Физическая передача данных по линиям связи

Даже при рассмотрении простейшей сети, состоящей всего из пары компьютеров, можно выявить большое количество проблем, связанных с передачей информации по сети (линиям связи) Как все мы понимаем, данные при передаче кодируются. Кодированием называется представление данных в виде оптических или электрических сигналов.

Кодирование информации

В вычислительной технике для представления данных используют двоичный (бинарный код). Внутри компьютера 1 и 0 соответствуют дискретные электрические сигналы. Существуют различные способы кодирования, например, потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различных полярностей.

Абсолютная аналогия наблюдается и при передаче данных по линиям связи. Однако они отличаются от линий в компьютере по своим характеристикам. Главное отличие состоит в их огромной протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространству, часто подверженную действию ЭМ (электромагнитных помех). Все это приводит к значительному искажению прямоугольных импульсов. Поэтому для качественного и хорошего распознавания импульса на другом конце линии при передачи внутри и вне компьютера можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования информации.

В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование данных, а также особый метод, который никогда не используется просто в компьютерах — модуляция. При модуляции информация представляется синусоидальным сигналом такой частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи. Потенциальное, или импульсное, кодирование применяется на линиях высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в случаях, когда канал вносит сильные искажения в передаваемый сигнал. Так же стоит отметить что на способ передачи информации влияет и количество проводов в линиях связи между компьютерами. Для снижения стоимости линий связи в сетях стремятся сократить количество проводов и из-за этого используют не параллельную передачу всех битов одного байта, а как это делается в компьютере, а последовательную побитную передачу, что требует всего одной пары проводов.

Ещё одна проблема, с которой можно столкнуться при передачи данных это синхронизация передатчика с приемником на компьютерах. При организации взаимодействия модулей компьютера эта проблема решается очень легко, так как все модули синхронизируются от тактового генератора. Проблема синхронизации при связи может решаться различными способами, как обменом специальными тактовыми уже синхронизированными импульсами по отдельной линии, так и путём периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающихся от формы данных. Несмотря на различные способы предотвращения искажения, все же существует вероятность искажения некоторых битов передаваемых данных. Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используют простой прием — подсчёт контрольной суммы и её передачи после каждого блока байтов. Эта информация (сигнал-квитанция) включается в протокол обмена данными как обязательная информация, которая подтверждает правильность передачи информации.

Характеристики физических каналов

Существует большое количество характеристик, связанных с передачей трафика через физический каналы. Итак, для начала парочка определений :

Основные понятия

— Предложенная нагрузка — поток, данных, поступающий от пользователя на вход сети. Её можно характеризовать скоростью подачи данных в сеть — в бит/с, кбит/с, мбит/с.

— Скорость передачи данных — фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть. Эта скорость может быть меньше скорости предложенной нагрузки, так как данные в сети могут искажаться и теряться

— Емкость канала, или пропускная способность представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу. Спецификой этой характеристики является то, что она отражает не только параметры физической среды передачи, но и особенности выбранного способа передачи дискретной информации по этой среде. Например, емкость канала связи в Ethernet на оптоволокне равна около 10 мбит/с. Эта скорость является предельно возможной для сочетания возможностей компании и самого волокна. Но, как ни странно, для одного и того же волокна моно разработать и другую технологию передачи данных, отличающуюся способом кодирования, тактовой частотой и т.д.,которое будет иметь др. Емкость. Самое главное то, что передатчик должен работать со скоростью, равной пропускной способности канала или иначе с битовой скоростью передатчика.

— Полоса пропускания. У термина есть 2 значения. Во-первых, с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он определяет ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. Во-вторых, может использоваться как синоним термина 'емкость канала связи'.В первом случае полоса пропускания измеряется в Герцах (Гц), во втором — в бит/с.

Характеристика передачи в 1 или в обе стороны

Ещё одна группа характеристик канала связи связана с возможностями передачи информации в одну или обе стороны. При коммуникации 2х компьютеров обычно требуется передавать информацию в обоих направлениях. Даже в случае, когда пользователю кажется, что он только получает информацию (например скачает какой-нибудь файл с интернета или отправляет письмо), обмен информации идет в обоих направлениях. Просто существует основной поток данных, который интересует пользователя и вспомогательный поток противоположенного направления, который образует квитанции о получении этих данных. Физические каналы связи делятся на несколько типов, в зависимости от того могут они передавать в информацию в обоих направлениях или нет.

1. Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях. Дуплексный канал может состоять из 2-ух физических сред, каждая из которых используется для передачи только в одном направлении. Возможен вариант, когда среда служит для одновременной передачи встречных потоков, в этом случае применяются дополнительные методы выделения каждого потока из суммарного сигнала.
2. Полудуплексный канал так же обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в течение определённого периода времени информация передается в одном направлении, а в течение следующего — в обратном.
3. Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Часто дуплексный канал состоит из 2-ух симплексных.

Связать^?