Veřejná telefonní síť

Veřejná telefonní síť je pro počítačové sítě velmi atraktivní. Ne snad proto, že by byla tím optimálním přenosovým kanálem pro přenos dat. Důvod je mnohem prozaičtější: veřejná telefonní síť existuje, je dostupná (téměř) odkudkoli a umožňuje snadno vytvořit dočasné spojení s kterýmkoli jiným místem ve svém dosahu. Zastavme se u ní proto poněkud podrobněji.

Běžný telefonní přístroj, v terminologii našich spojů "účastnické zařízení", je připojen na tzv. účastnický přípojný okruh, účastnickou přípojku - local loop, subscriber loop který tvoří téměř vždy dva vodiče, vedoucí do nejbližší (místní) telefonní ústředny - central office (end office, exchange office).

Veřejná telefonní síť je obvykle řešena hierarchicky a místní telefonní ústředny jsou pouze nejnižším článkem této hierarchie. Vyššími články jsou pak uzlové telefonní ústředny - tandem offices, a tranzitní telefonní ústředny - toll offices

Jednotlivé telefonní ústředny jsou mezi sebou propojeny pomocí tzv. spojovacích vedení - trunks, interexchange channels (IXC). Zařízení, které v rámci telefonní ústředny zajišťuje přepojování (komutaci) telefonních okruhů, se v angličtině označuje jako switch, switchboard.

Vlastní přepojovací zařízení si mohou instalovat i různé uživatelské organizace pro svou vlastní neveřejnou telefonní síť. Pak se jedná o tzv. pobočkovou ústřednu - private branch exchange (PBX), která bývá obvykle napojena i na veřejnou telefonní ústřednu, takže kromě spojování hovorů mezi telefonními stanicemi v rámci příslušné organizace umožnuje i spojení s účastníky veřejné telefonní sítě. V angličtině se pro pobočkové ústředny používá také označení private automatic branch exchange (PABX) resp. computerized branch exchange (CBX), je-li příslušné přepojovací zařízení pobočkové ústředny plně automatizováno resp. realizováno pomocí počítačové techniky.

Chceme-li se někomu telefonem dovolat, musíme nejprve zadat (vytočit) jeho telefonní (tzv. účastnické) číslo. Tím vlastně poskytujeme automatické telefonní ústředně informaci potřebnou k tzv. sestavení telefonního okruhu až k požadovanému účastníkovi.

Pro zadání telefonního čísla, tedy tzv. volbu - dialing, existují dva odlišné mechanismy. U nás se používá tzv. pulsní volba - pulse dialing, při které jsou jednotlivé číslice účastnického čísla vyjádřeny počtem impulsů, přenášených do telefonní ústředny po účastnickém přípojném okruhu. Tento mechanismus původně vznikl pro telefonní přístroje, vybavené rotační číselnicí, u kterých je počet impulsů dán dobou, potřebnou k otočení číselnice po jejím vychýlení zpět do výchozí polohy. To ovšem znamená, že vytočení různých telefonních čísel trvá různě dlouho. Snad i to byl důvod, proč např. v USA zavedli tzv. tónovou volbu - tone dialing, při které jsou jednotlivé číslice vyjádřeny nikoli počtem impulsů, ale tónem (tj. frekvencí) impulsu.

Zastavme se na chvíli právě u veřejné telefonní sítě v USA. Ta se totiž liší od evropských telefonních sítí i v dalších aspektech. V Evropě i ve většině dalších zemí po celém světě provozují veřejné telefonní sítě spojové organizace (správy spojů), které patří státu, jsou jím přímo řízeny a na svou činnost mají přímo ze zákona stanoven monopol. V USA jsou vlastníky a provozovateli spojových prostředků (včetně veřejné telefonní sítě) různé výdělečné organizace, které poskytují spojové služby na komerčním základě. Podstatné přitom je, že tyto organizace, označované jako common carriers, nejsou státními institucemi, ale organizacemi soukromého sektoru. Stát si pouze zachovává právo regulace a technického dozoru nad těmito organizacemi, a určuje maximální výše tarifů (poplatků za poskytované spojové služby), které si tyto organizace mohou účtovat. Za tímto účelem byl zřízen jeden orgán s celofederální působností, Federal Communications Commission (FCC), do jehož kompetence spadají komunikace z/do zahraničí a komunikace mezi jednotlivými státy v rámci USA, a v každém z těchto států pak orgán nazývaný Public Utilities Commission (PUC), který má místní působnost.

