Spojové služby

Tento článek vyšel v tzv. tématu týdne v CW 6/94, jako druhý ze série článků věnovaných historii komunikací.

Pojem komunikace je nejčastěji spojován s organizacemi, které v daném státě provozují nejrůznější spojové služby, a obvykle také mají ve své správě veškeré veřejné spojové prostředky a komunikační sítě. Tyto organizace se mohou jmenovat různě - například: Správa spojů, Správa pošt a telekomunikací, PTT (Post, Telephone&Telegraph) apod. Jejich pojmenování však není příliš podstatné, mnohem důležitější je jejich statut, a hlavně chování.

Jde vesměs o organizace, které jsou buď přímo státní (tj. jsou to orgány státní správy), nebo fungují více či méně na komerční bázi, ale stát nad nimi vládne pevnou rukou (jako jediný či alespoň majoritní akcionář apod.).

Snaha státu mít pod kontrolou svou komunikační infrastrukturu je asi přirozená, a nelze proti ní mnoho namítat. Ve většině zemí světa má tato snaha formu legislativního monopolu, který stát udělí příslušné spojové organizaci. Z pohledu státních orgánů je to řešení jistě nejjednodušší, protože zde stát svou pravomoc deleguje jedinému subjektu (který pak také může snáze kontrolovat).

Je ovšem neoddiskutovatelným faktem, že monopolní postavení jakéhokoli subjektu má negativní vliv na jeho chování a způsob fungování. Absence konkurenčního prostředí jej nenutí rozšiřovat a zkvalitňovat jeho služby, a naopak mu umožňuje diktovat si ceny.

Doposud se jen několik málo států odhodlalo zrušit monopol jedné organizace na provozování spojů a poskytování spojových služeb, umožnit tuto činnost více různým subjektům, a pouze si nad nimi ponechat odborný a tarifní dohled. Příkladem mohou být Spojené státy, kde dnes existuje poměrně široká nabídka poskytovatelů spojových služeb, a dále Velká Británie, kde státní British Telecom dostal prakticky jen jednoho velkého konkurenta (firmu Mercury). I to však stačilo na to, aby se chování a fungování dosud monopolní spojové organizace změnilo výrazně k lepšímu.

Pro budování počítačových sítí má existence monopolního postavení spojových organizací významné důsledky. V případě, že počítačová síť nezasáhne mimo pozemek, který je v soukromém vlastnictví (tedy např. zůstane jen v rámci budovy, případně neveřejného areálu), mohou být použity v podstatě jakékoli přenosové cesty, a tyto mohou být majetkem toho, kdo síť vlastní (nebo vlastníka budovy či areálu). Ovšem v okamžiku, kdy počítačová síť překročí hranice soukromého pozemku a dostane se na veřejné prostranství, musí respektovat podmínky, dané platnou legislativou. Záleží pak na jejím konkrétním znění, zda je zřizovatel počítačové sítě nucen pronajmout si potřebnou přenosovou cestu od monopolní spojové organizace, zda si může vybrat mezi nabídkami více nemonopolních organizací, nebo zda může získat povolení k tomu, aby si na veřejném prostranství vybudoval vlastní přenosovou cestu (například když potřebuje vzájemně propojit dvě své budovy, oddělené veřejnou komunikací).

Udělejme si nyní stručný přehled služeb, které dnešní spojové organizace poskytují, a přitom si naznačme možnosti jejich využití pro potřeby "počítačových" komunikací. Současně s tím si můžeme ujasnit i některé terminologické otázky.

Spojové služby lze dělit podle několika hledisek. Někdy se činí zásadní rozdíl mezi poštovními a telekomunikačními službami. Z hlediska vztahu uživatel-provozovatel je možné dělit spojové služby na účastnické (kdy uživatel je přímo účastníkem služby, tj. vlastní nebo si pronajímá koncové zařízení - např. telefonní či dálnopisný přístroj), a na podavatelské (kdy uživatel využívá službu prostřednictvím obsluhy provozovatele u přepážky). Z technického hlediska lze spojové služby dělit na služby s převažujícím fyzickým přenosem (pošta) a služby s převahou elektrického, elektromagnetického či optického přenosu (telekomunikační služby).

Přenosové služby

Mezi telekomunikační služby patří například telegrafní služby. Tyto se vyvinuly z původního Morseova telegrafu, a dnes mají povahu jak podavatelských služeb (tzv. veřejný telegraf), tak i povahu uživatelských služeb (účastnický dálnopis, telex). Pro současné potřeby "počítačových" komunikací nemají telegrafní služby větší význam.

