интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Как осуществляется передача данных по каналу связи, соединяющему два соседних узла сети?

Кратко термин данные определяет единицы, передающие значение или смысл. Непрерывные (аналоговые) данные имеют непрерывно изменяемые в некотором интервале времени значения. В качестве примеров аналоговых данных можно привести изменяющийся во времени звук или изменяющееся изображение, а также информацию, собираемую о температуре и давлении с помощью различных датчиков. Дискретные данные имеют дискретные значения. Их примерами могут служить текст и числа.

В системах связи данные передаются из одной точки в другую с помощью электрических сигналов. Аналоговый сигнал является постоянно изменяющейся электромагнитной волной, которая в зависимости от ее частоты может передаваться в различных средах. Примерами таких сред могут служить обычный провод, витая пара, коаксиальный кабель, оптико-волоконный кабель, атмосфера. Дискретный сигнал, в частности, представляет собой последовательность импульсов напряжения, которая может передаваться по проводу. При этом, уровень постоянного положительного напряжения может представлять двоичную 1, а уровень постоянного отрицательного напряжения может представлять двоичный 0.

Любые данные (как непрерывные, так и дискретные) могут быть представлены и, следовательно, переданы с помощью как аналоговых, так и дискретных сигналов.

Непрерывные данные могут быть представлены непосредственно электромагнитным сигналом. Лучшим примером этого является простой телефон. Здесь на входе звук преобразуется в электромагнитный сигнал, который на выходе с помощью обратной процедуры вновь преобразуется в звук.

Дискретные данные также могут быть представлены напрямую с помощью дискретных сигналов (например, в бинарной форме уровней напряжения), что и используется сегодня в дискретных компьютерах. Однако дискретные данные могут быть представлены и аналоговыми сигналами с помощью такого устройства, как модем (модулятор/демодулятор). Это устройство на входе линии связи преобразует серию бинарных (два уровня) импульсов напряжения в аналоговый сигнал путем определенной модуляции его несущей частоты. Формируемый таким образом аналоговый сигнал передается по приемлемой для модулируемой частоты среде (обычно используется полоса частот телефонных линий, предназначенных для передачи речи). На другом конце линии связи аналогичный модем с помощью процедуры демодуляции извлекает оригинал дискретных данных в виде последовательности импульсов напряжения.

Наконец, с помощью операции преобразований сигналов, схожей. с выполняемой модемом модуляции/демодуляции, можно для передачи непрерывных данных использовать цифровые сигналы. Примером такого рода преобразователей, используемых в настоящее время при цифровой передаче речи, является кодек (кодер/декодер). На одном конце дискретной линии связи это устройство преобразует аналоговый сигнал, соответствующий речевым данным, в поток двоичных 1 и 0. На выходе линии аналогичный кодек реконструирует поток бит в речевые данные.

В основе передачи аналоговых сигналов лежит передача непрерывного сигнала постоянной частоты, называемого несущим сигналом. Дискретные данные при передаче по аналоговым линиям связи модулируются изменением одной из трех характеристик несущего сигнала: амплитуды, частоты или фазы (или их некоторой комбинацией).

Наиболее общим примером использования дискретных сигналов для передачи непрерывных данных является оцифровывание речи. Оцифровывания непрерывного сигнала осуществляются путем его разбиения на части со скоростью, превышающей более чем вдвое частоту оригинала.

Основными достоинствами современной цифровой передачи данных по сравнению с традиционной аналоговой являются, во-первых, относительная дешевизна использования дискретных сигналов, а во-вторых, их меньшая подверженность воздействию шумов, а следовательно, и большая сопротивляемость к возможному искажению передаваемой информации. Основным же недостатком цифровой передачи по сравнению с аналоговой является более быстрое затухание сигнала при его движении в передающей среде. Затухание дискретного сигнала усиливается как при увеличении расстояния, так и при увеличении частоты смены двоичных импульсов напряжения.

Для устранения негативных последствий затухания сигналов в дискретных системах передачи данных через определенное расстояние используются устройства-повторители, которые, получая затухающий сигнал, полностью восстанавливают содержащиеся в нем данные (состоящие из 0 и 1) и передают далее восстановленный и усиленный сигнал. Такая технология выгодно отличается от использования для борьбы с затуханием сигналов в традиционных аналоговых системах передачи данных устройств-усилителей, которые через определенное расстояние усиливают передаваемый сигнал. Простое усиление энергии принятого сигнала увеличивает также и наложенные на него компоненты шума. В этом случае, проходя значительное расстояние через каскад усилителей, смысловое содержание сигнала все более и более теряется. Поэтому современная технология передачи дискретных данных с помощью непрерывных сигналов также использует аналоги устройств-повторителей, которые извлекают из аналогового сигнала дискретные данные, восстанавливая их, а затем генерируют и передают далее новый, чистый аналоговый сигнал.

Как в локальных, так и в крупномасштабных сетях имеются случаи, когда пропускная способность передающей среды превышает требуемую для передачи единичного сигнала. Экономичное использование высокоскоростного магистрального канала связи для одновременной передачи по нему нескольких сигналов известно как мультиплексирование.

Использование мультиплексирования с разделением частот (FDM) основывается на том, что общая полоса полезных частот одного высокоскоростного канала связи разделяется на несколько непересекающихся под полос, называемых каналами. В рамках каждого из каналов осуществляется независимая передача только одного сигнала со своей несущей, а общее число одновременно передаваемых сигналов определяется количеством каналов.

Мультиплексирование с временным разделением (TDM) основывается на том, что скорость передачи двоичных данных по магистральному каналу значительно превосходит требуемую скорость для передачи единичного дискретного сигнала. В этом случае порции нескольких дискретных сигналов могут поочередно передаваться по общей среде, тем самым совместно используя ее. Последовательность временных интервалов использования общей передающей среды определенным сигналом, по аналогии с FDM, называется каналом.

Следует отметить, что существуют случаи совместного применения FDM и TDM. Общая полоса частот передающей среды может быть разбита на несколько частотных каналов, каждый из которых далее подразделяется на подканалы с помощью временного разделения.

Основным требованием для цифровой передачи данных является то, чтобы получатель знал момент начала и временной период передачи каждого получаемого бита. Самая старая и простейшая схема обеспечения выполнения данного требования получила название асинхронной передачи. В такой схеме данные передаются по одному символу (5 или 8 бит) за раз. Каждому передаваемому символу предшествует передача стартового кода, а за передачей символа следует передача стопового кода.

При синхронной передаче данных блоки символов или бит пересылаются без стартовых и стоповых кодов, что является более эффективным. В этой схеме точное время посылки и прибытия каждого бита блока предсказывается, а это требует наличия определенного механизма синхронизации передатчика и приемника. Для того чтобы приемник мог определить начало и конец блока передаваемых данных, каждый блок снабжается заголовком и концевиком. Данные, обрамленные заголовком и концевиком, получили название пакета. Содержание заголовка и концевика зависит от того, какая используется схема построения блока (байт-ориентированная или бит-ориентированная).

В байт-ориентированной схеме заголовок и концевик представляют собой один или несколько синхронизирующих символов, двоичное представление которых не совпадает с двоичным кодом ни одного из передаваемых в блоке информационных символов. В настоящее время байт-ориентированная схема синхронизации полностью вытеснена более эффективной и гибкой бит-ориентированной схемой, в которой битовые блоки передаваемой информации с помощью специальных приемов оформления в пакет выделяются в общем потоке непрерывно передаваемых от передатчика приемнику битов.