Я рассказывал о цифровых сигналах. Чем же так хороши эти цифровые сигналы? Как это бы странно не звучало, но цифровые сигналы по своей природе являются аналоговыми, так как передаются путем изменения значения напряжения или тока, но передают сигналы с ранее оговоренными уровнями. По своей сути, они являются дискретными сигналами. А что означает слово “дискретный”? Дискретный – это значит состоящий из отдельных частей, раздельный, прерывистый. Цифровые сигналы относятся как раз к дискретным сигналам, так как имеют только ДВА СОСТОЯНИЯ: «активно» и «не активно» - «есть напряжение/ток» и «нет напряжения/тока».
Главный плюс цифровых сигналов в том, что их проще передавать и обрабатывать. Для передачи чаще всего используют напряжение. Поэтому, принято два состояния: напряжение близко к нулю (менее 10% от значения напряжения) и напряжение близко к напряжению питания (более 65% от значения). Например, при напряжении питания схемы 5 Вольт мы получаем сигнал с напряжением 0,5 Вольт - «ноль», если же 4,1 Вольта - «единица».
Последовательный метод передачи информации
Есть просто два провода, источник электрического сигнала и приемник электрического сигнала, которые цепляются к этим проводам.
Это ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ.
Как мы уже сказали, по этим двум проводам мы можем передавать только два сигнала: «есть напряжение/ток» и «нет напряжения/тока». Какие способы передачи информации мы можем реализовать?
Самый простой способ – сигнал есть (лампочка горит) – это ЕДИНИЧКА, сигнала нет (лампочка не горит) – это НОЛЬ
Если пораскинуть мозгами, можно придумать еще несколько различных комбинаций. Например, широкий импульс принять за единичку, а узкий – за ноль:
Или даже вообще взять за единичку и ноль фронт и срез импульса. Внизу рисунок, если подзабыли, что такое фронт и срез импульса.
А вот и практическая реализация:
Да можно хоть сколько придумать различных комбинаций, если “получатель” и “отправитель” согласуют прием и передачу . Здесь я привел просто самые популярные способы передачи цифрового сигнала. То есть все эти способы и есть ПРОТОКОЛЫ. И их, как я уже сказал, можно напридумывать очень много.
Скорость обмена данными
Представьте себе картину… Студенты, идет лекция… Преподаватель диктует лекцию, а студенты ее записывают
Но если преподаватель очень быстро диктует лекцию и в придачу эта лекция по физике или матанализу, то в результате получаем:
Почему же так произошло?
С точки зрения цифровой передачи данных, можно сказать, что скорость обмена данными между «Отправителем» и «Получателем» разная. Поэтому, может быть реальна ситуация, когда «Получатель» (студент) не в состоянии принять данные от «Отправителя» (преподавателя) из-за несоответствия скорости передачи данных: скорость передачи может быть выше или ниже той, на которую настроен приемник (студент).
Данная проблема в разных стандартах последовательной передачи данных решается по-разному:
- предварительная договоренность о скорости передачи данных (договориться с преподавателем, чтобы диктовал лекцию медленнее или чуть быстрее);
- перед передачей информации «Отправитель» передает некую служебную информацию, используя которую «Получатель» подстраивается под «Отправителя» (Преподаватель: “Кто не запишет эту лекцию полностью, тот не получит зачет”)
Чаще всего, используется первый способ: в устройствах связи заранее устанавливается необходимая скорость обмена данными. Для этого используется тактовый генератор, который вырабатывает импульсы для синхронизации всех узлов устройства, а также для синхронизации процесса связи между устройствами.
Управление потоком
Также возможна ситуация, когда «Получатель»(студент) не готов принимать передаваемые «Отправителем»(преподавателем) данные по какой-либо причине: занятость, неисправность и др.
Решается эта проблема различными методами:
1) На уровне протоколов . Например, в протоколе обмена оговорено: после передачи «Отправителем» служебного сигнала «начало передачи данных» в течение определенного времени «Получатель» обязан подтвердить принятие этого сигнала путем передачи специального служебного сигнала «готовность к приему». Данный способ называют «программным управлением потоком» – «Soft»
2) На физическом уровне - используются дополнительные каналы связи, по которым «Отправитель» ДО передачи информации запрашивает у «Получателя» о его готовности к приему). Такой способ называют «аппаратным управлением потоком» – «Hard»;
Оба метода очень распространены. Иногда они используются одновременно: и на физическом уровне, и на уровне протокола обмена.
При передаче информации важно засинхронизировать работу передатчика и приемника . Способ установки режима связи между устройствами называют «синхронизацией». Только в этом случае «Получатель» может правильно (достоверно) принять переданное «Отправителем» сообщение.
Режимы связи
Симплексная связь.
В этом случае Получатель может только принимать сигналы от отправителя и никак не может на него повлиять. Это в основном телевидение или радио. Мы можем их только или смотреть или слушать.
Полудуплексная связь.
В этом режиме и отправитель и получатель могут передавать друг другу сигналы поочередно, если канал свободен. Отличный пример полудуплексной связи – это рации. Если оба абонента будут трещать каждый в свою рацию одновременно, то никто никого не услышит.
– Первый, первый. Я второй. Как слышно?
– Слышу вас нормально, отбой!
