→ → Передача информации. Как данные передаются по сети С разрешения владельца

Передача информации. Как данные передаются по сети С разрешения владельца

Если вы хотите понять принцип работы интернета, необходимо разобраться, что он из себя представляет. Интернет – это всего лишь сеть передачи данных. Недаром его вторым названием является словосочетание «глобальная сеть». Она представляет собой совокупность программно-аппаратного оборудования, которое соединяется каналами связи.

К оборудованию относятся клиент, сервер и сетевое оборудование. Их назначение состоит в передаче данных, которые могут являться абсолютно любой информацией от обычного текста до длительного видео.

Под клиентом подразумевается персональный компьютер, ноутбук, телефон или любое другое устройство, которое способно отправлять запросы на получение информации из сети, принимать ответы на них и отображать их в доступном виде. Под сервером понимается то место, где информация хранится. Это базы данных, которые отвечают на запросы клиента и передают ему то, чем он интересуется. Сетевое оборудование – это канал, который соединяет сервер и клиента.

Как происходит передача информации

Если рассмотреть суть работы глобальной сети схематически, то она будет выглядеть следующим образом. Клиент направляет на сервер запрос на информацию. Этот запрос передается на обработку через сетевое оборудование на сервер. После получения сервер сформирует ответ на вопрос и отправит его обратно по сетевому оборудованию клиенту. Так получается схема взаимодействия между клиентом и сервером. Для того чтобы эта схема бесперебойно работала, сервер должен круглосуточно находиться в рабочем состоянии, иначе информация, которая хранится в его владении, будет недоступна.

Как работает сетевое оборудование

Для того чтобы клиент и сервер могли взаимодействовать между собой, используется сетевое оборудование: модемы, маршрутизаторы, коммутаторы и каналы связи.

Модем работает посредством переработки информации из цифрового вида в аналоговые сигналы и наоборот, после чего он передает ее по оптическим каналам связи.

Маршрутизаторы работают посредством хранения «таблицы маршрутизации», в которой содержатся пакеты для передачи данных и соответствующие им адреса.

Коммутатор передает информацию между устройствами, которые подключены к нему напрямую на небольшом расстоянии с помощью специального кабеля. Как правило, коммутаторы используются для создания локальных сетей, поэтому для работы в интернете применяют модемы и маршрутизаторы.

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.

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи дан­ных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) являет­ся термин канал связи (channel).

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через кото­рые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следую­щие:

§ проводные (воздушные);

§ кабельные (медные и волоконно-оптические);

§ радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и вися­щие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии исполь­зуются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехоза­щищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коак­сиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой. Витая пара существует в экранированном варианте, когда пара мед­ных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном, когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Коаксиальный кабель имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Суще­ствует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельно­го телевидения и т. п.

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.


Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радио­каналов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция, а также диапазонах сверхвысо­ких частот (СВЧ или microwaves).

В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты использу­ют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выпол­няется.

В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются воло­конно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территори­альных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей.

Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотноше­нием качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя - например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользова­телем сети.

Даже при рассмотрении простейшей сети, состоящей всего из двух машин, можно увидеть многие проблемы, присущие любой вычислительной сети, в том числе проблемы, связанные с физической передачей сигналов по линиям связи , без решения которой невозможен любой вид связи.

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код . Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр 1 и 0, например, потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю - другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной или одной полярности.

Аналогичные подходы могут быть использованы для кодирования данных и при передаче их между двумя компьютерами по линиям связи. Однако эти линии связи отличаются по своим электрическим характеристикам от тех, которые существуют внутри компьютера. Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности , а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует передачи импульсов с меньшей скоростью (чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались и импульс успел дорасти до требуемого уровня).

В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных , а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, - модуляцию (рис. 3). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.

Для преобразования данных из одного вида в другой используются модемы. Термин «модем» - сокращение от слов модулятор/демодулятор. Двоичный ноль преобразуется, например, им в сигнал низкой, а единица - высокой частоты. Другими словами, преобразуя данные, модем модулирует частоту аналогового сигнала (рис. 4).

На способ передачи сигналом влияет и количество проводов в линиях связи между компьютерами.

