2.2. Передача данных по линиям связи

2.2.1. Данные, сигналы, среда передачи и линии связи

Кратко термин данные определяет единицы, отражающие значение или смысл величин. При этом все данные разделяются на два типа: непрерывные и дискретные. Непрерывные данные имеют непрерывно изменяющиеся в некотором интервале времени значения. В качестве примеров таких данных можно привести изменяющийся во времени звуковой сигнал, или изменяющееся изображение, а также информацию, непрерывно собираемую о температуре и давлении с помощью различных датчиков. Дискретные данные имеют дискретные (изменяющиеся мгновенно, скачками) значения. Их примерами могут служить текст и, в частности, числа.

В системах связи данные передаются от одного узла к другому с помощью сигналов, которые также могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными.

Аналоговый сигнал обычно представляет собой электромагнитную волну с изменяемыми, модулированными параметрами (амплитудой, фазой или частотой), которая в зависимости от диапазона основных частот может передаваться в различных средах, например, по медному проводу, оптическому волокну или по радиоканалу.

Дискретный сигнал имеет конечное число состояний (как правило, 2, 3 или 4) и обычно представляет собой последовательность прямоугольных импульсов различной полярности и амплитуды, которою также можно передавать по различным средам.

В зависимости от типа используемого сигнала линии передачи данных соответственно подразделяются на аналоговые и дискретные (цифровые).

Любые данные, как непрерывные, так и дискретные, могут быть представлены и, следовательно, переданы с помощью как аналоговых, так и дискретных сигналов. При этом:

• представление дискретных данных дискретными сигналами называется кодированием,

• представление дискретных или аналоговых данных аналоговыми сигналами называется модуляцией,

• представление аналоговых данных дискретными сигналами называется оцифровкой.

Возможные сочетания типов передаваемых данных и используемых сигналов, а также применяемого при этом оборудования представлены на рис. 2.2.1.

Рис. 2.2.1

Непрерывные данные могут быть представлены электромагнитным сигналом. Лучшим примером этого является простой телефон. Здесь на входе звук преобразуется микрофоном в электромагнитный сигнал, который на выходе, с помощью обратной процедуры, динамиком вновь преобразуется в звук.

Дискретные данные могут также напрямую быть представлены дискретными сигналами, например, в бинарной (двоичной) форме уровней напряжения, что и используется сегодня в компьютерах. Однако они могут быть преобразованы в аналоговые сигналы с помощью такого устройства, как модем (модулятор/демодулятор). Это устройство на входе линии связи преобразует серию бинарных импульсов напряжения в аналоговый сигнал путем его модуляции. Формируемый таким образом аналоговый сигнал передается в подходящей для его параметров среде (обычно используются телефонные линии, предназначенные для передачи речи) на приемник. На приемном узле другой модем с помощью процедуры демодуляции восстанавливает дискретные данные в виде последовательности импульсов напряжения.

Наконец, с помощью операций преобразования сигналов, схожих с выполняемыми модемом операциями модуляции/демодуляции, для передачи непрерывных данных можно использовать и цифровые сигналы. Примером такого рода преобразователей, используемых при цифровой передаче аналоговой информации, является кодек (кодер/декодер). На передающем узле это устройство оцифровывает, преобразует аналоговый сигнал в поток двоичных 1 и 0. На приемном узле соответствующий кодек реконструирует поток бит в аналоговую информацию.

На рис. 2.2.2 показан базирующийся на одной из основных теорем теории информации пример оцифровывания фрагмента непрерывного сигнала путем разбиения его на части со скоростью, превышающей более чем вдвое частоту оригинала (интервал разбиения Δt много меньше половины периода колебаний исходного сигнала 1/f).

Рис. 2.2.2

Физическая среда передачи данных может быть как проводной, так и беспроводной. В первом случае – это набор проводников, по которым передаются сигналы, во втором - атмосфера или космическое пространство.

Техническая система, применяемая для передачи информации между узлами, может называться по-разному:

• Звено (Link) – это сегмент компьютерной сети, обеспечивающий передачу данных между двумя соседними узлами;

• Канал (Channel) – это часть пропускной способности звена, используемая независимо, т.е. звено – это сумма каналов;

• Составной канал (Circuit) – путь между двумя конечными узлами сети, т.е. сумма каналов промежуточных звеньев.

Термин линия связи – объединяет все три приведенных понятия и часто используется как синоним любого из них.

На способ передачи сигнала влияет количество проводов в линии связи. Из соображений стоимости кабеля и удобства его прокладки в телекоммуникационных сетях передачи данных всегда стремились к максимальному его сокращению. Поэтому, несмотря на то, что внутри даже простейшего компьютера информация передается посредством шины данных, имеющей обычно не менее 32 проводников, в компьютерных сетях в качестве “внешних” линий связи изначально стали применяться двухпроводные линии. Вследствие этого, в отличие от параллельной передачи данных внутри компьютера, в компьютерных сетях чаще всего используется последовательная, побитная передача.

Еще одним отличием “внешних” линий связи компьютеров в сети, от “внутренних”, является гораздо больший уровень помех и худшее качество самих внешних линий.