Mnohem významnější jsou pro "počítačové" komunikace telefonní služby. Ty jsou zásadně účastnickou službou, určenou pro přenos lidského hlasu. V dnešní době je v telefonní síti řešen přenos hlasu jako analogový (i když některé části veřejné telefonní sítě, zejména ústředny, již fungují digitálně). Přenos číslicových dat po veřejné telefonní síti je možný, ale vyžaduje použití vhodných modemů, které převádí digitální data do podoby analogového signálu a naopak. Dosažitelná přenosová rychlost je dána schopnostmi použitého modemu, ale je shora omezena také technickými vlastnostmi veřejné telefonní sítě, především pak umělým omezením přenášené šířky pásma (viz článek Spoje vs. Počítačové sítě). Teoretickým maximem (bez uvažování případné komprese) je přenosová rychlost cca 30 000 bitů za sekundu. Dnes používané modemy běžně dosahují přenosových rychlostí 9600 a 14 400 bitů za sekundu, špičkově i 19 200.

Spojení mezi dvěma účastníky, které poskytuje veřejná telefonní sít, má charakter tzv. komutovaného spojení. To znamená, že je sestavováno z dílčích úseků (z dílčích přenosových okruhů) až na základě skutečné potřeby. Samotný pojem "komutace" v užším slova smyslu se vztahuje na přepojování jednotlivých dílčích úseků v rámci telefonních ústředen tak, aby mezi oběma koncovými účastníky vznikl ekvivalent jediného souvislého telefonního okruhu. Samotná komutace přitom může být řešena různě, od fyzického přepojování kontaktů na reléových ústřednách až po bezkontaktní přepojování v modernějších ústřednách, které využívají polovodičových technologií. V každém případě ale musí být spojení ve veřejné telefonní síti nejprve navázáno (zřízeno), což vždy určitou dobu trvá. Dalším negativním faktorem je pak samotná komutace, která může být zdrojem rušení a poruch, a může také výrazně zhoršovat přenosové vlastnosti komutovaného telefonního okruhu. To pak, spolu s umělým omezením šířky přenosového pásma, dále omezuje možnosti přenosu číslicových dat po veřejné telefonní síti.

Pro počítačové sítě a komunikaci mezi počítači je veřejná telefonní síť se svými komutovanými okruhy atraktivní především svou samotnou existencí (není třeba ji nejprve budovat), a dále svým širokým dosahem. Mezi její zápory naopak patří to, že negarantuje spojení (nemusíme se vůbec dovolat), dále její relativně malá spolehlivost (výpadky spojení, rušení apod.), a především pak omezená přenosová kapacita. V závislosti na způsobu využití může být nevýhodou i způsob placení - za zřízení každého spojení a za jeho délku. Proto se veřejná telefonní síť využívá především pro příležitostná spojení mezi jednotlivými počítači (např. když se potřebujeme spojit s nějakou stanicí BBS), v rámci celých počítačových sítí pak pro dávkové přenosy (např. dávkový přenos elektronické pošty, nahromaděné za určitý časový úsek), případně jako záložní spojení, používané při výpadku hlavního spojení (které je řešeno jinak).

Spojová organizace, která je provozovatelem veřejné telefonní sítě, však může vycházet vstříc potřebám budování počítačových sítí jiným způsobem. Na základě požadavku svého zákazníka (u nás: žadatele) může vzít jednotlivé části přenosových cest, ze kterých jinak vytváří komutované telefonní okruhy, a sestavit z nich jiný druh okruhu: tzv. pevný telefonní okruh. Vytvoření pevného okruhu v podstatě znamená, že se odstraní umělé omezení šířky přenosového pásma (které je používáno u komutovaných okruhů), a dále že se jednotlivé dílčí části okruhu v rámci telefonních ústředen propojí trvale. Tím vzniká pevný telefonní okruh, který není třeba nejprve zřizovat (protože existuje stále), a na kterém je možné dosahovat výrazně větších přenosových rychlostí, než u okruhu komutovaného (například až 64 kilobitů za sekundu). Cena za pronájem takovéhoto pevného okruhu má pak paušální charakter, a je závislá především na jeho kvalitě (resp. na přenosové rychlosti, které lze na tomto okruhu dosáhnout). Pro budování počítačových sítí jsou pevné okruhy výhodné především díky větší dosažitelné přenosové rychlosti, relativně vyšší spolehlivosti, a také díky své trvalé existenci (a tudíž okamžité disponibilitě). Po finanční stránce vychází pevné okruhy jako nejvýhodnější v případě, že jejich využití není nárazové, ale má spíše trvalejší charakter.

