Протоколы интерфейсов между терминалом (DTE — Data Terminal Equipment) и модемом (DCE - Data Circuit/Communications Equipment)

Последовательный интерфейс EIA/TIA (RS) 232

RS-232-C является стандаpтом интеpфейса, pазpаботанного EIA (Electronics Industries Association) (RS - Recommended Standart, C - веpсия) еще в 1962г. EIA/TIA 232-C описывает несимметpичный интеpфейс междy аппаpатypой пpиема и пеpедачи данных, pаботающий в pежиме последовательного обмена данными со скоpостями до 20000 бит/сек при длина кабеля до 50 фyтов (15 м).

Назначение RS-232-C однозначно определяется его полным наименованием: "Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду".

Стандарт RS-232 не лимитирует саму длину кабеля, а ограничивает максимальную взаимную емкость 2500 пФ (пикофарад) между землей и сигналом, измеренную на приемной стороне, включая кабель между устройствами DTE и DСЕ, а также емкость самого приемника, которая, как правило, составляет 100 пФ. Следовательно, емкость кабеля может составлять порядка 2400 пФ. Таким образом, допустимая протяженность кабеля зависит от величины емкости на каждый метр или иное единичное расстояние. Если используется кабель меньшей емкости, то его длина может быть больше 15 м. Кроме того, стандарт допускает максимальную скорость передачи данных 20000 бит/с. Однако если кабель намного короче 15 м, он вполне удовлетворительно работает и на гораздо больших скоростях, вплоть до 115200 бит/с.

Уровни сигналов данных

Уровень	Передатчик	Приемник
Логический 0	От +5 В до +15 В	От +3 В до +25 В
Логический 1	от-5 В до -15 В	От -3 В до -25 В
Не определен	От -3 В до +3 В

Уровни управляющих сигналов

Сигнал	На выходе устр-ва (Driver)	На входе устр-ва (Terminator)
"Off"	От -5 В до -15 В	от -3 В до -25 В
"On"	От 5 В до 15 В	от 3 В до 25 В

Для подключения обычно используются разъёмы с 9-ю или 25-ти контактами типа D. Они обозначаются DB-9, DB-25:

 

Контакты разъемов

DB25 Розетка (мама)
Контакт	Обозн.	Направление	Описание
	SHIELD	---	Shield Ground - защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля
	TXD	-->	Transmit Data - Выход передатчика
	RXD	<--	Receive Data - Вход приемника
	RTS	-->	Request to Send - выход запроса передачи данных
	CTS	<--	Clear to Send - вход разрешения терминалу передавать данные
	DSR	<--	Data Set Ready - вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных
	GND	---	System Ground - сигнальная (схемная) земля
	CD	<--	Carrier Detect - вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема
9-19	N/C	-	-
	DTR	-->	Data Terminal Ready - выход сигнала готовности терминала к обмену данными
	N/C	-	-
	RI	<--	Ring Indicator - вход индикатора вызова (звонка)
23-25	N/C	-	-

 

DB9 Розетка (мама)
Контакт	Обозн.	Направление	Описание
	CD	<--	Carrier Detect
	RXD	<--	Receive Data
	TXD	-->	Transmit Data
	DTR	-->	Data Terminal Ready
	GND	---	System Ground
	DSR	<--	Data Set Ready
	RTS	-->	Request to Send
	CTS	<--	Clear to Send
	RI	<--	Ring Indicator

 

Иногда применяется разъем типа RJ-45. Использование его контактов не стандартизовано, один из используемых вариантов приведен ниже.

RJ-45
Контакт	Обозн.	Направление	Описание
	RI	<--	Ring Indicator
	CD	<--	Carrier Detect
	DTR	-->	Data Terminal Ready
	GND	---	System Ground
	RxD	<--	Receive Data
	TxD	-->	Transmit Data
	CTS	<--	Clear to Send
	RTS	-->	Request to Send

Используется несколько типов кабелей. Для соединения DTE-DCE используются кабели прямого соединения, контакты соединяются один к одному. Для соединения DTE - DTE используют кросс-кабели нескольких типов называемые «нуль-модемными».

Протокол V.35

Потребность в увеличении скорости обмена в соединениях DTE-DCE привели к распространению разработанного в протоколе V.35 высокоскоростного интерфейса. Первоначально стандарт V.35 был разработан для подключения группы модемов к коммуникационному устройству. Группа модемов работает в конфигурации, обратной мультиплексору, т.е. мультиплексор объединяет несколько 19,2-кбит/с модемных линий, образуя из них одну быструю линию. Подобная конфигурация обеспечивала передачу данных со скоростями цифровых линий там, где имелись только обычные телефонные линии. Коммерческого успеха эта идея не имела, но определение интерфейса пришлось по душе изготовителям оборудования, которые приняли его в качестве высокоскоростной замены старинного интерфейса RS-232.

В спецификации не был определен стандарт электрического разъема, но фирма IBM начала выпускать совместимые с V.35 большие прямоугольные разъемы М/34 с огромными прижимными винтами. Получилось очень надежное соединение: М/34 разъемы невозможно соединить неправильно, а большие прижимные винты гарантировали, что вилку соединителя нельзя было так просто выдернуть.

 

Интерфейс имеет низкий уровень логических единицы и нуля и дифференциальные линии передачи данных. Напряжение передатчика +0.35 В для линии B и -0.2 В для линии A. Спецификация определяет максимальную длину кабеля в завистмости скорости передачи. При скорости 100 Кбит/с длина кабеля от 600 до 1200 м. Для скорости 10 мбит/с длина кабеля 90 м.

Прямоугольный четырехрядный 34 –х контактный разъём М/34 имеет следующее обозначение выводов:

M/34 Male	M/34 Female

 

Протокол HSSI

Дальнейший прогресс в скорости доступных линий связи потребовал использования ещё более скоростных интерфейсов для подключений DTE – DCE.

Компаниями Cisco Systems и T3Plus Networking для удовлетворения новых потребностей был разработан высокоскоростной последовательный интерфейс (High-Speed Serial Interface - HSSI) HSSI определяет как электрический, так и и физический интерфейсы. Он является открытым и используется многими другими производителями оборудования.

Технические характеристики HSSI обобщены в таблице:

 

Параметр	Величина
Наибольшая скорость передачи данных	52 Мб/c
Наибольшая длина кабеля	15 метров
Количество контактов в разъеме
Интерфейс	DTE/DCE
Обработка электросигнала	Разностная ECL (логические схемы с эмиттерным повторителем)
Мощность	610 мВт
Топология	P-to-P
Тип кабеля	Экранированная витая пара

Максимальная скорость передачи сигнала HSSI равна 52 Mb/сек. На этой скорости HSSI может оперировать скоростями Т3 (45 Mb/сек) большинства современных быстродействующих технологий WAN, а также может обеспечить высокоскоростное соединение между локальными сетями.

Данный протокол весьма интеллектуален. Так, он делает возможным выделение пользователю ограниченной полосы пропускания. Также он имеет встроенные механизмы контроля линии на участках: кабель между DTE и DCE, DTE – выходной порт DCE, DTE – порт DCE на дальнем конце линии WAN и проверку функционирования порта DTE по запросу DCE.

HSSI использует субминиатюрный, 50-контактный соединитель, размеры которого меньше, чем у его аналога V.35

Протокол G.703

Протокол (а точнее серия протоколов) G.703 был разработан в 1972 году сектором стандартизации электросвязи международного союза электросвязи (International Telecommunication Union, ITU). Необходимость в нем была продиктована потребностями магистральных телефонных операторов, активно строивших линии связи передачи оцифрованного голосового трафика для замены магистральных каналов с частотным уплотнением. Протокол базируется на стандартах G.702, G.704 и I.430 и обслуживает цифровые сети иерархией PDH и SDH.

G.703 может работать на скоростях передачи данных 64, 1544, 6312, 32064 и 44736 Кбит/с (PDH, американская версия), 2048, 8448, 34368, 139264 Кбит/с (европейская версия). Предусматривается работа и при 155,52 Мбит/с. В качестве физического канала передачи может использоваться витая пара (две пары, Z=100-120 Ом) или коаксиальный кабель (два кабеля, 75 Ом). Амплитуда импульсов 1-3В.

Для передачи сигналов в каждом направлении используется отдельная пара. По ней передаётся информационный сигнал и тактовый синхронизирующий сигнал. Предусматривает 3 вида взаимодействия терминального оборудования: однонаправленный, разнонаправленный,и с центральным тактовым генератором:

 

Частота синхронизирующих сигналов может быть меньше скорости передачи данных в 2, 4 и 8 раз.

Для каждой скорости обмена данными предусматриваются собственные спецификации физических параметров сигнала и разные типы кодирования. Для проводных каналов на основе витой пары имеем:

Скорость [кбит/с]
Тип кода	AMI	AMI B8ZS	B6ZS	AMI	B3ZS	HDB3	HDB3	HDB3	CMI	CMI
Амплитуда, В	1,0	3,0	1,0	1,0	1,0	2,37 3,0	2,37	1,0	±0,55	±0,55
Ширина импульса, нс		323,5		15,6	11,2		59,0	14,55	3,59	3,2

 

Используемое здесь биполярное кодирование с альтернативной инверсией (Alternate Mark Inversion, AMI) это сигнал с тремя состояниями, использующий нулевое напряжение для передачи бита “0” и альтернативные напряжения для передачи бита “1”

 

 

•,

Данное кодирование обеспечивает хорошее поддержание синхронизации при передаче последовательностей единиц но хуже ведет себя при передаче непрерывных последовательностей нулей. Для устранения этого недостатка используется его модификация B8ZS или Binary-8 Zero Substitution в которой каждые последовательные восемь бит «0» заменяются последовательностью с нарушением чередования полярностей

 

Для высоких скоростей передачи используются биполярное кодирование с высокой плотностью (High density bipolar code of order 3 - HDB3). Представление битов в методе HDB3 лишь незначительно отличается от представления, используемого алгоритмом AMI. При наличии в потоке данных 4 последовательных битов 0 последовательность изменяется на 000V, где полярность бита V такая же, как для предшествующего ненулевого.

При максимальных скоростях передачи в G.703 специфицировано кодирование с инверсией кодовых маркеров (coded mark inversion - CMI). Используется инверсия полярности для каждой логической 1 (единице ставится в соответствие 11 или 00), а для каждого логического нуля вводится смена полярности в середине интервала.

 

основных разновидностей интерфейса G.703 приведены в таблице.

 

USB

 

USB 1.0 Спецификация выпущена в ноябре 1995 года. Предусмотрены два режима передачи данных: режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) — 12 Мбит/с и режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) — 1,5 Мбит/с При этом общая древовидная топология с активными разветвителями может объединять до 127 устройств. Обеспечивается питание подключенных устройств напряжением 5 В с максимальным потребляемым током 500 мА.