Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Здесь основную сложностьпредставляет синхронность передачи.1.10.7. УправлениеВозможность управлять и контролировать работу каждого отдельного устройства в сети из единогоцентра.1.10.8. СовместимостьХарактеризует способность подключать разное оборудование и программное обеспечение.1.11. Кто, как и для чего вводит стандарты§Функции стандарта:·унификация (вспомним Вавилонскую башню)·координация·защита пользователей·защита инвестиций§Стандарты·международные, государственные, отраслевые·de jure, de facto§Международная организация по стандартизации (ISO)·Образована в 1946 году, распространена на 89 стран, включая Россию.·Имеет 200 технических комитетов, рабочие группы, более 100 000 добровольцев.·Этапы стандарта - CD, DIS, IS.§Международный Союз электросвязи (орган ООН)·сектор радио коммуникаций (ITU-R)·сектор телекоммуникационной стандартизации (ITU-T)·сектор разработок§Европейская ассоциация производителей компьютеров (ECMA)§Американский национальный институт стандартов·стандартизация языков·развитие SNA совместно с IBM§Министерство обороны США§Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE)§Госстандарт§Техническая комиссияКто есть кто в мире стандартов для Интернета§Интернет-cообщество (ISOC) - развитие инфраструктуры, общие вопросы развития и роста Интернета.§Совет по архитектуре Internet (IAB) - технический контроль и координация работ по разработкеновых стандартов и их реализации.·IETF - решение краткосрочных проблем, спецификация предложений для стандартизации·IRTF - долгосрочные проблемы, требующие отдельных исследования§IETF формирует draft стандарта, которому присваивают RFC·standard proposal (6 месяцев)·standard draft (4 месяца)·официальный стандарт Интернета2.
Физический уровеньВ этой главе мы рассмотрим самый нижний уровень в иерархии сетевых протоколов. Мы начнем сознакомства с теоретическими принципами передачи данных, чтобы уяснить те физические законы,которые ограничивают возможности передавать данные по какой-либо физической среде.Затем мы рассмотрим основные виды физических сред, пригодных для передачи сигналов, и примерысистем, использующих эти физические среды.2.1. Теоретические основы передачи данныхВсе виды информации могут быть представлены при передаче в виде электромагнитных импульсов. Взависимости от среды передачи и организации СПД могут применяться либо аналоговые, либо цифровыесигналы (подробно об этом см.
раздел 2.1.2).Любой сигнал можно рассматривать либо как функцию времени, т.е. то, как различные параметрысигнала изменяются со временем, либо как функцию частоты. Последнее связано с тем, что любой сигналможно рассматривать как композицию составляющих сигналов определенной частоты. Такиесоставляющие сигнала называют гармониками разной частоты. Важной характеристикой сигнала являетсяширина его полосы, которая покрывает весь спектр частот гармоник, составляющих сигнал.
Чем шире этаполоса, тем больше информационная емкость сигнала, но тем более строгие требования такой сигналпредъявляет к той среде, по которой он может эффективно распространяться. Ниже мы подробноостановимся на этих понятиях и их взаимосвязях.Основную проблему построения СПД представляет искажение сигнала при передаче. Это происходитпод влиянием нескольких причин, основными из которых являются затухание, неравномерность затуханияпо частоте, искажение формы, разные виды шумов. Шумы возникают вследствие ряда причин, напримертаких, как термодинамические свойства проводника, взаимные наводки гармоник, составляющих сигнал,внешние электромагнитные воздействия. В случае аналогового сигнала эти искажения носят случайныйхарактер и приводят к потере информации.
В случае цифрового сигнала они приводят к ошибкампередачи. Позднее на примере мы покажем, почему так происходит.При создании любой СПД приходится искать компромисс между четырьмя основными факторами:шириной полосы сигнала, скоростью передачи сигнала, уровнем шумов и искажений сигнала, допустимымуровнем ошибок при передаче.2.1.1. Разные формы представления сигналаКак уже было сказано, любой сигнал можно рассматривать как функцию времени, либо как функциючастоты.
В первом случае эта функция показывает, как меняются со временем параметры сигнала,например, напряжение или сила тока. Если эта функция имеет непрерывный характер, то говорят онепрерывном сигнале. Если эта функция имеет дискретный вид, то говорят о дискретном сигнале. Нарисунке 2-1 показаны примеры дискретного и непрерывного сигналов.Рисунок 2-1. Дискретный и непрерывный сигналыЧастотное представление функции основано на том факте, что любая функция от вещественнойпеременной может быть представлена в виде ряда Фурье:(1),g(t) =где f =- частота, an, bn - амплитуды n-ой гармоники.Ясно, что на практике нельзя учесть бесконечно много гармоник. Все их учитывать и не надо потому,что энергия сигнала распределяется не равномерно между гармониками разной частоты.
В общем случаесоотношение здесь таково, что низкочастотные составляющие несут большую часть энергии. Однако, чембольше составляющих, тем точнее можно воспроизвести вид функции. На рисунке 2-2 показаназависимость формы сигнала от числа используемых гармоник и представление сигнала, как функциичастоты.Рисунок 2-2. Сигнал как функция частотыНи в какой среде сигнал не может передаваться без потери энергии. Разные среды по-разномуискажают форму сигнала и поглощают его энергию в зависимости от частоты. С ростом частоты искажениярастут.
Любая среда передачи ограничивает максимальную частоту передаваемого сигнала, аследовательно, и частоту гармоник, которые можно использовать для аппроксимации функции g(t). Темсамым аппроксимация (точность воспроизведения формы) сигнала ухудшается и скорость передачипонижается. Это хорошо видно на рисунке 2-2.Характеристику канала, определяющую спектр частот, которые физическая среда канала пропускаетбез существенного понижения мощности сигнала, называют полосой пропускания канала. Значение«существенного понижения мощности» определяется в конкретных случаях.
Обычно падение мощностисигнала считают существенным, если оно составляет более 50% ее начального значения. Полосупропускания канала можно ограничивать искусственно с помощью специального частотного фильтра.2.1.2. Сигналы, данные, передачаВажно различать три основные понятия:§Данные§Сигнал§ПередачаДанные – это то, с помощью чего мы описываем явление или объект. Сигнал – это представлениеданных.
Передача – это процесс взаимодействия передатчика и приемника с целью полученияприемником сигналов от передатчика.Цель этого раздела рассмотреть, применительно к этим терминам, понятия аналоговый и цифровой.Соотношение между этими понятиями примерно такое же, как между понятиями непрерывный идискретный. Применительно к данным понятие «аналоговый» проще всего проиллюстрировать на примереголоса.Акустические волны имеют непрерывный характер, т.е. значения их основных параметров,например, амплитуды, частоты, меняются со временем непрерывно.
Другой пример - видеоданные.Яркость изображения, его контрастность также имеют непрерывный характер. Совсем иное дело текст. Онявляется цепочкой символов, которые представлены в виде кодов, например, наборов из нулей и единиц.Эти коды могут быть легко представлены в дискретном или цифровом виде. Коды могут иметь достаточносложное устройство, например, если мы хотим обнаруживать или исправлять ошибки при передаче. Кэтому вопросу мы еще вернемся.Итак, данные могут иметь самую разную природу. Если информация представлена в виде аудио- иливидеоданных, то мы говорим об аналоговых данных. Если она представлена в виде текста, то этоцифровые данные.
Это не означает, что, например, аудиоданные нельзя представить в цифровом виде.Это сделать можно, но потребует дополнительных усилий.Сигналы, как мы уже говорили, могут иметь непрерывную или дискретную форму. В первом случаеговорят об аналоговом сигнале, во втором - о цифровом. Как видно из рисунка 2-2, чем больше гармоник,тем точнее форма сигнала, поэтому сигнал в цифровой форме требует большого числа гармоник, чтобыформа сигнала имела ступенчатый вид.Большое значение также имеет количество уровней, которое может иметь сигнал.
Чем больше числоуровней сигнала, тем больше информации можно передать за один переход с уровня на уровень.Например, если есть только два уровня сигнала, соответствующие 0 и 1, то для передачи 8-разрядногокода символа нам потребуется восемь сигналов. Если же у нас есть сигнал, который может иметь восемьуровней, то потребуется только три таких сигнала, т.е. три изменения уровня сигналов.
При этом еслискорости изменения уровня сигнала при его передаче в первом и во втором случаях одинаковы, тоскорость передачи данных во втором случае будет более чем в два раза выше.Процесс передачи также может иметь аналоговую или цифровую формы. Аналоговая передачапредполагает непрерывное изменение параметров передачи. Цифровая передача - резкое, дискретноеизменение параметров передаваемого сигнала или импульса. На рисунке 2-3 показана взаимосвязьмежду разными формами передачи цифровых и аналоговых данных.Рисунок 2-3. Представление данных в виде аналоговых и цифровых сигналовСигнал в цифровой форме нельзя напрямую передавать с помощью аналоговой передачи или, как еееще называют, аналоговой модуляции, в то время как цифровое кодирование или цифровая передачапозволяет передавать оба вида сигнала.
В случае аналогового сигнала и цифровой модуляции происходитпредварительно оцифровывание сигнала. Смысл процесса оцифровки состоит в том, что с определеннойчастотой замеряется уровень сигнала. Результаты замера представляют в виде некоторого кода, которыйпередают с помощью цифрового кодирования. Как мы увидим позже, уровни и вид импульса при цифровомкодировании имеют большое значение для скорости и надежности передачи.При аналоговой и цифровой передачах факторы, искажающие передаваемый сигнал, влияют поразному. Поскольку при передаче всегда происходит потеря энергии сигнала, то для передачи на большиерасстояния передаваемый сигнал надо периодически усиливать.
Однако при этом будет усиливаться ишум, примешанный к сигналу при передаче. После серии таких усилений форма сигнала может изменитьсядо неузнаваемости. В случае цифровых сигналов это приведет к ошибке передачи, а в случае аналоговыхсигналов – к искажению или просто потере сигнала. На рисунке 2-4 показано влияние шума на цифровойсигнал.Рисунок 2-4. Влияние шума на цифровой сигнал2.1.3.
Взаимосвязь пропускной способности канала и его полосыпропусканияМаксимальную скорость, с которой канал способен передавать сигнал, называют пропускнойспособностью канала.В 1924 Найквист открыл взаимосвязь пропускной способности канала и его полосы пропускания.Теорема Найквистаmax data rate = 2Hбит/сек,где H – ширина полосы пропускания канала, выраженная в Гц, V - количество уровней в сигнале.Из этой формулы следует, например, что канал с полосой 3КГц не может передавать двухуровневыесигналы быстрее 6000 бит/сек.Эта теорема также показывает, что, например, бессмысленно сканировать линию чаще, чемудвоенная ширина полосы пропускания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
