данных, программам, каналу связи и т. д. С помощью средств контроля доступа такое
действие обычно легко предотвращается;
• воздействие на систему разрешений (в том числе захват привилегий). Здесь не-
санкционированные действия осуществляются относительно прав на объект атаки, а сам
доступ к объекту выполняется потом законным образом;
• опосредованное воздействие (через других пользователей), например, когда зло-
умышленник каким-то образом присваивает себе полномочия авторизованного пользова-
теля, выдавая себя за него, или путем использования вируса, когда вирус выполняет необ-
ходимые действия и сообщает о результате тому, кто его внедрил. Этот способ особенно
опасен. Требуется постоянный контроль как со стороны администраторов и операторов за
работой сети в целом, так и со стороны пользователей за своими наборами данных.
5. По используемым средствам атаки:
• с использованием злоумышленником стандартного программного обеспечения. В
("30") этом случае результаты воздействия обычно предсказуемы, так как большинство стан-
дартных программ хорошо изучены;
• с использованием специально разработанных программ, что связано с большими
трудностями, но может быть более опасным для сети.
6. По состоянию объекта атаки:
• воздействие на объект атаки, когда в момент атаки он находится в состоянии
хранения информации (на диске, магнитной ленте, в оперативной памяти). В этом случае
воздействие на объект обычно осуществляется с использованием несанкционированного
доступа;
• воздействие на объект, когда осуществляется передача информации по линии
связи между узлами сети или внутри узла. При таком состоянии объекта воздействие на
него предполагает либо доступ к фрагментам передаваемой информации, либо прослуши-
вание с использованием скрытых каналов;
• воздействие на объект, когда он находится в состоянии обработки информации.
Здесь объектом атаки является процесс пользователя.
Приведенная классификация свидетельствует о сложности определения возможных
угроз и способах их реализации. Отсюда вывод: не существует универсального способа
защиты, который предотвратил бы любую угрозу. Необходимо объединение различных
мер защиты для обеспечения информационной безопасности всей сети в целом.
Кроме перечисленных угроз информационной безопасности следует добавить сле-
("31") дующие угрозы:
• несанкционированный обмен информацией между пользователями, что может
привести к получению одним из них не предназначенных ему сведений;
• отказ от информации, т. е. непризнание получателем (отправителем) этой инфор-
мации факта ее получения (отправления), что может привести к различным злоупотребле-
ниям;
• отказ в обслуживании, который может сопровождаться тяжелыми последствиями
для пользователя, обратившегося с запросом на предоставление сетевых услуг.
В случае преднамеренного проникновения в сеть различают следующие виды воз-
действия на информацию [7;8]:
• уничтожение, т. е. физическое удаление информации с носителей информации
(выявляется при первой же попытке обращения к этой информации, а все потери легко
восстанавливаются при налаженной системе резервирования и архивации);
• искажение – нарушение логики работы программ или связей в структурирован-
ных данных, не вызывающих отказа в их работе или использовании (поэтому это один из
опасных видов воздействия, так как его нельзя обнаружить);
• разрушение – нарушение целостности программ и структуры данных, вызываю-
щих невозможность их использования: программы не запускаются, а при обращении к
структурированным данным нередко происходит сбой;
• подмена, т. е. замена имеющихся программ или данных другими под тем же име-
("32") нем и так, что внешне это не проявляется. Это также опасный вид воздействия, надежным
способом защиты от него является побитовое сравнение с эталонной версией программы;
• копирование, т. е. получение копии программ или данных на другом компьютере.
Это воздействие наносит наибольший ущерб в случаях промышленного шпионажа, хотя и
не угрожает нормальному функционированию сети;
• добавление новых компонентов, т. е. запись в память компьютера других данных
или программ, ранее в ней отсутствовавших. Это опасно, так как функциональное назна-
чение добавляемых компонентов неизвестно;
• заражение вирусом – это такое однократное воздействие на программы или дан-
ные, при котором они изменяются и, кроме того, при обращении к ним вызываются по-
добные изменения в других, как правило, аналогичных компонентах: происходит «цепная
реакция», распространение вируса в компьютере или локальной сети.
Величина наносимого ущерба определяется видом несанкционированного воздейст-
вия и тем, какой именно объект информационных ресурсов ему подвергся.__
Службы безопасности сети и механизмы реализации их функций.Нейтрализация угроз безопасности осуществляется службами безопасности (СБ) се-
ти и механизмами реализации функций этих служб.