Передача данных может происходить происходит параллельно (рис. 5) или последовательно (рис. 6).

Для сокращения стоимости линий связи в сетях обычно стремятся к сокращению количества проводов и из-за этого используют не параллельную передачу всех бит одного байта или даже нескольких байт, как это делается внутри компьютера, а последовательную, побитную передачу, требующую всего одной пары проводов.

При соединении компьютеров и устройств используются также три различных метода, обозначаемые тремя различными терминами. Соединение бывает: симплексное, полудуп­лексное и дуплексное (рис. 7).

О симплексном соединении говорят, когда данные перемещаются лишь в одном направлении. Полудуплексное соединение позво­ляет данным перемещаться в обоих направлениях, но в разное время, и, наконец, дуплексное соединение, это когда данные следуют в обоих направлениях одновременно.

Рис. 7. Примеры потоков данных.

Другим важным понятием является переключение (коммутация) соединения.

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефон­ных аппаратов. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую (т.е. постоянное соединение) физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. По­этому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети.

Переключение соединения позволяет аппаратным средствам сети разделять один и тот же физический канал связи между многими устройствами. Два основных способа переключения соединения - пере­ключение цепей и переключение пакетов.

Переключение цепей создает единое непрерывное соединение между двумя сетевыми устройствами. Пока эти устройства взаимодействуют, ни одно другое не сможет воспользоваться этим соединением для передачи собственной инфор­мации - оно вынуждено ждать, пока соединение не освободится.

Простой пример переключателя цепей - переключатель типа А-В, служащий, чтобы два компьютера соединить с одним принтером. Чтобы один из компьюте­ров мог печатать, вы поворачиваете тумблер на переключателе, устанавливая непрерывное соединение между компьютером и принтером. Образуется соеди­нение типа «точка-точка». Как изображено на рисунке, только один компьютер может печатать в одно и то же время.

Рис. 6Переключение цепей

Большинство современных сетей, включая Интернет, используют переключение пакетов. Программы передачи данных в таких сетях делят данные на кусочки, называе­мые пакетами. В сети пакетной коммутации данные могут следовать одновременно одним пакетом, а могут - в нескольких. Данные прибудут в одно и тоже место назначения, несмотря на то, что пути, которыми они следовали, могут быть совершенно различны.

Для сравнения двух видов соединения в сети, предположим, что мы прервали канал в каждом их них. Например, отключив принтер от менеджера на рис. 6 (переставив тумблер в положение В), вы лишили его возможности печатать. Соединение с переключением цепей требует наличия непрерывного канала связи.

Рис. 7. Переключение пакетов

Наоборот, данные в сети с переключением пакетов могут двигаться различными путями. Это видно на рис. 7. Данные необязательно следуют одной дорогой на пути между офисным и домашним компьютерами, разрыв одного из каналов не приведет к потере соединения - данные просто пойдут другим маршрутом. Сети с переключением пакетов имеют множество альтернативных маршрутов для пакетов.

Коммутация пакетов - это техника коммутации абонентов, которая была специ­ально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика.

Суть проблемы заключается в пульсирующем ха­рактере трафика , который генерируют типичные сетевые приложения. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просмат­ривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вооб­ще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер - и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отно­шению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может составлять 1:50 или 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут использоваться и будут недоступны другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения раз­биваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакета­ми. Сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п.

Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мега­байт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Пакеты транспортируются в сети как независи­мые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это дается в сетях с коммутацией каналов. При этом способе время взаимодействия пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов. Тем не менее, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в едини­цу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике ком­мутации каналов.

Обычно при равенстве предоставляемой скоро­сти доступа сеть с коммутацией пакетов оказывается в 2-3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов, то есть публичная телефонная сеть.

Каждая из этих схем (коммутация каналов (circuit switching) или коммутация пакетов (packet switching)) имеет свои преимущества и недостатки, но по долгосроч­ным прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии коммута­ции пакетов, как более гибкой и универсальной.

Сети с коммутацией каналов хорошо приспособлены для коммутации данных с постоянной скоростью, когда единицей коммутации является не отдельный байт или пакет данных, а долговременный синхронный поток данных между двумя абонентами.