Сигнал может посылать только отправитель, в этом случае получатель его принимает. Либо сигнал может отправлять получатель, а в этом случае отправитель его получает. То есть и отправитель и получатель имеют равные права на доступ к каналу (линии связи). Если они сразу оба будут передавать сигнал в линию, то, как я уже сказал, ничего из этого не получится.
Дуплексная связь.
В этом режиме и прием и передача сигнала могут вестись сразу в двух направлениях одновременно . Яркий тому пример – разговор по мобильному или домашнему телефону, или разговор в Skype.
Предположим, что кто-то из наших друзей решил позвонить своей бабушке в Санкт-Петербург. Он поднимает телефонную трубку, набирает номер и ждет, когда бабушка ответит. Как только она берет трубку, между нею и нашим другом устанавливается прямая телефонная связь, которая поддерживается до тех пор, пока один из собеседников не положит трубку. Посторонний в их разговор вмешаться не может. Они болтают, пока не надоест, так что можно сказать на какое-то время линия принадлежит только человеку, живущему в Москве, и его петербургской бабушке.
В Internet дело обстоит иначе. Никто не занимает канал единолично, пусть даже ненадолго. По одному и тому же каналу движется вперемежку самая разная информация, которая передается в виде пакетов данных. В эти упаковки она «раскладывается» сразу при отправлении: все сообщении «разрезаются на кусочки» и так пересылаются получателю. По каналам Internet одновременно мчится множество таких пакетов, и всякий новый вливается в этот поток. В момент доставки адресату разрозненные фрагменты, словно детали головоломки, снова складываются в единое целое.
Если бы телефон работал по тому же принципу, что и Internet, наш друг и его бабушка замучились бы беседовать друг с другом. Друг произносил бы фразу, а то и пару слов, и долго ждал бы, пока его сообщение дойдет до бабушки. Ее ответ добирался бы до него с таким же запозданием. Конечно, обычный телефонный разговор протекает совсем не так: мы общаемся, как если бы собеседник был рядом с нами. И все же с помощью Internet можно звонить по телефону!
А пока продолжим о самом принципе передачи информации в Интернете. Пакет данных, который пересылается по Internet, может содержать не более 1500 знаков. Чтобы такой пакет не попал мимо цели, он содержит поле адреса, в котором указаны такие необходимые сведения, как имя пакета, его позиция в блоке передаваемых данных и инструкции о последующих действиях. Благодаря наличию этой информации из поступивших к получателю пакетов данных и складывается сообщение. Занимаются этим так называемые протоколы.
Главный протокол в Internet - TCP/IP.
Вообще говоря, это два разных протокола. С одной стороны, это межсетевой IP (Internet Protocol), задача которого - правильно адресовать пакет данных. Межсетевой протокол представляет собой что-то вроде почтового конверта, на котором указаны адреса получателя и отправителя. Когда пакет попадает в сеть, перед каждым очередным ответвлением информационной магистрали (маршрута передачи данных) он останавливается. Система изучает его адрес, после чего пакет продолжает движение. Путь его не всегда прямой: он направляется всякий раз туда, где нет «пробок». Поэтому сообщение, посланное, скажем, из Парижа в Берлин, может добираться через Японию или США. В Internet отсутствует понятие «занято». Если линия загружена, сообщение мчится окольным путем. В этом заключается огромное преимущество Internet перед другими средствами связи. Даже если где-нибудь на линии случится обрыв, информация все равно дойдет до адресата.
Другую функцию выполняет TCP (Transmission Control Protokol). Этот протокол используется для «упаковки» данных в пакеты. Как только все они дойдут до получателя, протокол TCP опять собирает из них сообщение. Сделать это помогают особые пометки, которыми снабжены пакеты данных. Это сведения о размере общего массива данных, количестве пакетов и о последовательности, в которой их предстоит собирать.
Протокол TCP/IP помогает передавать данные. Он налаживает обмен информацией между различными компьютерными системами. Бывает и так, что замкнутая локальная сеть не работает с протоколом TCP/IP. Однако и из нее можно выйти в Internet: через шлюз (gateway) - специальный компьютер, который обеспечивает обмен данными между разными сетями. Такой шлюз переводит информацию с языка протокола TCP/IP на язык локальной сети, после чего передает ее соответствующему компьютеру.
Например, если вы хотите послать по Internet электронное письмо пользователю онлайновой службы CompuServe, ваше сообщение неминуемо пройдет через шлюз этой сети. Он придаст вашему посланию формат, принятый в сети CompuServe, и ваш адресат без труда прочтет его. Точно так же он сам может отправить послание в локальную сеть, использующую другой протокол.
В России многопротокольный доступ к сети впервые предложила компания Совам Телепорт.
В наше время многие крупные фирмы заводят собственные локальные сети, чтобы обеспечить связь между сотрудниками на рабочих местах и различными филиалами данного предприятия. Их называют корпоративные сети, или intranet-сети.
Создаются они в соответствии с техническими стандартами всемирной сети, и компьютеры, подключенные к таким внутренним сетям, имеют возможность доступа в Internet.
Некоторые коммерческие онлайновые службы - например, Microsoft Network (MSN) - тоже используют технологию Internet, будучи тем самым составной частью всемирной компьютерной сети.
