Fysisk överföring av data över kommunikationslinjer. Datalänkar Hur bredbandsgenomströmning mäts

Uppgiftsformulering: En 5-bitars kod används för att överföra data över en kommunikationskanal. Meddelandet innehåller endast bokstäverna A, B och C, som är kodade med kodord. Sändningen kan avbrytas. Vissa fel kan dock korrigeras. Varje två av dessa tre kodord skiljer sig från varandra i åtminstone tre positioner. Därför, om överföringen av ett ord har ett fel i inte mer än en position, kan en utbildad gissning göras om vilken bokstav som överfördes. Om det mottagna kodordet skiljer sig från kodorden för bokstäverna A, B, C i mer än en position, anses det att ett fel har inträffat (det betecknas med "x"). Meddelande mottaget. Avkoda detta meddelande - välj rätt alternativ.

Uppgiften ingår i tentamen i datavetenskap för årskurs 11 på nummer 5 (Kodnings- och avkodningsinformation).

Låt oss se hur vi löser liknande uppgifter Till exempel.

Exempel på jobb:

En 5-bitars kod används för att överföra data över en kommunikationskanal. Meddelandet innehåller endast bokstäverna A, B och C, som är kodade med följande kodord: A - 00000, B - 10011, C - 11100.

Sändningen kan avbrytas. Vissa fel kan dock korrigeras. Varje två av dessa tre kodord skiljer sig från varandra i åtminstone tre positioner. Därför, om överföringen av ett ord har ett fel i inte mer än en position, kan en utbildad gissning göras om vilken bokstav som överfördes. (De säger att "koden korrigerar ett fel.") Till exempel, om kodordet 10010 tas emot, anses det att bokstaven B har överförts. (Skillnaden från kodordet för B finns bara i en position, där är fler skillnader för de återstående kodorden.) Om det mottagna kodordsordet skiljer sig från kodorden för bokstäverna A, B, C i mer än en position, anses det att ett fel har inträffat (det betecknas med " x").

Meddelande 11000 00001 11110 10001 mottaget. Avkoda detta meddelande - välj rätt alternativ.

Låt oss försöka avkoda varje kodord i meddelandet:

11000 - denna sekvens stämmer inte överens med någon av bokstäverna A, B och C. Men om du byter ut den tredje siffran med 1 får du bokstaven C. Det betyder att i detta ord är felet bara i 1 position och det kan rättas till.

00001 - denna sekvens matchar inte någon av bokstäverna A, B och C. Men om du ersätter den sista siffran med 0 får du bokstaven A. Det betyder att felet i detta ord bara är i 1 position och det kan rättas till.

11110 - denna sekvens stämmer inte överens med någon av bokstäverna A, B och C. Men om du byter ut den fjärde siffran med 0 får du bokstaven C. Det betyder att felet i detta ord bara är i 1 position och det kan rättas till.

10001 - denna sekvens stämmer inte överens med någon av bokstäverna A, B och C. Men om du ersätter den fjärde siffran med 1 får du bokstaven B. Det betyder att i detta ord är felet bara i 1 position och det kan rättas till.

Så, ordet WAVB visade sig, detta är svaret 2.

Kommunikationslinje består i allmänhet av ett fysiskt medium genom vilket elektriska informationssignaler sänds, dataöverföringsutrustning och mellanutrustning. Synonymt med termen kommunikationslinje(linje) är en term länk(kanal).

Det fysiska överföringsmediet kan vara en kabel, det vill säga en uppsättning ledningar, isolerande och skyddande höljen och kontakter, såväl som jordens atmosfär eller yttre rymden genom vilken elektromagnetiska vågor utbreder sig.

Beroende på dataöverföringsmediet är kommunikationslinjer indelade i följande:

§ trådbunden (luft);

§ kabel (koppar och fiberoptisk);

§ radiokanaler för markbunden och satellitkommunikation.

Trådbundna (overhead) kommunikationslinjerär trådar utan några isolerande eller skärmande flätor, läggs mellan stolpar och hänger i luften. Sådana kommunikationslinjer bär traditionellt telefon- eller telegrafsignaler, men i avsaknad av andra möjligheter används dessa linjer även för att överföra datordata. Dessa linjers hastighetsegenskaper och brusimmunitet lämnar mycket övrigt att önska. Idag ersätts trådbundna kommunikationslinjer snabbt av kabel.

kabellinjer är ganska komplexa strukturer. Kabeln består av ledare inneslutna i flera lager av isolering: elektriska, elektromagnetiska, mekaniska och möjligen även klimatiska. Dessutom kan kabeln utrustas med kontakter som gör att du snabbt kan ansluta olika utrustningar till den. Det finns tre huvudtyper av kablar som används i datornätverk: tvinnade kopparkablar, koaxialkablar med kopparkärna och fiberoptiska kablar.

Ett tvinnat par av trådar kallas tvinnat par. Twisted pair finns i en skärmad version , när ett par koppartrådar är inlindade i en isolerande skärm och oskärmade , när det inte finns något isolerande omslag. Vridning av ledningar minskar påverkan av externa störningar på användbara signaler som överförs över kabeln.

Koaxialkabel har en asymmetrisk design och består av en inre kopparkärna och en fläta separerade från kärnan av ett lager av isolering. Det finns flera typer av koaxialkabel som skiljer sig åt i egenskaper och tillämpningar - för lokala nätverk, för globala nätverk, för kabel-tv, etc.

fiberoptisk kabel består av tunna fibrer genom vilka ljussignaler. Detta är den högsta kvalitetstypen av kabel - den ger dataöverföring med en mycket hög hastighet (upp till 10 Gb/s och högre) och ger bättre än andra typer av överföringsmedium dataskydd från externa störningar.