Udělejme si nyní malé shrnutí: pro příležitostné přenosy malých objemů dat a bez větších nároků na spolehlivost a přenosovou rychlost lze za nejvhodnější považovat využití komutovaných okruhů veřejné telefonní sítě. Naopak pro přenos velkých objemů dat, s požadavkem na trvalou dostupnost spojení, vyšší přenosovou rychlost a spolehlivost, jsou nejvýhodnější pevné telefonní okruhy. Existuje ale něco mezi těmito dvěma krajními možnostmi? Nějaké řešení, vhodné i pro přenos středně velkých objemů dat, který může mít jak nárazový, tak i souvislý charakter?

Odpovědí jsou další služby, které nabízí spojové organizace, a sice tzv. datové služby, spojované dnes téměř výlučně s existencí tzv. veřejných datových sítí. V prvním přiblížení si lze představit, že jde o digitální podobu veřejné telefonní sítě - spojení, vytvářená ve veřejné datové síti, mají standardně dočasný charakter (jsou to tzv. komutovaná virtuální spojení, představující analogii komutovaných telefonních okruhů). Uživatel si však může nechat na objednávku zřídit také takové spojení v rámci veřejné datové sítě, které má trvalý charakter (tzv. pevné virtuální spojení, které je analogií pevného telefonního okruhu).

Při bližším zkoumání podstaty veřejné datové sítě bychom zjistili, že její digitální charakter se týká především jejího rozhraní ke koncovým účastníkům, kteří s ní komunikují prostřednictvím rozhraní digitálního charakteru. (zatímco řešení veřejné datové sítě "uvnitř" je ponecháno plně na jejím provozovateli, a může být úplně jiné).

V zásadě přitom existují dva základní principy, na kterých může být "vnější" fungování veřejné datové sítě založeno: na principu tzv. přepojování okruhů (tedy na stejném principu, jako veřejná telefonní síť), nebo na principu tzv. přepojování paketů (viz článek Spoje vs. počítačové sítě), které je dnes u veřejných datových sítí nejrozšířenější.

Služby s přidanou hodnotou

Telegrafní, telefonní i datové služby mají ve své podstatě čistě přenosový charakter - snaží se data přenášet, ale samy o sobě nejsou zdrojem žádných dat. Jsou určeny jen k vytváření vhodné komunikační infrastruktury, kterou pak využívá ten, kdo je zdrojem (a příjemcem) přenášených dat.

S využitím těchto přenosových prostředků je pak možné poskytovat koncovým uživatelům širokou škálu nejrůznějších služeb - od dokonalejších přenosových služeb přes informační služby distribučního charakteru (rozesílání zpráv o počasí, kurzovních lístků apod.) až po databázové služby (např. vyhledávání v různých adresářích apod.).

Tyto služby samozřejmě může poskytovat svým uživatelům až ten, kdo provozuje určitou počítačovou síť. Stejně tak je ale možné, aby si i tento provozovatel příslušné služby sám kupoval - od někoho, kdo je poskytuje nejspíše na komerční bázi. Může přitom jít přímo o spojovou organizaci, která je současně také provozovatelem nezbytné komunikační infrastruktury, nebo o jiný subjekt, který si potřebnou komunikační infrastrukturu sám pronajímá, přidává k ní své služby, a výsledek pak prodává koncovým uživatelům.

Takto poskytovaným službám se pak obecně říká služby s přidanou hodnotou (value added-services), a příslušným sítím sítě s přidanou hodnotou (value added networks).

Telematické služby

Typickým příkladem služeb s přidanou hodnotou jsou tzv. telematické služby. Jejich název je spojením od: telekomunikace-informatika, a v širším slova smyslu se jimi rozumí služby přenosu a zpracování zpráv ve formě textů, obrazů, hodnot fyzikálních veličin či logických stavů apod.

