какие способы передачи данных используются в современных компьютерных сетях
Какие способы передачи данных используются в современных компьютерных сетях
При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:
· симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
· полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
· дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для передачи данных в сетях наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная.
Рис. 2. Асинхронная и синхронная передача данных
При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 2). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит «стопбит» сигнализирует об окончании передачи.
Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.
Недостатки асинхронной передачи: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.
Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными.
При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность приятой информации.
Преимущества синхронного метода передачи информации: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.
Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.
О передачи данных в сетях
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 сети для того, чтобы:
К основным характеристикам сети можно отнести следующее:
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:
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?
Методы передачи данных в компьютерных сетях
Обмен информации между двумя узлами в сети может осуществляться при помощи трёх основных способов:
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?
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.
Способы передачи данных в компьютерных сетях
Компьютерные сети разделяются на два типа передачи данных на проводные и беспроводные. Информация передается по линии связи в виде сигналов, которые испытывают сопротивление среды, затухания или помехи. Отсюда напрашивается одна из важнейших характеристик линий связи это максимальная дальность, на которую можно передавать сигнал.
В беспроводных сетях передача осуществляется по радиоканалам, а в проводных сетях с помощью различных кабелей.
Проводные сети
Коаксиальный кабель
В начале зарождения компьютерной техники был практически единственный материал для построения компьютерных сетей. Он не дорогой, легкий, гибкий, удобный и простой в установке. Есть два типа коаксиального кабеля, тонкий и толстый. Тонкий его диаметр составляет 0,64 см., сопротивление 50 Ом, прост в применении и подходит для любого типа сетей. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера. Максимальная дальность составляет 185 метров. Толстый его диаметр 1,27 см., сопротивление 75 Ом, иногда его еще называют стандартный Ethernet. Из-за своего диаметра имеет жилу толще и соответственно затухания меньше, максимальная дальность составляет 500 метров. Используется в качестве магистрали, соединяющей несколько небольших сетей. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяется специальное устройство трансивер, снабженный коннектором, который называется «вампир» и «пронизывающий ответвитель». К сетевой плате подключается с помощью BNC-T коннектора, а BNC терминаторы используются для поглощения сигналов на обоих концах кабеля при использовании подключения с топологией «шина».
Витая пара
Наверняка такой вид кабеля встречали все, на данный момент он используется довольно-таки широко. Выглядит он как два перевитых изолированных медных провода. Несколько пар таких проводов помещены в одну защитную оболочку. Переплетают провода для того, чтобы избавиться от электрических помех, наводимых соседними проводами или другими источниками. Иногда можно встретить мнение о том, что их перевивают для создания дополнительного магнитного поля, которое позволяет увеличить дальность, но оно ошибочно. Витая пара бывает двух видов экранированная и нет. Неэкранированная витая пара (UTP) используется для создания локально-вычислительных сетей с максимальной длинной 100 метров. Экранированная витая пара (STP) помещена дополнительно в экран эдакую медную оплетку, по мимо этого пары проводов обмотаны фольгой. Она меньше подвержена влиянию электрических помех поэтому обеспечивает более высокую скорость передачи данных и соответственно увеличенное максимальное расстояние. Преимущество применения витой пары в первую очередь дешевизна, простота подключения и использования. К недостатку можно отнести небольшие расстояния и ограниченная скорость.
Кабель, витая пара разделяется на категории:
CAT1 – частотная полоса 0,1 МГц, имеет одну пару используется для передачи голоса или цифровых данных при использовании модема;
CAT2 – частотная полоса 1 МГц, имеет две пары проводников и применяется при построении телефонных сетей, скорость передачи данных составляет 4 Мбит/с;
CAT3 — частотная полоса 16МГц, встречается как двух так и четырех парный тип, применяется как при построении телефонных сетей так и локальных сетей. Поддерживает скорость передачи от 10 до 100 Мбит/с;
CAT4 – частотная полоса 20 МГц, четырех парный кабель, возможна скорость передачи данных до 16 Мбит/с;
CAT5 – частотная полоса 100 МГц, применяется как при построении телефонных сетей так и локальных сетей. Поддерживает скорость передачи данных от 100 Мбит/с до 1000 Мбит/с. В настоящее время распространенная категория кабеля;
CAT6 – частотная полоса 250 МГц. Применяется при построении сетей Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, возможна скорость передачи данных до 10 Гбит/с.