Radiokanaler för markbunden och satellitkommunikation genereras av en sändare och mottagare av radiovågor. Existerar Ett stort antal olika typer radiokanaler som skiljer sig både i det använda frekvensområdet och i kanalområdet. Områdena för korta, medel- och långa vågor (KB, SV och LW), även kallade amplitudmodulationsområden (Amplitude Modulation, AM) enligt vilken typ av signalmoduleringsmetod som används i dem, ger långdistanskommunikation, men på en låg datahastighet. Mer höghastighetskanaler är kanaler som arbetar på ultrakorta vågor (VHF), som kännetecknas av frekvensmodulering, såväl som ultrahöga frekvensområden (mikrovågor eller mikrovågor).

I mikrovågsområdet (över 4 GHz) reflekteras inte längre signaler av jordens jonosfär och stabil kommunikation kräver en siktlinje mellan sändaren och mottagaren. Därför använder sådana frekvenser antingen satellitkanaler eller radioreläkanaler, där detta villkor är uppfyllt.

I dagens datanät används nästan alla de beskrivna typerna av fysiska dataöverföringsmedier, men fiberoptiska medier är mest lovande. Idag byggs både ryggraden i stora territoriella nätverk och höghastighetskommunikationslinjer i lokala nätverk på dem.

Ett populärt medium är också twisted pair, som kännetecknas av ett utmärkt förhållande mellan kvalitet och kostnad, samt enkel installation. Med hjälp av twisted pair ansluts vanligtvis slutabonnenter av nätverk på avstånd upp till 100 meter från hubben. Satellitkanaler och radiokommunikation används oftast i de fall kabelkommunikation inte kan användas – till exempel när kanalen går genom ett glesbygdsområde eller för att kommunicera med en mobilnätsanvändare.

Även när man överväger det enklaste nätverket, som bara består av två maskiner, kan du se många av problemen som finns i alla datornätverk, inklusive problem, Relaterad fysisk överföring signaler över kommunikationslinjer , utan vars lösning någon form av anslutning är omöjlig.

I datavetenskap används för att representera data binär kod . Inuti datorn motsvarar data ettor och nollor diskret elektrisk signaler. Representationen av data som elektriska eller optiska signaler kallas kodning. . Det finns olika sätt att koda de binära siffrorna 1 och 0, till exempel, potential ett sätt på vilket en spänningsnivå motsvarar en, och en annan spänningsnivå motsvarar noll, eller impuls en metod när pulser med olika eller en polaritet används för att representera tal.

Liknande tillvägagångssätt kan användas för att koda data och överföra dem mellan två datorer över kommunikationslinjer. Dessa kommunikationslinjer skiljer sig dock i sina elektriska egenskaper från de som finns inuti en dator. Den största skillnaden mellan externa kommunikationslinjer och interna är deras mycket längre längd , liksom i det faktum att de passerar utanför det skärmade huset i utrymmen som ofta utsätts för kraftiga elektromagnetiska störningar. Allt detta leder till mycket större förvrängning av rektangulära pulser (till exempel "fyllning" av fronter) än inuti en dator. Därför är det inte alltid möjligt att använda samma hastigheter och kodningsmetoder för tillförlitlig igenkänning av pulser vid den mottagande änden av kommunikationslinjen, vid överföring av data inuti och utanför datorn. Till exempel kräver den långsamma höjningen av pulsfronten på grund av den höga kapacitiva belastningen på linjen överföring av pulser med en lägre hastighet (så att fram- och bakkanten av angränsande pulser inte överlappar varandra och pulsen har tid att växa till önskad nivå).

I dator nätverk tillämpa både potential- och impulskodning av diskreta data , samt ett specifikt sätt att representera data som aldrig används inuti en dator - modulation(Fig. 3). Vid modulering representeras diskret information av en sinusformad signal med den frekvens som den befintliga kommunikationslinjen sänder bra.

Potentiell eller impulskodning tillämpas på kanaler Hög kvalitet och sinusbaserad modulering är att föredra när kanalen introducerar allvarlig distorsion i de sända signalerna. Vanligtvis används modulering i globala nätverk vid överföring av data över analoga telefonkretsar, som utformats för att överföra röst i analog form och därför inte är väl lämpade för direkt överföring av impulser.

Används för att konvertera data från en form till en annan modem. Termin "modem" - förkortning för modulator/demodulator. En binär nolla omvandlas till exempel till en lågfrekvent signal och en enhet omvandlas till en högfrekvent signal. Med andra ord, genom att konvertera datan, modulerar modemet frekvensen för den analoga signalen (fig. 4).

Antalet ledningar i kommunikationslinjerna mellan datorer påverkar också metoden för signalöverföring.

Dataöverföring kan ske parallellt (fig. 5) eller sekventiellt (fig. 6).

För att minska kostnaderna för kommunikationslinjer i nätverk strävar de vanligtvis efter att minska antalet ledningar och på grund av detta använder de inte parallell överföring av alla bitar av en byte eller ens flera byte, som görs inuti en dator, utan seriell, bit-för-bit-överföring, kräver endast ett par ledningar.

Vid anslutning av datorer och enheter används också tre olika metoder, betecknade med tre olika termer. Anslutningen är: simplex, halv duplex och full duplex(Fig. 7 ).