Poskytovatelů spojových služeb (common carriers) je v současné době v USA kolem 1200. Mezi největší patří firmy AT&T, sedm společností Bell Operating Companies (BOC), MCI Communications, US Sprint a General Telephone and Electronics.

Existence více poskytovatelů spojových služeb znamená jejich vzájemnou konkurenci, a v důsledku toho i existenci různých tarifů za spojení mezi stejnými místy. Zřizovatelé a provozovatelé počítačových sítí si tak mohou vybírat, od koho a za jakou cenu si objednají potřebné spojové služby, ať již jde o pevné okruhy či komutované okruhy veřejné telefonní sítě.

 

Telefonní modemy

Jak jsme si již uvedli, běžný komutovaný telefonní okruh je řešen tak, aby byl schopen přenášet frekvence v rozsahu od 300 do 3400 Hz, což je pro běžné hovory telefonních účastníků vcelku dostatečné. Jak jsme již také dříve naznačili, šířka pásma 3100 Hz tohoto telefonního okruhu by měla umožňovat dosáhnout přenosových rychlostí teoreticky až kolem 30 000 bitů za sekundu. Prakticky dosahované rychlosti jsou ovšem mnohem nižší.

Pozn.: To ovšem platilo v době psaní seriálu, v roce 1991. V roce 1996 (kdy vzniká tato HTML verze), již jsou zcela běžné modemy dosahující rychlosti 28,8 kbps (dle standardů V.34, ev. V.FAST), a objevují se i modemy dosahující rychlosti přes 30 kbps (konkrétně cca 34 kbps).

Abychom mohli přenášet data po telefonních okruzích, ať již pevných nebo komutovaných, tedy abychom z telefonního okruhu vytvořili okruh datový, potřebujeme modem.

Existuje celá řada telefonních modemů nejrůznějších typů a nejrůznějších vlastností. Každý z nich je však vždy konstruován pro určitou maximální přenosovou rychlost - modemy pro přenosové rychlosti 300 bitů/sekundu (bps, bits per second) jsou dnes již prakticky minulostí, rychle zastarávají i modemy pro 1200 bps. Na komutovaných okruzích se dnes používají nejčastěji modemy pro přenosovou rychlost 2400 bps. Stále více se však začínají prosazovat i modemy pro 9600 či 14400 bitů/sekundu, určené taktéž pro komutované okruhy, které dnes představují technologickou špičku. Pro pevné okruhy se používají speciální modemy pro takové přenosové rychlosti, které lze na příslušném pevném okruhu dosáhnout.

Samozřejmým požadavkem na každý modem je to, aby se dokázal "domluvit" s druhým modemem, který je zapojen na opačném konci telefonního okruhu. To znamená, že oba modemy musí používat stejný způsob modulace, stejnou přenosovou a modulační rychlost atd. - přičemž nemusí nutně jít o modemy stejného typu či modemy od stejných výrobců. Musí tedy existovat společný standard, který potřebnou kompatibilitu modemů umožní. Takovýmito standardy jsou v oblasti modemů doporučení mezinárodní organizace CCITT (o které si ještě povíme podrobněji). Tak například vlastnosti modemů pro komutované okruhy, umožňující plně duplexní provoz přenosovou rychlostí 2400 bps, určuje doporučení V.22 bis, obdobné doporučení pro modemy 9600 bps má označení V.32. Pro nižší přenosové rychlosti však existují i konkurenční standardy - např. pro rychlosti 1200 bps doporučení CCITT V.22 a americká norma Bell 212A, které nejsou vzájemně slučitelné.

