Сети‎ > ‎

Физические интерфейсы связи:приёмопередатчики

Как данные передаются от устройства к устройтсву?
Передача данных от одного устройства к другому это процесс многократного их изменения, добавления к ним служебной информации, проверки и т.д. Но, в любом случае в границах устройства данные передаются в цифровом виде, то-есть логического "0" и логической "1". Я надеюсь, что Вы уже знакомы с понятиями битов и байтов, иначе дальше читать будет бесполезно.
Каждый бит в микросхемах TTL логики принято передавать напряжением: 
    0 В (около того) для логического "0"
    5 В (около того) для логической "1"
Однако, когда биты передаются между устройствами, такой способ кодирования не обеспечивает надежную доставку битов даже на небольшие расстояния (например порядка нескольких метров). Это связано как с падением напряжения (вследствие погонного сопротивления проводников), различия в питаниях самих устройств (нужна гальваническая развязка), наличие помех и многих других факторов. 
Таким образом для передачи битов на расстояние нужно проводить с ними определенные манипуляции: усиление сигнала, кодирование, другие преобразования. Этими преобразованиями в устройствах занимаются специальные микросхемы - приемопередатчики.  
 
Что такое приемопередатчик и физический интерфейс?
Приемопередатчик (Transceiver) условно состоит из 2-х частей: передатчика и приемника. Задача передатчика (Transmitter) преобразовать сигналы лог. "0" и лог."1" (для TTL 0 В и 5 В соответственно) в другие уровни сигналов (по напряжению, по току, по частоте, или световым сигналом) для передачи на большие расстояния. Задача приемника (Receiver) преобразовать принятый сигнал в определенный логический уровень, согласно правилам интерфейса.
Таким образом, приемопередатчик обеспечивает физический интерфейс между устройством, в котором он находится, и внешним миром (другими устройствами).  
Передатчики и приемники с электрической точки зрения представляют собой операционные усилители, которые на приниципиальных схемах принято обозначать треугольниками. Далее в тексте мы будем обозначать передатчики буквой G, а приемники - R.
Таким образом, последовательность передачи битов следующая:
    1)биты уровнями TTL логики (0В и 5В) передаются от микросхем к приемопередатчику (TD)
    2)передатчик (G) преобразовывает биты в сигнал, способный передать на необходимое расстояние и передает его по линиям связи 
    3)приемник (R) преобразовывает этот сигнал обратно в уровень TTL-логики (RD) и отдает его микросхемам
Микросхемы являются конечными пользователями услуг приемопередатчиков. Иными словами приемопередатчики обеспечивают доставку битов на расстояние между двумя микросхемами. Однако при сетевом обмене, недостаточно просто обмениваться битами, необходимо в них заложить какую-то информацию. По этой причине, микросхемы зачастую являются только промежуточным звеном, но это уже другая тема.   
        
 
 
Что такое узлы сети?
Устройства, способные обмениваться данными в сети принято называть узлами сети.
 
Что такое совместимость на физическом уровне сети?
Для того, чтоб устройства могли понимать друг друга на уровне битов, они должны их одинаково кодировать и декодировать. Если передачтик одного устройства будет кодировать лог. "0" напряжением 10 В, а приемник другого интерпретировать 10 В как лог. "1", то диалога очевидно не получится. Таким образом, для совместимости устройств на физическом уровне (уровне битов) необходимо чтоб они поддерживали один и тот же интерфейс (точнее одни и те же правила организации интерфейса).
Совместимость на физическом уровне обеспечивают интерпритацию сигналов на уровне битов, но не более!
 
Что такое симплексная, дуплексная и полудуплексная связь?
 Связь, при которой одно устройтсво только передает данные, а другие только принимают (односторонняя) называется симплексной (simplex).  
 Связь, при которой данные между устройствами могут одновременно приниматься и передаваться называется дуплексной (full duplex).    
 Связь, при которой устройство может принимать и отправлять данные но только в разные моменты времени называется полудуплексной (halfduplex). 
    
 Для лучшего понимания симлексной, дуплексной и полудуплексной связи попробуем перенести аналогии на человеческое общение.  Представим связь между устройствами как акустическую(голосовую) связь между людьми в ограниченом прсотранстве. В этом случае передатчики являются голосовым аппаратом каждого человека в этом пространтсве, а приемники - это органы слуха. 
Для такой модели:
- дуплексная связь будет определять разговор между собеседниками, в котором все одновременно и говорят и слушают друг друга (немногие люди способны на такое :-) );
- симлексная связь - это монолог, то есть всегда говорит только один, остальные только слушают;
- полудуплексная - диалог, в котором в один момент времени говорит только один человек, а все остальные слушают, но в другой момент времени может говорить другой человек;
 
Следует отметить, что при дуплексной связи человек одновременно задействует как передатчики (голосовой аппарат) так и приемники (органы слуха). Будем считать, что такой диалог возможен максимум между 2-мя людьми, при условии что голос одного не будет перекрикиваться другим.   
При симплексной связи один человек задейтсвует только передатчик (голосовой аппарат) а все остальные только приемники (органы слуха), то есть возможно оповещение глухим человеком немых (извините за сравнение).
При полудуплексной связи в один момент времени только один человек может говорить, то есть задействуется передатчик только одного человека, а все остальные должны молчать. В момент разговора органы слуха можно не использовать. А вот в момент слушания нужно молчать, так как разговор одного из слушателей будет искажать разговор говорящего.
 
В реальных сетях при дуплекной связи выделяются два независимых канала для передачи и приёма между двумя устройствами. Таким образом при построении сети все узлы соединяются между собой попарно - непосредственно, или через комутирующие устройства. По какому принципу проходит комутация зависит от правил (протоколов) комутации в этой сети.  
При полудуплексной связи используется один "реверсивный" канал, какой в один момент времени используется одним узлом для передачи, в то время как другие используют его только для приема. В момент приема, передатчики узла должны быть отключены, чтоб не мешать передающему узлу. Каким образом идет передача прав узлам на передачу зависит от правил (протколов) работы этой сети.   
В реальных промышленных сетях симплексная связь практически не используется.  
 
                      
Comments