CAT7 – частотная полоса 600-700 МГц. Поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с. По структуре кабель имеет общий внешний экран и фольгированную защиту каждой пары.
Оптоволоконный кабель
Беспроводные компьютерные сети
Несложно догадаться, что для организации таких видов сетей не используются провода. Связь между устройствами осуществляется посредством радиоканала на частотах СВЧ-диапазона. На данный момент всем известна технология беспроводных сетей Wi-Fi. Но помимо этой технологии существуют и другие – WiMax, Bluetooth, UWB, ZigBee.
Wi—Fi
802.11b – скорость передачи 11 Мбит/с, диапазон 2,4 ГГц, радиус при отсутствии объемных перегородок до 50 метров. Имеет слабую помехоустойчивость и низкую пропускную способность;
802.11a – улучшенная версия предыдущего стандарта. Скорость передачи 54 Мбит/с, диапазон 5 ГГц, радиус до 30 метров;
802.11g – скорость передачи 54 Мбит/с, диапазон 2,4 ГГц, радиус до 50 метров.
802.11n – скорость передачи в теории до 480 Мбит/с, но на практике вполовину меньше, частота 2,4 и 5 ГГц, радиус до 100 метров.
WiMax
Bluetooth
Ultra Wideand
ZigBee
Вам понравилась статья и есть желание помочь моему проекту, можете пожертвовать на дальнейшее развитие воспользовавшись формой ниже. Или достаточно просто открыть пару баннеров с рекламой, это тоже поможет мне, но и не затруднит Вас.
Передача данных
Передача данных — процесс переноса данных в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу. Словари упоминают заимствование (1640-е) учеными кругами латинского слова datum, означающего «вещь», «данность». Философия обосновывает связь понятий информации, знания, данных, свободы, приводит примеры. Высота горы преимущественно выступает данными. Параметр измеряют альтиметром, заполняют базы. Полученная информация, приняв конкретный облик, украшает книгу, изучаемую альпинистом. Бывалый горец придумывает лучший способ покорить вершину. Понимание особенностей процесса уже становится знанием.
Немедля появляется свобода выбора. Альпинист волен решать, принимая ответственность. Имеются группы, не вернувшиеся назад.
Виды данных
Исторически информацию представляли множеством способом. Оставим историкам иероглифы папирусов, разберем современные методики. Наибольший отпечаток наложило развитие электричества. Научись человек передаче мысли, символика вышла бы иной…
Аналоговый сигнал
Первыми попытками измерить аналоговые величины назовем опыты Вольты, измерявшего напряжение, ток. Следом сопротивление проводника сумел оценить Ом, Георг Ом. Каждый раз использовались аналоговые величины. Представление характеристик объекта в виде тока, напряжения дало мощный толчок развития современному миру. Электронно-лучевой кинескоп яркостью пикселей трех цветов отображает достаточно наглядную картинку.
Причины ухода от аналогового сигнала выявила Вторая мировая война. Система Зеленый шершень умела отлично шифровать информацию. 6-уровневый сигнал сложно назвать цифровым, однако намечается явный уклон. Исторически первой попыткой передачи бинарного кода назовем опыты Шиллинга 1832 года с телеграфом. Стремясь снизить количество соединяющих абонентов проводов, дипломат припомнил предложенные священниками методики двоичного счисления. Однако внедрение цифровой передачи потребовало от человечества пройти путь свыше полутора столетий.
Двоичный цифровой код
Двоичное счисление общеизвестно. Аналоговую величину представляют дискретным числом, затем производят кодирование. Полученный набор нулей, единиц обычно разбивают словами длиной 8 бит. Так, например, первые операционные системы Windows были 16-битными, графический модуль процессора обрабатывал числа с плавающей запятой разрядностью повыше. Еще более длинные слова используют специализированные вычислители графических карт. Специфика системы определяет конкретный способ представления информации.