Dnes vyráběné telefonní modemy mají obvykle mnoho užitečných vlastností a schopností. Většina z nich je např. schopna po dohodě s modemem na opačném konci okruhu přejít na nižší přenosovou rychlost v případě, že telefonní okruh je nekvalitní (má např. příliš mnoho poruch) a přenos původní rychlostí není únosný.

Starší modemy obvykle nebyly schopné si samy vytočit požadované telefonní (účastnické) číslo. K tomuto účelu musel buďto být použit běžný telefonní přístroj (který pak předal telefonní okruh modemu), nebo speciální "vytáčecí" zařízení, obvykle společné více modemům. Dnešní modemy si již umí vytočit potřebné telefonní číslo samy, tj. mají schopnost automatické volby - auto dialing. Jsou tedy schopné samy iniciovat a navázat spojení po komutované telefonní síti - pracují-li v tzv. režimu volání - originate mode, ale umí také samy "zvednout telefon", tj. odpovědět na přicházející volání, jsou-li v tzv. režimu odpovědi - answer mode.

Díky tomu je možné, aby modemy navazovaly spojení a přenášely data po veřejné komutované síti i bez přímé lidské obsluhy resp. účasti. Každý modem však musí být možné vhodným způsobem ovládat, např. přinutit jej vytočit požadované telefonní číslo.

Dříve se modemy ovládaly pomocí různých řídících signálů, přepínačů a propojek. To však bylo příliš komplikované a nepružné. Různí výrobci modemů proto přicházeli s vlastními mechanismy ovládání - např. firma Hayes u svého příznačně pojmenovaného modemu Smartmodem (doslava "chytrý" modem) zavedla koncepci "plně programovatelného" modemu. Veškeré jeho ovládání se zajišťuje prostřednictvím řídících příkazů, které se modemu zasílají naprosto stejným způsobem, jako vlastní data, určená k přenosu. Tyto příkazy jsou navíc ve znakovém tvaru, takže jsou v případě potřeby srozumitelné i pro člověka (má-li k ruce jejich tabulku). Například příkaz pro vytočení telefonního čísla 123456 s použitím pulsní volby se zadá příkazem:

ATDP123456

kde AT je návěští (uvozující každý příkaz modemu), D (od Dial) požaduje vytočení (volbu) čísla a P (od Pulse) specifikuje pulsní volbu. Modem na přijímané příkazy odpovídá opět znakově - např. úspěšné provedení příkazu potvrdí lakonickým "OK".

Způsob ovládání, zavedený firmou Hayes, se ukázal být natolik pružný a efektivní, že jej převzali i ostatní výrobci modemů a stal se (zatím nepsaným, ale dodržovaným) standardem, označovaným jako Hayes standard. Modemy, jejichž ovládání odpovídá tomuto standardu, se označují za Hayes-kompatibilní. Jsou to prakticky všechny dnes vyráběné modemy. Příkazový jazyk, pomocí kterého se ovládají Hayes-kompatibilní modemy, se označuje také jako (řídící) jazyk AT - AT (command) language kvůli charakteristickému prefixu, který každý příkaz uvozuje. Pomocí řídícího jazyka AT je možné nejen přímo řídit bezprostřední činnost modemu, ale je také možné nastavovat nejrůznější jeho parametry (kterých bývá nemálo) - např. kolikrát má v režimu odpovědi nechat "zazvonit telefon", než jej "zvedne". Většina dnešních modemů je vybavena nevolatilní pamětí pro čtení i zápis (tj. takovou, do které lze zapisovat, a která si svůj obsah podrží i po dobu, kdy není napájena). Díky tomu si modemy dokáží "pamatovat" své nastavení i po svém vypnutí.