Telefax (fax)

Z celého širokého spektra telematických služeb je nejrozšířenější telefax (známější spíše pod kratším názvem fax, méně pak jako tzv. dokumentová telegrafie). Nejčastěji je používán jako účastnická služba (tj. tak, že faxový přístroj je přímo u koncového účastníka). V tzv. podavatelské podobě (tedy s podáváním u přepážky) jde o tzv. bureafax.

Telefax pracuje na principu optického nasnímání přenášeného dokumentu (který chápe jako grafický obrázek), v rámci kterého dochází k jeho rozkladu do jednotlivých (černobílých) bodů. Tyto jsou pak skutečně přeneseny, a u příjemce zase "poskládány" do výsledného obrázku (jeho vytištěním). V současné době je používán fax tzv. skupiny 3, který používá rastr 200x100 bodů na palec, a nasnímané body přenáší jako data po analogových komutovaných okruzích veřejné telefonní sítě (rychlostí 9600 bitů za sekundu).

Teletex

Teletex je dalším vývojovým stádiem telexu (účastnického dálnopisu). Je zaváděn od počátku osmdesátých let (např. v NSR od roku 1981), a odstraňuje dvě dnes již zásadní nevýhody původního telexu (dálnopisu): jeho nízkou rychlost (6,7 znaku za sekundu) a omezenou abecedu, danou použitím pětiprvkového znakového kódu (který tudíž umožňuje rozlišit jen 32 různých znaků). Teletex předpokládá větší přenosové rychlosti (je provozován po veřejné datové síti či veřejné telefonní síti), a používá bohatší repertoár znaků. Rozšířeny jsou také funkční možnosti účastnických stanic, např. o dokonalejší možnosti editace zpráv apod. V zásadě však telefax zůstává, stejně jako telex, službou pro dávkový přenos dokumentů v jejich znakové podobě (zatímco telefax je přenáší v grafické podobě). Hlavní určení telefaxu je pro přenos obchodní korespondence.

Videotex

Další zajímavou telematickou službou je videotex. Ten je nejlépe si představit jako distribuci textových či grafických dat z jednoho centrálního zdroje směrem ke koncovým účastníkům, s existencí zpětné vazby, která umožňuje také koncovým účastníkům posílat zprávy do distribučního centra. Obvykle je tato služba realizována tak, že směrem ke koncovému účastníkovi je zřízen přenosový kanál relativně velké přenosové kapacity (ať již prostřednictvím veřejné telefonní sítě, veřejné datové sítě či jinak), zatímco opačným směrem je veden přenosový kanál s menší přenosovou kapacitou. Předpokládá se totiž, že směrem od centra ke koncovému účastníkovi budou přenášeny větší objemy dat (například celé textové stránky či grafické obrázky), zatímco opačným směrem budou přenášeny jen velmi krátké zprávy, které mají nejčastěji charakter jednoduchých příkazů, dotazů či výběrů jedné z několika možností dalšího pokračování. Jako příklad si můžeme představit telefonní seznam, realizovaný v elektronické formě (např. jako centrální databáze), a přístupný prostřednictvím videotexu. Koncový uživatel, který se chce dotázat na něčí telefonní číslo, pošle směrem do centra dotaz se jménem příslušné osoby (či částí jména nebo jiným identifikačním údajem, např. adresou), a jako výsledek je mu zaslán zpět seznam jmen, adres a telefonních čísel, které splňují podmínky jeho dotazu - ve formě textu, členěného na jednotlivé stránky. Jejich postupné zasílání si pak svými pokyny reguluje sám tazatel.

Po technické stránce používání videotextu vyžaduje, aby koncový uživatel byl vybaven vhodným videotexovým terminálem. Tento terminál může být realizován jako jednoúčelové zařízení (tj. s vlastním monitorem, klávesnicí, ev. i tiskárnou), nebo může jít jen o řídící jednotku, která pro potřeby zobrazování používá běžný domácí televizní přijímač. Další možností je pak emulace terminálu na osobním počítači - tedy situace, kdy v roli videotexového terminálu vystupuje běžný osobní počítač.

Pro připojení videotexového terminálu je možné využít komutované okruhy veřejné telefonní sítě, a lze přitom vystačit i s poměrně jednoduchými modemy. Existuje dokonce doporučení (CCITT V.23) pro fungování modemů, které je jako "šité na míru" právě takovým službám, jako je videotex: vytváří jeden rychlejší kanál s přenosovou rychlostí 600 nebo 1200 bitů za sekundu (pro směr ke koncovému účastníkovi), a se zpětným kanálem s přenosovou rychlostí 75 bitů za sekundu. Samozřejmě je ale možné používat i rychlejší modemy, nebo připojení prostřednictvím veřejné datové sítě.