Передача данных позволяет человечеству идти вперед быстрее. Люди обладают неодинаковыми способностями. Необязательно лучший сборщик, хранитель информации сможет извлечь выгоду (для себя, планеты, города…). Разумнее передать. Современный мир называют эпохой цифровой революции. Исторически оказалось, что двоичные данные передавать проще, появляется набор специфических возможностей:
Вторая половина XX века дала сотни методик оцифровки аналоговых объектов. Главным признаком двоичного сигнала является дискретность. Аналоговую величину доподлинно передать код бессилен. Однако шаг дискретизации стал столь малым, что погрешностью пренебрегают. Яркий пример – изображения формата Full HD. Большое разрешение экрана гораздо лучше передает мелкие нюансы объекта. На некотором этапе разрешение цифровой техники обгоняет физиологические возможности человеческого зрения.
Значения термина
Этиология
Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.
Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».
Идея открытости
Идея свободного доступа к информации выдвинута отцом социологии, Робертом Кингом Мертоном, наблюдавшим Вторую мировую войну. Начиная 1946 годом, подразумевает передачу, хранение компьютерной информации. 1954 добавил возможность обработки. В декабре 2007 года желающие обсудить проблему собрались (Себастопол, Калифорния) и осмыслили программное обеспечение с открытым кодом, интернет, потенциал концепции массового доступа. Обама принял Меморандум о прозрачности и открытости действий правительства.
Осознание человечеством реального потенциала цивилизации сопровождается призывами совместно решать проблемы. Концепция открытости данных широко обсуждается документом (1995) Американского научного агентства. Текст затрагивает геофизику и экологию. Общеизвестен пример корпорации ДюПонт, использовавший некоторые спорные технологии производства Тефлона.
Термины
Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.
Передача информации – цифровой поток бит.
Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.
Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.
Формат – способ представления информации.
Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.
Каналы (способы)
Информация, распространяясь, преодолевает среду:
Специфика среды накладывает особенности. Немногим известно, что электрический ток разносится также электромагнитной волной. Проводимость воздуха намного ниже, что накладывает специфику. Разница нивелируется ионизацией – явлением, знакомым сварщикам. Процессы, сопровождающие движение электромагнитной волны, лишены научного объяснения. Физики просто констатируют факт, описывая явление набором сведений.
Долгое время разные частоты считали явлениями несвязными: свет, тепло, электричество, магнетизм. Важно понять: набор сред рожден эволюцией техники. Наверняка откроют иные методы передачи данных. Реализации сред различны, набор стандартов определен спецификой. Локальные соединения часто пользуются технологией WiFi, опирающейся на протокол канального уровня IEEE 802.11. Сотовые операторы применяют совершенно иные – GPS, LTE. Причем мобильные сети активно начинают внедрять IP, замыкая круг, унифицируя стиль использования цифрового оборудования.
Зачем много протоколов? Особенности реализации передачи данных через WiFi бессильны покрыть значительные расстояния. Лимитированы мощности передатчиков, структуры пакетов иные. Bluetooth вовсе ограничивает основные возможности передачей пары файлов с компьютера на телефон.
Форматирование
Физики быстро убедились: напрямую информация передается средой плохо. Медный провод может нести речь, однако эфир быстро убивает низкочастотные колебания. Попов первым догадался модулировать несущую полезной информацией – азбукой Морзе. Смысл включает изменение амплитуды радиоволны согласно закону сообщения так, чтобы принимающий абонент мог послание извлечь, воспроизвести.
Развивающееся вещание вызвало необходимость совершенствования методик оснащения несущей волны полезной информацией. В поздние 20-е годы Армстронг предложил слегка варьировать частоту, закладывая фундамент сообщения. Новый тип модуляции улучшил качество звука, успешно противостоя помехам. Меломаны немедля оценили новинку.
Военная система Зеленый шершень применяла дискретную методику частотной манипуляции – мгновенная смена частоты согласно закону передаваемого сообщения. Воющие стороны оценили преимущества связи. Внедрению мешали громадные размеры оборудования (1000 тонн). Изобретение транзисторов изменило ситуацию. Передача данных становилось цифровой.
