A csatornák amelyeken az üzenetek áramlanak, igen jelentős költséggel megépített és üzemeltetett összeköttetéseken (vezeték, rádióhullám) keresztül valósulnak meg. Ezért nem célszerű, ha egy kommunikációs csatorna számára kisajátítunk egy vonalat, mert nagyon sok esetben a kommunikáció jellegéből fakadóan nincs folyamatos információcsere rajta, azaz a legtöbb kapcsolatban a vonalhasználat időszakosan jelentkezik. Mivel az adó és vevő oldal számára csak a végeredmény, az információ a fontos, ezért több csatorna is kialakítható egy vonalon, amelynek megvalósítására több lehetőség van.
multipelexelés: Az egyik megoldás az, mikor a fizikai közeget osztjuk meg több csatorna között. Ezt az adott vonal felosztását csatornákra több adó, illetve vevő között multiplexelésnek nevezzük. A multiplexelés olyan eljárás, amelynek során egy adatvonalat előre meghatározott, rögzített módszer szerint osztunk fel elemi adatcsatornákra. Minden bemenő elemi csatornához egy kimenő csatorna is tartozik, ezért a multiplexelés nem okoz csatorna-foglaltságot. Ezek a frekvenciaosztásos és az időosztásos multiplexelési módszerek, illetve ezek kombinációja.
Egy adatvonalat előre meghatározott, rögzített módszer szerint elemi adatcsatornákra osztunk fel. Ezt el lehet a frekvenciatartományban vagy/és az időtartományban is végezni (frekvenciaosztásos ill. időosztásos multiplexelés).
üzenet- és csomagkapcsolás: A másik lehetőség a vonalak maximális kihasználására, az átviendő információ kisebb adagokra bontása. A vonalon egymás után történik ezek átvitele, majd a darabokból az összerakásuk. Ez az adó és a vevő számára folyamatos összeköttetés látszatát kelti. Ezek az üzenet és csomagkapcsolási módszerek.
vonalkapcsolás: A harmadik lehetőségként az adatvezetékeket nem egy adóhoz és egy vevőhöz rendeljük, hanem azt a kommunikáció szükséglete szerint kapják meg a felek. Ennél a vonalkapcsolásnak hívott módszernél a kapcsolat a kommunikáció részeként jön létre, és a kommunikáció befejezésekor szűnik meg.
Jelenleg az analóg átviteli vonalakat felváltották a digitális átviteli utak. Ez azt jelenti, hogy szükségtelenné váltak a közbenső analóg-digitál és digitál-analóg átalakítók. Ezt azt is jelentette, hogy a frekvencia osztásos multiplexelést az időosztásos multiplexelés váltotta fel. Míg a beszéd analóg átviteléhez 300-3400 Hz-es sávszélesség elegendő, ugyanezen beszéd digitális átvitele 64 kbit/s-os adatátviteli sebességet igényel.
Multiplexelés
frekvenciaosztással (FDM - Frequency-Division Multiplexing)
Legfőbb felhasználási területe a távbeszélő-hálózatok vivőfrekvenciás rendszere, valamint a rádió-, és televízióadások.
Ha szinuszos hullámok összegéből előállítunk egy jelet, abból bármelyik összetevőt a csatorna másik oldalán eredeti formájában kinyerhetjük egy alkalmas szűrő segítségével.
Az egyes elemi vivőfrekvencia-tartományok között elválasztó frekvenciarésre van szükség, mivel a különböző jeleket szétválasztó szűrők meredeksége véges. A frekvenciarések jelentősen csökkentik a fővonal sávszélességének kihasználhatóságát. Ráadásul az éppen nem dolgozó berendezésekhez rendelt frekvenciasávok is kihasználatlanok.
A sávszélességet általában az ekvivalens 4 kHz-es beszédcsatornák számával adjuk meg. Tizenkét beszédcsatornát távbeszélőcsoportba fognak össze, amely nemzetközileg a 60-108 kHz-es frekvenciatartományban fekszik. Öt távbeszélőcsoport egy távbeszélő főcsoportot alkot, ez 240 kHz sávszélességű. Tíz főcsoportból jön létre egy 2.4 MHz sávszélességű bázis-mestercsoport. Ezeket is 3-as vagy 6-os mestercsoportokba lehet foglalni.
A frekvenciaosztás előnye, hogy a vonalak tetszőleges helyen megcsapolhatók, az egyes alcsatornák egymástól földrajzilag eltolva kezdődhetnek és végződhetnek, a csoportba fogott jeleknek nem szükséges kis körzetben elhelyezkedő adatállomásokhoz tartozni.
