Основні положення передачі даних

Література

Лекція №2. Передача даних в комп’ютерних мережах

План лекції.

1. Основні положення передачі даних
2. Фізичне середовище передачі даних
3. Методи доступу в локальних мережах
4. Методи доступу в мережах із шинною топологією
5. Методи доступу в мережах з кільцевою топологією
6. Методи комутації в мережах передачі даних

1. Антонов В. М. Сучасні комп’ютерні мережі / Валерій Миколайович Антонов. – К. : МК-Прес, 2005. – 480 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" и "Информационные системы в экономике" / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. – 3-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2008. – 765 с.: ил., табл.; 24 см.
3. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. / Тетяна Михайлівна Валецька. – К. : Центр навчальної літератури, 2004. – 208 с.
4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия : [Наиболее полн. и подроб. рук.] / Михаил Гук. – СПб. : Питер, 2000.– 572 с.
5. Жуков І. А. Комп’ютерні мережі та технології: навч. посіб. для студ. вищих навч. закл. / Жуков І. А., Гуменюк В. О., Альтман І. Є.. – К. : НАУ, 2004. – 276 с. – (Комп'ютерні технології).
6. Компьютеры, сети, Интернет: Энциклопедия: Наиболее полн. и подроб. рук. / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин; Под общ. ред. Ю. Новикова. – 2. изд. – М. [ и др.]: Питер, 2003 (СПб.: ГПП Печ. Двор им. А.М. Горького). – 831 с.: ил.; 24 см.
7. Новиков Ю. В. Локальные сети: Архитектура, алгоритмы, проектирование / Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. – М.: ЭКОМ, 2002. – 311 с.: ил.; 23 см. – (Современные компьютерные технологии).
8. Оглтри Т. В. Модернизация и ремонт сетей / Терри Оглтри ; [пер. с англ. И. В. Берштейна и др.]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (ГПП Печ. Двор). – 1321 с.: ил.; 24 см. – (Библиотека Скотта Мюллера).
9. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" / В. Олифер, Н. Олифер. – 4-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2010. – 943 с.: ил.; 24 см. – (Учебник для вузов).
10. Олифер В. Г. Новые технологии и оборудование IP-сетей / Виктор Олифер, Наталья Олифер. – СПб. и др.: BHV, 2000. – 512 с.: ил., табл.; 24 см. – (Мастер) (Современные сетевые технологии).
11. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум ; [пер. с англ. В. Шрага]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Питер, 2005. – 991 с.: ил., табл.; 24 см. – (Классика computer science).
12. Ретана А. Принципы проектирования корпоративных IP-сетей: Основополагающие принципы построения масштабируемых IP-сетей: Экзамен на получение квалификации сертифиц. специалиста по межсетевому обмену CISCO / Альваро Ретана, Дон Слайс, Расс Уайт; [Пер. с англ. и ред. А.В. Журавлева]. – М. [и др.]: Вильямс, 2002. – 367 с.: ил.; 24 см. – (Сертифицированный специалист по межсетевому обмену CISCO).
13. Руководство по технологиям объединенных сетей: [настол. справ. специалиста по сетевым технологиям] / Cisco Systems, Inc. ; [пер. с англ. и ред. А.Н. Крикуна]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (СПб.: ГПП Печ. Двор). – 1033 с.: ил., табл.; 24 см.
14. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей / Эд Уилсон; [Пер. с англ. О. Труфанова]. – М.: ЛОРИ, [2002]. – 350 с.: ил., табл.; 24 см.

Передача інформації реалізується за допомогою електричних сигналів. Багато з принципів передачі носять фундаментальний характер. Вони міцно увійшли в практику не тільки систем електрозв’язку, але і обчислювальної техніки, і, звичайно, інформаційних технологій. Повідомлення для передачі з допомогою засобу електрозв’язку (так у нас прийнято називати те, що американці називають telecomunication) повинно бути заздалегідь перетворено в сигнал, під яким розуміється змінна фізична величина, адекватна повідомленню. Процес перетворення повідомлення в сигнал називається кодуванням.

Модуляція. Як краще передати електричний сигнал? По фізичних законах випромінювання електромагнітних хвиль ефективне, якщо розміри випромінювача співмірні з довжиною хвилі, що випромінюється, тому передача сигналів по радіоканалах, кабелях, мікрохвильових лініях проводиться на високих частотах (на дуже коротких хвилях). Сигнал передається на так званій “несучій” частоті.

Процес зміни параметрів несучої відповідно до сигналу, що передається на цій несучій, називають модуляцією. Модуляція основний процес або функція передавача.

До речі, таким же чином розпорядилася природа, вирішивши задачу випромінювання звукових коливань людиною. Оскільки губи людини здатні робити не більше за 10 рухів в секунду, людина може випромінювати звукові коливання частоти 10 Гц, що відповідає довжині хвилі 33 км. Розміри порожнини рота настільки малі в порівнянні з довжиною хвилі, яка випромінюється, що рух губ людини ніхто б не чує. Природа потурбувалася про голосові зв'язки, випромінюючі гармонічну несучу, яка потім модулюється за допомогою м'язів порожнини рота.

Види модуляції. Гармонічна (синусоїдальна) несуча має три інформаційних параметри, які можуть модулювати амплітуду, частоту і фазу. Відповідно до цього при передачі сигналів використовують амплітудну, частотну і фазову модуляцію, яка у разі дискретних сигналів називається маніпуляцією.

Найбільш завадостійкою, тобто несприйнятливою до завад є фазова модуляція або маніпуляція (ФМн). Це пояснюється “амплітудним” характером впливаючих завад, і фаза несучої менше за інші параметри піддається згубному впливу перешкод.

Фазоманіпульований сигнал являє собою відрізок гармонічного коливання з фазою, що змінюється на 180°. У векторній формі це можна зобразити так, як показано на рис. 2.1.а.

При векторному зображенні сигналів перешкоди також можна розглядати як випадкові вектори з випадковою амплітудою і фазою. Таке геометричне представлення сигналів і завад дозволяє легко зрозуміти, чому ФМн сигнал з двома значеннями фази виявляється найбільш завадостійким. Справа в тому, що приймач при прийомі сигналів вирішує задачу: в якій з областей рішення знаходиться сигнал (верхньої або нижньої, рис. 2.1.а). У тому випадку, коли область прийняття рішення складається тільки з двох частин, імовірність помилки найменша. Однак якщо 2ФМн сигнал переносить один сигнал, то 4ФМн переносить відразу два сигнали (мал. 2.1.б), 8ФМн чотири сигнали (мал. 2.1.в).

Демодуляція. Проходження сигналів по каналу зв'язку завжди супроводжується спотвореннями і впливом завад. Тому основною функцією приймача є розпізнання в прийнятих коливаннях переданого сигналу. Цю операцію приймач проводить в процесі демодуляції (детектування, від англійського detection – виявлення) – процесі виділення переданого сигналу, після чого він перетворюється в повідомлення.

Рис. 2.1 Фазові діаграми 2-кратної (2.1.а), 4-кратної (2.1.б), 8-кратної (2.1.в) фазової модуляції

Каналом передачі інформації називають сукупність технічних засобів, що забезпечують передачу електричних сигналів від одного пункту до іншого. Входи каналу підключаються до передавача, а виходи до приймача. Неодмінною складовою частиною будь-якого каналу являються лінії зв'язку – провідникова, кабельна, радіо, мікрохвильова, оптична, супутникова лінії.

Швидкість передачі інформації є основним параметром каналу передачі інформації і вимірюється в біт/с, або бодах. Гранично допустиме значення швидкості передачі для даного каналу називають місткістю каналу.

Оцінка швидкості передачі інформації і граничних можливостей каналу зв'язку представляє великий практичний і теоретичний інтерес, а виявлення принципових обмежень в передачі інформації є цікавою фізичною і математичною задачею.

Теорема Котельникова. Розглядаючи процес передачі інформації в загальних рисах, можна передбачити, що основними чинниками, які обмежують швидкість передачі інформації є смуга пропускання F і рівень завад.

Існує фундаментальна теорема Котельникова про “вибірки”, яка доводить, що сигнал, який не містить в своєму спектрі частот вище за F може представлятися 2F незалежними значеннями в секунду, і сукупність значень, віддалених одне від одного на Т секунд, визначає безперервний сигнал повністю.

Відмітимо, що “вибіркою” є відлік амплітуди сигналу в певний момент. (Термін “вибірки” взятий від англійського samles, теорему про вибірки називають також теоремою відліків.)

Таким чином теорема Котельникова дозволяє на інтервалі Т замінити безперервний сигнал з обмеженим спектром послідовністю його дискретних значень, причому їх треба не нескінченне число, а цілком певне, рівне 2FТ.

Рівень шумів (перешкод, завад) не дозволяє точно визначити амплітуду сигналу і вносить деяку невизначеність в значення відліків сигналу.

Максимально можлива швидкість передачі інформації по каналу зв'язку при фіксованих обмеженнях називається місткістю каналу і позначається через С і вимірюється в біт/с.