Большинство жителей современных городов ежедневно передают либо получают какие-либо данные. Это могут быть компьютерные файлы, телевизионная картинка, радиотрансляция — все, что представляет собой некую порцию полезной информации. Технологических методов передачи данных — огромное количество. При этом во многих сегментах информационных решений модернизация соответствующих каналов происходит невероятно динамичными темпами. На смену привычным технологиям, которые, казалось бы, вполне могут удовлетворять потребности человека, приходят новые, более совершенные. Совсем недавно выход в Сеть через сотовый телефон рассматривался почти как экзотика, но сегодня подобная опция знакома большинству людей. Современные скорости передачи файлов через интернет, измеряемые сотнями мегабит в секунду, казались чем-то фантастическим первым пользователям Всемирной сети. Посредством каких типов инфраструктур могут передаваться данные? Чем может быть обусловлен выбор того или иного канала?
Основные механизмы передачи данных
Понятие передачи данных может быть связано с разными технологическими явлениями. В общем случае оно связано с индустрией компьютерных коммуникаций. Передача данных в этом аспекте — это обмен файлами (отправка, получение), папками и иными реализациями машинного кода.
Рассматриваемый термин может коррелировать также с нецифровой сферой коммуникаций. Например, трансляция ТВ-сигнала, радио, работа телефонных линий - если речь не идет о современных высокотехнологичных инструментах - может осуществляться посредством аналоговых принципов. В этом случае передача данных представляет собой трансляцию электромагнитных сигналов посредством того или иного канала.
Промежуточное положение между двумя технологическими реализациями передачи данных - цифровой и аналоговой - может занимать мобильная связь. Дело в том, что некоторые из технологий соответствующих коммуникаций относятся к первому типу — например, GSM-связь, 3G или 4G-интернет, другие характеризуются меньшей компьютеризированностью, и потому могут считаться аналоговыми — например, голосовая связь в стандартах AMPS либо NTT.
Однако современный тренд развития коммуникационных технологий таков, что каналы передачи данных, какого бы типа информация не передавалась посредством них, активно «оцифровываются». В крупных российских городах с трудом можно найти телефонные линии, функционирующие по аналоговым стандартам. Технологии, подобные AMPS, постепенно теряют актуальность и заменяются более совершенными. Цифровым становится ТВ и радио. Таким образом, мы вправе рассматривать современные технологии передачи данных главным образом в цифровом контексте. Хотя исторический аспект задействования тех или иных решений, безусловно, будет весьма полезно исследовать.
Современные системы передачи данных можно классифицировать на 3 основные группы: реализуемые в компьютерных сетях, используемые в мобильных сетях, являющиеся основой для организации трансляций ТВ и радио. Рассмотрим их специфику подробнее.
Технологии передачи данных в компьютерных сетях
Основной предмет передачи данных в компьютерных сетях, как мы отметили выше, — совокупность файлов, папок и иных продуктов реализации машинного кода (например, массивов, стеков и т. д.). Современные цифровые коммуникации могут функционировать на базе самых разных стандартов. В числе самых распространенных — TCP-IP. Основной его принцип — в присвоении компьютеру уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.
Обмен файлами в современных цифровых сетях может осуществляться с помощью проводных технологий либо тех, в которых не предполагается задействование кабеля. Классификация соответствующих инфраструктур первого типа может осуществляться исходя из конкретной разновидности провода. В современных компьютерных сетях чаще всего используются:
Витые пары;
Оптоволоконные провода;
Коаксиальные кабели;
USB-кабели;
Телефонные провода.
Каждый из отмеченных типов кабелей имеет как преимущества, так и недостатки. Например, витая пара - дешевый, универсальный и простой в монтаже тип провода, однако значительно уступающий оптоволокну по пропускной способности (подробнее данный параметр мы рассмотрим чуть позже). USB-кабели наименее всего приспособлены к передаче данных в рамках компьютерных сетей, однако совместимы практически с любым современным компьютером — крайне редко можно встретить ПК, не оснащенный USB-портами. Коаксиальные кабели в достаточной мере защищены от помех и позволяют обеспечивать передачу данных на очень большие расстояния.
Характеристики компьютерных сетей передачи данных
Полезно будет изучить некоторые ключевые характеристики компьютерных сетей, в которых осуществляется обмен файлами. В числе важнейших параметров соответствующей инфраструктуры — пропускная способность. Данная характеристика позволяет оценить то, какими могут быть максимальные показатели скорости и объема передаваемых данных в сети. Собственно, оба указанных параметра также относятся к ключевым. Скорость передачи данных — это фактический показатель, отражающий то, какой объем файлов может направляться с одного компьютера на другой за установленный промежуток времени. Рассматриваемый параметр чаще всего выражается в битах в секунду (на практике, как правило, в кило-, мега-, гигабитах, в мощных сетях — в терабитах).
Классификация каналов передачи компьютерных данных
Обмен данными при задействовании компьютерной инфраструктуры может осуществляться посредством трех основных типов каналов: дуплексного, симплексного, а также полудуплексного. Канал первого типа предполагает, что устройство передачи данных на ПК одновременно может быть также и приемником. Симплексные девайсы, в свою очередь, способны только принимать сигналы. Полудуплексные устройства обеспечивают задействование функции приема и передачи файлов по очереди.