A fenti összefoglalóból az is nyilvánvaló, hogy ez a módszer nem igazán alkalmas számítógépek közötti információátvitelre, a csatornák emberi beszédre alapozott sávszélessége miatt.
szinkron időosztással (STDM - Synchronous Time-Division Multiplexing)
Digitális átvitelnél az idő-multiplex berendezések a nagyobb sávszélességű adatvonalat időben osztják fel több, elemi adatcsatornára.
Minden elemi adatcsatorna egy-egy időszeletet kap. A fővonal két végén elhelyezkedő vonali multiplexerek előre meghatározott időben, periodikusan, egymással szinkronban működve összekapcsolják egy-egy rövid időre – néha egyetlen bit, legtöbbször egyetlen karakter vagy bájt, esetleg néhány bájt átviteli idejére – az összetartozó be-, illetve kifutó vonalakat.
Néha a nagy sebességű fővonal közvetlenül a feldolgozó számítógéphez (illetve annak adatátviteli vezérlő egységéhez) csatlakozik és a demultiplexelés feladatát a számítógép látja el. Bármilyen típusú is az átvitel és bármekkora a multiplexelt információ-egység, szükség van arra, hogy a vonal két végén elhelyezett multiplexerek szinkronizálását biztosító periodikus jeleket is elhelyezzük az információ-egységek között. Ezek a szinkronjelek csökkentik a fővonal kihasználhatóságát.
A frekvenciaosztással és időosztással működő multiplexerek egyaránt akkor felelnek meg jól rendeltetésüknek, ha jelenlétük nem befolyásolja az adatkapcsolat szintű vezérlést.
Vonalkapcsolás
Az adó és a vevő közti összekötetés megteremtésére ki kell alakítani azt az útvonalat, amelyeknek részei kapcsolóközpontokon keresztül vannak összekötve. Első lépésben fizikai kapcsolat létesül az adó és vevő között, ami az összeköttetés idejére áll fenn. Az összeköttetésen keresztül megvalósul az adatátvitel, majd annak befejeztével a kapcsolat lebomlik.
A folyamatot a távbeszélő technikában hívásnak nevezik. Fontos tény, hogy az információátvitelt meg kell hogy előzze a híváskérés hatására létrejövő összeköttetés. Előnye a tényleges fizikai összeköttetés létrehozása. Ezek után a két állomás úgy képes kommunikálni, mintha pont-pont összeköttetés valósult volna meg közöttük.
Ilyenkor az adatok késleltetését már csak az elektromágneses jel terjedési ideje határozza meg, amely kb. 6 msec 1000 km-enként. Hátránya a kapcsolat létrehozásához szükséges sokszor jelentős időtartam és az, hogy ilyenkor a csatorna mégis kisajátítja a vonalat.
Ha a csatorna nem teljes kapacitással üzemel (pl. telefonnál a hosszú csend), akkor ez a vonal kihasználtságát rontja.
Üzenet- és csomagkapcsolás
Ilyenkor nincs előre kiépített út az adó és a vevő között. Az adó az elküldendő adatblokkját elküldi az első IMP-nek, az pedig továbbküldi a következőnek, egészen a vevő hoszt-hoz kapcsolódó IMP-ig. Az ilyen hálózatok a tárol és továbbít (store and forward) hálózatok.
Az üzenetkapcsolás esetén nincs az adatblokk méretére korlátozás, ami nagy tárolókapacitású fogadó és továbbító IMP-ket igényel. Másik hátránya az, hogy egy nagy üzenet akár percekre lefoglalhatja a közreműködő IMP-ket és a köztük lévő átviteli csatornát. Ezért gyakrabban használatos (számítógépes hálózatoknál csaknem kizárólagosan használt) az a módszer, mikor az átviendő adatblokk méretét korlátozzuk, és csomagokká bontjuk.
A csomagkapcsoló hálózatok hatékonyan alkalmazhatók interaktív forgalom (ember-gép kapcsolat) kezelésére is mivel biztosítják, hogy bármelyik felhasználó csupán néhány ezredmásodpercre sajátíthat ki egy vonalat.
A csomagkapcsolás nagyon hatékonyan képes a vonalak kihasználására, mivel adott két pont között összeköttetést több irányból érkező és továbbhaladó csomag is használja. Másrészről fennáll annak a veszélye, hogy a bemenő adatforgalom csomagjai úgy elárasztanak egy IMP-t, hogy korlátozott tárolókapacitása miatt csomagokat veszít. Míg vonalkapcsolás esetén az üzenet lényegében egyben kerül átvitelre, csomagkapcsoláskor a csomagok sorrendje megváltozhat, és a sorrendhelyes összerakásukról is gondoskodni kell.
multipelexelés: Az egyik megoldás az, mikor a fizikai közeget osztjuk meg több csatorna között. Ezt az adott vonal felosztását csatornákra több adó, illetve vevő között multiplexelésnek nevezzük. A multiplexelés olyan eljárás, amelynek során egy adatvonalat előre meghatározott, rögzített módszer szerint osztunk fel elemi adatcsatornákra. Minden bemenő elemi csatornához egy kimenő csatorna is tartozik, ezért a multiplexelés nem okoz csatorna-foglaltságot. Ezek a frekvenciaosztásos és az időosztásos multiplexelési módszerek, illetve ezek kombinációja.
Egy adatvonalat előre meghatározott, rögzített módszer szerint elemi adatcsatornákra osztunk fel. Ezt el lehet a frekvenciatartományban vagy/és az időtartományban is végezni (frekvenciaosztásos ill. időosztásos multiplexelés).
üzenet- és csomagkapcsolás: A másik lehetőség a vonalak maximális kihasználására, az átviendő információ kisebb adagokra bontása. A vonalon egymás után történik ezek átvitele, majd a darabokból az összerakásuk. Ez az adó és a vevő számára folyamatos összeköttetés látszatát kelti. Ezek az üzenet és csomagkapcsolási módszerek.
vonalkapcsolás: A harmadik lehetőségként az adatvezetékeket nem egy adóhoz és egy vevőhöz rendeljük, hanem azt a kommunikáció szükséglete szerint kapják meg a felek. Ennél a vonalkapcsolásnak hívott módszernél a kapcsolat a kommunikáció részeként jön létre, és a kommunikáció befejezésekor szűnik meg.
Jelenleg az analóg átviteli vonalakat felváltották a digitális átviteli utak. Ez azt jelenti, hogy szükségtelenné váltak a közbenső analóg-digitál és digitál-analóg átalakítók. Ezt azt is jelentette, hogy a frekvencia osztásos multiplexelést az időosztásos multiplexelés váltotta fel. Míg a beszéd analóg átviteléhez 300-3400 Hz-es sávszélesség elegendő, ugyanezen beszéd digitális átvitele 64 kbit/s-os adatátviteli sebességet igényel.
Multiplexelés
frekvenciaosztással (FDM - Frequency-Division Multiplexing)
Legfőbb felhasználási területe a távbeszélő-hálózatok vivőfrekvenciás rendszere, valamint a rádió-, és televízióadások.
Ha szinuszos hullámok összegéből előállítunk egy jelet, abból bármelyik összetevőt a csatorna másik oldalán eredeti formájában kinyerhetjük egy alkalmas szűrő segítségével.
Az egyes elemi vivőfrekvencia-tartományok között elválasztó frekvenciarésre van szükség, mivel a különböző jeleket szétválasztó szűrők meredeksége véges. A frekvenciarések jelentősen csökkentik a fővonal sávszélességének kihasználhatóságát. Ráadásul az éppen nem dolgozó berendezésekhez rendelt frekvenciasávok is kihasználatlanok.
A sávszélességet általában az ekvivalens 4 kHz-es beszédcsatornák számával adjuk meg. Tizenkét beszédcsatornát távbeszélőcsoportba fognak össze, amely nemzetközileg a 60-108 kHz-es frekvenciatartományban fekszik. Öt távbeszélőcsoport egy távbeszélő főcsoportot alkot, ez 240 kHz sávszélességű. Tíz főcsoportból jön létre egy 2.4 MHz sávszélességű bázis-mestercsoport. Ezeket is 3-as vagy 6-os mestercsoportokba lehet foglalni.
A frekvenciaosztás előnye, hogy a vonalak tetszőleges helyen megcsapolhatók, az egyes alcsatornák egymástól földrajzilag eltolva kezdődhetnek és végződhetnek, a csoportba fogott jeleknek nem szükséges kis körzetben elhelyezkedő adatállomásokhoz tartozni.
A fenti összefoglalóból az is nyilvánvaló, hogy ez a módszer nem igazán alkalmas számítógépek közötti információátvitelre, a csatornák emberi beszédre alapozott sávszélessége miatt.
szinkron időosztással (STDM - Synchronous Time-Division Multiplexing)
Digitális átvitelnél az idő-multiplex berendezések a nagyobb sávszélességű adatvonalat időben osztják fel több, elemi adatcsatornára.