En simplexanslutning sägs vara när data rör sig i endast en riktning. En halvduplexanslutning låter data färdas i båda riktningarna men vid olika tidpunkter, och slutligen är en fullduplexanslutning när data färdas i båda riktningarna samtidigt.

Ris. 7. Exempel på dataflöden.

Ett annat viktigt koncept är anslutningsbyte.

Alla kommunikationsnätverk stödjer något sätt att byta sina abonnenter sinsemellan. Dessa abonnenter kan vara fjärrdatorer, lokala nätverk, faxar eller helt enkelt samtalspartner som kommunicerar med hjälp av telefonapparater. Det är praktiskt taget omöjligt att förse varje par av interagerande abonnenter med sin egen icke-kopplade (dvs permanent anslutning) fysisk kommunikationslinje, som de uteslutande skulle kunna "äga" under lång tid. Därför, i vilket nätverk som helst, används alltid någon metod för abonnentväxling, vilket säkerställer tillgängligheten av tillgängliga fysiska kanaler samtidigt för flera kommunikationssessioner mellan nätverksabonnenter.

Anslutningsväxling tillåter nätverkshårdvara att dela samma fysiska länk mellan många enheter. De två huvudsakliga sätten att byta en anslutning är - kretsväxling och paketväxling.

Omkopplingskretsar skapar en enda kontinuerlig anslutning mellan två nätverksenheter. Medan dessa enheter kommunicerar kan ingen annan enhet använda den här anslutningen för att överföra sin egen information - den tvingas vänta tills anslutningen är ledig.

Ett enkelt exempel på en kretsomkopplare är en omkopplare typ A-B, tjänar till att ansluta två datorer till en skrivare. För att tillåta en av datorerna att skriva ut, vrider du på en vippströmbrytare på omkopplaren, vilket skapar en kontinuerlig anslutning mellan datorn och skrivaren. En punkt-till-punkt-förbindelse bildas . Som visas i figuren kan bara en dator skriva ut samtidigt.

Ris. 6Koppla kretsar

De flesta moderna nätverk, inklusive Internet, använder paketväxling. Dataöverföringsprogram i sådana nätverk delar upp data i bitar som kallas paket. I ett paketkopplat nätverk kan data färdas i ett paket åt gången eller i flera paket. Data kommer att anlända till samma destination, även om vägarna de tog kan vara helt olika.

För att jämföra två typer av anslutningar i ett nätverk, låt oss anta att vi avbröt länken i var och en av dem. Till exempel, genom att koppla bort skrivaren från hanteraren i fig. 6 (genom att flytta vippomkopplaren till läge B) har du berövat honom möjligheten att skriva ut. En kretskopplad anslutning kräver en oavbruten kommunikationslänk.

Ris. 7. Paketbyte

Omvänt kan data i ett paketkopplat nätverk röra sig på olika sätt. Detta ses i fig. 7. Data följer inte nödvändigtvis samma väg mellan kontors- och hemdatorer, att bryta en av länkarna kommer inte att resultera i en förlust av anslutningen - data kommer helt enkelt att gå åt andra hållet. Paketkopplade nätverk har många alternativa vägar för paket.

Paketväxling är en abonnentväxlingsteknik som har utformats specifikt för att transportera datortrafik effektivt.

Kärnan i problemet ligger i trafikens pulserande karaktär , som genereras av typiska nätverksapplikationer. Till exempel när du använder en fjärrkontroll fil server användaren bläddrar först igenom innehållet i denna servers katalog, vilket resulterar i en liten mängd dataöverföring. Den öppnar sedan den önskade filen i textredigerare, och denna operation kan skapa ett ganska intensivt datautbyte, speciellt om filen innehåller stora grafiska inneslutningar. Efter att ha visat några sidor av filen arbetar användaren med dem lokalt ett tag, vilket inte kräver någon nätverksöverföring alls, och returnerar sedan modifierade kopior av sidorna till servern - och detta genererar återigen tung nätverksdataöverföring.

Trafikeffektförhållandet för en enskild nätverksanvändare, lika med förhållandet mellan den genomsnittliga datautbytesintensiteten och maximalt möjliga, kan vara 1:50 eller 1:100. Om för den beskrivna sessionen att organisera kanalväxling mellan användarens dator och servern kommer kanalen för det mesta att vara inaktiv. Samtidigt kommer nätverkets växlingsmöjligheter att användas och kommer inte att vara tillgängliga för andra nätverksanvändare.

Vid paketväxling bryts alla meddelanden som sänds av nätverksanvändaren upp vid källnoden i relativt små delar, så kallade paket. Ett meddelande är en logiskt ifylld del av data - en begäran att överföra en fil, ett svar på denna begäran som innehåller hela filen, etc.

Meddelanden kan vara av godtycklig längd, från några byte till många megabyte. Däremot kan paket också vanligtvis vara av variabel längd, men inom snäva gränser, såsom 46 till 1500 byte. Varje paket är försett med en rubrik som anger adressinformationen som behövs för att leverera paketet till destinationsvärden, såväl som paketnumret som kommer att användas av destinationsvärden för att sammanställa meddelandet.

Paketen transporteras på nätverket som oberoende informationsenheter. Nätverksväxlar tar emot paket från slutnoder och, baserat på adressinformation, sänder dem till varandra och slutligen till destinationsnoden.

Paketnätverksväxlar skiljer sig från kretsväxlar genom att de har ett internt buffertminne för tillfällig lagring av paket om switchens utgångsport är upptagen med att sända ett annat paket vid den tidpunkt då paketet tas emot. I det här fallet ligger paketet under en tid i kön av paket i utgångsportens buffertminne, och när kön når det överförs det till nästa switch. Ett sådant dataöverföringsschema tillåter utjämning av trafikripplar på stamnätslänkar mellan switchar och använder dem på det mest effektiva sättet för att öka nätverkets genomströmning som helhet.

För ett par abonnenter skulle det faktiskt vara mest effektivt att förse dem med en kopplad kommunikationskanal för deras enda användning, såsom ges i kretskopplade nät. Med denna metod skulle interaktionstiden för ett par abonnenter vara minimal, eftersom data skulle sändas utan fördröjning från en abonnent till en annan.

Ett paketkopplat nätverk saktar ner interaktionsprocessen för ett visst par av abonnenter. Den totala mängden datordata som sänds av nätverket per tidsenhet med paketkopplingsteknik kommer dock att vara högre än med kretskopplingsteknik.

Vanligtvis, om den tillhandahållna åtkomsthastigheten är lika, visar sig ett paketkopplat nätverk vara 2-3 gånger billigare än ett kretskopplat nätverk, det vill säga ett allmänt telefonnät.

Vart och ett av dessa system kretskoppling (kretskoppling) eller paketväxling (paketförmedling)) har sina fördelar och nackdelar, men enligt många experters långsiktiga prognoser tillhör framtiden paketförmedlingstekniken, eftersom den är mer flexibel och mångsidig.

Kretskopplade nät är väl lämpade för dataväxling med konstant hastighet, när växlingsenheten inte är en enda byte eller datapaket, utan en långsiktig synkron dataström mellan två abonnenter.

Både paketkopplade nätverk och kretskopplade nätverk kan delas in i två klasser på olika sätt - nätverk med dynamisk omkoppling och nätverk med konstant byte.

I det första fallet tillåter nätverket att en anslutning upprättas på initiativ av nätverksanvändaren. Växling utförs under kommunikationssessionens varaktighet, och sedan (igen, på initiativ av en av de interagerande användarna), bryts anslutningen. I allmänhet kan vilken nätverksanvändare som helst ansluta till vilken annan nätverksanvändare som helst. Vanligtvis sträcker sig anslutningsperioden mellan ett par användare under dynamisk växling från flera sekunder till flera timmar och slutar när visst arbete utförs - överföra en fil, titta på en sida med text eller bild, etc.

I det andra fallet ger nätverket inte användaren möjligheten att utföra dynamisk växling med en annan godtycklig nätverksanvändare. Istället tillåter nätverket ett par användare att beställa en anslutning under en längre tid. Anslutningen upprättas inte av användarna, utan av personalen som underhåller nätverket. Den tid för vilken permanent byte upprättas mäts vanligtvis i flera månader. Det alltid kopplade läget i kretskopplade nät kallas ofta för en tjänst. tillägnad eller hyrda kanaler.

Exempel på nätverk som stöder dynamiskt växlingsläge är telefonnät offentliga, lokala nätverk, Internet.

Vissa typer av nätverk stöder båda driftsätten.

Ett annat problem som måste lösas inom signalering är problemet ömsesidig synkronisering av en dators sändare med en annan dators mottagare . När du organiserar interaktionen mellan moduler inuti datorn löses detta problem mycket enkelt, eftersom i detta fall alla moduler synkroniseras från en gemensam klockgenerator. Problemet med synkronisering vid anslutning av datorer kan lösas på olika sätt, både genom att byta ut speciella klockpulser över en separat linje, och genom att använda periodisk synkronisering med förutbestämda koder eller pulser med en karakteristisk form som skiljer sig från formen på datapulser.

Asynkron och synkron överföring. Vid utbyte av data på fysisk nivå är informationsenheten lite, så medlet fysiskt lager bibehåll alltid bitsynkronisering mellan mottagare och sändare.

Men om kvaliteten på kommunikationslinjen är dålig (vanligtvis gäller detta telefonkopplade kanaler), för att minska kostnaderna för utrustning och öka tillförlitligheten för dataöverföring, ytterligare medel synkronisering på bytenivå.

Detta driftsätt kallas asynkron eller start-stopp. En annan anledning till att använda detta driftläge är närvaron av enheter som genererar databytes i slumpmässiga ögonblick tid. Så här fungerar tangentbordet på en bildskärm eller annan terminalenhet, från vilken en person matar in data för bearbetning av en dator.

I asynkront läge åtföljs varje byte av data av speciella start- och stoppsignaler. Syftet med dessa signaler är, för det första, att meddela mottagaren om ankomsten av data och för det andra att ge mottagaren tillräckligt med tid för att utföra vissa tidsrelaterade funktioner innan nästa byte anländer.

Den beskrivna moden kallas asynkron eftersom varje byte kan förskjutas något i tid relativt de bitvisa cyklerna för den föregående byten.

Uppgifterna med tillförlitligt utbyte av binära signaler representerade av motsvarande elektromagnetiska signaler i datornätverk löses av en viss klass av utrustning. I lokala nätverk, detta nätverkskort, och i globala nätverk - dataöverföringsutrustning, som inkluderar till exempel de övervägda modemen. Denna utrustning kodar och avkodar varje informationsbit, synkroniserar överföringen av elektromagnetiska signaler över kommunikationslinjer, kontrollerar överföringens korrekthet med kontrollsumman och kan utföra vissa andra operationer.

Kontrollfrågor:

3. Vilka kommunikationslinjer används i datornätverk?

4. Vilka kommunikationslinjer är mest lovande?

5. Hur överförs binära signaler på nätverket? Vad är modulering?

6. Vad används modemet till?

7. Vad är seriell och parallell dataöverföring?

8. Vad är en simplex, halv duplex och full duplex anslutning?

9. Vad är anslutningsbyte?

10. Vilka är de två huvudsakliga sätten att byta en anslutning?

11. Vad är paketförmedling och vad är dess fördel?

12. När är det lämpligt att använda kretskoppling?

13. Förklara begreppen asynkron och synkron dataöverföring?

Informationsöverföring är en term som kombinerar många fysiska processer av informationsrörelse i rymden. Alla dessa processer involverar sådana komponenter som källan och mottagaren av data, den fysiska bäraren av information och kanalen (mediet) för dess överföring.

Process för informationsöverföring

De initiala datamottagarna är olika meddelanden som sänds från deras källor till mottagare. Mellan dem finns kanaler för att överföra information. Särskilda tekniska omvandlarenheter (kodare) bildar fysiska databärare - signaler - baserat på innehållet i meddelanden. De senare utsätts för ett antal transformationer, inklusive kodning, komprimering, modulering och skickas sedan till kommunikationslinjerna. Efter att ha passerat genom dem genomgår signalerna inversa transformationer, inklusive demodulering, dekompression och avkodning, som ett resultat av vilket de ursprungliga meddelandena extraheras från dem och uppfattas av mottagarna.

Informationsmeddelanden

Ett meddelande är en sorts beskrivning av ett fenomen eller objekt, uttryckt som en uppsättning data som har tecken på en början och ett slut. Vissa meddelanden, som tal och musik, är kontinuerliga funktioner för ljudtryckstid. På telegrafkommunikation meddelandet är texten i telegrammet i form av en alfanumerisk sekvens. Ett tv-meddelande är en sekvens av meddelanderutor som kameralinsen "ser" och fångar dem med en bildhastighet. Den stora majoriteten av meddelanden som nyligen överförts genom informationsöverföringssystem är numeriska arrayer, text, grafik samt ljud- och videofiler.

Informationssignaler

Överföring av information är möjlig om den har en fysisk bärare, vars egenskaper ändras beroende på innehållet i det överförda meddelandet på ett sådant sätt att de övervinner överföringskanalen med minimal distorsion och kan kännas igen av mottagaren. Dessa förändringar i det fysiska lagringsmediet bildar en informationssignal.

Idag överförs och bearbetas information med hjälp av elektriska signaler i trådbundna och radiokommunikationskanaler, samt på grund av optiska signaler i FOCL.

Analoga och digitala signaler

Ett välkänt exempel på en analog signal, dvs. ständigt förändras i tiden, är spänningen som tas från mikrofonen, som bär ett tal eller musikal Meddelande. Den kan förstärkas och kopplas till konserthusets ljudsystem, som kommer att föra tal och musik från scenen till publiken i galleriet.

Om, i enlighet med storleken på spänningen vid mikrofonens utgång, amplituden eller frekvensen av högfrekventa elektriska svängningar i radiosändaren kontinuerligt ändras i tiden, kan en analog radiosignal sändas i luften. En TV-sändare i ett analogt TV-system genererar analog signal i form av en spänning som är proportionell mot den aktuella ljusstyrkan hos bildelementen som uppfattas av kameralinsen.

Men om den analoga spänningen från mikrofonutgången leds genom en digital-till-analog-omvandlare (DAC), så kommer dess utsignal inte längre att vara en kontinuerlig funktion av tiden, utan en sekvens av avläsningar av denna spänning som tas med regelbundna intervall med en samplingsfrekvens. Dessutom utför DAC också kvantisering enligt nivån på den initiala spänningen, och ersätter hela det möjliga området av dess värden med en ändlig uppsättning värden som bestäms av antalet binära siffror i dess utdatakod. Det visar sig att en kontinuerlig fysisk mängd (i det här fallet denna spänning) förvandlas till en sekvens av digitala koder (digitaliserade), och sedan i digital form kan den lagras, bearbetas och överföras genom informationsöverföringsnätverk. Detta ökar avsevärt hastigheten och bullerimmuniteten för sådana processer.

Informationsöverföringskanaler

Vanligtvis hänvisar denna term till komplex tekniska medel involverade i överföringen av data från källan till mottagaren, såväl som mediet mellan dem. Strukturen för en sådan kanal, med hjälp av typiska metoder för informationsöverföring, representeras av följande sekvens av transformationer:

II - PS - (KI) - KK - M - LPI - DM - DC - DI - PS

AI är en informationskälla: en person eller en annan levande varelse, en bok, ett dokument, en bild på ett icke-elektroniskt medium (duk, papper) etc.

PS är en omvandlare av informationsmeddelande till informationssignal, som utför det första steget av dataöverföring. Mikrofoner, tv- och videokameror, skannrar, faxar, PC-tangentbord etc. kan fungera som PS.

CI är en informationskodare i en informationssignal för att minska volymen (komprimeringen) av information för att öka dess överföringshastighet eller minska det frekvensband som krävs för överföring. Denna länk är valfri, som visas inom parentes.

KK - kanalkodare för att öka brusimmuniteten för informationssignalen.

M är en signalmodulator för att ändra egenskaperna hos mellanbärvågssignaler beroende på informationssignalens värde. Ett typiskt exempel är amplitudmoduleringen av en bärvågssignal med en hög bärvågsfrekvens beroende på värdet på en lågfrekvent informationssignal.

LPI - en informationsöverföringslinje som representerar en kombination av den fysiska miljön (till exempel ett elektromagnetiskt fält) och tekniska medel för att ändra dess tillstånd för att överföra en bärsignal till mottagaren.

DM är en demodulator för att separera informationssignalen från bärvågssignalen. Endast närvarande i närvaro av M.

DC - kanalavkodare för att detektera och/eller korrigera fel i informationssignalen som uppstod på LPI. Endast närvarande i närvaro av CC.

DI - informationsavkodare. Finns endast i närvaro av CI.

PI - informationsmottagare (dator, skrivare, display, etc.).

Om överföringen av information är tvåvägs (duplexkanal), så finns det på båda sidor av LPI:n modemenheter (MODulator-DEModulator) som kombinerar M- och DM-länkar, såväl som codec-enheter (COder-DEcoder) som kombinerar kodare (KI och KK) och avkodare (DI och DC).

Egenskaper för överföringskanaler

De främsta utmärkande egenskaperna hos kanalerna inkluderar bandbredd och brusimmunitet.

I kanalen utsätts informationssignalen för brus och störningar. De kan orsakas av naturliga orsaker (till exempel atmosfäriska för radiokanaler) eller vara speciellt skapade av fienden.

Brusimmuniteten för överföringskanaler ökas genom att använda olika analoga och digitala filter för att separera informationssignaler från brus, samt speciella meddelandeöverföringsmetoder som minimerar effekten av brus. En av dessa metoder är att lägga till extra tecken som inte har användbart innehåll, men som hjälper till att kontrollera meddelandets korrekthet, samt korrigera fel i det.

Bandbredd kanal är lika med det maximala antalet binära symboler (kbits) som sänds av den i frånvaro av störningar på en sekund. För olika kanaler varierar det från några kbps till hundratals Mbps och bestäms av deras fysiska egenskaper.

Informationsöverföringsteori

Claude Shannon är författare till en speciell teori om kodning av överförda data, som upptäckte metoder för att bekämpa buller. En av huvudidéerna med denna teori är behovet av redundans för den digitala koden som sänds över informationsöverföringslinjer. Detta gör att du kan återställa förlusten om någon del av koden går förlorad under överföringen. Sådana koder (digitala informationssignaler) kallas brusimmuna. Kodreundans bör dock inte tas för långt. Detta leder till att överföringen av information försenas, liksom till att kostnaderna för kommunikationssystem ökar.

Digital signalbehandling

En annan viktig komponent i teorin om informationsöverföring är systemet av metoder digital bearbetning signaler i överföringskanaler. Dessa metoder inkluderar algoritmer för att digitalisera de ursprungliga analoga informationssignalerna med en viss samplingshastighet som bestäms utifrån Shannons teorem, samt metoder för att generera, på basis av dessa, brusskyddade bärsignaler för överföring över kommunikationslinjer och digital filtrering mottagna signaler för att skilja dem från störningar.

Internet-dataöverföringskanaler

Data länk - Dessa är medel för tvåvägsutbyte av data, vilket inkluderar kommunikationslinjer och utrustning för att överföra (ta emot) data. Dataöverföringskanaler kopplar samman informationskällor och informationsmottagare.

Exempel på en grafisk bild av länkar mellan Internetnätverk

Internet anslutning

Som vi redan har sagt, datorer permanent anslutna tillInternetoch trafikledareinformation på nätet(permanent anslutning), kallad servrar Internet .

Den tillfälliga anslutningen av en dator till en nätverksserver kallasbytt förbindelse. Om denna anslutning görs på distans (med hjälp av telefonlinjer), så anropas anslutningenförbindelse Fjärranslutning.

Att ansluta tillInternet, måste du ansluta din dator till en annan dator som har en permanentIP-adress. Varje nätverksserver har en permanentIP - a d pec - Det här internet protokoll (InternetProtokoll, IP) ansvarig för adressering.

Förutom att haIP-adresseranslutning kräver ett modem. Den måste vara ansluten till en dator för en uppringd anslutning till Internetleverantörens server. Modem tillhandahåller överföring av digital datordata via analoga telefonkanaler med hastigheter upp till 56 Kbps.

Fjärråtkomstanslutningen kan tydligt ses i figuren

digital signal

Telefonlinje (analog signal)

Du måste också köpa tid från Internet(ellertjänsteleverantör) . Organisationer som beviljar rätt till sådan anslutning kallas tjänsteleverantörer.Internet. Vanligtvis är dessa organisationer kommersiella och tillhandahåller anslutningstjänster enligt ett kontrakt.Internetleverantörer (ISP) tillhandahåller telefonlinjer som du måste ringa för att komma åt Internet.

När ett serviceavtal ingås tillhandahåller leverantören följande information.

1. Telefonnummer, enligt vilkenuppringd anslutning med en telefonlinje och ett modem.

2. Användarnamn ( logga in), som måste anges för registrering vid anslutningstillfället.

3. Lösenord ( Lösenord), ange vilket bekräftar användarnamnet.

Internetleverantörer har höghastighetsanslutningar av sina servrar till Internet (1 Mbps och högre) och kan därför tillhandahålla Internetåtkomst via telefonkanaler till hundratals och tusentals användare samtidigt. Det är viktigt att medan telefonnummer förblir gratis. Vanliga modem och ADSL-modem ansluts till datorns USB-port och till telefonjacket.

Exempel på ADSL-modem Ett exempel på ett vanligt modem

Många leverantörer som ytterligare service tillhandahålla elektroniskt Brevlåda, och du kan ta emot meddelanden från var som helst på vår planet. Om denna organisation är vetenskaplig eller pedagogisk kan den ge sina anställda och partners en gratis anslutning, men samtidigt kontrollera arten av deras arbete på webben.

Stora organisationer kopplar löpande sina lokala nätverk till Internet och blir själva en del av Internet.

Det finns många sätt att ansluta till leverantörens utrustning. Detta är en uppringd, hyrd linje, digital telefonanslutning, över nätverket kabel-tv, satellitkanaler, radiokanaler.

Datakanaler

Beroende på det fysiska mediet för dataöverföring kan kommunikationskanaler delas in i:

trådkommunikationslinjer utan isolerande och skärmande flätor;

kabel, där sådana kommunikationslinjer som partvinnade kablar, koaxialkablar eller fiberoptiska kablar används för signalöverföring;

trådlös (radiokanaler för markbunden och satellitkommunikation), med hjälp av elektromagnetiska vågor som fortplantar sig genom luften för att överföra signaler.

Trådbundna kommunikationslinjer

Trådbundna (overhead) kommunikationslinjer används för att överföra telefon- och telegrafsignaler, samt för att överföra datordata. Dessa kommunikationslinjer används som trunkkommunikationslinjer.

Trådbundna kommunikationslinjer kan användas för att organisera analoga och digitala dataöverföringskanaler. Överföringshastigheten över trådbundna linjer är mycket långsam. Dessutom inkluderar nackdelarna med dessa linjer brusimmunitet och möjligheten till en enkel obehörig anslutning till nätverket.

Kabelkommunikationskanaler

Det finns tre typer av kablar som används i datornätverk.

Tvinnat par

Kabeln används för dataöverföring med 10 Mbps och 100 Mbps.Koaxialkabel

Bandbredd - 50-100 Mbps. Den tillåtna längden på kommunikationslinjen är flera kilometer.

Fiberoptisk kabel (fiberoptisk)

Dataöverföringshastighet 3 Gbps.

Trådlöst (marksända och satellitradiokanaler)

Använd i fall av anslutning som är obekvämt placerad eller fjärransluten dator nätverk när kablage är svår eller omöjlig.

radiokanaler

Radioreläkommunikationskanaler består av en sekvens av stationer som är repeatrar. Kommunikation utförs inom siktlinjen, räckvidden mellan närliggande stationer är upp till 50 km. Digitala radiorelälinjer (CRRS) används som regionala och lokala kommunikations- och dataöverföringssystem, såväl som för kommunikation mellan cellulära basstationer.

satellitkanal

I satellitsystem Antenner används för att ta emot radiosignaler från markstationer och förmedla dessa signaler tillbaka till markstationer. I satellitnätverk Det finns tre huvudtyper av satelliter som befinner sig i geostationära, medium eller låga omloppsbanor. Satelliter skjuts upp, som regel, i grupper. Separerade från varandra kan de ge täckning av nästan hela jordens yta. Jobb satellitkanal dataöverföring visas i figuren

Det är mer ändamålsenligt att använda satellitkommunikation att organisera en kommunikationskanal mellan stationer belägna vid mycket stora avstånd, och möjligheten att betjäna abonnenter på de mest svåråtkomliga platserna. Genomströmningen är hög - flera tiotals Mbps.

Cellulära kanaler anslutningar

Mobilradiokanaler bygger på samma principer som mobiltelefonnät. cellulärär ett trådlöst telekommunikationssystem som består av ett nätverk av markbaserade sändtagarstationer och en mobilväxel (eller mobilväxel).

Internetåtkomstteknik

WiFi

Laptopanvändare kan ansluta till Internet med hjälp av trådlös teknik WiFi. Åtkomstpunkter installeras på järnvägsstationer, flygplatser och andra offentliga platser trådlös kommunikation ansluten till Internet. Inom en radie av 100 meter bärbar dator utrustad med trådlöst nätverkskort, kommer automatiskt åt Internet med hastigheter upp till 54 Mbps.

PLC

PLC är en ny telekommunikationsteknik baserad på användning av kraftnät för höghastighetsinformationsutbyte (Internet från ett uttag). Låter dig överföra data över högspänningsledningar, utan ytterligare kommunikationsledningar. Datorn ansluter till det elektriska nätverket och ansluter till Internet via samma uttag. Att ansluta till hemnätverk Nej ytterligare kablar. Olika utrustningar kan anslutas till hemnätverket: datorer, telefoner, inbrottslarm, kylskåp etc. I denna frekvensuppdelningsbaserade teknik delas en höghastighetsdataström upp i flera låghastighetsströmmar, som var och en sänds på en separat frekvens, följt av deras kombinerade till en signal. Samtidigt kan internetenheter "se" och avkoda information.

Blåtand

Bluetooth är en teknik för att överföra data över korta avstånd (mindre än 10 m). Dataöverföringshastigheten överstiger inte 1 Mbps.

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), liknande WiFi - bredbandsteknik för Internetåtkomst. WiMAX, till skillnad från traditionell radioaccessteknik, fungerar också på den reflekterade signalen, utom synfält basstation. Information kan sändas över avstånd upp till 50 km med hastigheter upp till 70 Mbps.

WiMAX uppfyller delvis villkoren för 4G-nätverk baserat på paketdataöverföringsprotokoll. 4G-familjen inkluderar teknologier som gör att data kan överföras över mobilnät med hastigheter över 100 Mbps. och förbättrad röstkvalitet. VoIP-teknik tillhandahålls för röstöverföring i 4G.

Radio Ethernet

Radio Ethernet - teknik för bredbandsaccess till Internet, ger en dataöverföringshastighet på 1 till 11 Mbps, som delas mellan alla aktiva användare. För driften av RadioEthernet-kanalen krävs direkt synlighet mellan abonnentpunkternas antenner. Radiehandlingarinnan 30 km.

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System)

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System).Dessa system kan betjäna ett område inom en radie av 50-60 km, medan direkt synlighet av operatörens sändare inte är nödvändig. Den genomsnittliga garanterade datahastigheten är 500 Kbps - 1 Mbps, men det är möjligt att tillhandahålla upp till 56 Mbps per kanal.

Mobil GPRS - Internet

Mobil GPRS - Internet. För att använda tjänsten "Mobilt Internet" med hjälp av GPRS-teknik du måste ha en telefon med inbyggt GPRS-modem och en dator. GPRS-teknik ger dataöverföringshastigheter på upp till 114 Kbps. Vid användning av GPRS-teknik är det inte tidpunkten för anslutning till Internet som debiteras, utan den totala mängden överförd och mottagen information. Du kan visa HTML-sidor, ladda ner filer, arbeta med e-post och andra Internetresurser.

Mobil CDMA-internet

MobilCDMA-internet.Netto CDMA-standard- Det här är fast och mobil kommunikation, samt höghastighetsmobilt internet. För att använda tjänsten "Mobilt Internet" med CDMA-teknik måste du ha en telefon med inbyggt CDMA-modem eller CDMA-modem och en dator. CDMA-teknik ger dataöverföringshastigheter upp till 153 Kbps eller upp till 2400 Kbps - med hjälp av EV-DO Revision 0-teknik.

För närvarande tillhandahåller CDMA-teknik tredje generationens mobilkommunikationstjänster. 3G mobil kommunikationsteknik (tredje generationen - tredje generationen) - en uppsättning tjänster som ger både höghastighets mobil tillgång till Internet och organiserar videotelefoni och mobil-tv. mobilanslutning Den tredje generationen är byggd på paketdataöverföring. Tredje generationens 3G-nätverk fungerar i 2 GHz-bandet och sänder data med hastigheter upp till 14 Mbps.

Slutsats: varje metod för att ansluta till nätverket beror på flera indikatorer, nämligen på den ekonomiska situationen, lokaliteten och behoven för förbrukningen av Internetresurser.

Kommunikationskanal är en uppsättning tekniska medel och ett fysiskt medium som kan sända sända signaler, vilket säkerställer överföringen av meddelanden från informationskällan till mottagaren.

Kanaler delas vanligtvis in i kontinuerliga och diskreta.

I det mest allmänna fallet inkluderar varje diskret kanal en kontinuerlig kanal som en integrerad del. Om påverkan av störande faktorer på överföringen av meddelanden i en kanal kan försummas, kallas en sådan idealiserad kanal kanal utan störningar . I en sådan kanal motsvarade varje meddelande vid ingången unikt ett specifikt meddelande vid utgången, och vice versa. Om påverkan av störningar i en kanal inte kan försummas, då när man analyserar funktionerna i meddelanden som sänds över en sådan kanal, modeller som kännetecknar driften av kanalen i närvaro av störningar.

Under kanalmodell avser en matematisk beskrivning av en kanal som gör att man kan beräkna eller utvärdera dess egenskaper, utifrån vilka metoder för att konstruera kommunikationssystem studeras utan att utföra experimentella studier.

Kanalen där sannolikheterna för att identifiera den första signalen med den andra och den andra med den första är desamma kallas symmetrisk .

En kanal, vars alfabet av signaler vid ingången skiljer sig från alfabetet av signaler vid dess utgång, kallas kanal med radering.

Kanalen för att sända ett meddelande från källan till mottagaren, kompletterad med en omvänd kanal, tjänar till att öka överföringens tillförlitlighet kallas feedbackkanal.

En kommunikationskanal anses vara given om informationen på meddelandet vid dess ingång är känd, liksom de begränsningar som läggs på ingångsmeddelandena av kanalernas fysiska egenskaper.

För att karakterisera kommunikationskanaler används två begrepp för överföringshastighet:

1 – teknisk överföringshastighet, som kännetecknas av antalet elementära signaler som sänds över kommunikationskanalen per tidsenhet, det beror på kommunikationslinjernas egenskaper och på kanalutrustningens hastighet:

2 – informationshastighet, som bestäms av den genomsnittliga mängden information som sänds över kommunikationskanalen per tidsenhet:

Kanal bandbredd är den maximala hastigheten för informationsöverföring över denna kanal, uppnådd med de mest avancerade metoderna för överföring och mottagning.

Föreläsning #8

Samordning av de fysiska egenskaperna hos kommunikationskanalen och signalen

Varje specifik kommunikationskanal har fysiska parametrar som bestämmer möjligheten att sända vissa signaler över denna kanal. Oavsett den specifika typen och syftet kan varje kanal karakteriseras av tre huvudparametrar:

T K – kanalåtkomsttid [s];

F K – kanalbandbredd [Hz];

НК - tillåtet överskott av signalen över brus i kanalen.

Baserat på dessa egenskaper används en integrerad egenskap - kanalvolym.

Tänk på följande fall:

För att bedöma möjligheten att sända en given signal över en specifik kanal är det nödvändigt att korrelera kanalens egenskaper med motsvarande egenskaper hos signalen:

T C – signalens varaktighet [s];

F C är frekvensbandet (spektrumbredd) för signalen [Hz];

H C är nivån för signalöverskott över interferens.

Sedan kan vi introducera konceptet signalvolym :