Беспроводная передача данных в компьютерных сетях осуществляется чаще всего через стандарты:
- «малого радиуса» (Bluetooth, ИК-порты);
- «среднего радиуса» - Wi-Fi;
- «большого радиуса» - 3G, 4G, WiMAX.
Скорость, с которой передаются файлы, может сильно разниться в зависимости от того или иного стандарта связи, равно как устойчивость соединения и защищенность его от помех. Одним из оптимальных решений для организации домашних внутрикорпоративных компьютерных сетей считается Wi-Fi. Если необходима передача данных на дальние расстояния — задействуются 3G, 4G, WiMax, либо иные конкурентные в отношении них технологии. Сохраняют востребованность Bluetooth, в меньшей степени — ИК-порты, поскольку их задействование практически не требует от пользователя тонкой настройки девайсов, посредством которых осуществляется обмен файлами.
Наибольшую популярность стандарты «малого радиуса» имеют в индустрии мобильных устройств. Так, передача данных на андроид с другой аналогичной ОС либо совместимой часто осуществляется как раз-таки с помощью Bluetooth. Однако мобильные устройства вполне успешно могут интегрироваться также и с компьютерными сетями, например с помощью Wi-Fi.
Компьютерная сеть передачи данных функционирует посредством задействования двух ресурсов — аппаратного обеспечения и необходимого ПО. И то и другое необходимо для организации полноценного обмена файлами между ПК. Программы для передачи данных могут задействоваться самые разные. Их можно условно классифицировать по такому критерию, как область применения.
Есть пользовательское ПО, адаптированное к использованию веб-ресурсов — к таким решениям относятся браузеры. Есть программы, задействуемые как инструмент голосового общения, дополненного возможностью организации видеочатов — например, Skype.
Есть ПО, относящееся к категории системного. Соответствующие решения могут практически не задействоваться пользователем, однако их функционирование может быть необходимо для обеспечения обмена файлами. Как правило, подобное ПО работает на уровне фоновых программ в структуре операционной системы. Данные виды ПО позволяют соединить ПК с сетевой инфраструктурой. На базе подобных подключений уже могут задействоваться пользовательские инструменты — браузеры, программы для организации видеочатов и т. д. Системные решения важны также и для обеспечения стабильности сетевых подключений между компьютерами.
Есть ПО, предназначенное для диагностики соединений. Так, если осуществить надежное подключение между ПК мешает та или иная ошибка передачи данных, то ее можно вычислить с помощью подходящей программы для диагностики. Задействование различных видов ПО — один из ключевых критериев разграничения цифровых и аналоговых технологий. При использовании инфраструктуры передачи данных традиционного типа программные решения имеют, как правило, несопоставимо меньший функционал, чем при выстраивании сетей на базе цифровых концепций.
Технологии передачи данных в сотовых сетях
Изучим теперь то, каким образом данные могут передаваться в других масштабных инфраструктурах — сотовых сетях. Рассматривая данный технологический сегмент, полезно будет как раз таки уделить внимание истории развития соответствующих решений. Дело в том, что стандарты, посредством которых осуществляется передача данных в сотовых сетях, развиваются очень динамично. Некоторые из рассмотренных нами выше решений, что задействуются в компьютерных сетях, сохраняют актуальность в течение многих десятилетий. Особенно явным образом это прослеживается на примере проводных технологий — коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконные провода были внедрены в практику компьютерных коммуникаций очень давно, но ресурс их задействования далек от исчерпания. В свою очередь, в мобильной индустрии едва ли не каждый год появляются новые концепции, которые с разной степенью интенсивности могут внедряться в практику.
Итак, эволюция технологий сотовой связи начинается с внедрения в начале 80-х годов самых ранних стандартов — таких как NMT. Можно отметить, что его возможности не ограничивались обеспечением голосовой связи. Передача данных через NMT-сети также была возможна, но при очень маленькой скорости - порядка 1,2 Кбит/сек.
Следующий шаг технологической эволюции на рынке сотовой связи был связан с внедрением стандарта GSM. Скорость передачи данных при его задействовании предполагалась гораздо более высокая, чем в случае использования NMT — порядка 9,6 Кбит/сек. Впоследствии стандарт GSM был дополнен технологией HSCSD, задействование которой позволило абонентам сотовой связи передавать данные со скоростью 57,6 Кбит/сек.
Позже появился стандарт GPRS, посредством которого стало возможно отделять типично «компьютерный» трафик, передаваемый в каналах сотовой связи, от голосового. Скорость передачи данных при задействовании GPRS могла достигать порядка 171,2 Кбит/сек. Следующим технологическим решением, внедренным мобильными операторами, стал стандарт EDGE. Он позволил обеспечивать передачу данных со скоростью 326 Кбит/сек.
Развитие интернета потребовало от разработчиков технологий сотовой связи внедрения решений, которые могли бы стать конкурентными проводным стандартам — прежде всего по скорости передачи данных, а также по устойчивости соединения. Значимым шагом вперед стало выведение на рынок стандарта UMTS. Данная технология позволила обеспечить обмен данными между абонентами сотового оператора на скорости до 2 Мбит/сек.
Позже появился стандарт HSDPA, при котором передача и прием файлов могли осуществляться на скорости до 14,4 Мбит/сек. Многие эксперты цифровой индустрии считают, что именно с момента внедрения технологии HSDPA сотовые операторы начали составлять прямую конкуренцию интернет-провайдерам, задействующим кабельные соединения.
