Пакетная передача данных

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:

1. Исправление ошибок.
2. Шифрование.
3. Упрощение физических линий.
4. Более эффективное использование спектра, снижение мощности передатчика, удельной плотности потока энергии.
5. Распознавание ошибок (EDC, 1951).
6. Возможность точного повтора, воспроизведения.

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.

TDM и пакетная передача данных

В своей первичной форме TDM используется для коммуникационных схем, использующих постоянное число каналов и постоянную пропускную способность в каждом из каналов.

Главное отличие мультиплексирования с разделением во времени от статистического мультиплексирования, такого как пакетное мультиплексирование, это то, что таймслоты в нем следуют в заданном, периодически повторяющемся порядке, в отличие от пакетной обработки (по мере поступления пакетов). Статистическое мультиплексирование похоже, но не должно быть рассматриваемо как мультиплексирование с подразделением времени.

В динамическом TDMAccess алгоритм планирования динамически резервирует переменное число временных интервалов для организации динамического изменения пропускной способности, основанным на требованиях к трафику каждого потока данных. Динамический TDMA используется в:

• IEEE 802.11;
• IEEE 802.16a.

LTE

Данный стандарт в настоящее время является наиболее перспективным наряду с другими глобальными сетями. Широкополосный мобильный доступ дает наивысшую скорость беспроводной пакетной передачи данных. В отношении полосы рабочих частот все неоднозначно. Стандарт LTE очень гибкий, сети могут базироваться в частотном диапазоне от 1,4 до 20 МГц.

Дальность действия сетей зависит от высоты расположения базовой станции и может достигать 100 км. Возможность подключения к сетям предоставляется большому количеству гаджетов: смартфонам, планшетам, ноутбукам, игровым консолям и другим устройствам, которые поддерживают данный стандарт. В аппаратах должен быть встроен модуль LTE, который работает совместно с имеющимися стандартами GSM и 3G. В случае обрыва связи LTE девайс переключится на имеющийся доступ к сетям 3G или GSM без обрыва подключения.

В отношении скорости передачи данных можно отметить следующее: по сравнению с сетями 3G она повысилась в несколько раз и достигла отметки 20 МБит/с. Внедрение большого количества гаджетов, оборудованных LTE-модулями, обеспечивает спрос на данную технологию. Устанавливаются новые базовые станции, которые обеспечивают высокоскоростным доступом в интернет даже отдаленные от мегаполисов населенные пункты.

Рассмотрим принцип действия сетей четвертого поколения. Технология беспроводной пакетной передачи данных осуществляется посредством протокола IP. Для быстрой и стабильной синхронизации между базовой станцией и мобильной станцией формируется как частотный, так и временный дуплекс. За счет большого количества комбинаций парных частотных диапазонов возможно широкополосное подключение абонентов.

Распространение сетей LTE снизило тарифы на пользование мобильной связью. Широкий диапазон действия сети позволяет операторам экономить на дорогостоящем оборудовании.

Что такое беспроводная передача данных?

Ответить на этот вопрос просто: БПД — это перенос информации от одного устройства к другому, которые находятся на определенном расстоянии, без участия проводного подключения.

Технология передачи голосовой информации по радиоканалу стала применяться еще в конце XIX в. С тех пор появилось большое количество радиокоммуникационных систем, которые стали использовать при производстве оборудования для дома, офиса или предприятий.

Существует несколько способов синхронизации устройств для осуществления передачи данных. Каждый из них используется в определенной области и обладает индивидуальными свойствами. Беспроводные сети передачи данных отличаются своими характеристиками, поэтому минимальное и максимальное расстояние между устройствами, в зависимости от вида технологии передачи информации, будет различно.

Для синхронизации устройств по радиоканалу устанавливаются специальные адаптеры, которые способны отправлять и получать информацию. Здесь речь может идти как о небольшом модуле, который встраивается в смартфон, так и об орбитальном спутнике. Приемником и передатчиком могут быть разные виды устройств. Передача осуществляется посредством каналов разных частот и диапазонов. Остановимся подробнее на специфике осуществления разных видов беспроводной синхронизации.

Искажение данных при передаче

Переданные и полученные данные не всегда совпадают и это связано с проблемами передачи. При передаче данных информация может подвергаться некоторым изменениям, что связано со следующими искажениями:

Потеря данных

Сюда относится затухание, ослабление, глушение сигнала, из-за дальности передачи, экранизирующих факторов некоторых преград, и т.д. Для борьбы используется помехоустойчивое кодирование.

Забивание с помехами (шумом)

Случайное сочетание полезного сигнала с ненужными тоже искажает содержание переданных сигналов. То есть прибавляется к сигналу ненужные, лишние данные. Для коррекции в радиотехнике, звукотехнике и т.д. применяются Шумопонижающие методы.

Структура сети передачи данных

Тут присутствует три основных уровня:

• ядро;
• распределение;
• доступ.

В небольших организациях очень часто используют подключение серверов непосредственно к ядру сети.

Если же во время прокладывания новой сети удаётся придерживаться принципа «здание – этаж – рабочее место», то при расположении самой компании в нескольких зданиях структура сети передачи данных определяется рядом факторов: возможность прокладки внешних либо внутренних кабелей, наличие кабельной канализации, эстакады, воздушной линии связи и т.д.

Более подробно узнать о том, какие сегодня существуют способы передачи данных и их организации, вы сможете на ежегодном выставочном мероприятии «Связь». Проходит выставка в центре Москвы, в самом крупном выставочном комплексе нашей страны ЦВК «Экспоцентр».

Данная выставка информационных и коммуникационных технологий является самым значимым событием в данной отрасли в этом году. Ежегодно тут собираются отечественные и мировые специалисты в инфокоммуникационной сфере, проводятся конференции, конгрессы, семинары, круглые столы, симпозиумы. Всё это проводится при участии ключевых фигур в IT-индустрии и телекоммуникации.

О передачи данных в сетяхПередача данныхТелекоммуникационная инфраструктура

Как работает DNS-сервер

NS-сервер
принимает запрос на конвертацию доменного имени в IP-адрес. При этом DNS-сервер
выполняет следующие действия:

• отвечает на запрос, выдав IP-адрес, поскольку уже знает IP-адрес запрашиваемого
  домена.
• контактирует с другим DNS-сервером для того, чтобы найти IP-адрес запрошенного
  имени. Этот запрос может проходить по цепочке несколько раз.
• выдает сообщение: «Я не знаю IP address домена, запрашиваемого вами, но
  вот IP address DNS-сервера, который знает больше меня»;
• сообщает, что такой домен не существует.

На практике в Сети, где объединены миллионы компьютеров, найти DNS-сервер,
который знает нужную вам информацию, — это целая проблема. Иными словами, если
вы ищете какой-то компьютер в Сети, то прежде всего вам необходимо найти DNS-сервер,
на котором хранится нужная вам информация. При этом в поиске информации может
быть задействована целая цепочка серверов. Пояснить работу DNS-серверов можно
на примере, показанном на рис. 11.

Предположим, что тот DNS-сервер, к которому вы обратились (на рис.
11 он обозначен как DNS1), не имеет нужной информации. DNS1 начнет поиск
IP-адреса с обращения к одному из корневых DNS-серверов. Корневые DNS-серверы
знают IP-адреса всех DNS-серверов, отвечающих за доменные имена верхнего уровня
(COM, EDU, GOV, INT, MIL, NET, ORG и т.д.).

После этого ваш DNS посылает запрос на COM DNS с просьбой сообщить искомый IP-адрес.
Так происходит до тех пор, пока не найдется DNS-сервер, который выдаст нужную
информацию.

Одна из причин, по которой система работает надежно, — это ее избыточность.
Существует множество DNS-серверов на каждом уровне, и поэтому, если один из
них не может дать ответ, наверняка существует другой, на котором есть необходимая
вам информация. Другая технология, которая делает поиск более быстрым, — это
система кэширования. Как только DNS-сервер выполняет запрос, он кэширует полученный
IP-адрес. Однажды сделав запрос на корневой DNS (root DNS) и получив адрес DNS-сервера,
обслуживающего COM-домены, в следующий раз он уже не должен будет повторно обращаться
с подобным запросом. Подобное кэширование происходит с каждым запросом, что
постепенно оптимизирует скорость работы системы. Несмотря на то что пользователям
работа DNS-сервера не видна, эти серверы каждый день выполняют миллиарды запросов,
обеспечивая работу миллионов пользователей.

КомпьютерПресс 5’2002

3.3. NMT

NMT — один из самых старых стандартов сотовой связи, разработан в 1978 году и впервые введён в эксплуатацию в 1981. Изначально стандарт разрабатывался для Скандинавии с её большой территорией и малой плотностью населения, поэтому он как нельзя лучше подошёл для «мобилизации» России. По сей день в нашей стране сеть NMT имеет значительно большее покрытие даже по сравнению с суммарным покрытием сетей других стандартов. И такое положение вряд ли изменится в ближайшие годы. Стандарт NMT является аналоговым и относится к группе FDMA (Frequency Division Multiplie Access — Множественный Доступ с Частотным Разделением) стандартов сотовой связи. У данной группы стандартов немало недостатков, но и достаточно много преимуществ по сравнению с другими группами (TDMA и CDMA). Основное преимущество — большой радиус действия базовой станции. Главная беда NMT-450 — значительный уровень помех в диапазоне 450 МГц в крупных промышленных городах. Но стоит удалиться от города — качество связи сильно улучшается и зачастую превосходит качество проводных телефонных сетей. С течением времени в стандарт добавлялись различные сервисы и на сегодняшний день NMT выглядит не хуже своих более молодых конкурентов. Это и определение номера, и голосовая почта, факс-почта, конференц-связь, переадресация вызова, SMS, синхронизация часов и т.п.

Передача данных в Интернет

Сегодня просто невозможно себе представить любой современный офис без сети интернет. Но какой он может быть? Доступный в любой точке либо фиксированный? А может, оба этих варианта? В каждом из этих случаев интернет должен обладать высокой скоростью и трафиком, быть доступным, работать без сбоев.

Передаваемая информация может быть в виде цифрового сообщения, которое идёт от самого источника (клавиатура, компьютер).

Также передача данных по локальной сети может осуществляться и в виде аналогового сигнала. В его роли выступает видеосигнал, телефонный звонок. Все они оцифровываются в специальный битовый поток. Для этого применяется специальный импульсно-кодирующий модулятор либо аналогово-цифровой преобразователь.

Кодирование и декодирование же самого источника выполняется при помощи кодека либо специально предназначенного кодирующего оборудования.

Конвергентные сети передачи данных

Они представляют собой вычислительные сети, в которых объединена передача голосовой информации и самих данных.

Всё это обеспечивает следующее:

• Возможность осуществлять работу с разнородной информацией, такой как видео, голос, файлы и электронная почта, на общем пользовательском терминале.
• Существенное упрощение корпоративных коммуникаций. Тут несколько независимых сетей заменяются общей сетью.
• Дополнительную высокую функциональность, а также упрощение работ во время обмена разнородными данными и их обработки.

Сам термин конвергенция очень часто можно услышать на телекоммуникационных семинарах, конференциях и даже выставках.

INTERBUS

INTERBUS представляет собой кольцевую систему. Передающая и принимающая линии объединены в один кабель, из-за этого INTERBUS воспринимается как древовидная структура с линиями, представленными ответвлениями от магистрального кабеля. Эти ответвления соединяются с удаленной шиной через ответвительные клеммные модули шины. Соединения между оконечными устройствами удаленной шины являются активными соединениями точка-точка, физический уровень соответствует стандарту RS-422. При этом полезные данные передаются как дифференциальные сигналы по попарно скрученным сдвоенным проводам (4 провода) в дуплексном режиме. Скорость передачи данных составляет 500 кбит/с или 2 Мбит/с. Возможная общая протяженность линий связи до 12,8 км, при этом система может включать в себя максимум 255 сегментов длиной до 400 м каждый.

Применение повторителей и согласующих резисторов-терминалов на конце линии не требуется, поскольку кольцо автоматически замыкается на последнем устройстве удаленной шины.

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.

RS-485 W2

Этот тип последовательного интерфейса отличается не только высокой производительностью, как и интерфейс RS-422, но также допускает многоточечное подсоединение до 32 оконечных устройств. Электрические уровни и сопоставленные им логические значения идентичны определяемым стандартом RS-422. правда, из-за 2-проводной схемы соединения передача данных может осуществляться только в полудуплексном режиме, это означает, что передача и прием данных производятся попеременно и должны управляться соответствующей программой. Соответствующий программно реализуемый протокол должен в отличие от коммуникации по чистой схеме точка-точка обеспечить возможность обращения к каждому подключенному по многоточечной схеме оконечному устройству по адресу, а также идентификацию этого устройства. В каждый момент времени передавать данные может лишь одно оконечное устройство, все остальные должны в это время находиться в режиме «слушания». Двухпроводной шинный кабель может иметь длину до 1200 м, на его обоих концах должны быть подключены оконечные сопротивления нагрузки (100…200 Ом). Отдельные оконечные устройства могут удаляться от шины с использованием ответвлений на расстояние до 5 м. При применении попарно скрученного и экранированного кабеля максимальная скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с. Стандарт RS-485 определяет всего лишь физические свойства интерфейса. Поэтому совместимость интерфейсов RS-485 между собой не обязательно гарантирована. Такие параметры, как скорость передачи, формат и кодирование данных определяются системными стандартами, например стандартами INTERBUS, PROFIBUS, MODBUS и т.п.