Как сети с коммутацией пакетов, так и сети с коммутацией каналов можно разделить на два класса по другому признаку - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.

В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем (опять же по инициативе одного из взаимодействующих пользователей) связь разрывается. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим пользователем сети. Обычно период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы - передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п.

Во втором случае сеть не предоставляет пользователю возможность выполнить динамическую коммутацию с другим произвольным пользователем сети. Вместо этого сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период[ времени. Соединение устанавливается не пользователями, а персоналом, обслуживающим сеть. Время, на которое устанавливается постоянная коммутация, меряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с коммутацией каналов часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов.

Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются телефонные сети общего пользования, локальные сети, сеть Internet.

Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы.

Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого . При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора. Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как с помощью обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных.

Асинхронная и синхронная передачи. При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня всегда поддерживают побитовую синхрони­зацию между приемником и передатчиком.

Однако при плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым каналам) для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синх­ронизации на уровне байт.

Такой режим работы называется асинхронным или старт-стопным. Другой причиной использования такого режима работы является наличие устройств, ко­торые генерируют байты данных в случайные моменты времени. Так работает кла­виатура дисплея или другого терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером.

В асинхронном режиме каждый байт данных сопровождается специальными сиг­налами «старт» и «стоп». Назначение этих сигналов состоит в том, чтобы, во-первых, известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени для выполнения некоторых функций, связанных с синхронизацией, до поступления следующего байта..

Асинхронным описанный режим называется потому, что каждый байт может быть несколько смещен во времени относительно побитовых тактов предыдущего байта

Задачи надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, в вычислительных сетях решает определенный класс оборудования. В локальных сетях это сетевые адаптеры, а в глобальных сетях - аппаратура передачи данных, к которой относятся, например, рассмотренные модемы. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи, проверяет правильность передачи по контрольной сумме и может выполнять некоторые другие операции.

Контрольные вопросы:

3. Какие линии связи используются в компьютерных сетях?

4. Какие линии связи являются наиболее перспективными?

5. Как передаются двоичные сигналы в сети? Что такое модуляция?

6. Для чего используется модем?

7. Что такое последовательная и параллельная передача данных?

8. Что такое симплексное, полудуп­лексное и дуплексное соединение?

9. Что такое коммутация соединения?

10. Какие существуют два основных способа коммутации соединения?

11. Что такое пакетная коммутация и в чем ее преимущество?

12. Когда целесообразно использовать коммутацию каналов?

13. Поясните понятия асинхронной и синхронной передачи данных?

Информация - это набор единиц и нолей, значит задача состоит в точной передаче определенной последовательности этих единиц и нолей из точки А в точку Б, от приемника к передатчику.

Это происходит либо по проводу, по которому идет электрический сигнал, (или световой сигнал в опто-волоконном кабеле), либо в беспроводном случае, этот же сигнал передается с помощью радиоволн.

Чтобы передать последовательность из единиц и нулей нужно всего лишь договориться какой сигнал будет означать единицу, а какой ноль.

Может существовать множество видов таких модуляций столько же сколько и свойств у радиоволн.

  • У волн есть амплитуда. Отлично, можно использовать изменение амплитуды несущего колебания для кодирования наших нолей и единиц - это амплитудная модуляция, в таком случае амплитуда сигнала для передачи нуля может быть (например) в два раза меньше чем для единицы.
  • У волн есть частота. Изменение частоты тоже можно использовать - это уже будет частотная модуляция, такая модуляция похожим образом представляет логическую единицу интервалом с большей частотой, чем ноль.
  • Кодирование с помощью изменений фазы несущего колебания - фазовая модуляция.
    Итак, вы разговариваете по телефону, звук попадает в микрофон, затем на преобразователь и на передатчик, передатчик излучает радиоволны модулированными, т. е. измененными так, что они несут определенный сигнал, в случае с телефоном - звуковой сигнал.

В антенне приемника, которая стоит на ближайшем доме/вышке под воздействием радиоволн возникают электрические колебания той же частоты, что и у радиоволны, приемник принимает сигнал, ну а дальше в дело вступает еще куча преобразователей передатчиков приемников и проводов между ними...