Документами Международной организации стандартизации (МОС) определ6ены
следующие службы безопасности.
1. Аутентификация (подтверждение подлинности) – обеспечивает подтверждение
("33") или опровержение того, что объект, предлагающий себя в качестве отправителя сообще-
ния (источника данных), является именно таковым как на этапе установления связи между
абонентами, так и на этапе передачи сообщения.
2. Обеспечение целостности передаваемых данных – осуществляет выявление ис-
кажений в передаваемых данных, вставок, повторов, уничтожение данных. Эта служба
имеет модификации и отличия в зависимости от того, в каких сетях (виртуальных или
дейтаграммных, об этих сетях см. п. 1.4.8) она применяется, какие действия выполняются
при обнаружении аномальных ситуаций (с восстановлением данных или без восстановле-
ния), каков охват передаваемых данных (сообщение или дейтаграмма в целом либо их
части, называемые выборочными полями).
3. Засекречивание данных – обеспечивает секретность передаваемых данных: в вир-
туальных сетях – всего передаваемого сообщения или только его выборочных полей, в
дейтаграммных – каждой дейтаграммы или только отдельных ее элементов. Служба за-
секречивания потока данных (трафика), являющаяся общей для виртуальных и дейта-
граммных сетей, предотвращает возможность получения сведений об абонентах сети и
характере использования сети.
4. Контроль доступа – обеспечивает нейтрализацию попыток несанкционированно-
го использования общесетевых ресурсов.
5. Защита от отказов – нейтрализует угрозы отказов от информации со стороны ее
отправителя и/или получателя.
("34") Первые три службы характеризуются различиями для виртуальных и дейтаграммных
сетей, а последние две службы инвариантны по отношению к этим сетям.
Механизмы реализации функций указанных СБ представлены соответствующими,
преимущественно программными средствами. Выделяются следующие механизмы: шиф-
рование, цифровая подпись, контроль доступа, обеспечение целостности данных, обеспе-
чение аутентификации, подстановка трафика, управление маршрутизацией, арбитраж. Не-
которые из них используются для реализации не одной, а нескольких СБ. Это относится к
шифрованию, цифровой подписи, обеспечению целостности данных, управлению мар-
шрутизацией.
Использование механизмов шифрования связано с необходимостью специальной
службы генерации ключей и их распределения между абонентами сети.
Механизмы цифровой подписи основываются на алгоритмах асимметричного шиф-
рования. Они включают процедуры формирования подписи отправителем и ее опознава-
ние (верификацию) получателем.
Механизмы контроля доступа, реализующие функции одноименной СБ, отличаются
многообразием. Они осуществляют проверку полномочий пользователей и программ на
доступ к ресурсам сети.
Механизмы обеспечения целостности данных, реализуя функции одноименных
служб, выполняют взаимосвязанные процедуры шифрования и дешифрования данных от-
правителя и получателя.
("35") Механизмы обеспечения аутентификации, на практике обычно совмещаемые с шиф-
рованием, цифровой подписью и арбитражем, реализуют одностороннюю или взаимную
аутентификацию, когда проверка подписи осуществляется либо одним из взаимодейст-
вующих одноуровневых объектов, либо она является взаимной.
Механизмы подстановки трафика, используемые для реализации службы засекречи-
вания потока данных, основываются на генерации фиктивных блоков, их шифрования и
передаче по каналам связи. Этим затрудняется и даже нейтрализуется возможность полу-
чения информации об абонентах сети и характере потоков информации в ней.
Механизмы управления маршрутизацией обеспечивают выбор безопасных, физиче-
ски надежных маршрутов для передачи секретных сведений.
Механизмы арбитража обеспечивают подтверждение третьей стороной (арбитром)
характеристик данных, передаваемых между абонентами сети.
Службы безопасности и механизмы реализации их функций распределены по уров-
ням эталонной модели ВОС (об этом см. в [45]).