Основу сетей заложил американский ARPANET. С ПК на ПК стали передавать пакеты. Тогда в сети начали применяться первые цифровые протоколы. Сегодня IP захватывает сегмент мобильной связи. Телефоны получают собственные адреса.
Слои протоколов
Передача цифровых данных модемом реализована в 1940 году. Сети появились 25 лет спустя.
Усложняющиеся системы связи потребовали введения новых методик описания процесса взаимодействия компьютерных систем. Концептуальная модель OSI вводит понятие протокольных (абстрактных, реально не существующих) слоев. Структура создана усилиями инженеров Международной организации по стандартизации (ISO), регламентирована стандартом ISO/IEC 7498-1. Параллельную работу вел французский комитет CCITT. В 1983 году разработанные документы объединили, получив модель протокольных слоев.
Концепция 7-слойной структуры представлена работами Чарльза Бэчмана. Модель OSI включает опыт разработки АRPANET, EIN, NPLNet, CYCLADES. Линейка полученных слоев взаимодействует по вертикали с соседями: верхний использует возможности нижнего.
Важно! Каждому уровню OSI соответствует набор протоколов, определяемый используемой системой.
В компьютерных линиях совокупность протоколов подразделяют на слои. Бывают:
Физический слой
Зачем разработчикам сто стандартов? Многие документы появились эволюционно, согласно возрастающим требованиям. Физический слой реализуют набором коннекторов, проводов, интерфейсов. Например, экранированная витая пара способна передавать высокие частоты, делая возможным реализацию протоколов битрейтом 100 Мбис/с. Оптоволокно пропускает свет, производится дальнейшее расширение спектра, возникают гигабитные сети.
Физический слой заведует схемами цифровой модуляции, физическим кодированием (формированием несущей, закладкой информации), опережающей коррекцией ошибок, синхронизацией, мультиплексированием каналов, выравниванием сигнала.
Канальный слой
Каждый порт управляется собственными машинными командами. Канальный слой показывает, как реализовать передачу форматированной информации, используя имеющееся железо. Например, PPPoЕ содержит рекомендации организации протокола PPP средствами сетей Ethernet, используемый традиционно порт – 8P8C. Эволюционной борьбой «эфирная сеть» смогла подавить соперников. Изобретатель концепции, основатель компании 3СОМ, Роберт Меткалф, сумел убедить несколько крупных производителей (Интел, DEC, Ксерокс) объединить усилия.
Попутно совершенствовались каналы: коаксиальный кабель → витая пара → оптическое волокно. Изменения преследовали цели:
Оптический кабель повысил длину сегмента меж регенераторами сигнала. Канальный протокол больше описывает структуру сети, включая методы кодирования, битрейт, количество узлов, режим функционирования. Уровень вводит понятие кадра, реализует схемы расшифровки адреса MAC, детектирует ошибки, повторно отправляет запрос, контролирует частоту.
Сетевой
Общепринятый IP-протокол определяет структуру пакета, вводит специфический адрес из четырех групп цифр, известных сегодня каждому. Некоторые маски зарезервированы. Владельцам ресурсов присваиваются имена соответственно базам серверов DNS. Конфигурация сети во многом безразлична. Вводятся слабые ограничения. Как например, Ethernet требовал уникальности MAC-адреса. Протокол IP урезает максимальное число ПК 4,3 млрд штук. Человечеству пока что хватает.
Сетевой адрес принято делить на домены. По техническим причинам единое соответствие четырем группам цифр отсутствует. Сам интернет обозначает аббревиатура www (сокращенное название world wide web, иначе – всемирная паутина). Сегодня единообразный адрес (URL) опускает тривиальные буквы. Подразумевая – человек, открывший браузер, явно намеревается бороздить с компьютера всемирную паутину.
Транспортный
Слой далее расширяет структуру формата. Формирование сегмента TCP производит объединение пакетов, упрощая поиск потерявшейся информации, гарантируя восстановление.
Прикладной, представительский
Иерархия выше транспортного уровня может нарушаться. Например, RPC иногда опирается на HTTP. Концепция Р2P касается пиринговых одноранговых сетей. В противовес этому HTTP вводит иерархию клиент-сервер. Представительский слой раскрывает способы кодирования информации, оцифровку, сжатие, шифрование.