Принцип тот же, что и у радио, это практически одно и тоже. Для передачи информации используются электрмагнитные волны радиочастот (то есть с очень большой длиной волны). У волны выбирается какая-то характеристика (амплитуда или частота). Затем происходит так называемая модуляция. Грубо говоря (очень упрощенно) в случае мобильной связи характеристика исходной волны, несущей сигнал, ставится в соответствие с характеристикой акустической волны, то есть фактически с помощью информации, содержащейся в исходной волне, вашим телефоном создаются звуковые волны, которые способны воспринимать ваши уши.

Пусть изменяемый параметр волны несущего сигнала - частота, для примера. На пальцах: вот тут частота n Гц, тут m Гц, тогда этим частотам в соответсвие ставятся частоты звуковой волны, и уже вибратор в телефоне создает жти самые звуковые волны.

Ответить

Прокомментировать

В электронных устройствах существуют АЦП. И ЦАП. Первое преобразует аналоговый сигнал (звук) в цифру, а второе наоборот. Момент работы с цифрой - модуляция. Есть еще теорема Котельникова, которая говорит о том, что любой сигнал можно представить как сумму массива цифры от специальной функции sinc. В основном она и заточена уже в ПО. Для сглаживания сигнала или подавления мерцающих помех используют преобразование Фурье, и поиск максимального соотношения сигнал/(шум+помеха). Есть еще по критерию максимума и минимума (смысл просто в том, относительно чего считаем). Сглаживание - итеративное соединение значений i-х цифр (значений цифрового сигнала, то-есть обычной функции, например синуса) с определенным шагом h. Меньше h, больше i - лучше сглаживание. Но медленнее работа алгоритма.

Все пишут про телефонные разговоры, половина из всех пишет уже на полупрофессиональном "сленге"... Попросили же - как для абсолютных нулей в этом... Эх... Хоть мой ответ будет в самом низу, и до него никто не дойдет, считаю своим священным долгом рассказать:D

Про телефонию тут уже рассказали, а вот про блютуз и вайфай - нет. А там довольно интересно. Технология и там и там одинаковая: используются радиоволны определенного диапазона (все жестко регламентированно). Устройство А берет информацию, пляшет над ней с бубном, преобразует в 1010001, например, и отправляет радиоволнами, а устройство Б преобразует радиоволны в 1010001, пляшет обратный танец с бубном и получает исходную информацию. А теперь немного подробностей веселым и понятным языком:

Зашла Алиса в кафе Боба (ваш телефон оказался с вами в кафе с вайфаем или у друга в гостях). Она выключила музыку, сняла наушники (вы включили вайфай на телефоне), и сразу же услышала, как Боб с прилавка орет на всю кафешку так, что на улице слышно:

Меня зовут Боб (Wi-Fi сеть "Боб"), я рядом (Уровень сигнала: отличный), после кофе меня до сих пор штырит (Скорость передачи: 24,3 Mbps), я предохраняюсь (Безопасность: WPA2 PSK) и не даю незнакомцам (Защищено паролем).

"Какой-то озабоченый придурок... Ну, всяко лучше, чем никого", - подумала Алиса и поздоровалась (подключаясь к вайфаю, ваш телефон первым делом представляется).

Боб на нее посмотрел, подозрительно прищурился и спросил (введите пароль): "Мы ведь не встречались раньше, чего надо?"

"Для продавца в кафе это как-то слишком грубо...", - отметила про себя Алиса, но не стала хамить в ответ, а просто обиженым тоном сказала, что зашла купить кофе с пончиком.

А, простите, пожалуйста! У меня так мало посетителей-ПОКУПАТЕЛЕЙ в последнее время, в основном только школяры приходят поглазеть. Да и день в целом плохой, вот и сорвался нечаянно... Вы, Бога ради, не принимайте близко к сердцу, присаживайтесь, я сейчас все сделаю. Кстати, вот вам наша скидочная карта!

(После проверки пароля, если все верно, роутер выдает вашему телефону ID (как наклейку на лоб повесить - он вас будет узнавать с первого взгляда), и потом говорит ключ шифрования передаваемой информации)

Мноие представляют себе передачу информации радиоволнами как "Из точки А в точку Б. По прямой". На самом деле роутер посылает сигнал во все стороны. Ваш телефон, находясь "в зоне поражения" ловит его и отвечает тоже во все стороны. Роутер ловит сигнал, и т.д. В связи с этим (нет нескольких прямых подключений, а просто огромное облако перемешанных радиоволн) все устройства, посылающие информацию, каждый раз представляются, называют адресата и только потом говорят информацию.

