Скорость передачи данных по каналу. Большая энциклопедия нефти и газа. Методы доступа и их классификация

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.

Относится к процессу передачи данных между двумя или более цифровыми устройствами. Данные передаются с одного устройства на другое в аналоговом или цифровом формате. В принципе, передача данных позволяет устройствам или компонентам внутри устройств разговаривать друг с другом.

Как работает передача данных между цифровыми устройствами?

Данные передаются в виде бит между двумя или более цифровыми устройствами. Для передачи данных между цифровыми устройствами используются два метода: последовательная передача и параллельная передача. Последовательная передача данных посылает бит данных один за другим по одному каналу. Параллельная передача данных одновременно отправляет несколько битов данных по нескольким каналам.

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 .

Когда данные отправляются или принимаются с использованием, биты данных организованы в определенном порядке, поскольку их можно отправлять только один за другим. Порядок бит данных важен, поскольку он диктует, как передача организована, когда она получена. Он рассматривается как надежный метод передачи данных, поскольку бит данных отправляется только в том случае, если предыдущий бит данных уже принят.

Скорость передачи данных

Пример передачи последовательных данных. Серийная передача имеет две классификации: асинхронную и синхронную. Асинхронная последовательная передача. Биты данных могут быть отправлены в любой момент времени. Стоповые биты и стартовые биты используются между байтами данных для синхронизации передатчика и приемника и обеспечения правильной передачи данных. Время между отправкой и получением битов данных не является постоянным, поэтому промежутки используются для обеспечения времени между передачами.

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.

Преимущество использования асинхронного метода заключается в том, что между передатчиком и приемными устройствами не требуется никакой синхронизации. Это также более экономичный метод. Недостатком является то, что передача данных может быть медленнее, но это не всегда так.

Протокол передачи данных

Синхронная последовательная передача. Биты данных передаются как непрерывный поток во времени с помощью главного тактового сигнала. Передатчик и приемник данных работают с синхронизированной тактовой частотой; поэтому стартовые биты, стоповые биты и пробелы не используются. Это означает, что данные движутся быстрее, а ошибки синхронизации реже, поскольку время передачи и приемника синхронизируется. Однако точность данных сильно зависит от синхронизации синхронизации между устройствами. По сравнению с асинхронной последовательной передачей этот метод обычно дороже.

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 .

Когда используется последовательная передача данных?

Серийная передача обычно используется для передачи данных на большие расстояния. Он также используется в случаях, когда количество отправляемых данных относительно невелико. Это гарантирует сохранение целостности данных при передаче бит данных в определенном порядке один за другим. Таким образом, бит данных принимается синхронно друг с другом.

Что такое параллельная передача?

Когда данные отправляются с использованием параллельной передачи данных, одновременно передаются несколько битов данных по нескольким каналам. Это означает, что данные могут отправляться намного быстрее, чем при использовании методов последовательной передачи.

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.

Пример параллельной передачи данных. Учитывая, что несколько битов передаются по нескольким каналам одновременно, порядок, в котором принимается бит-строка, может зависеть от различных условий, таких как близость к источнику данных, местоположению пользователя и доступности полосы пропускания. Ниже приводятся два примера параллельных интерфейсов. В первом параллельном интерфейсе данные отправляются и принимаются в правильном порядке. Во втором параллельном интерфейсе данные отправляются в правильном порядке, но некоторые биты принимались быстрее других.

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.

Преимущества и недостатки использования параллельной передачи данных

Пример параллельной передачи - данные получены правильно.

Пример параллельной передачи - полученные данные неверно. Основными преимуществами параллельной передачи по последовательной передаче являются. Легче программировать; и данные отправляются быстрее. . Хотя параллельная передача данных может быстрее передавать данные, она требует больше каналов передачи, чем последовательная передача. Это означает, что биты данных могут быть не синхронизированы в зависимости от расстояния передачи и от того, насколько быстро каждый бит загружается.

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.

Когда параллельная передача используется для отправки данных?

Это также можно увидеть, когда в видеопотоке происходит пропуски или помехи. Параллельная передача используется, когда. Отправляется большое количество данных; отправляемые данные зависят от времени; и данные должны быть отправлены быстро. Сценарий, при котором параллельная передача используется для передачи данных, представляет собой потоковое видео. Когда видео передается в программу просмотра, бит необходимо быстро принимать, чтобы предотвратить приостановку или буферизацию видео. Для потоковой передачи видео также требуется передача больших объемов 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.

Все вычислительные сети являются результатом развития двух самых важных направлений в современном обществе. К этим научно-техническим сферам относятся компьютерные технологии и телекоммуникация.

Классификация сетей передачи данных

Все такие компьютерные сети представляют собой группу однотипных либо же разнотипных ЭВМ, которые распределены территориально. Соединяются они между собой при помощи сети передачи данных. Создаются они для того, чтобы:

получать вычислительные мощности;
сохранять большие объёмы данных;
получать общий доступ к той информации, которая территориально удалена;
увеличить базы данных и ПО;
снизить стоимость, которая затрачивается на обработку информации.

К основным характеристикам сети можно отнести следующее:

Время доставки сообщения.
Операционные возможности.
Производительность.
Цена обработки информации.

По типу передачи данных компьютерные сети классифицируются на широковещательные и сети с передачей от узла к узлу. В них передача осуществляется между узлами.

Топология сетей передачи данных

Конфигурация самой сети, а точнее, последовательность соединения её объектов и называется топологией. Основными типами тут являются:

Звезда. В данном случае сам сервер осуществляет обработку всех данных с подключённых к нему компьютеров. Все данные между любыми рабочими станциями проходят через основной узел в вычислительной сети по отдельным линиям. Пропускная способность в данном случае определяется мощностью самого узла. Топология «Звезда» является самой быстродействующей.
Кольцо. Тут все рабочие станции соединяются между собой по кругу. Все сообщения в такой топологической сети циркулируют по кругу. В данном случае присутствует возможность выполнить кольцевой запрос одновременно на все станции. Чем больше пользователей, тем продолжительнее происходит передача информации. В данном случае каждая такая рабочая станция должна участвовать в перемещении данных. И при выходе из строя хотя бы одной - весь процесс парализуется.
Шина. Передача информация в шинной топологической сети представляется в виде общей магистрали. Именно к ней и происходит подключение всех рабочих станций. При этом они могут вступать в работу и между собой. Особенностью такого типа сети является тот факт, что её работоспособность не зависит от состояния станций (рабочие либо нет). Их можно подсоединять и отсоединять в любое время, не нарушая сетевых процессов.

Принцип передачи данных в одноранговых сетях основывается на равноправии всех участников. В большинстве случаев тут может отсутствовать выделенный сервер. Именно поэтому каждый узел сети может выступать в качестве клиента и самого сервера. Данная организация даёт возможность сохранять работоспособность при любом сочетании доступных узлов.

Во время организации и работы предъявляются особые требования к сети передачи данных. Что сюда относится?

Безопасность.
Надёжность.
Высокая производительность.
Возможность масштабирования.
Современность.
Лёгкое управление.
Поддержка различных видов трафика.
Прозрачность.

Методы передачи данных в компьютерных сетях

Обмен информации между двумя узлами в сети может осуществляться при помощи трёх основных способов:

Симплексный. Это однонаправленная передача, к которой относится ТВ и радио.
Полудуплексная. В данном случае передача и приём выполняются поочерёдно.
Дуплексная. В этом двунаправленном методе каждая из станций способна выполнять все действия одновременно.

Протокол передачи данных

Это набор определённых соглашений, определяющих обмен информацией между программами. Протоколы передачи данных в компьютерных сетях задают способы доставки самого сообщения, а также обработки ошибок. Позволяют они разрабатывать и определённые стандарты, которые не относятся к конкретной аппаратной платформе.

Как и любая компьютерная сеть, интернет основан на огромном количестве компьютеров. Все они соединяются между собой при помощи проводов посредством спутниковой связи. Но этого для передачи данных недостаточно, так как передающей и принимающей стороне нужны определённого рода соглашения, с помощью которых регламентируется эта передача. Также им необходимо гарантировать тот факт, что всё пройдёт без искажений и потери информации. Этот набор правил и есть протоколы передачи данных в сети интернет. С его помощью осуществляется взаимодействие в интернете и выполняется обмен информацией в удобной форме.

Разные цели - различные протоколы. Какие они бывают?

TCP/IP. Протокол управления передачей для глобальной сети.
HTTP. С его помощью выполняется передача гипертекста.
РОР3.
FTP и многие другие.

Скорость передачи данных

Данный параметр показывает, сколько информации можно передать по одному каналу связи в течение определённого отрезка времени. Измеряют её в различных единицах. Это может быть килобит, мегабит и даже гигабит за одну секунду. Скорость передачи данных по локальной сети может составлять 100 Мбит/с либо же 1 Гбит/с. Не стоит путать это со скоростью самого интернета либо скачивания файлов и открытия страницы. Это скорость между двумя точками, соединёнными при помощи кабеля в сеть. Провод от вашего компьютера может идти в модем, роутер, другой ПК, к адаптеру самого провайдера. Сама же скорость передачи информации ограничивается не только лишь типом кабеля, но и жёстким диском компьютера.

Среда передачи данных в компьютерных сетях

Она представляет собой физическую среду, по которой происходит распространение информационных сигналов в виде электрических, световых и прочих импульсов. Они генерируются в виде аналоговых либо цифровых сигналов. Для пересылки их между компьютерами они должны быть физически переданы из одного места в другое. Сам физический путь и является средой передачи.

Каналы передачи данных по компьютерным сетям могут быть двух видов: кабель и беспроводное соединение. В первом случае передача информации осуществляется строго по определённому пути. Сами же кабеля могут быть следующих видов: витая пара, оптические и коаксиальные. В беспроводных же средах передача сигналов может выполняться благодаря различным излучениям. Примером могут послужить радиоволны, инфракрасное или микроволновое излучение и многое другое.

Все сигналы в сети передаются при помощи волн, независимо от самой среды. В случае с кабельной средой присутствуют электромагнитные волны с определённой частотой. Когда применяется оптический кабель, то сигналы передаются в виде световых волн. Они обладают большей частотой. А вот при использовании атмосферы применяются электромагнитные волны.

Более детально об этом и многом другом каждый желающий сможет узнать на предстоящей выставке «Связь» . Проходить она будет в центре Москвы, вблизи станции метро «Выставочная», на территории самого крупного выставочного комплекса ЦВК «Экспоцентр» . На данной выставке будут широко представлены инновационные технологии и современные решения для спутниковой, мобильной, оптико-волоконной и беспроводной связи, теле- и радиовещания, спутниковое ТВ и многое другое.