 

Využití veřejné telefonní sítě

Veřejná telefonní síť má pro komunikace s využitím počítačů a pro počítačové sítě obrovský význam. Vlastníte-li počítač, vhodný modem (který splňuje všechny požadavky příslušné správy spojů) a také komunikační program, schopný pracovat s tímto modemem, okamžitě se vám otevírá celá řada možností. Můžete se např. domluvit s jiným šťastným vlastníkem podobné sestavy "počítač-modem-komunikační program", že mu v určenou dobu zavoláte. Vlastně že váš modem, ovládaný vaším komunikačním programem (ještě o nich bude řeč podrobněji) sám vytočí jeho telefonní číslo, a na něm se místo vašeho kolegy ozve opět modem, připojený k jeho počítači. Jakmile oba modemy naváží spojení, vstoupí do hry komunikační programy, běžící na obou počítačích. Jejich prostřednictvím pak můžete komunikovat s tím, kdo druhý počítač obsluhuje. Vaše komunikační programy vám obvykle nabídnou alespoň možnost přenosu souborů (file transfer), a možnost vzájemně si popovídat prostřednictvím zpráv, které vy píšete na svém počítači, a které se současně objevují i na monitoru vašeho protějšku - v angličtině se tomuto způsobu počítačového rozhovoru říká chat.

U protějšího, tzv. vzdáleného počítače (remote computer), však nemusí nutně sedět člověk. Komunikační program, který právě běží na vzdáleném počítači, může být řešen tak, aby se s vámi dokázal dorozumět sám, i bez lidské obsluhy. Smyslem může být například to, abyste vy ze svého počítače, u kterého právě sedíte, mohli na dálku ovládat vzdálený počítač - prohlížet si jeho diskové adresáře, spouštět přenos souborů v kterémkoli z obou možných směrů apod., a to vše bez lidské účasti na "protější" straně. Pak jde o tzv. dálkové ovládání (remote control), které jistě docení každý, kdo si kdy zapoměl při odchodu do práce zkopírovat ze svého domácího počítače na disketu důležitý soubor. Možnost "pohrabat" se na dálku (např. z počítače v kanceláři) ve svém domácím počítači prostřednictvím modemů a veřejné telefonní sítě pak může být skutečně k nezaplacení.

Ovládání počítače na dálku však skýtá ještě celou řadu dalších možností. Například různé poradenské a konzultační firmy v počítačově vyspělých zemích dnes instalují na počítačích svých zákazníků vhodný modem a komunikační program pro dálkové ovládání. V případě jakýchkoli problémů pak stačí, když pracovník poradenské firmy ze svého počítače "zavolá" počítač zákazníka. Program, který běží současně na obou počítačích, pak umožní, aby poradce na dálku pracoval s počítačem zákazníka, "viděl" jeho obrazovku, mohl na dálku "mačkat" klávesy na jeho klávesnici - zkrátka prováděl vše co je třeba, aby identifikoval příčinu zákazníkových problémů, a také mu mohl na dálku názorně předvést, co a jak má správně dělat.

Prostřednictvím veřejné telefonní sítě můžete také získat přístup k nejrůznějším informačním zdrojům a databázím, které mají povahu tzv. on-line služeb (on-line services). Jde opět o samostatné počítače vybavené modemem a vhodným komunikačním programem, které čekají, až je "zavolá" jiný počítač. Pracují v bezobslužném režimu, a uživateli volajícího počítače nabízí nejrůznější služby, od elektronické pošty přes poskytování informací např. o počasí, hodnotách akcií na burzách či letových řádech leteckých společností, až po databáze nejrůznějších právních předpisů a norem či výtahy článků známých časopisů. Navíc je možné se k těmto službám dostat skutečně odkudkoli, z libovolného místa v dosahu veřejné telefonní sítě. Samotné seznamy těchto on-line služeb vychází jako dosti obsažné knihy.