То есть и Алиса и Боб будут всегда орать во весь голос (даже если рядом друг с другом) что-то вроде "Алиса Бобу [лырашубвлоубцло (зашифрованная информация)]", "Боб Алисе [фталлк]", "Боб Всем [Меня зовут Боб (и далее по тексту)]", "Боб Саре [аоыоароаоа]".

Блютуз и телефония работают так же, просто отличаются протоколы (правила, по которым стороны представляются, договариваются и взаимодействуют в целом).

Коротко для непрофессионалов:
1) Передача сигнала через эфир (без проводов) возможна ввиду наличия такого физического явления, как электромагнитные волны, или, короче, радиоволн. (Собственно без них даже жизнь невозможна - это одна из основ природы). Человечество более 100 лет назад научилось использовать радиоволны для передачи информации.
2) Как происходит в подробностях объяснить очень сложно и долго, хотя некоторые тут попытались. Ну вот я тоже попробую. Цифровые сигналы (нули и единицы) специальным образом кодируются, шифруются и преобразовываются. Из набора цифр удаляется избыточная информация (например, много нулей или единиц подряд нет смысла передавать, можно передать только информацию о том, сколько их), потом они специальным образом перемешиваются и добавляется немного избыточной информации - это для возможности восстановления утерянных данных (ошибки при передаче неизбежны), далее они модулируются. В модуляторе определённому набору единиц и цифр присваивается определённое состояние радиоволны (чаще всего это состояние фазы и амплитуды). Чем меньшую последовательность цифр мы кодируем, тем больше помехозащищенность, но меньшее количество информации можно передать за единицу времени (то есть скорость передачи информации будет меньше). Далее сигнал переносится на нужную частоту и оправляется в эфир. На приёмнике происходит обратное преобразование. В реальности для разных протоколов передачи информации добавляются свои дополнительные заморочки: шифрование, защитное кодирование, нередко модулированный сигнал ещё раз перемодулируется (иерархические модуляции). И всё для того, чтобы повысить скорость и качество передачи информации. Чем больше заморочек, тем больше цена устройств, но, когда какой-то протокол передачи информации становится массовым и стандартным, цена на чипы начинает падать, и устройства дешевеют. Так вот Wi-max так толком и не запустили - никак не могли инженеры различных фирм договориться о стандартизации, а LTE быстренько пошёл в массы.
Отличие передачи цифровых сигналов от аналоговых также в том, что цифровые передаются пакетами. Это позволяет работать на одной частоте приёмнику и передатчику по-очереди, а также распределять сигнал между несколькими пользователями одновременно так, что они этого обычно и не замечают. Некоторые протоколы позволяют работать нескольким разным передатчикам на одной частоте, а методы модуляции "справляются" с большой зашумлённостью и с проблемами многолучевого приёма (это когда на приёмник попадает несколько переотражённых копий одной радиоволны, что особенно характерно для городов).
Аналоговые сигналы (изображение и звук) перед передачей по цифровым каналам связи предварительно оцифровываются, то есть переводятся в последовательность нулей и единиц, над которыми, кстати, тоже "издеваются": удаляют излишнюю информацию, кодируют от ошибок и т.д.
Цифровые методы передачи информации позволяют нам эффективнее и экономичнее использовать ограниченный природный ресурс - радиочастотный спектр (совокупность всех возможных радиоволн), но, знаете (всплакнём), если когда-либо инопланетяне обнаружат наши цифровые сигналы, то вряд ли они их раскодируют и поймут - очень уж всё "закручено". По этой же причине мы скорее всего не разберём их сигналы.

О основных принципах передачи тут рассказали (ЦАП, АЦП, кодирование, радиоволны, модуляция и прочие прибамбасы радиофизики и радиотехники), но почему возможна передача?
Если в целом понятно, как происходит передача информации по обычному проводу (допустим электрический сигнал через ЮЗБ кабель), то распространение радиоволн процесс во многом зависящий от многих параметров среды и конфигурации самой волны (частота/ длина волны).
К примеру передача информации в оптоволоконнных сетях возможна благодаря явлению полного внутреннего отражения света(свет, как мы знаем, частично волна).

