Idėja naudoti esamus ryšio linijų duomenų signalų perdavimus nėra nauja. Būtent taip dirba paprastas modemas, kuris perduoda informaciją telefono linijos pagalba. Tačiau tokio ryšio galimybės ribotos, ir tai priverčia interneto tiekėjus ieškoti naujų kelių į vartotojo namus. Jei paskaičiuoti, kiek kabelių praeina kiekviename bute, galima pastebėti, kad jų paprastai yra trys: elektros (220 V), telefono ir televizoriaus. Elektros tinklą sudėtinga vartoti. Telefono linijos galimybės pilnai išnaudotos. Lieka televizijos kabelis. Perduoti duomenis televizijos kabeliu - gera idėja, bet pilnaverčiam darbui reikalingas ir atgalinis ryšys tarp kliento ir stoties. O jos kaip tik ir nėra. Bet televizijos signalai siunčiami ne tik oru, bet ir kabeliniu tinklu.
Kabelinių modemų veikimo principai
Kabeliniai modemai išsidėsto tarp kabelinio tinklo ir kompiuterio, vykdydami skirtingų įrenginių funkcijas: modemo, telestoties, informacijos šifratoriaus - dešifratoriaus, tilto, maršrutizatoriaus, tinklo adapterio, SNMP - agento ir net „Ethernet“ koncentratoriaus. Nors toks įrenginys vis tiek lieka modemu, nes visų pirma jis moduliuoja ir demoduliuoja signalus. Paprastai informacijos gavimas ir siuntimas kabelinio modemo pagalba vykdomas skirtingais būdais.
Siunčiant informaciją nuo stoties į kabelinį modemą (downstream) dideli duomenų kiekiai moduliuojami standartiniu televizijos signalo dažniu (6 MHz), ant kurio užsideda nešantysis dažnis (nuo 42 iki 750 MHz). Toks signalas perduodamas kabelinei sistemai kartu su kabelinės televizijos signalais ir netrukdo telelaidoms. Yra kelios moduliavimo schemos, bet populiariausios iš jų dvi - QPSK (palaiko duomenų perdavimą 10 Mb/s) ir QAM64 (iki 36 Mb/s). Šios technologijos leidžia pasiekti žymiai didesnius greičius nei tradiciniai telefono modemai, kurie paprastai veikia iki 56 Kb/s.
Atgalinį signalą nuo modemo iki stoties (upstream) perduoti sunkiau. Tai susiję su tuo, kad paprastame dupleksiniame kabeliniame tinkle atgalinis signalas gali būti perduodamas tik dažniais nuo 5 iki 40 MHz. Tokiam signalui gali trukdyti radijo trikdžiai ir radijo laidos, o taip pat nepajungta antena arba blogas koaksialinio kabelio sujungimas. Kadangi kabelinis tinklas turi medžio pavidalo formą, visi trikdžiai iš visų atšakų susirenka kartu ir trukdo atbulinio signalo plitimui. QPSK akivaizdus - lėtesnis duomenų perdavimas, negu naudojant moduliavimo schemą QAM. Jei kabelinis tinklas negali perduoti atbulinio signalo (tai atsitinka dėl blogų laidų ir jungimo kokybės), tai galima padaryti telefono kabelio arba ISDN pagalba.
Kabelinis modemas dirba kaip TV signalų gavėjas ir siuntėjas. Stoties impulsai ateina koaksialiniu kabeliu į kabelinį modemą, kuris perduoda juos kompiuteriui arba lokaliam tinklui. Yra keli modemo pajungimo metodai į kompiuterį. Daugiausiai iš jų naudojama technologija „Ethernet 10BaseT“. Šiuo atveju modemas turi „Ethernet“ adapterį, kuris pajungiamas prie lokalaus tinklo arba kompiuterio. Akivaizdu, kad kompiuteryje taip pat turi būti įrengtas „Ethernet“ adapteris ir programinis aprūpinimas, aptarnaujantis protokolus TCP/IP.
Iššūkiai ir architektūros
Prieš įrengiant bet kokią naują technologiją, reikia išspręsti eilę esamų problemų, kurios gali būti ne tik techninės, bet ir ekonominės arba organizacinės. Tas pats yra ir su kabeliniais modemais.
- Tinklo valdymas: Interneto paslaugų tiekėjas turi pastoviai kontroliuoti kabelinį tinklą ir jį teisingai valdyti. Tai apima tinklo apkrovos stebėjimą, trikčių šalinimą ir naujų vartotojų prijungimą.
- Techninės problemos: Kabelinių modemų gamintojams reikės sukurti patikimą architektūrą, teikiančią skirtingų kabelinių tinklų tiekėjų suderinamumą, suderinti signalų priėmimo standartus pagal juos. Taip pat svarbu užtikrinti įrangos patikimumą ir ilgaamžiškumą.
- Duomenų kodavimas: Kabelinis tinklas, kuris gali būti prijungtas, būtina vykdyti duomenų konfidencialumą. Tai reiškia, kad turi būti užtikrintas duomenų saugumas nuo neteisėtos prieigos.
- Naudojimo patogumas ir kaina: Galiausiai, technologija turi būti patogi vartotojui ir prieinama kainos atžvilgiu.
Dvi kabelinių tinklų architektūros praėjo išbandymus duomenų greičio perdavime: simetrinė ir asimetrinė.
- Simetrinė architektūra: Šiuo atveju abu signalai - tiesioginis ir atbulinis - perduodami vienu kabeliu. Kad atskirti tiesioginį ir atbulinį signalą, juos reikia perduoti skirtingų dažnių diapazonais. Dėl to tiesioginis ir atbulinis perdavimas vyksta skirtingais greičiais. Standartinė simetrinė architektūra turi ir kitus trūkumus, kurie bus apžvelgti žemiau.
- Asimetrinė architektūra: Kai kurios firmos, gaminančios kabelinius modemus, naudoja savo įrenginiams asimetrinę tinklo architektūrą. Abi sistemos - asimetrinė ir simetrinė - gali gerai papildyti viena kitą. Kai tik simetrinis tinklas taps pasiekiamu ir pigiu, asimetrinė architektūra palaipsniui pereis į simetrinę. Bet tai atsitiks dar negreitai.
Informacijos perdavimas kabeliniais tinklais gali būti naudojamas skirtingais tikslais. Gamyboje, kur kabelinis tinklas kuriamas paties gamintojo informacijos persiuntimui, protinga naudoti simetrinę architektūrą, kadangi šiuo atveju tiesioginis ir atbulinis greitis vienodas. Egzistuojantiems modemams jis sudaro apie 10 Mb/s (LANcity), t. y. atitinka perdavimo spartą „Ethernet“ tinkle. Namų kompiuterio pajungimas prie interneto ar kitos globalinės sistemos, tikriausiai, naudotų asimetrinę architektūrą. Egzistuoja kabelinis tinklas, prie kurio galima pajungti namų kompiuterį, skirtą TV signalams ir neleidžia perduoti atbulinį signalą su pakankamai dideliu greičiu. Paprastai namų kompiuterio vartotojas naudoja interneto ryšį WWW puslapiams ir konferencijoms, o tam reikalingas didelio duomenų kiekio perdavimui nuo stoties iki vartotojo, o ne atvirkščiai. URL - užklausos vykdymas arba elektroninio pašto perdavimas nesukuria didelio duomenų tekėjimo nuo vartotojo iki stoties. Todėl atbulinio signalo perdavimą galima vykdyti mažesniu greičiu, pavyzdžiui, telefono linija.
Duomenų persiuntimas kabeliniais tinklais gali būti vykdomas skirtingais kanalais. Simetrinė architektūra turi eilę trūkumų, ribojančių jos vartojimą. Duomenų perdavimo ir gavimo kanalų atskyrimas leidžia naudoti esamą aparatūrą duomenų perdavimui nuo stoties iki vartotojo. Nesimetrinė sistema gali būti įrengta ganėtinai greitai, kadangi jau egzistuoja kabelinių tinklų ir telefono ryšio struktūra. Hibridinė architektūra su atskirais tiesioginiu ir atbuliniu kanalais duomenų perdavimui gali parūpinti skirtingus variantus ir greičius duomenų perdavimui. Nesimetrinė sistema parūpina gerą sistemos suderinamumą išorinių sąlygų pasikeitimui, tuo pačiu liekanti patikima ir nebrangi.
Spartus priėjimas prie pasaulinio tinklo
Kabeliniai modemai leidžia interneto tiekėjams lengvai didinti klientų skaičių. Tam pakanka pravesti kabelį nuo kliento patalpos prie artimiausio magistralės paskirstytojo. O jei tiesioginis ir atbulinis signalas perduodamas skirtingais kanalais, tai visa tai galima organizuoti dar paprasčiau. Pavyzdžiui, vartotojas gauna radijo signalus, o atbulinį perduoda telefono linija.
Kabelinių modemų technologija - tai nauja technologija greitam prisijungimui prie pasaulinio tinklo, naudojant kabelinės televizijos tinklus. Per vieną modemą, per koncentratorius galima pajungti iki 16 kompiuterių - tai labai patogu nedidelėms įstaigoms, per vieną modemą gaunant galimybę naudotis interneto paslaugomis visuose kompiuteriuose. Kiekvienam kompiuteriui skiriamas savo vidinis IP adresas.
Interaktyvių paslaugų populiarumas internete sparčiai auga. 1994 m. internetu naudojosi 30 mln. žmonių, 1995 m. pabaigoje jų jau buvo 100 mln., o 1998 m. pagal prognozes buvo 300 mln. Visiems šiems vartotojams parūpinti pilnavertį priėjimą prie interneto, reikalingas spartaus greičio duomenų perdavimas. Interaktyvus priėjimas kabelinių modemų pagalba leidžia personalinių kompiuterių vartotojams gauti informaciją iš interneto tinklo tūkstantį kartų greičiau, negu naudojant paprastus telefono modemus. Per 1-2 sekundžių laikotarpį vartotojas galės gauti duomenis, kurie telefono linija šiandien kraunami 20 min. Kabelinis modemas pagreitina duomenų perdavimą nuo 28,8 Kb/s iki 10 Mb/s.
Kabelinis modemas gali prisijungti prie interneto skirtingais būdais. Tai leidžia pasirinkti vartotojui optimalų variantą. Yra keli signalo perdavimo būdai, kurie atsižvelgia į esamas infrastruktūras. Klientas gali pasinaudoti visais variantais tiesioginio ir atbulinio signalo perdavimui.
Modemas ir maršrutizatorius – koks skirtumas?
Komunikacijos sąsajos ir protokolai tinkluose
Kiekvienas elektronikos specialistas, peržiūrėdamas paleidimo rinkinių ar vienos plokštės kompiuterių pasiūlą arba ieškodamas mikrovaldiklio savo projektui, susiduria su tokiais terminais kaip I2C, SPI, GPIO, UART. Tai yra komunikacijos sąsajų pavadinimai. Supratimas apie pagrindinius skaitmeninės komunikacijos klausimus palengvina judėjimą daugelyje elektronikos sričių. Jie pasitaiko ne tik telekomunikacijose ar mikroprocesorinių sistemų kūrime, bet net ir kalbant apie pačių procesorių architektūrą.
Asmeniui, visiškai nesusipažinusiam su šiuolaikine elektronika, žodis „komunikacija“ kalbant apie integrinius grandynus gali pasirodyti šiek tiek klaidinantis. Tačiau skaitmeninės elektronikos atveju situacija yra kitokia. Pavyzdžiui, „išmaniajame“ jungiklyje mygtuko paspaudimas sukelia loginės būsenos pasikeitimą mikrovaldiklio įvestyje. Programa, vykdoma mikrovaldiklyje, gauna tokį pranešimą ir per vieną iš savo sąsajų nurodo belaidžio ryšio moduliui išsiųsti duomenų paketą.
Pradėkime nuo trijų pagrindinių sąvokų, susijusių su informacijos perdavimu: sąsaja, magistralė ir protokolas.
- Sąsaja - tai elektroninis grandynas, kurio užduotis yra perduoti signalus iš vieno grandyno į kitą. Paprastai ji turi siuntimo ir priėmimo galimybes. Sąsajos sąvoka apima tiek fizinį sluoksnį (pvz., tam tikrų išvadų buvimą), tiek funkcinį (galimybę koduoti/dekoduoti pranešimus pagal tam tikrą standartą).
- Magistralė (angl. bus) - tai paties grandyno struktūra, kalbant apie fizinius takelius ar laidus, kurie naudojami komponentų sujungimui. Magistralė susideda iš šynų, tai yra linijų (laidų, PCB takelių), sugrupuotų pagal savo funkciją.
- Protokolas - tai taisyklių rinkinys, sudarantis komunikacijos metodą. Tai yra daugiau nei tik „kalba“, kuria perduodami duomenys, nes jis taip pat aprašo visą informacijos mainų procedūrą.
Lygiagrečiosios komunikacijos metodas reiškia kelių duomenų bitų perdavimą vienu metu, tuo tarpu serijinės sąsajos paprastai naudojamos sekančiam perdavimui. Priešingai nei lygiagrečiosios magistralės, kurios reikalauja daug laidų, serijinės sąsajos naudoja mažiau linijų, todėl yra praktiškesnės.
Populiarūs komunikacijos metodai:
- I2C (Inter-Integrated Circuit): Sukurta Philips, universali dvipusės komunikacijos tarp integrinių grandynų metodas. Vienas grandynas veikia kaip valdiklis (master), kiti - kaip vykdomieji (slave) su unikaliu adresu. Paprastas programiškai emuliuoti.
- SPI (Serial Peripheral Interface): Panašus į I2C, bet senesnis standartas. Sudaro keturios komunikacijos linijos: laikrodžio signalas (SCLK), dvi duomenų linijos ir Chip Select (CS). Leidžia labai greitai perduoti duomenis.
- UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Full duplex sąsaja, naudojanti tik dvi linijas: siuntimo (Tx) ir priėmimo (Rx). Nenumato sinchronizuojančio komunikacijos signalo. Tai vienas seniausių sprendimų, kurio principai iki šiol naudojami skaitmeninėje elektronikoje.
- GPIO (General-Purpose Input/Output): Bendrosios paskirties įvesties/išvesties išvadai. Paprastai tai yra elektroninio grandyno išvadai, kurių tikslas yra priimti ar siųsti dvejetainius signalus.
- JTAG (Joint Test Action Group): Sąsaja ir protokolas, skirti mikroprocesorinių sistemų programavimui, testavimui ir diagnostikai.
Be šių, egzistuoja daugybė kitų komunikacijos standartų, tokių kaip CAN magistralė, PCIe, USB, HDMI, skirtų specifinėms reikmėms - nuo automobilių iki kompiuterių ir multimedijos įrenginių. Kiekvienas tinklas, ar tai būtų paprastas namų LAN, ar sudėtingas globalus WAN, remiasi tam tikrais protokolais, kurie leidžia įrenginiams efektyviai ir saugiai keistis informacija.
tags: #tinklo #protokolas #naudojamas #dirbant #modemu