Основные направления интеграционных процессов современных сетей связи.В основе развития современных сетей связи лежат процессы интеграции. Основные
направления интеграционных процессов заключаются в следующем [20]:
• электронизация, т. е. переход всей техники и технологии электросвязи на элек-
тронную базу;
• компьютеризация – насыщение техники и технологии электросвязи компьютерами,
("36") что позволяет реализовать интеграцию на различных уровнях сетевого взаимодействия;
• цифровизация, которая благодаря своим преимуществам проникла во все струк-
турные компоненты электросвязи: каналы, передающие и приемные устройства, оборудо-
вание коммутации и управления, в развитие и совершенствование элементной базы и тех-
нологий;
• интеллектуализация, которая будучи естественным проявлением интеграционных
процессов, способствует появлению и развитию новых услуг электросвязи;
• унификация, являющаяся важным фактором для развития систем электросвязи,
удешевления оборудования и элементной базы, оптимизации взаимодействия сетей и
служб электросвязи;
• персонализация, проявляющаяся прежде всего в переходе от адресации термина-
лов к единой системе адресации пользователей, когда каждый пользователь будет иметь
единый адрес, независимо от того, в какую сеть он включен, какой вид связи использует и
где находится в данный момент времени. Естественно, что для реализации этого направ-
ления интеграционных процессов необходима интеграция существующих систем адреса-
ции в сетях;
• глобализация, вытекающая из идеи создания глобальной информационной ин-
фраструктуры (ГИИ) и вызванная необходимостью обмена информацией внутри постоян-
но расширяющегося пространства. Одно из направлений глобализации – интеграция
российских сетей и систем электросвязи в глобальное информационное пространство;
("37") • стандартизация, базовыми документами которой являются стандарты. Поскольку
система электросвязи России должна гармонично объединиться с мировой, то и россий-
ские стандарты в области связи должны быть как можно ближе к мировым.__
Типы и характеристики линий связи.В компьютерных сетях используются телефонные, телеграфные, телевизионные,
спутниковые сети связи. В качестве линий связи применяются проводные (воздушные),
кабельные, радиоканалы наземной и спутниковой связи. Различие между ними определя-
ется средой передачи данных. Физическая среда передачи данных может представлять со-
бой кабель, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые рас-
пространяются электромагнитные волны.
Проводные (воздушные) линии связи – это провода без изолирующих или экрани-
рующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Традиционно они
служат для передачи телефонных и телеграфных сигналов, но при отсутствии других воз-
можностей применяются для передачи компьютерных данных. Проводные линии связи
отличаются небольшой пропускной способностью и малой помехозащищенностью, по-
этому они быстро вытесняются кабельными линиями.
Кабельные линии включают кабель, состоящий из проводников с изоляцией в не-
сколько слоев – электрической, электромагнитной, механической, и разъемы для присое-
динения к нему различного оборудования. В КС применяются в основном три типа кабе-
ля: кабель на основе скрученных пар медных проводов (это витая пара в экранированном
("38") варианте, когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкрани-
рованном, когда изоляционная обертка отсутствует), коаксиальный кабель (состоит из
внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции) и волоконно-
оптический кабель (состоит из тонких – в 5-60 микрон-волокон, по которым распростра-
няются световые сигналы).
Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Основные
их преимущества: высокая пропускная способность (до 10 Гбит/с и выше), обусловленная
использованием электромагнитных волн оптического диапазона; нечувствительность к
внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излуче-
ний, низкая трудоемкость прокладки оптического кабеля; искро-, взрыво– и пожаробезо-
пасность; повышенная устойчивость к агрессивным средам; небольшая удельная масса
(отношение погонной массы к полосе пропускания); широкие области применения (созда-
ние магистралей коллективного доступа, систем связи ЭВМ с периферийными устройст-
вами локальных сетей, в микропроцессорной технике и т. д.).
Недостатки ВОЛС: подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ос-
лабляет сигнал, необходимые для световодов высокоскоростные модемы пока еще дороги,
световоды, соединяющие ЭВМ, должны снабжаться преобразователями электрических
сигналов в световые и обратно.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и
приемника радиоволн. Различные типы радиоканалов отличаются используемым частот-
("39") ным диапазоном и дальностью передачи информации. Радиоканалы, работающие в диапа-
зонах коротких, средних и длинных волн (КВ, СВ, ДВ), обеспечивают дальнюю связь, но
при невысокой скорости передачи данных. Это радиоканалы, где используется амплитуд-
ная модуляция сигналов. Каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ),
являются более скоростными, для них характерна частотная модуляция сигналов. Сверх-
скоростными являются каналы, работающие на диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ),
т. е. свыше 4 ГГц. В диапазоне СВЧ сигналы не отражаются ионосферой Земли, поэтому
для устойчивой связи требуется прямая видимость между передатчиком и приемником.
По этой причине сигналы СВЧ используются либо в спутниковых каналах, либо в радио-
релейных, где это условие выполняется.
Характеристики линий связи. К основным характеристикам линий связи относятся
следующие [20]: амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание,
пропускная способность, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце
линии, достоверность передачи данных, удельная стоимость.
Характеристики линии связи часто определяются путем анализа ее реакций на неко-
торые эталонные воздействия, в качестве которых используются синусоидальные колеба-
ния различных частот, поскольку они часто встречаются в технике и с их помощью можно
представить любую функцию времени. Степень искажения синусоидальных сигналов ли-
нии связи оценивается с помощью амплитудно-частотной характеристики, полосы про-
пускания и затухания на определенной частоте.
("40") Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) дает наиболее полное представление о
линии связи, она показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии по
сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала
(вместо амплитуды сигнала часто используется его мощность). Следовательно, АЧХ по-
зволяет определять форму выходного сигнала для любого входного сигнала. Однако по-
лучить АЧХ реальной линии связи весьма трудно, поэтому на практике вместо нее ис-
пользуются другие, упрощенные характеристики – полоса пропускания и затухание.
Полоса пропускания линии связи представляет собой непрерывный диапазон частот,
в котором отношение амплитуды выходного сигнала ко входному превышает заранее за-
данный предел (обычно 0,5). Следовательно, полоса пропускания определяет диапазон
частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без
значительных искажений. Ширина полосы пропускания, в наибольшей степени влияющая
на максимально возможную скорость передачи информации по линии связи, это разность
между максимальной и минимальной частотами синусоидального сигнала в данной поло-
се пропускания. Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности.
Следует делать различия между шириной полосы пропускания и шириной спектра
передаваемых информационных сигналов. Ширина спектра передаваемых сигналов это
разность между максимальной и минимальной значимыми гармониками сигнала, т. е. теми
гармониками, которые вносят основной вклад в результирующий сигнал. Если значимые
гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет переда-
("41") ваться и приниматься приемником без искажений. В противном случае сигнал будет ис-
кажаться, приемник – ошибаться при распознавании информации, и, следовательно, ин-
формация не сможет передаваться с заданной пропускной способностью.
Затухание – это относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при
передаче по линии сигнала определенной частоты.
Затухание А измеряется в децибелах (dB, дБ) и вычисляется по формуле:
вх
вых
10 Р
А = 10log Р (1.4.1)
где Рвых, Рвх – мощность сигнала соответственно на выходе и на входе линии.
Для приблизительной оценки искажения передаваемых по линии сигналов достаточ-
но знать затухание сигналов основной частоты, т. е. частоты, гармоника которой имеет
наибольшую амплитуду и мощность. Более точная оценка возможна при знании затухания
на нескольких частотах, близких к основной.
Пропускная способность линии связи – это ее характеристика, определяющая (как и
ширина полосы пропускания) максимально возможную скорость передачи данных по ли-
нии. Она измеряется в битах в секунду (бит/с), а также в производных единицах (Кбит/с,
Мбит/с, Гбит/с).
Пропускная способность линии связи зависит от ее характеристик (АЧХ, ширины по-
("42") лосы пропускания, затухания) и от спектра передаваемых сигналов, который в свою очередь
зависит от выбранного способа физического или линейного кодирования (т. е. от способа
представления дискретной информации в виде сигналов). Для одного способа кодирования
линия может обладать одной пропускной способностью, а для другого – другой.
При кодировании обычно используется изменение какого-либо параметра периоди-
ческого сигнала (например, синусоидальных колебаний) – частоты, амплитуды и фазы си-
нусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал,
параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой, ес-
ли в качестве такого сигнала используется синусоида. Если у принимаемой синусоиды не
меняется ни один из ее параметров (амплитуда, частота или фаза), то она не несет никакой
информации.
Количество изменений информационного параметра несущего периодического сиг-
нала в секунду (для синусоиды это количество изменений амплитуды, частоты или фазы)
измеряется в бодах. Тактом работы передатчика называют период времени между сосед-
ними изменениями информационного сигнала.