Некоторый волны распространяются (скажем грубо) прямо от источника к приемнику. Это так называемая область прямой видимости. Тут припишем телевидение и упомянутую в вопросе мобильную связь. Ну и всеми любимый вайфай. Используемые в них радиоволны относятся к УКВ диапазону (ультракороткие волны), а следовательно к СВЧ (сверх высокие частоты).
От чего зависит возможность распространения этого диапазона? Опять же от наличия препятствий. Различные препятствия (стены, потолки, мебель, металлические двери и т.д.), расположенные между Wi-Fi и устройствами, могут частично или значительно отражать/поглощать радиосигналы, что приводит к частичной или полной потере сигнала.

В городах с многоэтажной застройкой основным препятствием для радиосигнала являются здания. Наличие капитальных стен (бетон+арматура), листового металла, штукатурки на стенах, стальных каркасов и т.п. влияет на качество радиосигнала и может значительно ухудшать работу Wi-Fi-устройств.

Из-за чего это происходит? Открываем школьный учебник физики и находим явление дифракции, основным условие которого является соизмеримость длины волны с размером препятствий. У того же 4g длина волны составляет 1 см до 10 см(а теперь давайте прикинем высоту и длину стен пятиэтажки). Поэтому вышки мобильной связи стараются располагать выше городских зданий для того, чтобы волны не только огибали препятствия (дифракция), но буквально падали нам на голову.

Но не забываем еще о мощности сигнала! У маломощного сигнала больше вероятность попасть в небытие, чем у мощного.

Передача данных - процесс переноса данных в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу. Словари упоминают заимствование (1640-е) учеными кругами латинского слова datum, означающего «вещь», «данность». Философия обосновывает связь понятий информации, знания, данных, свободы, приводит примеры. Высота горы преимущественно выступает данными. Параметр измеряют альтиметром, заполняют базы. Полученная информация, приняв конкретный облик, украшает книгу, изучаемую альпинистом. Бывалый горец придумывает лучший способ покорить вершину. Понимание особенностей процесса уже становится знанием.

Немедля появляется свобода выбора. Альпинист волен решать, принимая ответственность. Имеются группы, не вернувшиеся назад.

Виды данных

Исторически информацию представляли множеством способом. Оставим историкам иероглифы папирусов, разберем современные методики. Наибольший отпечаток наложило развитие электричества. Научись человек передаче мысли, символика вышла бы иной…

Аналоговый сигнал

Первыми попытками измерить аналоговые величины назовем опыты Вольты, измерявшего напряжение, ток. Следом сопротивление проводника сумел оценить Ом, Георг Ом. Каждый раз использовались аналоговые величины. Представление характеристик объекта в виде тока, напряжения дало мощный толчок развития современному миру. Электронно-лучевой кинескоп яркостью пикселей трех цветов отображает достаточно наглядную картинку.

Причины ухода от аналогового сигнала выявила Вторая мировая война. Система Зеленый шершень умела отлично шифровать информацию. 6-уровневый сигнал сложно назвать цифровым, однако намечается явный уклон. Исторически первой попыткой передачи бинарного кода назовем опыты Шиллинга 1832 года с телеграфом. Стремясь снизить количество соединяющих абонентов проводов, дипломат припомнил предложенные священниками методики двоичного счисления. Однако внедрение цифровой передачи потребовало от человечества пройти путь свыше полутора столетий.

Двоичный цифровой код

Двоичное счисление общеизвестно. Аналоговую величину представляют дискретным числом, затем производят кодирование. Полученный набор нулей, единиц обычно разбивают словами длиной 8 бит. Так, например, первые операционные системы Windows были 16-битными, графический модуль процессора обрабатывал числа с плавающей запятой разрядностью повыше. Еще более длинные слова используют специализированные вычислители графических карт. Специфика системы определяет конкретный способ представления информации.

