позволяет подключить к компьютеру не только коммуникационное устройство (такое, как модем), но и многие другие периферийные устройства - мышь, графопостроитель и т. д.

Интерфейс RS-232 в общем случае описывает четыре интерфейсные функции:

1) определение управляющих сигналов через интерфейс;

2) определение формата данных пользователя, передаваемых через интерфейс;

3) передачу тактовых сигналов для синхронизации потока данных;

4) формирование электрических характеристик интерфейса.

Интерфейс RS-232 является последовательным асинхронным интерфейсом. Последовательная передача означает, что данные передаются по единственной линии. Для синхронизации битам данных предшествует специальный стартовый бит, после битов данных следует бит паритета и один или два стоповых бита. Такая группа битов совместно со стартовым и стоповым битами, а также битом паритета носит название старт-стопного символа. Каждый старт-стопный символ, как правило, содержит один информационный символ, например символ американского стандартного кода для обмена информацией ASCII (American Code for Information Interchange). Символы ASCII представляются семью битами. Например, латинская буква А имеет код 1000001. Для передачи символов по интерфейсу RS-232 наибольшее распространение получил формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит паритета и два стоповых бита. Соответствующий сигнал с уровнями ТТЛ при передаче буквы А показан на рисунке 3.

Начало асинхронного символа всегда отмечает низкий уровень стартового бита. После него следуют 7 бит данных символа кода ASCII, причем первым передается младший бит. Бит паритета устанавливается так, чтобы общее число единиц в 8 битной группе было нечетным (нечетный паритет - нечетность) или четным (четный паритет - четность). Последними передаются два стоповых бита, представленных высоким уровнем напряжения.

 

Рисунок 3 - Формат данных стыка RS-232 (представление буквы А в стандартном коде обмена информацией ASCII)

Часто используются национальные расширения кода ASCII, который полностью включает в себя 128 стандартных ASCII-символов и дополнительно содержит еще 128 символов с единицей старшем бите. Среди дополнительных символов используются буквы ряда европейских алфавитов, буквы греческого алфавита, математические символы и символы псевдографики. В России наибольшее распространение получила альтернативная кодировка ASCII. Число всех символов расширенного кода ASCII равно 256 и, следовательно, каждый такой символ кодируется восьмью битами (28=256). Удобнее передавать каждый символ расширенной кодировки в виде отдельного старт-стопного символа. Поэтому часто используется формат, состоящий из одного стартового бита, восьми информационных и одного стопового бита. При этом бит паритета не пользуется. Таким образом, полный асинхронно передаваемый символ данных состоит из 10-11 бит при том, что собственно пользовательские данные состоят из 7-8 бит. Для приведенного примера (см. рис. 3) старт-стопный символ, соответствующий букве А, состоит из 11 бит и записыва­ется в виде . Здесь используется четный паритет, поэтому девятый бит содержит 0.

Используемые в интерфейсе RS-232 уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в модеме или компьютере. Логический 0 (SPACE) представляется положитель­ным напряжением в диапазоне от +3 до +25В, а логическая 1 (MARK) - отрицательным напряжением в диапазоне от -3 до -25В.

Каждая линия интерфейса задается своим функциональным описанием. Все линии обмена сигналами между DTE и DCE, определяемые стандартом RS-232, можно разбить на четыре основные группы. Это линии данных, управления, синхронизации и линии сигнальной и защитной «земли».

Интерфейс использует 25-контактный разъем или в упрощенном варианте - 9-контактный разъем.

Адресация контактов разъема представлена на рис. 4.

D:\Рабочий диск\Тексты\Саша\СтГАУ\Дисциплины\ККС (ПО 3_4_5 с)\ККС\Компьют. сети(СГУ) (Олифер)\Компьют. сети\PIC\H6D3.GIF

Рисунок 4 – Адресация контактов разъема для интерфейса RS-232C/V.24

Асинхронный последовательный порт подключается к внешним устройствам через специальный разъем. Существует два стандарта на разъемы интерфейса RS-232 - это DB-25 (рис. 5, а) и DB-9 (рис. 5, б).

Входы TxD и RxD используются устройствами DTE и DCE по-разному. Устройств DTE использует линию TxD для передачи данных, а линию RxD – для приема данных. И наоборот, устройство DCE использует линию TxD для приема, а линию RxD – для передач данных. Поэтому для соединения терминального устройства и устройства передачи данных необходимо осуществить соединение напрямую, как показано на рис. 6 (для DB-25) или как показано на рис. 7 (для DB-9).

 

а) б)

Рисунок 5 - Обозначение разъемов интерфейса RS-232

 

Рисунок 6 - Соединение DTE с DCE по интерфейсу RS-232

для разъема DB-25

 

Рисунок 7 - Соединение DTE с DCE по интерфейсу

RS-232 для разъема DB-9

Для обозначения сигнальных цепей используется нумерация CCITT, которая получила название «серия 100». Существуют также двухбуквенные обозначения EIA, которые на рисунке не показаны.

В интерфейсе реализован биполярный потенциальный код (+V, - V на линиях между DTE и DCE. Обычно используется довольно высокий уровень сигнала: 12 или 15 В, чтобы более надежно распознавать сигнал на фоне шума.

При асинхронной передаче данных синхронизирующая информация содержится в самих кодах данных, поэтому сигналы синхронизации TxClk и RxClk отсутствуют. При синхронной передаче данных модем (DCE) передает на компьютер (DTE) сигналы синхронизации, без которых компьютер не может правильно интерпретировать потенциальный код, поступающий от модема по линии RxD. В случае когда используется код с несколькими состояниями (например, QAM), то один тактовый сигнал соответствует нескольким битам информации.

Нулъ-модемный интерфейс характерен для прямой связи компьютеров на небольшом расстоянии с помощью интерфейса RS-232C/V.24. В этом случае необходимо применить специальный нуль-модемный кабель, так как каждый компьютер будет ожидать приема данных по линии RxD, что в случае применения модема будет корректно, но в случае прямого соединения компьютеров - нет. Кроме того, нуль-модемный кабель должен имитировать процесс соединения и разрыва через модемы, в котором используется несколько линий (RI, СВ и т. д.). Поэтому для нормальной работы двух непосредственно соединенных компьютеров нуль-модемный кабель должен выполнять следующие соединения:

-  RI-1+DSR-1- DTR-2;

-  DTR-1-RI-2+DSR-2;

-  CD-1-CTS-2+RTS-2;

-  CTS-1+RTS-1-CD-2;

-  RxD-l-TxD-2;

-  TxD-l-RxD-2;

-  SIG-l-SIG-1;

-  SHG-l-SHG-2.

Знак «+» обозначает соединение соответствующих контактов на одной стороне кабеля.

Иногда при изготовлении нуль-модемного кабеля ограничиваются только перекрестным соединением линий приемника RxD и передатчика TxD, что для некоторого программного обеспечения бывает достаточно, но в общем случае может привести к некорректной работе программ, рассчитанных на реальные модемы.

Интерфейс RS-449/V.10/V.11 поддерживает более высокую скорость обмена данными и большую удаленность DCE от DTE. Этот интерфейс имеет две отдельные спецификации электрических сигналов. Спецификация RS-423/V.10 (аналогичные параметры имеет спецификация Х.26) поддерживает скорость обмена до 100000 бит/с на расстоянии до 10 м, и скорость до 10000 бит/с на расстоянии до 100 м. Спецификация RS-422/V.11(X 27 поддерживает скорость до 10 Мбит/с на расстоянии до 10 ми скорость до 1 Мбит/с на расстоянии до 100 м. Как и RS-232C, интерфейс RSподдерживает асинхронный и синхронный режимы обмена между DTE и DCE. Для соединения используется 37-контактный разъем.

Интерфейс V.35 был разработан для подключения синхронных модемов. Он обеспечивает только синхронный режим обмена между DTE и DCE на скорости до 168 Кбит/с. Для синхронизации обмена используются специальные тактирующие линии. Максимальное расстояние между DTE и DCE не превышает 15 м, как и в интерфейсе RS-232C.

21 разработан для синхронного обмена данными между DTE и DCE в сетях с коммутацией пакетов Х.25. Это достаточно сложный интерфейс, который поддерживает процедуры установления соединения в сетях с коммутацией пакетов и каналов. Интерфейс был рассчитан на цифровые DCE. Для поддержки синхронных модемов была разработана версия интерфейса Х.21 bis, которая имеет несколько вариантов спецификации электрических сигналов: RS-232C, V.10, V. I 1 и V.35.

Интерфейс «токовая петля 20 л<Л» используется для увеличения расстояния между DTE и DCE. Сигналом является не потенциал, а ток величиной 20 мА, протекающий в замкнутом контуре передатчика и приемника. Дуплексный обмен реализован на двух токовых петлях. Интерфейс работает только в асинхронном режиме. Расстояние между DTE и DCE может составлять несколько километров, а скорость передачи - до 20 Кбит/с.

Интерфейс HSSI (High-Speed Serial Interface) разработан для подключения к устройствам DCE, работающим на высокоскоростные каналы, такие как каналы ТЗ (45 Мбит/с), SONET ОС-1 (52 Мбит/с). Интерфейс работает в синхронном режиме и поддерживает передачу данных в диапазоне скоростей от 300 Кбит/с до 52 Мбит/с.