В общем случае пропускная способность линии в битах в секунду не совпадает с
числом бод. В зависимости от способа кодирования она может быть выше, равна или ни-
же числа бод. Если, например, при данном способе кодирования единичное значение бита
представляется импульсом положительной полярности, а нулевое значение – импульсом
отрицательной полярности, то при передаче поочередно изменяющихся битов (серии од-
("43") ноименных битов отсутствуют) физический сигнал за время передачи каждого бита дваж-
ды изменяет свое состояние. Следовательно, при таком кодировании пропускная способ-
ность линии в два раза ниже, чем число бод, передаваемое по линии.
Помехоустойчивость линии связи – это ее способность уменьшать на внутренних
проводниках уровень помех, создаваемых во внешней среде. Она зависит от типа исполь-
зуемой физической среды, а также от средств линии, экранирующих и подавляющих по-
мехи. Наиболее помехоустойчивыми, малочувствительными ко внешнему электромагнит-
ному излучению, являются волоконно-оптические линии, наименее помехоустойчивыми –
радиолинии, промежуточное положение занимают кабельные линии. Уменьшение помех,
обусловленных внешними электромагнитными излучениями, достигается экранизацией и
скручиванием проводников.
Перекрестные наводки на ближнем конце линии – определяют помехоустойчивость
кабеля к внутренним источникам помех. Обычно они оцениваются применительно к кабе-
лю, состоящему из нескольких витых пар, когда взаимные наводки одной пары на другую
могут достигать значительных величин и создавать внутренние помехи, соизмеримые с
полезным сигналом.
Достоверность передачи данных (или интенсивность битовых ошибок) характеризу-
ет вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных. Причинами искаже-
ния информационных сигналов являются помехи на линии, а также ограниченность поло-
сы ее пропускания. Поэтому повышение достоверности передачи данных достигается по-
("44") вышением степени помехозащищенности линии, снижением уровня перекрестных
наводок в кабеле, использованием более широкополосных линий связи.
Для обычных кабельных линий связи без дополнительных средств защиты от оши-
бок достоверность передачи данных составляет, как правило, 10-4 – 10-6. Это значит, что в
среднем из 104 или 106 передаваемых бит будет искажено значение одного бита.
Аппаратура линий связи (аппаратура передачи данных – АПД) является погранич-
ным оборудованием, непосредственно связывающим компьютеры с линией связи. Она
входит в состав линии связи и обычно работает на физическом уровне, обеспечивая пере-
дачу и прием сигнала нужной формы и мощности. Примерами АПД являются модемы,
адаптеры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
В состав АПД не включается оконечное оборудование данных (ООД) пользователя,
которое вырабатывает данные для передачи по линии связи и подключается непосредст-
венно к АПД. К ООД относится, например, маршрутизатор локальных сетей. Заметим, что
разделение оборудования на классы АПД и ООД является достаточно условным.
На линиях связи большой протяженности используется промежуточная аппаратура,
которая решает две основные задачи: повышение качества информационных сигналов (их
формы, мощности, длительности) и создание постоянного составного канала (сквозного
канала) связи между двумя абонентами сети. В ЛКС промежуточная аппаратура не ис-
пользуется, если протяженность физической среды (кабелей, радиоэфира) невысока, так
что сигналы от одного сетевого адаптера к другому можно передавать без промежуточно-
("45") го восстановления их параметров.
В глобальных сетях обеспечивается качественная передача сигналов на сотни и ты-
сячи километров. Поэтому через определенные расстояния устанавливаются усилители.
Для создания между двумя абонентами сквозной линии используются мультиплексоры,
демультиплексоры и коммутаторы.
Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя (он ее не заме-
чает), хотя в действительности она образует сложную сеть, называемую первичной сетью
и служащую основой для построения компьютерных, телефонных и других сетей.
Различают аналоговые и цифровые линии связи, в которых используются различные
типы промежуточной аппаратуры. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура пред-
назначена для усиления аналоговых сигналов, имеющих непрерывный диапазон значений.
В высокоскоростных аналоговых каналах реализуется техника частотного мультиплекси-
рования, когда несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов мультиплек-
сируют в один высокоскоростной канал. В цифровых каналах связи, где информационные
сигналы прямоугольной формы имеют конечное число состояний, промежуточная аппара-
тура улучшает форму сигналов и восстанавливает период их следования. Она обеспечива-
ет образование высокоскоростных цифровых каналов, работая по принципу временного
мультиплексирования каналов, когда каждому низкоскоростному каналу выделяется оп-
ределенная доля времени высокоскоростного канала.
При передаче дискретных компьютерных данных по цифровым линиям связи про-
("46") токол физического уровня определен, так как параметры передаваемых линией инфор-
мационных сигналов стандартизованы, а при передаче по аналоговым линиям – не опре-
делен, поскольку информационные сигналы имеют произвольную форму и к способу
представления единиц и нулей аппаратурой передачи данных никаких требований не
предъявляется.
В сетях связи нашли применение следующие режимы передачи информации:
• симплексные, когда передатчик и приемник связываются одним каналом связи,
по которому информация передается только в одном направлении (это характерно для
телевизионных сетей связи);
• полудуплексные, когда два узла связи соединены также одним каналом, по кото-
рому информация передается попеременно то в одном направлении, то в противополож-
ном (это характерно для информационно-справочных, запрос-ответных систем);
• дуплексные, когда два узла связи соединены двумя каналами (прямым каналом
связи и обратным), по которым информация одновременно передается в противополож-
ных направлениях. Дуплексные каналы применяются в системах с решающей и информа-
ционной обратной связью.
Коммутируемые и выделенные каналы связи. В ТСС различают выделенные (некомму-
тируемые) каналы связи и с коммутацией на время передачи информации по этим каналам.
При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов
связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовно-
("47") сти системы к передаче информации, более высокое качество связи, поддержка большого
объема трафика. Из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделен-
ными каналами связи их рентабельность достигается только при условии достаточно пол-
ной загрузки каналов.
Для коммутируемых каналов связи, создаваемых только на время передачи фиксиро-
ванного объема информации, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая
стоимость (при малом объеме трафика). Недостатки таких каналов: потери времени на
коммутацию (на установление связи между абонентами), возможность блокировки из-за
занятости отдельных участков линии связи, более низкое качество связи, большая стои-
мость при значительном объеме трафика.
Сущность аналоговой модуляции и цифрового кодирования в сетях связи.Исходная информация, которую необходимо передавать по линии связи, может быть
либо дискретной (выходные данные компьютеров), либо аналоговой (речь, телевизионное
изображение).
Передача дискретных данных базируется на использовании двух типов физического
кодирования:
а) аналоговой модуляции, когда кодирование осуществляется за счет изменения па-
раметров синусоидального несущего сигнала;
б) цифрового кодирования путем изменения уровней последовательности прямо-
угольных информационных импульсов.
("48") Аналоговая модуляция приводит к спектру результирующего сигнала гораздо мень-
шей ширины, чем при цифровом кодировании, при той же скорости передачи информа-
ции, однако для ее реализации требуется более сложная и дорогая аппаратура.
В настоящее время исходные данные, имеющие аналоговую форму, все чаще пере-
даются по каналам связи в дискретном виде (в виде последовательности единиц и нулей),
т. е. осуществляется дискретная модуляция аналоговых сигналов.
Аналоговая модуляция. Применяется для передачи дискретных данных по каналам с
узкой полосой частот, типичным представителем которых является канал тональной час-
тоты, предоставляемый пользователям телефонных сетей. По этому каналу передаются
сигналы с частотой от 300 до 3400 Гц, т. е. его полоса пропускания равна 3100 Гц. Такая
полоса вполне достаточна для передачи речи с приемлемым качеством. Ограничение по-
лосы пропускания тонального канала связано с использованием аппаратуры уплотнения и
коммутации каналов в телефонных сетях.
Перед передачей дискретных данных на передающей стороне с помощью модулято-
ра-демодулятора (модема) осуществляется модуляция несущей синусоиды исходной по-
следовательности двоичных цифр. Обратное преобразование (демодуляция) выполняется
принимающим модемом.
Возможны три способа преобразования цифровых данных в аналоговую форму, или
три метода аналоговой модуляции:
• амплитудная модуляция, когда меняется только амплитуда несущей синусои-
("49") дальных колебаний в соответствии с последовательностью передаваемых информацион-
ных битов: например, при передаче единицы амплитуда колебаний устанавливается
большой, а при передаче нуля – малой или сигнал несущей вообще отсутствует;
• частотная модуляция, когда под действием модулирующих сигналов (передавае-
мых информационных битов) меняется только частота несущей синусоидальных колеба-
ний: например, при передаче нуля – низкая, а при передаче единицы – высокая;
• фазовая модуляция, когда в соответствии с последовательностью передаваемых
информационных битов изменяется только фаза несущей синусоидальных колебаний: при
переходе от сигнала 1 к сигналу 0 или наоборот фаза меняется на 180°.
В чистом виде амплитудная модуляция на практике используется редко из-за низкой
помехоустойчивости. Частотная модуляция не требует сложных схем в модемах и обычно
применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.
Повышение скорости передачи данных обеспечивается использованием комбинирован-
ных способов модуляции, чаще амплитудной в сочетании с фазовой.
Аналоговый способ передачи дискретных данных обеспечивает широкополосную
передачу путем использования в одном канале сигналов различных несущих частот. Это
гарантирует взаимодействие большого количества абонентов (каждая пара абонентов ра-
ботает на своей частоте).
Цифровое кодирование. При цифровом кодировании дискретной информации ис-
пользуются два вида кодов:
("50") а) потенциальные коды, когда для представления информационных единиц и нулей при-
меняется только значение потенциала сигнала, а его перепады во внимание не принимаются;
б) импульсные коды, когда двоичные данные представляются либо импульсами оп-
ределенной полярности, либо перепадами потенциала определенного направления.
К способам цифрового кодирования дискретной информации при использовании прямо-
угольных импульсов для представления двоичных сигналов предъявляются такие требования:
• обеспечение синхронизации между передатчиком и приемником;
• обеспечение наименьшей ширины спектра результирующего сигнала при одной и
той же битовой скорости (так как более узкий спектр сигналов позволяет на линии с одной
и той же полосой пропускания добиваться более высокой скорости передачи данных);
• возможность распознавания ошибок в передаваемых данных;
• относительно низкая стоимость реализации.
Средствами физического уровня осуществляется только распознавание искаженных
данных (обнаружение ошибок), что позволяет экономить время, так как приемник, не
ожидая полного помещения принимаемого кадра в буфер, сразу его отбраковывает при
распознавании ошибочных бит в кадре. Более сложная операция – коррекция искаженных
данных – выполняется протоколами более высокого уровня: канального, сетевого, транс-
портного или прикладного.
Синхронизация передатчика и приемника необходима для того, чтобы приемник
точно знал, в какой момент следует осуществлять считывание поступающих данных.
("51") Синхросигналы настраивают приемник на передаваемое сообщение и поддерживают син-
хронизацию приемника с приходящими битами данных. Проблема синхронизации легко
решается при передаче информации на небольшие расстояния (между блоками внутри
компьютера, между компьютером и принтером) путем использования отдельной такти-
рующей линии связи: информация считывается только в момент прихода очередного так-
тового импульса. В компьютерных сетях отказываются от использования тактирующих
импульсов по двум причинам: ради экономии проводников в дорогостоящих кабелях и из-
за неоднородности характеристик проводников в кабелях (на больших расстояниях нерав-
номерность скорости распространения сигналов может привести к рассинхронизации так-
товых импульсов в тактирующей линии и информационных импульсов в основной линии,
вследствие чего бит данных будет либо пропущен, либо считан повторно).
Характеристика самосинхронизирующих кодов.В настоящее время синхронизация передатчика и приемника в сетях достигается
применением самосинхронизирующих кодов (СК). Кодирование передаваемых данных с
помощью СК заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частые изменения (пере-
ходы) уровней информационного сигнала в канале. Каждый переход уровня сигнала от
высокого к низкому или наоборот используется для подстройки приемника. Лучшими
считаются такие СК, которые обеспечивают переход уровня сигнала не менее одного раза
в течение интервала времени, необходимого на прием одного информационного бита. Чем
чаще переходы уровня сигнала, тем надежнее осуществляется синхронизация приемника
("52") и увереннее производится идентификация принимаемых битов данных.
Указанные требования к способам цифрового кодирования дискретной информации
являются в определенной степени взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рас-
сматриваемых ниже способов кодирования имеет свои преимущества и недостатки по
сравнению с другими.
Самосинхронизирующие коды. Наиболее распространенными являются следующие СК:
• потенциальный код без возвращения к нулю (NRZ – Non Return to Zero);
• биполярный импульсный код (RZ-код);
• манчестерский код;
• биполярный код с поочередной инверсией уровня.
Для характеристики и сравнительной оценки СК используются такие показатели:
• уровень (качество) синхронизации;
• надежность (уверенность) распознавания и выделения принимаемых информаци-
онных битов;
• требуемая скорость изменения уровня сигнала в линии связи при использовании
СК, если пропускная способность линии задана;
• сложность (и, следовательно, стоимость) оборудования, реализующего СК.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