В конце 2000 годов появился стандарт LTE и его конкурентные аналоги, посредством которых абоненты сотовых операторов получили возможность обмениваться файлами со скоростью в несколько сотен мегабит. Можно отметить, что подобные ресурсы даже для пользователей современных проводных каналов не всегда доступны. Большинство российских провайдеров передают своим абонентам в распоряжение канал передачи данных со скоростью, не превышающей 100 Мбит/сек, на практике — чаще всего в несколько раз меньшей.
Поколения сотовых технологий
Стандарт NMT, как правило, относится к поколению 1G. Технологии GPRS и EDGE часто классифицируются как 2G, HSDPA — как 3G, LTE — как 4G. Следует отметить, что у каждого из отмеченных решений есть конкурентные аналоги. Например, к таковым в отношении LTE некоторые специалисты относят WiMAX. Другие конкурентные в отношении LTE решения на рынке 4G-технологий — 1xEV-DO, IEEE 802.20. Есть точка зрения, по которой стандарт LTE все же не вполне корректно классифицировать как 4G, поскольку по максимальной скорости он немного не дотягивает до показателя, определенного в отношении концептуального 4G, который составляет 1 Гбит/сек. Таким образом, не исключено, что в скором времени на мировом рынке сотовой связи появится новый стандарт, возможно, еще более совершенный, чем 4G и способный обеспечивать передачу данных со столь впечатляющей скоростью. Пока же в числе тех решений, что внедряются наиболее динамично, — LTE. Ведущие российские операторы активно модернизируют соответствующую инфраструктуру по всей стране — обеспечение качественной передачи данных по стандарту 4G становится одним из ключевых конкурентных преимуществ на рынке сотовой связи.
Технологии трансляций телевидения
Цифровые концепции передачи данных могут быть задействованы также и в медиаиндустрии. Долгое время информационные технологии в организацию трансляций телевидения и радио внедрялись не слишком активно — главным образом, в силу ограниченной рентабельности соответствующих усовершенствований. Часто задействовались решения, сочетавшие в себе цифровые и аналоговые технологии. Так, в полной мере «компьютеризированной» могла быть инфраструктура телецентра. Однако для абонентов телевизионных сетей транслировались аналоговые передачи.
По мере распространения интернета и удешевления каналов компьютерной передачи данных игроки телевизионной и радиоиндустрии стали активно «оцифровывать» свою инфраструктуру, интегрировать ее с IT-решениями. В разных странах мира были утверждены стандарты телевизионного вещания в цифровом формате. Из них наиболее распространенными считаются DVB, адаптированный для европейского рынка, ATSC, используемый в США, ISDB, задействуемый в Японии.
Цифровые решения в радиоиндустрии
Информационные технологии также активно задействуются в радиоиндустрии. Можно отметить, что подобные решения характеризуются определенными преимуществами в сравнении с аналоговыми стандартами. Так, в цифровых радиотрансляциях может быть достигнуто существенно более высокое качество звука, чем при задействовании FM-каналов. Цифровая сеть передачи данных теоретически дает радиостанциям возможность отправки на радиоприемники абонентов не только голосового трафика, но также и любого другого медиаконтента — картинок, видео, текстов. Соответствующие решения могут быть внедрены в инфраструктуру организации цифровых телевизионных трансляций.
Спутниковые каналы передачи данных
В отдельную категорию следует выделить спутниковые каналы, посредством которых может осуществляться передача данных. Формально мы вправе отнести их к беспроводным, однако масштабы их задействования таковы, что объединять соответствующие решения в один класс с Wi-Fi и Bluetooth будет не вполне корректно. Спутниковые каналы передачи данных могут быть задействованы - на практике это так и происходит - при выстраивании практически любого типа инфраструктуры связи из тех, что перечислены нами выше.
Посредством «тарелок» можно организовывать объединение ПК в сети, подключать их к интернету, обеспечивать функционирование телевизионных и радиотрансляций, повышать уровень технологичности мобильных сервисов. Основное преимущество спутниковых каналов — всеохватность. Передача данных может быть осуществлена при их задействовании практически в любое место планеты — равно как и прием — с любой точки земного шара. Есть у спутниковых решений также некоторые технологические недостатки. Например, при передаче компьютерных файлов с помощью «тарелки» может возникать заметная задержка отклика, или «пинга» — временного промежутка между моментом отправки файла с одного ПК и получения его на другом.
3.1 Виды связи и режимы работы сетей передачи сообщений
Первоначальными видами сообщений могут быть голос, изображения, текст, данные. Для передачи звука традиционно используется телефон, изображений - телевидение, текста - телеграф (телетайп), данных - вычислительные сети. Передача документов (текста) может быть кодовой или факсимильной. Для передачи в единой среде звука, изображений и данных применяют сети, называемые сетями интегрального обслуживания.
Кодовая передача сообщений между накопителями, находящимися в узлах информационной сети, называется телетекстом (в отличие от телекса - телетайпной связи), а факсимильная связь называется телефаксом. Виды телетекса: электронная почта (E-mail) - обмен сообщениями между двумя пользователями сети, обмен файлами, "доска объявлений" и телеконференции - широковещательная передача сообщений.
Установление соединения между отправителем и получателем с возможностью обмена сообщениями без заметных временных задержек характеризует режим работы on-line ("на линии"). При существенных задержках с запоминанием информации в промежуточных узлах имеем режим off-line ("вне линии").
Связь может быть односторонней (симплексной), с попеременной передачей информации в обоих направлениях (полудуплексной) или одновременной в обоих направлениях (дуплексной).
3.2 Протоколы
Протоколы - это набор семантических и синтаксических правил, определяющий поведение функциональных блоков сети при передаче данных. Другими словами, протокол - это совокупность соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена.
Поскольку информационный обмен - процесс многофункциональный, то протоколы делятся на уровни. К каждому уровню относится группа родственных функций. Для правильного взаимодействия узлов различных вычислительных сетей их архитектура должна быть открытой. Этим целям служат унификация и стандартизация в области телекоммуникаций и вычислительных сетей.
Унификация и стандартизация протоколов выполняются рядом международных организаций, что наряду с разнообразием типов сетей породило большое число различных протоколов. Наиболее широко распространенными являются протоколы, разработанные для сети ARPANET и применяемые в глобальной сети Internet, протоколы открытых систем Международной организации по стандартизации (ISO -Intrenational Standard Organization), протоколы Международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union -ITU, ранее называвшегося CCITT) и протоколы Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers). Протоколы сети Internet объединяют под названием TCP/IP. Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМВОС).
3.3 Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС)
Базовая ЭМВОС - это модель, принятая ISO для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. ЭМВОС признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.
В ЭМВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.
ЭМВОС содержит семь уровней. Ниже приведены их номера, названия и выполняемые функции.
7-й уровень - прикладной (Application): включает средства управления прикладными процессами; эти процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий, обмениваться между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Уровень включает, например, такие средства для взаимодействия прикладных программ, как прием и хранение пакетов в "почтовых ящиках" (mail-box).
6-й уровень - представительный (Presentation): реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из кода ЕBCDIC в ASCII и т.п.
5-й уровень - сеансовый (Session): предназначен для организации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) cети. На этом уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответаами взаимодействующих партнеров.
4-й уровень - транспортный (Transport): предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от следующего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанной скорости и надежности передачи).
3-й уровень - сетевой (Network): на этом уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называется виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала необязательно соответствие некоего физического соединения линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения. Еще одной важной функцией сетевого уровня после маршрутизации является контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети.
2-й уровень - канальный (Link, уровень звена данных): предоставляет услуги по обмену данными между логическими объектами предыдущего сетевого уровня и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих на следующем, физическом уровне. Кадром называется пакет канального уровня, поскольку пакет на предыдущих уровнях может состоять из одного или многих кадров.
1-й уровень - физический (Physical): предоставляет механические, электрические, функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разъединения логических соединений между логическими объектами канального уровня; реализует функции передачи битов данных через физические среды. Именно на физическом уровне осуществляются представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.
В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функций, тогда соответственно в сети имеется лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. В то же время сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуровня: управление доступом к каналу (МАС - Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC - Logical Link Control). К подуровню LLC в отличие от подуровня МАС относится часть функций канального уровня, не связанных с особенностями передающей среды.
Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень. Сегментом обычно называют пакет транспортного уровня. Сетевой уровень организует передачу данных через промежуточные сети. Для этого сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т.е. происходит инкапсуляция). При передаче между узлами промежуточной ЛВС требуется инкапсуляция пакетов в кадры с возможной разбивкой пакета. Приемник декапсулирует сегменты и восстанавливает исходное сообщение.
Основные элементы сети передачи данных (СПД)
Среда передачи данных - совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.
Линия передачи данных - средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.
Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибелах, 1 дБ = 10*lg(P1/P2), где Р1 и Р2 - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.
При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная - числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.
Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2 N . Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.
Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на log 2 k бит, где k - число возможных дискретных значений сигнала)
V = 2*F*log 2 k бит/с,
так как V = log 2 k/t, где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3*Т В, а Т В = 1/(2*p *F), k = 1+A, где A - отношение сигнал/помеха.
Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие аппаратуру конца данных (узел) и линию передачи данных.
Составные элементы СПД. Это совокупность аппаратных средств для представления информации в закодированной форме и преобразования ее с целью эффективного распространения сигналов по физической среде связи (ФСС) (каналу связи). В соответствии с приведенным определением канал передачи данных можно представить состоящим из двух основных частей: аппаратуры передачи данных и физической среды связи, через которую передается информация. Варианты структур канала передачи данных показаны на рис. 4, а-в.
Сетевой тракт передачи данных. Это совокупность параллельно включенных каналов связи, организованных в линии различного типа с помощью аппаратуры частотного или временного уплотнения, устройств преобразования сигналов, модемов и устройств повышения достоверности передачи информации.
Функциональное назначение каждой из указанных частей канала и тракта передачи данных определяет их техническое исполнение. Конструктивно аппаратура передачи данных (АПД) соединяется с линией связи через специальные аппаратные средства (интерфейсы связи), которые выполняются на основе стандартных решений, требований и рекомендаций. Международные стандарты, определяющие соединение АПД с физической средой, называют рекомендациями серии Х (MKKТT), в частности Х.21 и Х.21 бис. В нашей стране интерфейсы связи называются СТЫКами, обозначаются заглавными буквами С с номером, стоящим справа: С1, С2, СЗ, С4. СТЫК С1 определяет структуру, состав и логику взаимодействия соединительных цепей между АПД и физической средой связи ФСС (рис. 1.20, а). Он также устанавливает параметры передачи (скорости, тип капала связи и др.) СТЫК С2 определяет параметры цепей обмена данными между оконечным оборудованием данных ООД и АПД при последовательном вводе/выводе данных той или иной абонентской системой (АС). В абонентской системе (АС) обмен и передача между отдельными устройствами (оконечными абонентами) (ОА) осуществляется параллельным образом, т. е. сигналы передаются одновременно по целой группе соединительных линий (цепей), на которые также имеются стандартные интерфейсы (стандарт ИРПР-интерфейс-радиальный параллельный). При подключении абонентской системы к каналу передачи данных, во-первых, необходимо обеспечить сопряжение, которое выполняется с помощью адаптеров (А) через ИРПР, а во-вторых, сопряжение адаптера с каналом передачи данных и при необходимости в случае передачи на значительное
расстояние переход от параллельного способа обмена к последовательному через СТЫК С2.
Рисунок 4 - Структура канала передачи данных
Работу канала передачи данных можно организовать различным образом: передавать данные только в одном направлении (симплексный СДД) (рис. 4, в), менять направления передачи (полудуплексный СПД) (рис. 4, б) и, используя две линии, ввести одновременную передачу в двух направлениях (дуплексный СПД), рис. 4. а.
Как видно из рис. 4, а-в основными компонентами канала передачи данных являются: адресат-получатель 0,4; с устройством приема ПР информации и отправитель ОЛ, с передатчиком ПК, кодер К 0 и декодер ДК. В схеме можно выделить так называемый непрерывный канал связи НКС, в который входят линии связи, приемный ДМ и передающий М модемы.
Непрерывный канал характеризуется полосой пропускания , уровнем шумов Р ш, затуханием и другими параметрами. При подключении к передатчику кодера, декодера и устройств защиты от ошибок, на основе непрерывного канала, образуется дискретный канал (ДКС).
Для установления физической и логической связей источника с системой передачи информации необходимо организовать сопряжение, которое осуществляется по принципу согласования скорости выбора сообщений источником и скорости их передачи по каналу связи. При этом главным согласующим принципом источника сообщений с каналом связи (это в равной мере относится к приемнику и абоненту) является согласование всех элементов системы передачи информации по применяемым кодам и способам кодирования.
Под кодированием в общем случае понимается процесс представления сообщений с помощью специальных элементов в соответствии с набором правил, позволяющих эффективно реализовать передачу, обработку информации и другие информационные процессы.
Как известно из теории информации, для непрерывного канала важнейшей характеристикой является его пропускная способность, которую можно подсчитать следующим образом:
где -полоса пропускания канала;
Р с, Р ш -мощности сигнала и шума.
Из формулы следует, что имеют место два пути увеличения пропускной способности каналов: увеличение полосы пропускания канала связи, увеличение соотношения сигнал/шум.
В ИС применяют методы, реализующие каждый из указанных путей. В частности, если требуется обеспечить высокие скорости передачи сообщений, в качестве непрерывного канала применяют высокочастотные коаксиальные кабели или оптико-волоконные линии, имеющие сравнительно низкий уровень шумов и позволяющие передавать большое число импульсных посылок в единицу времени.
В непрерывном канале также для эффективного протекания / процессов передачи информации производятся модуляция, демодуляция, фильтрация и другие преобразования сигналов.
Непрерывный канал не позволяет обеспечить возросшие требования к процессам передачи информации, предъявляемые к информационным сетям. Решение проблемы – в применении дискретной передачи информации и ее кодирование помехоустойчивости.
По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные - радио- и инфракрасными каналами.
Цифровая передача данных представляет собой физический процесс, в котором данные переносятся в виде сигналов между точками. Выполняется передача данных по определённым каналам в виде электросвязи.
В качестве таких каналов могут выступать: ВОЛС, медные провода, а также беспроводные каналы. Передача данных в сети интернет может быть цифровой и аналоговой.
Если аналоговая связь является передачей постоянно меняющегося сигнала, то цифровая – это непрерывная передача сообщений (последовательность импульсов, набор волн). Такая модуляция осуществляется при помощи модемного оборудования.
Передача данных в Интернет
Сегодня просто невозможно себе представить любой современный офис без сети интернет. Но какой он может быть? Доступный в любой точке либо фиксированный? А может, оба этих варианта? В каждом из этих случаев интернет должен обладать высокой скоростью и трафиком, быть доступным, работать без сбоев.
Передаваемая информация может быть в виде цифрового сообщения, которое идёт от самого источника (клавиатура, компьютер).
Также передача данных по локальной сети может осуществляться и в виде аналогового сигнала. В его роли выступает видеосигнал, телефонный звонок. Все они оцифровываются в специальный битовый поток. Для этого применяется специальный импульсно-кодирующий модулятор либо аналогово-цифровой преобразователь.
Кодирование и декодирование же самого источника выполняется при помощи кодека либо специально предназначенного кодирующего оборудования.
Виды передачи данных
В телекоммуникации присутствует два вида передачи информации:
- Последовательная. В данном случае передача информации в виде символов и прочих объектов данных происходит в последовательном режиме. Такие цифровые сети передачи данных отправляют биты по одному проводу, оптическому пути либо же частоте. В связи с этим данный процесс требует меньшего времени на обработку самого сигнала, а сама скорость передачи больше. Меньше тут и вероятность возникновения ошибки. Последовательная сеть может применяться и на более дальних расстояниях. Обусловлено это лёгкой передачей бита чётности и цифры.
- Параллельная. Это одновременная передача информации (элементов сигнала одного символа). Применение большого количества проводов в цифровой связи помогает осуществить передачу одновременно нескольких бит. Всё это позволяет достичь высокой скорости передачи информации. Данный способ используется внутри самого компьютера (во внутренних шинах данных например). Единственным недостатком тут является «перекос». Обусловлен он тем, что провода могут отличаться между собой своими характеристиками. Именно поэтому один бит может прийти немного раньше другого. А это, в свою очередь, негативно сказывается на целостности самого сообщения, повреждая его.
По принципу коммутации сети могут быть:
- С коммутацией пакетов. Вся информация в данном случае передаётся небольшими посылками. Их ещё называют пакеты, коммутация которых происходит независимо. На таком принципе построена большая часть компьютерных сетей в нынешнее время. Но для работы тут необходимо более сложное оборудование.
- С коммутацией каналов. Для передачи между устройствами выделяется специальный канал (логический либо физический). Информация по нему передаётся непрерывно.
Передача данных по электрической сети
Применение сети 220 Вольт для передачи информации уже давно интересует многих разработчиков. Ещё каких-то 15 лет назад такая идея вызывала лишь улыбку. Но сегодня передача данных по сети 220 вольт не вызывает никакого удивления. Она имеет высокие шансы и перспективу на большой коммерческий успех.
Самым главным преимуществом такого способа передачи информации является отсутствие необходимости прокладывания кабелей и выполнения монтажных работ. Ведь электричество есть абсолютно в каждом доме.
Для разработчиков самыми перспективными сферами использования такой связи являются системы удалённого сбора информации, к примеру показаний счётчиков, системы охраны и умный дом, а также многое другое.
К большому сожалению, даже низкоскоростная передача данных по сети 220v переменного тока не смогла получить широкого применения в нашей стране. Виной всему довольно низкое качество силовых коммуникаций, а также малая известность модемов для такой передачи на современном рынке.
Такие устройства реализуются на основе микроконтроллеров. Это даёт возможность на программном уровне осуществлять решение любых возникших вопросов, касающихся протокола передачи информации, адресации оборудования, проверки качества связи и многого другого.
Но на практике может возникнуть довольно примитивная задача – это включение и отключение одной нагрузки без разрыва самой питающей линии. Решить её сможет специальный передатчик.
В нынешнее время уже имеется множество адаптеров, которые позволяют организовать локальную сеть через обычную домашнюю розетку 220 Вольт. Сделать это довольно легко и просто. Вам достаточно включить в розетку такой адаптер, который может стать точкой доступа Wi-Fi, либо же работать через разъём RJ-45. Скорость передачи информации в данном случае может доходить до 95 Мбит в секунду.
При использовании одной фазы удаётся передавать данные не только лишь внутри одного помещения, но и в соседнюю квартиру либо же офисное помещение. И самое главное – вам не нужно будет прокладывать интернет кабель.
Увеличение производительности сетей передачи данных
В нынешнее время на рынке представлен просто огромнейший ассортимент оборудования, с помощью которого можно произвести эффективную модернизацию данных сетей.
Осознавая тот фат, что нынешние уровни сети передачи данных уже не устраивают многие компании, разработчики различных технологических решений предлагают пользователям использовать несколько недорогих и оригинальных решений. С их помощью можно существенно увеличить пропускную способность сетей передачи информации.
Что сюда относится? Одним из таких нововведений является использование режима дуплексной передачи данных в локальной сети Ethernet. Заменяя только лишь сетевой адаптер, удаётся в два раза повысить производительность выделенных сегментов самой сети.
Во время работы в полнодуплексном режиме каждое сетевое оборудование способно одновременно получать и передавать информацию через витую пару.
Единственным ограничением тут является тот факт, что подсоединить можно только лишь одно сетевое устройство к каждому из портов концентратора. Всё это сужает область применения данного оборудования. Можно только создавать высокопроизводительные участки самой сети между сервером и коммутатором, к примеру.
К особенностям данного нововведения можно отнести то, что тут нет необходимости производить отслеживание столкновений. Это лишь один способ модернизации сети передачи информации.
Технологии передача данных на выставке
Многие другие новинки и передовые технологии в данной отрасли вы сможете узнать на выставке международного масштаба «Связь». Она проходит в крупном выставочном комплексе нашей страны ЦВК «Экспоцентр». Располагается «Экспоцентр» почти в центре Москвы, вблизи станции метро «Выставочная».
Выставка «Связь» сможет рассказать потенциальной целевой аудитории о новинках в мире связи. Именно тут в одном месте собираются ведущие специалисты данной отрасли со всего мира. Проводимые тут конференции, конгрессы, симпозиумы, круглые столы и мастер-классы задают вектор развития этой сферы деятельности на ближайший год.
На выставке обязательно будут демонстрироваться современные технологии передачи данных.
Читайте другие наши статьи:
