Теоретические основы передачи данных
Любой сигнал можно рассматривать как функцию времени, или как функцию частоты. В первом случае эта функция показывает, как меняются впоследствии параметры сигнала, например, напряжение или ток. Если эта функция имеет непрерывный характер, то говорят о непрерывном сигнале. Если эта функция имеет дискретный вид, то говорят о дискретном сигнале.
Частотное представление функции основано на том факте, что любая функция может быть представлена в виде ряда Фурье
(1),
где 
- частота, an,bn – амплитуды n-ой гармоники.
Характеристику канала, который определяет спектр частот, которые физическая среда, из которой сделана линия связи, которая образует канал, пропускает без существенного снижения мощности сигнала, называют полосой пропускания.
Максимальную скорость, из которой канал способен передавать данные, называют пропускной способностью канала или битовой скоростью.
В 1924 Найквист открыл взаимосвязь между пропускной здатностью канала и шириной его полосы пропускания.
Теорема Найквиста
где 
– максимальная скорость передачи H - ширина полосы пропускания канала, выраженная в Гц, М - количество уровней сигнала, которые используются при передаче. Например, из этой формулы видно, что канал с полосой 3 кГц не может передавать двухуровневые сигналы быстрее 6000 бит/сек.
Эта теорема также показывает, что, например, бессмысленно сканировать линию чаще, чем удвоена ширина полосы пропускания. Действительно, все частоты выше этой отсутствуют в сигнале, а потому вся информация, необходимая для возобновления сигнала будет собрана при таком сканировании.
Однако, теорема Найквиста не учитывает шум в канале, который измеряется как отношение мощности полезного сигнала к мощности шума: S/N. Эта величина измеряется в децибелах: 10log10(S/N) dB. Например, если отношение S/N равняется 10, то говорят о шуме в 10 dB если отношение равняется 100, то - 20 dB.
На случай канала с шумом есть теорема Шенона, по которой максимальная скорость передачи данные по каналу с шумом равняется:
H log2 (1+S/N) бит/сек,
где S/N - соотношение сигнал-шум в канале.
Здесь уже не важно количество уровней в сигнале. Эта формула устанавливает теоретический предел, который редко достигается на практике. Например, по каналу с полосой пропускания в 3000 Гц и уровнем шума 30 dB (это характеристики телефонной линии) нельзя передать данные быстрее, чем со скоростью 30 000 бит/сек.
Методы доступа и их классификация
Метод доступа (accessmethod) – это набор правил, которые регламентируют способ получения в пользование (“восторгу”) среды передачи. Метод доступа определяет, каким образом узлы получают возможность передавать данные.
Выделяют следующие классы методов доступа:
- селективные методы
- состязательные методы (методы случайного доступа)
- методы, основанные на резервировании времени
- кольцевые методы.
Все методы доступа, кроме состязательных, образуют группу методов детерминированного доступа. При использовании селективных методов для того, чтобы узел мог передавать данные, он должен получить разрешение. Метод называется опросом (polling), если разрешения передаются всем узлам по очереди специальным сетевым оборудованием. Метод называется передачей маркера (token passing), если каждый узел по завершении передачи передает разрешение следующему.
Методы случайного доступа (random access methods) основаны на “соревновании” узлов за получение доступа к среде передачи. Случайный доступ может быть реализован разными способами: базовым асинхронным, с тактовой синхронизацией моментов передачи кадров, с прослушиванием канала перед началом передачи (“слушай, прежде чем говорить”), с прослушиванием канала во время передачи (“слушай, пока говоришь”). Могут быть использованы одновременно несколько способов из перечисленных.
Методы, основанные на резервировании времени, сводятся к выделению интервалов времени (слотов), которые распределяются между узлами. Узел получает канал в свое распоряжение на всю длительность выделенных ему слотов. Существуют варианты методов, которые учитывают приоритеты - узлы из больше высоким приоритетам получают большее количество слотов.
Кольцевые методы используются в ЛВМ с кольцевой топологией. Кольцевой метод вставки регистров заключается в подключении параллельно к кольцу одного или нескольких буферных регистров. Данные для передачи записываются в регистр, после чего узел ожидает межкадрового промежутка. Потом содержимое регистра передается в канал. Если во время передачи поступает кадр, он записывается в буфер и передается после своих данных.
Различают клиент-серверные и одноранговые методы доступа.
Клиент-серверные методы доступа допускают наличие в сети центрального узла, который управляет всеми другими. Такие методы распадаются на две группы: с опросом и без опроса.
Среди методов доступа с опросом наиболее часто используемый “опрос с остановкой и ожиданием” и “непрерывный автоматический запрос на повторение” (ARQ). Во всяком случае первичный узел последовательно передает узлам разрешение на передачу данных. Если узел имеет данные для передачи, он выдает их в среду передачи, если нет - или выдает короткий пакет данных типа “данных нет”, или просто ничего не передает.
При использовании одноранговых методов доступа все узлы равноправные. Мультиплексна передача со временным делением - наиболее простая одноранговая система без приоритетов, что использует твердое расписание работы узлов. Каждому узлу выделяется интервал времени, в течение которого узел может передавать данные, причем интервалы распределяются поровну между всеми узлами.
Аналоговые каналы передачи данные.
Под каналом передачи данные (КПД) понимается совокупность среды передачи (среды распространения сигнала) и технических средств передачи между канальными интерфейсами. В зависимости от формы информации, которая может передавать канал, различают аналоговые и цифровые каналы.
Аналоговый канал на входе (и, соответственно, на выходе) имеет непрерывный сигнал, те или другие характеристики которого (например, амплитуда или частота) несут переданную информацию. Цифровой канал принимает и выдает данные в цифровой (дискретной, импульсной) форме.