Передача данных позволяет человечеству идти вперед быстрее. Люди обладают неодинаковыми способностями. Необязательно лучший сборщик, хранитель информации сможет извлечь выгоду (для себя, планеты, города…). Разумнее передать. Современный мир называют эпохой цифровой революции. Исторически оказалось, что двоичные данные передавать проще, появляется набор специфических возможностей:

  1. Исправление ошибок.
  2. Шифрование.
  3. Упрощение физических линий.
  4. Более эффективное использование спектра, снижение мощности передатчика, удельной плотности потока энергии.
  5. Распознавание ошибок (EDC, 1951).
  6. Возможность точного повтора, воспроизведения.

Вторая половина XX века дала сотни методик оцифровки аналоговых объектов. Главным признаком двоичного сигнала является дискретность. Аналоговую величину доподлинно передать код бессилен. Однако шаг дискретизации стал столь малым, что погрешностью пренебрегают. Яркий пример – изображения формата Full HD. Большое разрешение экрана гораздо лучше передает мелкие нюансы объекта. На некотором этапе разрешение цифровой техники обгоняет физиологические возможности человеческого зрения.

Значения термина

  1. Передача сведений.
  2. Компьютерная программа для Windows Phone, обеспечивающая копирование контактов меж мобильными устройствами.
  3. Научно-популярная программа с Марией Бачениной.

Этиология

Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.

Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».

Идея открытости

Идея свободного доступа к информации выдвинута отцом социологии, Робертом Кингом Мертоном, наблюдавшим Вторую мировую войну. Начиная 1946 годом, подразумевает передачу, хранение компьютерной информации. 1954 добавил возможность обработки. В декабре 2007 года желающие обсудить проблему собрались (Себастопол, Калифорния) и осмыслили программное обеспечение с открытым кодом, интернет, потенциал концепции массового доступа. Обама принял Меморандум о прозрачности и открытости действий правительства.

Осознание человечеством реального потенциала цивилизации сопровождается призывами совместно решать проблемы. Концепция открытости данных широко обсуждается документом (1995) Американского научного агентства. Текст затрагивает геофизику и экологию. Общеизвестен пример корпорации ДюПонт, использовавший некоторые спорные технологии производства Тефлона.

Термины

Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.

Передача информации – цифровой поток бит.

Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.

Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.

Формат – способ представления информации.

Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.

Каналы (способы)

Информация, распространяясь, преодолевает среду:

  • Медный кабель: RS-232 (1969), FireWire (1995), USB (1996).
  • Оптическое волокно.
  • Эфир (беспроводная передача).
  • Шины компьютера.

Специфика среды накладывает особенности. Немногим известно, что электрический ток разносится также электромагнитной волной. Проводимость воздуха намного ниже, что накладывает специфику. Разница нивелируется ионизацией – явлением, знакомым сварщикам. Процессы, сопровождающие движение электромагнитной волны, лишены научного объяснения. Физики просто констатируют факт, описывая явление набором сведений.

Долгое время разные частоты считали явлениями несвязными: свет, тепло, электричество, магнетизм. Важно понять: набор сред рожден эволюцией техники. Наверняка откроют иные методы передачи данных. Реализации сред различны, набор стандартов определен спецификой. Локальные соединения часто пользуются технологией WiFi, опирающейся на протокол канального уровня IEEE 802.11. Сотовые операторы применяют совершенно иные – GPS, LTE. Причем мобильные сети активно начинают внедрять IP, замыкая круг, унифицируя стиль использования цифрового оборудования.

Зачем много протоколов? Особенности реализации передачи данных через WiFi бессильны покрыть значительные расстояния. Лимитированы мощности передатчиков, структуры пакетов иные. Bluetooth вовсе ограничивает основные возможности передачей пары файлов с компьютера на телефон.

Форматирование

Физики быстро убедились: напрямую информация передается средой плохо. Медный провод может нести речь, однако эфир быстро убивает низкочастотные колебания. Попов первым догадался модулировать несущую полезной информацией – азбукой Морзе. Смысл включает изменение амплитуды радиоволны согласно закону сообщения так, чтобы принимающий абонент мог послание извлечь, воспроизвести.

Развивающееся вещание вызвало необходимость совершенствования методик оснащения несущей волны полезной информацией. В поздние 20-е годы Армстронг предложил слегка варьировать частоту, закладывая фундамент сообщения. Новый тип модуляции улучшил качество звука, успешно противостоя помехам. Меломаны немедля оценили новинку.