Přívlastek "on-line" (česky "spřažené") mají tyto služby z toho důvodu, že jejich uživatel je na ně se svým počítačem napojen přímo (prostřednictvím modemu a veřejné telefonní sítě), a bezprostředně komunikuje s programem na vzdáleném počítači, který příslušné služby zprostředkovává. Jde vesměs o interaktivní způsob vzájemné komunikace, při kterém on-line služba předkládá nabídku možných akcí, ze které si uživatel vybírá, a on-line služba pak reaguje podle výsledku jeho volby. Snad nejpopulárnější formou on-line služeb jsou dnes tzv. Bulletin Board Systems (BBS), kterým stojí za to věnovat samostatný díl našeho seriálu.

Další možností využití veřejné telefonní sítě je připojení tzv. vzdálených terminálů (remote terminals) k "větším" počítačům. Zde si lze představit, že jednoúčelový terminál (typicky v sestavě monitor a klávesnice), vybavený modemem, "zavolá" velký počítač (obvykle tzv. střediskový resp. sálový počítač, anglicky mainframe). Jakmile oba modemy naváží spojení, můžete ze vzdáleného terminálu pracovat s "velkým" počítačem obdobně, jako z tzv. místního terminálu (local terminal), který je ve fyzické blízkosti počítače.

Připojení vzdáleného terminálu prostřednictvím veřejné telefonní sítě je samozřejmě vhodné tam, kde je terminál využíván spíše příležitostně a jeho připojení pomocí pevného okruhu by bylo neekonomické. Vzdálený terminál však nemusí nutně být skutečným terminálem (tzv. dedikovaným terminálem (dedicated terminal)), tedy jednoúčelovým zařízením, schopným plnit pouze úlohu terminálu. Může jít také o "plnohodnotný" počítač, např. počítač typu PC, který se díky vhodnému komunikačnímu programu pouze chová jako jednoúčelový terminál - tzv. jej emuluje, resp. vystupuje jako emulovaný terminál (emulated terminal). Je-li vybaven modemem, může se prostřednictvím veřejné telefonní sítě "dovolat" na velký počítač a po dobu existence spojení vystupovat v roli vzdáleného terminálu tohoto počítače.

Nesmíme však zapomínat ani na počítačové sítě v pravém slova smyslu. I pro ně má veřejná telefonní síť velký význam. Není totiž žádným problémem, aby si prostřednictvím veřejné telefonní sítě kdykoli "zavolaly" dva uzlové počítače a v bezobslužném provozu si navzájem předaly veškerá data, která si předat potřebují. Je to sice pomalejší a méně spolehlivé než kdyby mezi oběma uzlovými počítači existoval pevný okruh, umožňující trvalé spojení, ale na druhé straně to má i své velké výhody. Pevný okruh může být dosti nákladnou záležitostí, a není-li dostatečně využit, může jít o značně neefektivní investici. Také jeho pouhé zřízení může trvat dosti dlouho. Naproti tomu spojení po komutovaných linkách veřejné telefonní sítě je okamžitě k dispozici, a náklady na něj jsou přímo úměrné provozu. Záleží vždy na charakteru konkrétní počítačové sítě, zda vyžaduje trvalé spojení mezi uzlovými počítači, velkou přenosovou rychlost a dostatečnou spolehlivost, což lze splnit pouze pomocí pevného okruhu, nebo zda vystačí se spojením prostřednictvím veřejné telefonní sítě, které je nutně pomalejší, méně spolehlivé a má dávkový charakter. Počítačové sítě, poskytující služby interaktivní povahy, nutně vyžadují trvalé spojení pomo pevných okruhů. Naopak sítě, které nabízí převážně jen elektronickou poštu a přenos souborů, tedy služby spíše dávkové povahy, mohou vystačit se spojením pomocí komutovaných linek veřejné telefonní sítě. Příkladem mohou být sítě Eunet a Fidonet, o kterých si budeme povídat později.