Minden elemi adatcsatorna egy-egy időszeletet kap. A fővonal két végén elhelyezkedő vonali multiplexerek előre meghatározott időben, periodikusan, egymással szinkronban működve összekapcsolják egy-egy rövid időre – néha egyetlen bit, legtöbbször egyetlen karakter vagy bájt, esetleg néhány bájt átviteli idejére – az összetartozó be-, illetve kifutó vonalakat.
Néha a nagy sebességű fővonal közvetlenül a feldolgozó számítógéphez (illetve annak adatátviteli vezérlő egységéhez) csatlakozik és a demultiplexelés feladatát a számítógép látja el. Bármilyen típusú is az átvitel és bármekkora a multiplexelt információ-egység, szükség van arra, hogy a vonal két végén elhelyezett multiplexerek szinkronizálását biztosító periodikus jeleket is elhelyezzük az információ-egységek között. Ezek a szinkronjelek csökkentik a fővonal kihasználhatóságát.
A frekvenciaosztással és időosztással működő multiplexerek egyaránt akkor felelnek meg jól rendeltetésüknek, ha jelenlétük nem befolyásolja az adatkapcsolat szintű vezérlést.
Vonalkapcsolás
Az adó és a vevő közti összekötetés megteremtésére ki kell alakítani azt az útvonalat, amelyeknek részei kapcsolóközpontokon keresztül vannak összekötve. Első lépésben fizikai kapcsolat létesül az adó és vevő között, ami az összeköttetés idejére áll fenn. Az összeköttetésen keresztül megvalósul az adatátvitel, majd annak befejeztével a kapcsolat lebomlik.
A folyamatot a távbeszélő technikában hívásnak nevezik. Fontos tény, hogy az információátvitelt meg kell hogy előzze a híváskérés hatására létrejövő összeköttetés. Előnye a tényleges fizikai összeköttetés létrehozása. Ezek után a két állomás úgy képes kommunikálni, mintha pont-pont összeköttetés valósult volna meg közöttük.
Ilyenkor az adatok késleltetését már csak az elektromágneses jel terjedési ideje határozza meg, amely kb. 6 msec 1000 km-enként. Hátránya a kapcsolat létrehozásához szükséges sokszor jelentős időtartam és az, hogy ilyenkor a csatorna mégis kisajátítja a vonalat.
Ha a csatorna nem teljes kapacitással üzemel (pl. telefonnál a hosszú csend), akkor ez a vonal kihasználtságát rontja.
Üzenet- és csomagkapcsolás
Ilyenkor nincs előre kiépített út az adó és a vevő között. Az adó az elküldendő adatblokkját elküldi az első IMP-nek, az pedig továbbküldi a következőnek, egészen a vevő hoszt-hoz kapcsolódó IMP-ig. Az ilyen hálózatok a tárol és továbbít (store and forward) hálózatok.
Az üzenetkapcsolás esetén nincs az adatblokk méretére korlátozás, ami nagy tárolókapacitású fogadó és továbbító IMP-ket igényel. Másik hátránya az, hogy egy nagy üzenet akár percekre lefoglalhatja a közreműködő IMP-ket és a köztük lévő átviteli csatornát. Ezért gyakrabban használatos (számítógépes hálózatoknál csaknem kizárólagosan használt) az a módszer, mikor az átviendő adatblokk méretét korlátozzuk, és csomagokká bontjuk.
A csomagkapcsoló hálózatok hatékonyan alkalmazhatók interaktív forgalom (ember-gép kapcsolat) kezelésére is mivel biztosítják, hogy bármelyik felhasználó csupán néhány ezredmásodpercre sajátíthat ki egy vonalat.
A csomagkapcsolás nagyon hatékonyan képes a vonalak kihasználására, mivel adott két pont között összeköttetést több irányból érkező és továbbhaladó csomag is használja. Másrészről fennáll annak a veszélye, hogy a bemenő adatforgalom csomagjai úgy elárasztanak egy IMP-t, hogy korlátozott tárolókapacitása miatt csomagokat veszít. Míg vonalkapcsolás esetén az üzenet lényegében egyben kerül átvitelre, csomagkapcsoláskor a csomagok sorrendje megváltozhat, és a sorrendhelyes összerakásukról is gondoskodni kell.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése