Передача данных
Передача данных , включая передачу и прием данных , — это передача данных , передаваемых и принимаемых по каналу связи «точка-точка» или «точка-многоточка» . Примерами таких каналов являются медные провода , оптические волокна , беспроводная связь с использованием радиоспектра , носители данных и компьютерные шины . Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , такого как электрическое напряжение , радиоволны , микроволновый или инфракрасный сигнал.
Аналоговая передача — это метод передачи голоса, данных, изображения, сигнала или видеоинформации с использованием непрерывного сигнала, амплитуда, фаза или какое-либо другое свойство которого изменяется пропорционально значению переменной. Сообщения либо представляются последовательностью импульсов посредством линейного кода ( в полосе частот передача ), либо ограниченным набором непрерывно меняющихся сигналов ( в полосе пропускания передача ) с использованием метода цифровой модуляции . Модуляция полосы пропускания и соответствующая демодуляция осуществляются модемным оборудованием.
Цифровая связь , включая цифровую передачу и цифровой прием , представляет собой передачу либо оцифрованный аналоговый сигнал, либо изначально цифровой битовый поток . [1] Согласно наиболее распространенному определению, компоненты битового потока как основной полосы, так и полосы пропускания считаются частью цифрового сигнала ; альтернативное определение рассматривает только основной сигнал как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания как форму цифро-аналогового преобразования .
Различие между родственными предметами
[ редактировать ]Курсы и учебники в области передачи данных [1] а также цифровая передача [2] [3] и цифровые коммуникации [4] [5] имеют схожий контент.
Цифровая передача или передача данных традиционно относится к сфере телекоммуникаций и электротехники . Основные принципы передачи данных также могут быть рассмотрены в рамках темы передачи данных в области информатики или компьютерной инженерии , которая также включает в себя приложения компьютерных сетей и протоколы связи , например, маршрутизацию, коммутацию и межпроцессное взаимодействие . Хотя протокол управления передачей (TCP) включает в себя передачу, TCP и другие протоколы транспортного уровня рассматриваются в компьютерных сетях, но не обсуждаются в учебниках или курсах по передаче данных.
В большинстве учебников термин «аналоговая передача» относится только к передаче аналогового сигнала сообщения (без оцифровки) посредством аналогового сигнала, либо в виде немодулированного сигнала основной полосы частот, либо в виде сигнала полосы пропускания с использованием метода аналоговой модуляции, такого как AM. или ФМ . Он также может включать в себя аналогово-аналоговые модулируемые импульсно- модулированные сигналы, такие как широтно-импульсная модуляция. В некоторых книгах, посвященных традициям компьютерных сетей, аналоговая передача также относится к передаче битовых потоков в полосе пропускания с использованием методов цифровой модуляции, таких как FSK , PSK и ASK . Обратите внимание, что эти методы описаны в учебниках, например, под названием «цифровая передача» или «передача данных». [1]
Теоретические аспекты передачи данных рассматриваются теорией информации и теорией кодирования .
Уровни протокола и подтемы
[ редактировать ]| Модель OSI по слою |
|---|
Курсы и учебники в области передачи данных обычно посвящены следующим уровням и темам протокола модели OSI :
- Уровень 1, физический уровень :
- Уровень 2, уровень канала передачи данных :
- Уровень 6, уровень представления :
- Исходное кодирование (оцифровка и сжатие данных) и теория информации.
- Криптография (может возникнуть на любом уровне)
Также часто приходится иметь дело с межуровневым дизайном этих трех слоев. [7]
Приложения и история
[ редактировать ]Данные (в основном, но не исключительно информационные ) передаются с помощью неэлектронных (например, оптических , акустических , механических ) средств с момента появления средств связи . Данные аналогового сигнала передаются в электронном виде с момента появления телефона . Однако первыми применениями электромагнитной передачи данных в наше время были электрическая телеграфия (1809 г.) и телетайпы (1906 г.), которые представляют собой цифровые сигналы . Фундаментальные теоретические работы в области передачи данных и теории информации Гарри Найквиста , Ральфа Хартли , Клода Шеннона и других в начале 20-го века были выполнены с учетом этих приложений.
В начале 1960-х годов Пол Бэран изобрел распределенную адаптивную коммутацию блоков сообщений для цифровой передачи голосовых сообщений с использованием коммутаторов, которые представляли собой недорогую электронику. [8] [9] Дональд Дэвис изобрел и внедрил современную передачу данных в 1965-7 годах, включая коммутацию пакетов , высокоскоростные маршрутизаторы , протоколы связи , иерархические компьютерные сети и суть сквозного принципа . [10] [11] [12] [13] Работа Бэрана не включала ни маршрутизаторы с программными коммутаторами и протоколами связи, ни идею о том, что надежность будут обеспечивать пользователи, а не сама сеть . [14] [15] [16] Оба были плодотворными вкладами, которые повлияли на развитие компьютерных сетей . [17] [18]
Передача данных используется в компьютерах в компьютерных шинах и для связи с периферийным оборудованием через параллельные порты и последовательные порты , такие как RS-232 (1969 г.), FireWire (1995 г.) и USB (1996 г.). Принципы передачи данных также используются в носителях данных для обнаружения и исправления ошибок с 1951 года. Первым практическим методом решения проблемы точного приема данных получателем с использованием цифрового кода был код Баркера, изобретенный Рональдом Хью Баркером в 1952 году и опубликованный. в 1953 году. [19] Передача данных используется в компьютерном сетевом оборудовании, таком как модемы (1940 г.), адаптеры локальной сети (LAN) (1964 г.), ретрансляторы , концентраторы-ретрансляторы , микроволновые линии связи , точки доступа к беспроводной сети (1997 г.) и т. д.
В телефонных сетях цифровая связь используется для передачи многих телефонных вызовов по одному и тому же медному или оптоволоконному кабелю посредством импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) в сочетании с мультиплексированием с временным разделением (TDM) (1962). Телефонные станции стали цифровыми и управляются программным обеспечением, что упрощает предоставление многих дополнительных услуг. Например, первая телефонная станция AX была представлена в 1976 году. Цифровая связь с конечным пользователем с использованием услуг цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) стала доступной в конце 1980-х годов. С конца 1990-х годов такие методы широкополосного доступа, как ADSL , кабельные модемы , оптоволокно до здания (FTTB) и оптоволокно до дома (FTTH), получили широкое распространение в небольших офисах и домах. Текущая тенденция заключается в замене традиционных телекоммуникационных услуг пакетной связью, такой как IP-телефония и IPTV .
Передача аналоговых сигналов в цифровом виде позволяет расширить возможности обработки сигналов . Возможность обработки сигнала связи означает, что ошибки, вызванные случайными процессами, могут быть обнаружены и исправлены. Цифровые сигналы также можно дискретизировать вместо непрерывного мониторинга. Мультиплексирование . нескольких цифровых сигналов намного проще по сравнению с мультиплексированием аналоговых сигналов Из-за всех этих преимуществ, из-за огромной потребности в передаче компьютерных данных и возможностей цифровой связи делать это, а также из-за того, что недавние достижения в области широкополосных каналов связи и твердотельной электроники позволили инженерам полностью реализовать эти преимущества, цифровая связь выросла. быстро.
Цифровая революция также привела к появлению множества цифровых телекоммуникационных приложений, в которых применяются принципы передачи данных. Примеры включают второго поколения (1991 г.) и более поздние версии сотовую телефонию , видеоконференции , цифровое телевидение (1998 г.), цифровое радио (1999 г.) и телеметрию .
Передача данных, цифровая передача или цифровая связь — это передача данных по каналу связи «точка-точка» или «точка-многоточка». Примеры таких каналов включают медные провода, оптические волокна, каналы беспроводной связи, носители данных и компьютерные шины. Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , такого как электрическое напряжение, радиоволны, микроволновый или инфракрасный свет.
В то время как аналоговая передача — это передача постоянно меняющегося аналогового сигнала по аналоговому каналу, цифровая связь — это передача дискретных сообщений по цифровому или аналоговому каналу. Сообщения представляются либо последовательностью импульсов с помощью линейного кода (передача в полосе частот), либо ограниченным набором непрерывно меняющихся форм сигналов (передача в полосе пропускания) с использованием метода цифровой модуляции. Модуляция полосы пропускания и соответствующая демодуляция (также известная как обнаружение) выполняются модемным оборудованием. Согласно наиболее распространенному определению цифрового сигнала, сигналы как основной полосы, так и полосы пропускания, представляющие битовые потоки, считаются цифровой передачей, в то время как альтернативное определение рассматривает только групповой сигнал как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания — как форму цифровой передачи. преобразование в аналог. [ нужна ссылка ]
Передаваемые данные могут представлять собой цифровые сообщения, исходящие из источника данных, например компьютера или клавиатуры. Это также может быть аналоговый сигнал, такой как телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, например, с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) или более совершенных схем исходного кодирования (аналогово-цифровое преобразование и сжатие данных). . Это исходное кодирование и декодирование осуществляется кодирующим оборудованием.
Последовательная и параллельная передача
[ редактировать ]В телекоммуникациях последовательная передача — это последовательная передача элементов сигнала группы, представляющей символ или другой объект данных . Цифровая последовательная передача представляет собой биты, передаваемые последовательно по одному проводу, частоте или оптическому пути. Поскольку для этого требуется меньше обработки сигнала и меньше шансов на ошибку, чем при параллельной передаче, скорость передачи каждого отдельного пути может быть выше. контрольную цифру или бит четности Его можно использовать на больших расстояниях, и вместе с данными можно легко отправить .
Параллельная передача — это одновременная передача связанных элементов сигнала по двум или более отдельным путям. Используется несколько электрических проводов, которые могут передавать несколько битов одновременно, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных, чем при последовательной передаче. Этот метод обычно используется внутри компьютера, например, во внутренних шинах, а иногда и снаружи, например, для принтеров. Раскос во времени может быть серьезной проблемой в этих системах, поскольку провода при параллельной передаче данных неизбежно имеют несколько разные свойства, поэтому некоторые биты могут прийти раньше других, что может исказить сообщение. Эта проблема имеет тенденцию усугубляться с увеличением расстояния, что делает параллельную передачу данных менее надежной на больших расстояниях.
Каналы связи
[ редактировать ]Некоторые типы каналов связи включают в себя:
Асинхронная и синхронная передача данных
[ редактировать ]Асинхронная последовательная связь использует стартовые и стоповые биты для обозначения начала и окончания передачи. [20] Этот метод передачи используется, когда данные передаются периодически, а не сплошным потоком.
Синхронная передача синхронизирует скорости передачи как на принимающей, так и на отправляющей стороне передачи с использованием тактовых сигналов . Тактовый сигнал может быть отдельным сигналом или встроен в данные . Затем между двумя узлами передается непрерывный поток данных. Из-за отсутствия стартового и стопового битов скорость передачи данных может быть более эффективной.
См. также
[ редактировать ]- Интернет-работа
- СМИ (коммуникации)
- Сетевая безопасность
- Передача данных между узлами
- Передача (значения)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с А. П. Кларк, «Принципы цифровой передачи данных», опубликованный Wiley, 1983 г.
- ^ Дэвид Р. Смит, «Системы цифровой передачи», Kluwer International Publishers, 2003, ISBN 1-4020-7587-1 . См . оглавление .
- ^ Серджио Бенедетто, Эцио Бильери, «Принципы цифровой передачи: с помощью беспроводных приложений», Springer 2008, ISBN 0-306-45753-9 , ISBN 978-0-306-45753-1 . Посмотреть содержание
- ^ Саймон Хайкин, «Цифровые коммуникации», John Wiley & Sons, 1988. ISBN 978-0-471-62947-4 . См . оглавление .
- ^ Джон Проакис, «Цифровые коммуникации», 4-е издание, McGraw-Hill, 2000. ISBN 0-07-232111-3 . См . оглавление .
- ^ «X.225: Информационные технологии – Взаимосвязь открытых систем – Протокол сеанса, ориентированный на соединение: Спецификация протокола» . Архивировано из оригинала 1 февраля 2021 года . Проверено 10 марта 2023 г.
- ^ Ф. Фукалас и др., «Предложения по межуровневому проектированию беспроводных мобильных сетей: обзор и таксономия»
- ^ Баран, Пол (2002). «Начало коммутации пакетов: некоторые основные концепции» (PDF) . Журнал коммуникаций IEEE . 40 (7): 42–48. дои : 10.1109/MCOM.2002.1018006 . ISSN 0163-6804 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
По сути, вся работа была определена к 1961 году, а конкретизирована и оформлена в официальную письменную форму в 1962 году. Идея маршрутизации «горячей картошки» возникла в конце 1960 года.
- ^ «Пол Бэран и истоки Интернета» . Корпорация РЭНД . Проверено 15 февраля 2020 г.
- ^ Йейтс, Дэвид М. (1997). Наследие Тьюринга: история вычислений в Национальной физической лаборатории 1945–1995 гг . Национальный музей науки и промышленности. стр. 132–4. ISBN 978-0-901805-94-2 .
Изобретение Дэвисом коммутации пакетов и проектирования компьютерных сетей связи... стало краеугольным камнем развития, которое привело к появлению Интернета.
- ^ Нотон, Джон (2000) [1999]. Краткая история будущего . Феникс. п. 292. ИСБН 9780753810934 .
- ^ Кэмпбелл-Келли, Мартин (1987). «Передача данных в Национальной физической лаборатории (1965–1975)» . Анналы истории вычислительной техники . 9 (3/4): 221–247. дои : 10.1109/MAHC.1987.10023 . S2CID 8172150 .
первое появление в печати термина «протокол» в контексте передачи данных… следующими аппаратными задачами были детальное проектирование интерфейса между оконечными устройствами и коммутирующим компьютером, а также меры по обеспечению надежной передачи пакетов данных по сети. высокоскоростные линии
- ^ Дэвис, Дональд; Бартлетт, Кейт; Скантлбери, Роджер; Уилкинсон, Питер (октябрь 1967 г.). Цифровая сеть связи для компьютеров, обеспечивающая быстрое реагирование на удаленных терминалах (PDF) . Симпозиум ACM по принципам операционных систем. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г. Проверено 15 сентября 2020 г. «все пользователи сети обеспечат себе какой-то контроль ошибок»
- ^ Кляйнрок, Л. (1978). «Принципы и уроки пакетной связи» . Труды IEEE . 66 (11): 1320–1329. дои : 10.1109/PROC.1978.11143 . ISSN 0018-9219 .
Пол Бэран... сосредоточился на процедурах маршрутизации и на живучести распределенных систем связи во враждебной среде, но не сосредоточился на необходимости совместного использования ресурсов в той форме, как мы ее сейчас понимаем; действительно, концепция программного переключателя не присутствовала в его работе.
- ^ Пелки, Джеймс Л. «6.1 Подсеть связи: BBN 1969» . Предпринимательский капитализм и инновации: история компьютерных коммуникаций 1968–1988 гг .
Как вспоминает Кан: ... Вклад Пола Бэрана ... Я также думаю, что Пол был почти полностью мотивирован голосовыми соображениями. Если вы посмотрите на то, что он написал, он говорил о переключателях, которые представляли собой дешевую электронику. Идея разместить в этих местах мощные компьютеры не совсем пришла ему в голову как экономически выгодная. Так что идея компьютерных переключателей отсутствовала. В то время не существовало самого понятия протоколов. А идея межкомпьютерной связи на самом деле была второстепенной.
- ^ Уолдроп, М. Митчелл (2018). Машина мечты . Полоса Пресс. п. 286. ИСБН 978-1-953953-36-0 .
Бэран уделял больше внимания цифровой голосовой связи, чем компьютерной связи.
- ^ «Реальная история о том, как Интернет стал таким уязвимым» . Вашингтон Пост . Архивировано из оригинала 30 мая 2015 г. Проверено 18 февраля 2020 г.
Историки приписывают плодотворные открытия валлийскому ученому Дональду Дэвису и американскому инженеру Полу Бэрану.
- ^ История ARPANET: первое десятилетие (PDF) (отчет). Bolt, Beranek & Newman Inc., 1 апреля 1981 г., стр. 13, 53 из 183 (III-11 в печатной версии). Архивировано из оригинала 1 декабря 2012 года.
Помимо технических проблем соединения компьютеров с цепями связи, понятие компьютерных сетей рассматривалось во многих местах с теоретической точки зрения. Особо следует отметить работу, проделанную Полом Бараном и другими сотрудниками корпорации Rand в исследовании «Распределенные коммуникации» в начале 1960-х годов. Также следует отметить работу, проделанную Дональдом Дэвисом и другими в Национальной физической лаборатории в Англии в середине 1960-х годов. ... Еще одно раннее крупное развитие сети, повлиявшее на развитие ARPANET, было предпринято в Национальной физической лаборатории в Мидлсексе, Англия, под руководством Д. У. Дэвиса.
- ^ Баркер, Р.Х. (1953). Групповая синхронизация двоичных цифровых систем . Теория коммуникации: Баттерворт. стр. 273–287.
- ^ «Что такое асинхронная передача? — Определение из Techopedia» . Techopedia.com . Проверено 8 декабря 2017 г.