První veřejná spojová služba typu videotexu byla zavedena počátkem osmdesátých let ve Velké Británii (pod jménem Viewdata - PRESTEL), a záhy se obdobné služby objevily ve většině počítačové vyspělých zemích. Snad nejvíce jsou dnes videotexové služby využívány ve Francii (služba Teletel), kde například již vůbec nemají tištěné telefonní seznamy (tyto již existují jen v elektronické formě, přístupné pomocí videotexu).

Teletext (videotext)

Kromě služeb typu teletex a videotex existuje ještě jedna výrazně odlišná služba, jejíž pojmenování ale často nešťastně splývá s oběma předchozími službami. Jde o tzv. teletext, někdy nazývaný také videotext. Ačkoli se jméno této služby liší jen v jediném písmenku ( "t" na konci), jde v zásadě o zcela odlišnou službu.

Nejvýznamnější rozdíl je v tom, že teletext (resp. videotext) je jednosměrnou službou, zatímco teletex i videotex mají obousměrný charakter. V případě teletextu je tedy z jednoho centra direktivně distribuována určitá informace, a neexistuje žádná zpětná vazba od příjemců této informace zpět k jejímu distributorovi.

Informace, distribuované prostřednictvím služby teletext, jsou uspořádány do stránek, a tyto jsou zvláštním způsobem začleněny do běžného televizního signálu (ve skutečnosti jsou jednotlivé stránky vkládány do pravidelně se opakujících "mezer" v televizním signálu, které nejsou jinak využívány pro přenos obrazové informace). Obvody uvnitř televizního přijímače, vybaveného schopností přijímat teletex, pak tyto informace dokáží zase zpětně "odseparovat" a na požádání zobrazit.

Aby si uživatel mohl i při neexistenci zpětné vazby alespoň nějakým způsobem vybírat, jsou jednotlivé stránky teletextových informací vysílány neustále dokola. Pokud si uživatel na svém přijímači navolí, že chce zobrazit určitou konkrétní stránku (tyto jsou průběžně číslovány), příslušné obvody v jeho přijímači si jednoduše počkají na nejbližší následující vysílání této stránky, tu si uloží do paměti a a pak ji zobrazují na stínítku tak dlouho, dokud si uživatel nevyžádá jinou stránku.

Integrace sítí a služeb

Spojové organizace jistě netěší stav, při kterém vedle sebe existuje několik vzájemně disjunktních sítí - především dálnopisné sítě, telefonní sítě a veřejné datové sítě - o které se musí starat samostatně. Tím dochází k nepříjemnému tříštění sil, kapacit, a v neposlední řadě i finančních prostředků na rozvoj těchto sítí. Proto je v současné době všeobecně patrná snaha o integraci: nejprve o integraci jednotlivých sítí, a posléze i o integraci poskytovaných služeb. K tomu pak ještě přistupuje tendence k přechodu na čistě digitální přenos i zpracování, takže výsledná integrovaná síť s integrovanými službami by podle představ spojových organizací měla být důsledně digitální.

Konkrétním naplněním těchto představ jsou sítě ISDN (Integrated Services Digital Network), které uživatelům nabízí možnost připojovat na jedinou účastnickou přípojku jak telefonní přístroje, tak i koncová zařízení přenosu dat (počítače, terminály), dokonalejší telefaxová zařízení tzv. skupiny 4, vyžadující digitální přenos (zatímco stávající faxové přístroje třídy 3 vystačí s analogovými přenosovými cestami). Přípojky ISDN by se tak měly stát univerzální náhradou za účastnické přípojky veřejné telefonní sítě, datové sítě (a dalších sítí, případně i pevných okruhů), prostřednictvím které by uživatel získával veškeré služby, které mu budou spojové organizace za patřičné ceny nabízet - od telefonních přes datové až po nejrůznější služby s přidanou hodnotou. Nepříliš úspěšný nástup ISDN ve světě však naznačuje, že naplnění představy spojových organizací o jediné všezahrnující síti s integrovanými službami nebude bezproblémové. Poměrně chladné přijetí ISDN "lidmi od počítačových sítí" pak zase dává tušit, že tito příliš nereflektují na představu budoucnosti všech "počítačových" komunikací ve výhradní režii spojů.