Военная система Зеленый шершень применяла дискретную методику частотной манипуляции – мгновенная смена частоты согласно закону передаваемого сообщения. Воющие стороны оценили преимущества связи. Внедрению мешали громадные размеры оборудования (1000 тонн). Изобретение транзисторов изменило ситуацию. Передача данных становилось цифровой.

Основу сетей заложил американский ARPANET. С ПК на ПК стали передавать пакеты. Тогда в сети начали применяться первые цифровые протоколы. Сегодня IP захватывает сегмент мобильной связи. Телефоны получают собственные адреса.

Слои протоколов

Передача цифровых данных модемом реализована в 1940 году. Сети появились 25 лет спустя.

Усложняющиеся системы связи потребовали введения новых методик описания процесса взаимодействия компьютерных систем. Концептуальная модель OSI вводит понятие протокольных (абстрактных, реально не существующих) слоев. Структура создана усилиями инженеров Международной организации по стандартизации (ISO), регламентирована стандартом ISO/IEC 7498-1. Параллельную работу вел французский комитет CCITT. В 1983 году разработанные документы объединили, получив модель протокольных слоев.

Концепция 7-слойной структуры представлена работами Чарльза Бэчмана. Модель OSI включает опыт разработки АRPANET, EIN, NPLNet, CYCLADES. Линейка полученных слоев взаимодействует по вертикали с соседями: верхний использует возможности нижнего.

Важно! Каждому уровню OSI соответствует набор протоколов, определяемый используемой системой.

В компьютерных линиях совокупность протоколов подразделяют на слои. Бывают:

  1. Физический (биты): USB, RS-232, 8P8C.
  2. Канальный (кадры): PPP (включая PPPoE, PPPoA), IEEE 802.22, Ethernet, DSL, ARP, LP2P. Устаревшие: Token Ring, FDDI, ARCNET.
  3. Сетевой (паеты): IP, AppleTalk.
  4. Транспортный (датаграммы, сегменты): TCP, UDP, PORTS, SCTP.
  5. Сеансовый: RPC, PAP.
  6. Представительский: ASCII, JPEG, EBCDIC.
  7. Прикладной: HTTP, FTP, DHCP, SNMP, RDP, SMTP.

Физический слой

Зачем разработчикам сто стандартов? Многие документы появились эволюционно, согласно возрастающим требованиям. Физический слой реализуют набором коннекторов, проводов, интерфейсов. Например, экранированная витая пара способна передавать высокие частоты, делая возможным реализацию протоколов битрейтом 100 Мбис/с. Оптоволокно пропускает свет, производится дальнейшее расширение спектра, возникают гигабитные сети.

Физический слой заведует схемами цифровой модуляции, физическим кодированием (формированием несущей, закладкой информации), опережающей коррекцией ошибок, синхронизацией, мультиплексированием каналов, выравниванием сигнала.

Канальный слой

Каждый порт управляется собственными машинными командами. Канальный слой показывает, как реализовать передачу форматированной информации, используя имеющееся железо. Например, PPPoЕ содержит рекомендации организации протокола PPP средствами сетей Ethernet, используемый традиционно порт – 8P8C. Эволюционной борьбой «эфирная сеть» смогла подавить соперников. Изобретатель концепции, основатель компании 3СОМ, Роберт Меткалф, сумел убедить несколько крупных производителей (Интел, DEC, Ксерокс) объединить усилия.

Попутно совершенствовались каналы: коаксиальный кабель → витая пара → оптическое волокно. Изменения преследовали цели:

  • удешевления;
  • повышения надежности;
  • внедрения дуплексного режима;
  • повышения помехоустойчивости;
  • гальванической развязки;
  • питания устройств посредством сетевого кабеля.

Оптический кабель повысил длину сегмента меж регенераторами сигнала. Канальный протокол больше описывает структуру сети, включая методы кодирования, битрейт, количество узлов, режим функционирования. Уровень вводит понятие кадра, реализует схемы расшифровки адреса MAC, детектирует ошибки, повторно отправляет запрос, контролирует частоту.

 

 
Это интересно: