Деятельность человека всегда была связана с передачей информации. Древний способ передачи - письмо, отправленное с гонцом. Разговаривая, мы передаем друг другу информацию. Человечество придумало много устройств для быстрой передачи информации: телеграф, радио, телефон, телевизор. К числу устройств, передающих информацию с большой скоростью, относятся электронные вычислительные машины, хотя правильнее было бы сказать телекоммуникационные сети.
В передаче участвуют две стороны:
источник - тот, кто передает информацию,
приемник - тот, кто ее получает.
Очень часто при передаче информации возникают помехи. И тогда информация от источника к приемнику поступает в искаженном виде. Ошибки, возникающие при передаче информации, бывают 3-х видов:
часть правильной информации заменяется на неправильную;
к передаваемой информации добавляются лишние, посторонние сообщения;
часть информации при передаче пропадает.
Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.
В процессе передачи информация может теряться, искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи по радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передаче в телеграфе. Эти помехи (шумы) искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации, - криптология.
На протяжении ХХ века сменялось множество способов обмена информацией. Если в XIX веке носителем информации была бумага, а средством передачи была почтовая служба, то в ХХ веке информация стала передаваться гораздо быстрее с помощью телеграфа, в голосовой форме обмениваться информацией можно по телефону, радио и телевидение призваны только для получения человеком информации. В наши дни есть огромное количество способов передачи информации, причем в любой форме. Телефонные линии до сих пор остаются самым удобным средством передачи информации, но теперь ими обслуживаются не только телефоны, но и самое большое достижение процесса информатизации – Internet, содержащий большую часть информации со всей планеты.
Компьютер – это самое популярное средство для обработки, хранения и передачи информации и по сей день, но так как в наши дни информации становится все больше, то и компьютеры претерпевают значительные изменения. Для удобства пользователей стали выпускаться, переносные и карманные компьютеры, подключенные к глобальной информационной сети Internet, чтобы пользователь мог получить необходимую информацию в любом месте, в удобное для него время.
Но так как потоки информации только увеличиваются то для ее создания, обработки, хранения и передачи необходимо разрабатывать все новые и новые средства и приспособления. Существует множество компаний и корпораций, специализирующихся на разработках программного обеспечения, операционных систем, усовершенствовании и разработке новых более совершенных компьютеров, приспособлений для ввода и вывода информации, аксессуаров для удобства обращения с компьютером и ускорения обработки информации.
Что касается самой информации, то до сих пор одним из наиболее важных способов ее передачи между людьми служит документ. Информация, содержащаяся в документе, может быть предоставлена в различных формах, большая часть из которых отображается на различных носителях. Текст, графика, видео, аудио – все может быть передано, показано, распространено и обработано в виде цифрового файла документа.
Есть виды весьма важных бумажных документов, у которых может не быть электронного двойника.
1. это архивная информация.
2. чертежи выпускаемых изделий, разработанные без применения средств автоматизации
3. документы ваших партнеров по бизнесу.
Перенос большей части производственного процесса, в котором появляются новые разработки, идеи, требующие разработки на специальных программах, которые в свою очередь тоже совершенствуются и занимают в компьютере все больше дискового пространства, ставит задачу – увеличение того самого дискового пространства, оперативной памяти, нового программного обеспечения. Это подталкивает компьютерные корпорации на все новые разработки, например, в области обмена большим количеством данных между компьютерами, не подключенными к сети.
Во всех этих случаях идет одностороннее получение информации, то есть пользователь получает необходимую информацию, считывая ее с носителя. А можно ли обмениваться электронной информацией (текстовыми документами, чертежами, рисунками, аудио- и видеодокументами) в двустороннем порядке? Конечно, можно, если ваш компьютер подключен к глобальной сети Internet и имеет необходимое оборудование и программное обеспечение.
Видеоконференции Internet – очень экономичная альтернатива традиционным фирменным системам, но для их проведения нужны каналы связи с более высокой пропускной способностью, нежели для телефонных переговоров в Internet, поэтому они привлекают внимание, прежде всего, пользователей из делового мира.
В изделиях для совместной работы через Internet реализовано множество интерактивных технологий, которые позволяют организовать тесное взаимодействие и обмен информацией между членами импровизированных рабочих групп. Несколько пользователей могут совместно работать с одной прикладной программой, обсуждать возникающие идеи, дискутировать и обмениваться файлами.
Но, несмотря на то – большая ли это корпорация или маленькая фирма, появилась новая проблема – проблема безопасности сети.
За последние годы тысячи компаний обзавелись узлами Web, а их служащие получили доступ к электронной почте и программам просмотра Internet. В результате у любого постороннего лица с элементарными познаниями в области сетевых технологий и недобрыми намерениями появился способ для проникновения во внутренние системы и сетевые устройства компании: через канал связи Internet. Попав внутрь, «взломщик» найдет способ получить интересующую его информацию; разрушить, изменить или похитить данные. Даже самая широко используемая служба Internet, электронная почта, изначально уязвимы: любой человек, имеющий анализатор протоколов, доступ к маршрутизаторам и другим сетевым устройствам, участвующим в обработке электронной почты на пути ее следования из одной сети в другую через Internet, может прочитать, изменить и стереть информацию вашего сообщения, если не приняты специальные меры обеспечения безопасности.
Изготовители сетевых средств защиты информации быстро откликнулись на потребности Internet, адаптировав существующие технологии аутентификации и шифрования для каналов связи Internet и разработав новые защитные продукты.
Каждый человек постоянно сталкивается с информацией, притом так часто, что смысл самого понятия объяснить может не каждый. Информация - это сведения, которые передаются от одного лица другому при помощи различных средств связи.
Существуют различные способы передачи данных, о которых речь пойдет далее.
Каким образом передается информация
В процессе развития человечества происходит постоянное совершенствование механизмов, при помощи которых передаются сведения. Способы хранения и передачи информации довольно разнообразны, поскольку существует несколько систем, в которых происходит обмен данных.
В системе передачи данных различают 3 направления: это передача от человека к человеку, от человека к компьютеру и от компьютера к компьютеру.
- Первоначально сведения получают при помощи органов чувств - зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Для передачи информации на ближнем расстоянии существует язык, который позволяет сообщить полученные сведения другому человеку. Кроме того, передать что-либо другому человеку можно, написав письмо либо в процессе спектакля, а также при разговоре по телефону. Несмотря на то, что в последнем примере используется средство связи, то есть промежуточное устройство, оно позволяет передать сведения в непосредственном контакте.
- Для передачи данных от человека к компьютеру необходимо введение ее в память устройства. Информация может иметь разный вид, о чем будет идти разговор далее.
- Передача от компьютера к компьютеру происходит посредством промежуточных устройств (флеш-карты, интернета, диска и т. д.).
Обработка информации
После получения необходимых сведений возникает необходимость их хранения и передачи. Способы передачи и обработки информации наглядно представляют этапы развития человечества.
- В начале своего развития обработка данных представляла собой перенесение их на бумагу при помощи чернил, пера, ручки т. д. Однако недостаток такого способа обработки заключался в ненадежности хранения. Если упоминать способы хранения и передачи информации, хранение на бумаге имеет определенный срок, который определяется сроком службы бумаги, а также условиями ее эксплуатации.
- Следующим этапом является механическая информационная технология, при которой используется печатная машинка, телефон, диктофон.
- Далее на смену механической системе обработки сведений пришла электрическая, ведь способы передачи информации постоянно совершенствуются. К таким средствам относят электрические пишущие машинки, портативные диктофоны, копировальные машинки.
Виды информации
Виды и способы передачи информации отличаются в зависимости от ее содержания. Это могут быть текстовые сведения, представляемые в устной и письменной форме, а также символьные, музыкальные и графические. К современным видам данных относят также видеоинформацию.
С каждой из этих форм хранения информации человек имеет дело каждый день.
Средства передачи информации
Средства передачи информации могут быть устными и письменными.
- К устным средствам относят выступления, собрания, презентации, доклады. При использовании этого метода можно рассчитывать на быструю реакцию оппонента. Использование дополнительных невербальных средств в процессе разговора способно усилить эффект от речи. К таким средствам относят мимику, жесты. Однако в то же время информация, получаемая в устном виде, не имеет долгосрочного действия.
- Письменные средства информации - это статьи, отчеты, письма, записки, распечатки и т. д. При этом не приходится рассчитывать на быструю реакцию публики. Однако преимуществом является то, что полученную информацию можно перечитать, усвоив тем самым информацию.
Способы представления информации
Как известно, информация может быть представлена в нескольких формах, что, однако, не меняет ее содержания. Например, дом можно представить как слово или графическое отображение.
Способы представления и передачи информации можно изобразить в виде следующего списка:
- Текстовая информация. Позволяет наиболее полно предоставить информацию, однако может содержать большой объем данных, что способствует плохому ее усвоению.
- Графическое изображение - это график, схема, диаграмма, гистограмма, кластер и т. д. Они позволяют кратко представить информацию, установить логические связи, причинно-следственные отношения. Кроме того, информация в графическом виде позволяет найти решения различных вопросов.
- Презентация является красочным наглядным примером способа представления информации. В ней могут сочетаться как текстовые данные, так и графическое их отображение, то есть различные виды представления информации.
Понятие о коммуникации
Коммуникацией называют систему взаимодействия между несколькими объектами. В обобщенном смысле это и есть передача информации от одного объекта другому. Коммуникации являются залогом успешной деятельности организации.
Способы передачи информации (коммуникации) выполняют следующие функции: организационную, интерактивную, экспрессивную, побудительную, перцептивную.
Организационная функция обеспечивает между сотрудниками систему отношений; интерактивная позволяет формировать настроение окружающих; экспрессивная окрашивает настроение окружающих; побудительная призывает к действию; перцептивная позволяет различным собеседникам понимать друг друга.
Современные способы передачи информации
К наиболее современным способам передачи информации относят следующие.
В интернете содержится огромное количество информации. Это позволяет черпать для себя массу знаний, не утруждаясь изучением книг и других бумажных источников. Однако, помимо этого, он содержит способы и средства передачи информации, аналогичные исторически более давним моделям. Это аналог традиционной почты - электронная почта, или e-mail. Удобство использования этого вида почты заключается в скорости передачи письма, исключении этапности доставки. На сегодняшний день практически каждый имеет электронный адрес, и связь со многими организациями поддерживается именно посредством этого способа передачи информации.
GSM-стандарт цифровой сотовой связи, который широко применяется повсеместно. При этом происходит кодирование устной речи и передача ее через преобразователь другому абоненту. Вся необходимая информация размещается в sim-карте, которая вставляется в мобильное устройство. На сегодняшний день наличие данного средства связи является необходимостью в качестве средства коммуникации.
WAP позволяет просматривать на экране мобильного телефона web-страницы с информацией в любом ее виде: текстовом, числовом, символьном, графическом. Изображение на экране может быть адаптировано под экран мобильного телефона либо иметь вид, аналогичный компьютерному изображению.
Способы передачи информации современного типа включают также GPRS, который позволяет осуществлять пакетную передачу данных на мобильное устройство. Благодаря этому средству связи возможно беспрерывное использование пакетными данными одновременно большим количеством человек одновременно. Среди свойств GPRS можно назвать высокую скорость передачи данных, оплату только за переданную информацию, большие возможности использования, параметры совместимости с другими сетями.
Интернет посредством использования модема позволяет получить высокую скорость передачи информации при низкой стоимости такого доступа. Большое количество интернет-провайдеров создает высокий уровень конкуренции между ними.
Спутниковая связь позволяет получить доступ в интернет посредством спутника. Преимуществом такого способа является низкая стоимость, высокая скорость передачи данных, однако среди недостатков есть ощутимый - это зависимость сигнала от погодных условий.
Возможности использования средств передачи информации
По мере появления новых средств передачи информации возникают возможности нетрадиционного использования различных устройств. Например, возможность видеоконференции и видеозвонка вызвала идею использовать оптические устройства в медицине. Таким образом происходит получение информации о патологическом органе при непосредственном наблюдении во время операции. При использовании такого способа получения информации нет необходимости делать большой разрез, проведение операции возможно при минимальном повреждении кожи.
Цели урока:
- Закрепить понятие информации.
- Сформировать понятие о способах передачи информации на разных этапах развития человечества.
- Рассказать о языке передачи информации.
- Выяснить, с помощью каких технических средств можно передавать информацию.
- Сформировать понятие “помехи” и выяснить способы их преодоления.
Ход урока.
На доске написано число, тема урока: “Передача информации”, определение:
Информатика – это наука о способах передачи, хранения и переработки информации.
Развитие человечества было бы невозможно без обмена информацией. С давних времён люди из поколения в поколение передавали свои знания, извещали об опасности или передавали важную и срочную информацию, обменивались сведениями. Первоначально люди пользовались лишь средствами ближней связи: речь, слух, зрение.
1. Скажите что может быть общего между поэтом А.С. Пушкиным и информатикой?
Оказывается великий поэт, выразитель своей эпохи, оставил свидетельство о том, как в древности люди передавали информацию. Вспомните:
Ветер по-морю гуляет и кораблик подгоняет,
Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.
Кораблик доставлял моряков в разные страны, они вели торг своими товарами, узнавали новости из разных стран и рассказывали о своей стране. На суше все важные новости доставлял гонец – человек, передающий устные сообщения. Развитие письменности породило - Почту.
2. Какими известными вам способами передвигалась почта с древних времён?
Известно, например, применение на Кавказе костровой связи. Два костровых сигнальщика находились на расстоянии прямой видимости на возвышенных местах или башнях. Когда приближалась опасность, сигнальщики, зажигая цепочку костров, предупреждали об этом население
Например, в Петербурге в начале XIX века была развита пожарная служба. В нескольких частях города были построены высокие каланчи, с которых обозревались окрестности. Если случался пожар, то на башне днём поднимался разноцветный флаг с той или иной геометрической фигурой, а ночью зажигалось несколько фонарей, число и расположение которых означало часть города, где произошёл пожар, а также степень его сложности.
- В каких произведениях пожарная каланча как средство визуального наблюдения? (Кошкин дом.)
- В каких фильмах вы встречали передачу сведений об опасности через зажигание костров на башнях ? (Мулан.)
- В каких фильмах использовалась передача информации через стражников на башнях? (Золушка.)
Рассмотрим ситуацию:
“Встретились двое глухих. Один держит в руке удочку.
Другой спрашивает:
Ты что, на рыбалку собрался?
Да нет, я на рыбалку.
А я думал, ты на рыбалку…”
Что помешало обмену информацией? Информация была передана, но до адресата не дошла из-за отсутствия физической возможности её воспринять. Ведь при любом обмене информацией должны существовать её источник и её приёмник.
Когда ты читаешь книгу, эта книга является для тебя источником информации, а ты – приёмник этой информации. Убери книгу – и информация в ней станет для тебя недоступной, поскольку исчез её источник. Закрой глаза или выйди в другую комнату – тогда для книги не будет приёмника информации.
Первый вывод: Если есть передача информации, то обязательно есть её источник и её приёмник(получатель).
Вот несколько ситуаций, в которых можно обнаружить передачу информации. Определи, кто или что является источником, а кто или что - приёмником.
- Пешеход переходит дорогу по регулируемому перекрёстку.
- Школьник учит уроки по учебнику.
- Мальчик играет на компьютере.
- Ты набираешь телефонный номер, чтобы позвонить.
- Ты пишешь поздравительную открытку.
- Ты пишешь адрес и почтовый индекс на конверте.
Обратите внимание на то, что в одних ситуациях информация передаётся только в одну сторону, а в других происходит взаимный обмен информацией.
3. В каких из предыдущих ситуаций происходит обмен информацией и кто в какой момент становится то источником, то приёмником?
А может ли быть так, что:
1. Источник информации один, а приёмников – несколько? Привидите примеры.
2. Источников информации несколько, а приёмник один? Привидите примеры.
3. Привидите примеры с взаимным обменом информации.
При передаче информации важную роль играет форма представления информации. Она может быть понятна источнику информации, но недоступна для понимания получателя. Если я начну разговаривать с вами на английском языке, тогда несмотря на то, что вы изучаете английский язык с первого класса, вы не сможете понять меня, а поймёте только отдельные слова из моей речи.
А вот учащиеся лицеев с углублённым изучением английского языка, смогли бы понять мою речь, то есть восприятие информации от уровня подготовленности принимающего объекта.
Одну и ту же информацию можно передать разными сигналами и даже совсем разными способами. Для передачи информации не так уж существенно, каким образом передавать, а главное – заранее договориться о том, как понимать те или иные сигналы. И если мы об этом договорились, то уже получается код или шифр. Так, например, если горит красный сигнал – это значит нельзя переходить улицу. Загорелся зелёный – иди и не бойся.
А какие коды ты знаешь?
Просто есть коды, к которым мы давно привыкли, которые хорошо изучили и легко понимаем. А другие для нас в новинку, а то и вовсе непонятны.
Например: В русском языке – СОБАКА; в польском – Рies; ванглийском – Dog; во французском – Chien; в немецком – Нund.
Для оценки твоих знаний в школе тоже используются коды:
Отличные знания – “5”; хорошие – “4”; удовлетворительные – “3”;плохие – “2”, а если ничего не знаешь, то можно и единицу получить. Скажем, получил ты “5” и радостный идёшь домой. А немецкий мальчик идёт с пятёркой и горько плачет, потому что в той стране, тот же самый код “5” означает плохие знания – как у нас “1”. Получается, что одни и те же цифры 1, 2, 3, 4, 5 – в разных странах имеют для оценки знаний разный смысл.
Второй вывод: Сигнал сам по себе ещё не несёт информацию. Только когда с помощью сигналов передаётся некоторый код, мы можем говорить о передаче информации.
Для общения друг с другом мы используем код – русский язык. При разговоре этот код передаётся звуками, при письме он передаётся условными знаками – буквами.
Водитель, передавая рассеянному пешеходу информацию о том, что он едет по дороге, может мигнуть светом фар или дать гудок.
Когда ты звонишь по телефону, ты тоже передаёшь на телефонную станцию код – набираешь номер телефона.
Одна и та же кодовая запись может обозначать совершенно разные вещи в зависимости от того, какой смысл мы связываем с этим кодом. Например, набор цифр 120595 может обозначать:
Почтовый индекс;
Расстояние между городами в метрах;
Номер телефона;
Запиши несколько вариантов того, что могла бы означать запись 14-10?
Итак, в любом процессе передачи или обмена информацией существует её источник и получатель, а сама информация передаётся по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и других.
В обычной жизни для человека любой звук и свет являются сигналами, несущими смысловую нагрузку. Например, сирена – звуковой знак тревоги; звонок телефона – сигнал, чтобы взять трубку телефона; красный свет светофора – сигнал, запрещающий переход дороги. Если мы заметили какое-то изменение в окружающей обстановке, то можно сказать, что произошло событие. Школьный звонок вдруг зазвенел после длительного молчания – произошло событие – закончился урок. У чайника на плите вдруг из носика пошёл пар – произошло событие – вода в чайнике закипела.
Привести ещё примеры событий из вашей жизни.
Итак, в передаче информации участвует “Канал связи”. Разберёмся с ним.
Рассмотрим наш урок с точки зрения передачи информации.
Я – источник, говорю с вами на русском языке, кодируя речь понятными для вас словами. Канал связи – воздушная среда, которая передаёт колебания, производимые мною. Вы – получатели информации. Ваше ухо воспринимает колебания воздуха, расшифровывает информацию и вы понимаете, о чём идёт речь на уроке. Представим себе, что вы отвлеклись, и тогда часть сказанного мною не дошла до вас, и вы уходите с урока так и не поняв, о чём говорилось на уроке. Знакомая ситуация, не правда ли? Именно поэтому вас постоянно просят учителя не отвлекаться и не отвлекать других, так как трудно усвоить материал, о котором ты не прослушал объяснения учителя.
Давайте немного отдохнём. Поиграем в игру: “Глухой телефон”. Ведущий передаёт слово первому игроку на ушко, чтобы никто не слышал. Тот, в свою очередь, передаёт следующему и так далее. Затем ведущий спрашивает услышанное слово у последнего игрока, затем у предыдущего и далее по цепочке. Выясняется, что первоначальная информация неимоверно исказилась. Причиной может быть и плохо услышанная информация, и специально неправильно переданное слово. На этом примере мы разбираемся, что не любая информация доходит до получателя в первоначальном виде.
Оказывается, чтобы попасть к своему адресату, информация проходит ещё более сложный путь. При разговоре люди кодируют свою речь понятными для окружающих словами. По воздуху колебания достигают уха собеседника, поступают в головной мозг, декодируются, и только тогда происходит процесс передачи информации. Вот так это происходит.
Полная схема передачи информации.
Если в качестве источника информации выступает техническое устройство (телефон, компьютер и что-то другое), то от него информация попадает на кодирующее устройство, которое предназначено для преобразования исходного сообщения в форму, удобную для передачи. С такими устройствами вы встречаетесь постоянно: микрофон телефона, лист бумаги и так далее.
По каналу связи информация попадает на декодирующее устройство получателя, которое преобразует кодированное сообщение в форму, понятную получателю.
Привести примеры кодирующих и декодирующих устройств.
Запишите, как происходит по этой схеме передача информации в компьютере от клавиатуры к экрану монитора.
Третий вывод: В процессе передачи информация может утрачиваться, искажаться ..
Это происходит из-за различных помех на канале связи, так и при кодировании и декодировании информации. С такими ситуациями вы встречаетесь достаточно часто: искажение звука в телефоне, помехи при телевизионной передаче, ошибки телеграфа, неполнота переданной информации, неверно выраженная мысль, ошибка в расчётах. Вспомним опять сказку о царе Салтане, да и другие литературные произведения, когда героям всегда кто-нибудь мешает. Существует огромное количество способов кодирования, которыми пользуются органы разведки, а ещё больше людей работают над декодированием информации в органах национальной безопасности. Вопросами, связанными с методами кодирования и декодирования информации, занимается специальная наука – криптография.
Человечество всегда стремилось к передаче информации без помех, создавая всё новые и надёжные средства связи.
В XVIII веке возник семафорный телеграф. Это световая связь.
Очень богатым на открытия в области связи был XIX век. В этом веке люди овладели электричеством, которое породило множество открытий. Сначала П.Л. Шеллинг в России в 1832 году изобрёл электрический телеграф. В 1837 году американец С. Морзе создал электромагнитный телеграфный аппарат и придумал специальный телеграфный код – азбуку, которая теперь носит его имя. В 1876 году американец А. Белл изобрёл телефон.
В 1895 году русский изобретатель А.С. Попов открыл эпоху радиосвязи. Самым замечательным изобретением XX века можно считать телевидение. Освоение космоса привело к созданию спутниковой связи. Среди самых последних новинок – оптоволоконная связь, но с ней мы познакомимся на выставке “Информатика и связь”. Самые современные средства связи будут представлены на ней, и вы увидите пока не реализованные проекты, которые составят гордость нашей науки и промышленности.
Домашнее задание: во время просмотра телевизионных передач, записать примеры средств связи; зафиксировать помехи, если они наблюдались, их частоту и причину.
Виды связи общего назначения
К видам связи традиционного назначенияотносятся: почтовая
(буквенно-цифровая и графическая информация), телефонная (передача речи), телеграфная (буквенно-цифровые сообщения), факсимильная (буквенно-цифровая и графическая информация), радио, радиорелейная и спутниковая связь (буквенно-цифровая и графическая информация). Они делятся на:проводные (телефонные, телеграфные и т.п.) ибеспроводные , в которых, в свою очередь выделяют: радио (всенаправленные, узконаправленные, сотовые и иные радио системы), радиорелейные и космические (спутниковые) устройства, системы и комплексы. При этом, например, передачу речи можно организовать по аналоговым и цифровым, проводным и беспроводным, телефонным и любым радио каналам связи.
Средства связи предоставляют возможность организации названных видов связи с использованием телефонных, факсимильных, телеграфных аппаратов, компьютеров с модемами и др. Пользователь обычно не знает, какие виды связи были задействованы при организации сеанса связи, в котором он участвовал. В ряде случаев системы и средства связи называютсредствами коммуникации , поскольку термин «коммуникация» (англ. «communication») в переводе означает средство связи.
Существуют различные классификации средств связи. Так по одной из них к средствам коммуникации относят средства и системы:
● стационарной и мобильной телефонной связи;
● телеграфной связи;
● факсимильной передачи информации и модемной связи;
● кабельной и радиосвязи, включая оптико-волоконную и спутниковую связь.
Следует отметить, что эта классификация не даёт чёткого представления о рассматриваемой области, так как объединяет в одной позиции и средства, и системы связи, а также проводную (кабельную) и беспроводную (радио и спутниковую) связь.
Будем придерживаться определения, данного в теме 3: средства связи – технические системы передачи данных (СПД) и информации на расстояние, образующие канал связи и оконечные устройства приёма/передачи.
Современные средства связи предоставляют пользователям десятки и сотни различных сервисных услуг, например: выяснение времени и погоды в любой точке планеты, уточнение расписания
движения различных видов транспорта и местоположения субъекта или объекта (средства навигации), возможность автоматического заказа билетов и номеров в гостиницах, автоматическое переключение вызова на другой телефонный аппарат или пейджер, циркулярную рассылку информации нескольким абонентам одновременно, ведение разговора сразу с несколькими абонентами, вызов абонентов с помощью долговременной памяти их номеров, автоматическое определение и запоминание номера вызывающего абонента, использование автоответчика с записью передаваемых сообщений, дистанционное управление телефоном, подключение к компьютеру и другие сервисы.
По видам передаваемых сигналов средства связи делятся на аналоговые и цифровые или дискретные.
К аналоговым относятся непрерывные сигналы, как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например, речь в телефонном канале.
При передаче любых сведений по сетям передачи данных их приходится преобразовывать в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче машиночитаемой информации с ЭВМ по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми ). Для передачи машиночитаемой информации в качестве кода используют 8-ми разрядный двоичный код.
Каналы связи
Д ля передачи данных образуют среду их распространения – совокупность линий или каналов передачи данных и приёмопередающего оборудования. Линии или каналы связи являются общим, связующим звеном любой системы передачи данных и с точки зрения организации связи делятся на лини и каналы.Линия связи – это физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов – с ближайшими узлами.
Каналы связи образуется различным образом.
Они могут быть как физическими проводными каналами –
образуемыми кабелями связи, так и волновыми каналами – формируемыми для организации в какой-либо среде (например, эфире) различных видов радиосвязи с помощью антенн и выделенной полосы частот. При этом электрические и оптические каналы связи (образуемые соответствующими сигналами) подразделяются на:проводные ибеспроводные (радио-, инфракрасные и другие) каналы. Таким образом, оптический, как и электрический сигнал может распространяться, по проводам, в эфире и других средах.
В телефонной сети после набора номера, канал образуется на время соединения, например, двух абонентов и проведения между ними сеанса голосовой связи. В проводных системах передачи данных канал
формируется путём применения оборудования уплотнения, позволяющего одновременно продолжительно или кратковременно передавать по линии связи данные большого (тысяч) количества источников. Такие линии состоят из одной или нескольких пар проводов (кабелей) и обеспечивают передачу данных на различные расстояния. Термин «канал » в радиосвязи означает среду передачи данных, организованную для одного или нескольких, одновременно проводимых сеансов связи. Во втором случае, например, может использоваться частотное разделение каналов.
Также, как и средства связи, линии или каналы связи делятся на: аналоговые, цифровые, а также аналогово-цифровые.
Цифровые коммуникации (каналы связи) надёжнее, чем аналоговые. Они обеспечивают высокое качество передачи информации, позволяют внедрять механизмы, гарантирующие целостность каналов, защиту данных и применение других сервисов. Для передачи аналоговой информации по цифровому каналу, она преобразуется в цифровую форму.
В конце 1980-х годов появиласьцифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Serviced Digital Network –ISDN ). Предполагается, что она станет глобальной цифровой магистралью, соединяющей офисные и домашние компьютеры, обеспечивая им высокоскоростную передачу данных (до 2 Мбит/с и более). Стандартными четырёхпроводными абонентскими устройствами ISDN могут быть: телефон, факсимильный аппарат, устройства передачи данных, оборудование телеконференций и другие. Конкуренцию им могут составить современные технологии, применяемые в сетях кабельного телевидения.
По пропускной способности каналы связи делятся на:
● низкоскоростные (телеграфные, скорость передачи информации от 50 до 200 бод/с). Напомним, что 1 бод = 1 бит/сек,
● среднескоростные (аналоговые телефонные, от 300–9600 до 56000 бит/с для ЭВМ),
● высокоскоростные или широкополосные(скорость передачи информации свыше 56000 бит/с). Так как, 1 байт равен 8 битам, можно легко осуществить пересчёт, например, 56000 бит/с = 7 Кб/с.
В зависимости от возможностей организации направлений передачи информации каналы связи делятся на:
♦ симплексные , позволяющие осуществлять передачу информации только в одном направлении;
♦ полудуплексные , обеспечивающие попеременную передачу информации в прямом и обратном направлениях;
♦ дуплексные или полнодуплексные, допускающие передачу информации одновременно в прямом и обратном направлениях.
Проводные каналы связи представляют группу параллельных или
скрученных (витая пара) медных проводов, коаксиальные кабели и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В проводных каналах используют следующие виды кабелей:
1. Витая пара (скорость передачи данных – 1 Мбит/сек).
2. Коаксиальный кабель (типа TV, тонкий и толстый) – скорость передачи данных – 15 Мбит/сек.
3. Оптоволоконный кабель (скорость передачи данных – 400 Мбит/сек).
1. Витая пара (англ. «twisted pair») – изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между проводниками и парами. Выделяют пять категорий витых пар. Первая и вторая категории используются при низкоскоростной передаче данных, причём первая – стандартный телефонный абонентский провод. Третью, четвёртую и пятую категории применяют при скоростях передачи до 16, 25 и 155 Мбит/с соответственно, причём третья (Token Ring) и четвёртая (Ethernet) для частоты до 10 МГц, а пятая – до 100 МГц. Наибольшее распространение получила третья категория. Ориентируясь на перспективные решения, связанные с потребностью увеличивать пропускную способность сети, следует использовать оборудование пятой категории, обеспечивающее передачу данных по обычным телефонным линиям и ЛВС со скоростью до 1 Мбит/с.
Такие провода содержат две или четыре пары и могут иметь экран из алюминиевой фольги. В последнем случае они называются – экранированная витая пара (англ. «shielded twisted pair», STP).
Неэкранированный провода называют UTP (англ. «unshielded twisted pair»).
2. Коаксиальный кабель
– (Рис. 14-1) медный проводник (или алюминиевый провод, покрытый медью) внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки, свитой из тонких
Рис. 14-1. Виды коаксиальных кабелеймедных проводников,
изолированной от проводника диэлектриком (заполняющим пространство между ними). От стандартного телевизионного кабеля он отличается волновым сопротивлением. У первого 75 Ом, а у второго – 50 Ом. По такому кабелю скорость передачи данных достигает 300 Мбит/с. Различают тонкий (Ø 0,2 дюйма/5 мм) и толстый (Ø 0,4 дюйма/10 мм) коаксиальный кабель. В ЛВС обычно применяют тонкий кабель, так как его легче прокладывать и монтировать. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование в сетях передачи данных.
Сети кабельного телевидения (CATV) строились с использованием коаксиального кабеля, аналоговый сигнал по которому передавался на расстояние до нескольких десятков км. Типичная сеть кабельного TV имеет древовидную структуру, где головной узел получает сигналы со спутника связи или по ВОЛС. Ныне появляются такие сети, в которых используются коаксиальный и волоконнооптический кабель, позволяющий обслуживать большие территории и передавать бóльшие объёмы информации, обеспечивая высокое качество сигналов даже без применения повторителей. Такие сети называются
гибридными (HFC).
При симметричной архитектуре прямой и обратный сигналы передаются по одному кабелю в различных диапазонах частот с разными скоростями (обратный медленнее).
В любом случае скорость загрузки данных в таких сетях многократно выше (до 1000 раз), чем в стандартных телефонных линиях. Данные, загружаемые по телефонной линии в течение 20 мин., могут быть загружены в кабельной сети за 1–2 с.
В организациях с собственными кабельными сетями предпочтительнее использовать симметричные схемы, так как в этом случае скорость прямой и обратной передачи одинакова и составляет примерно 10 Мбит/с. Ныне выпускаются модемы, способные передавать информацию со скоростью до 30 Мбит/с и более.
Количество проводов, используемых для домашних ПК и электроники, постоянно растёт. По оценке специалистов в 150-метровой квартире прокладывается до 3 км различных кабелей. В 1990-е годы решить эту проблему предложила британская компания United Utilities, разработав технологиюDigital Power Line (DPL). Она предложила использовать обычныесиловые электрические сети в качестве сетей или среды высокоскоростной передаче данных, осуществив передачу голоса и пакетов данных по простым электрическим сетям напряжением
Наибольших успехов в данной области добилась израильская компания Main.net, разработавшая технологию Powerline Communications (PLC), обеспечивающую передачу данных и голоса (VoIP) со скоростью от 2 до 10 Мбит/с. При этом высокоскоростной поток данных разбивался на несколько низкоскоростных, передававшихся на отдельных поднесущих частотах с последующим их объединением в один сигнал (частотное разделение сигнала).
PLC-технология подходит для низкоскоростной передачи данных (домашняя автоматика, бытовые устройства и т.п.), доступа в Интернет со скоростью менее 1 Мбит/с, для приложений, требующих высокоскоростного соединения (видео по запросу, видеоконференцсвязи и т.п.). При этом питающие здание электрические кабели служат «последней милей», а электропроводка внутри здания – «последним дюймом» для передачи данных.
При небольшом расстоянии между промежуточной приемопередающей точкой (трансформаторной подстанцией) и зданием скорость передачи доходи до 4,5 Мбит/с. PLC-технология может использоваться при создании локальной сети в небольшом офисе или жилом доме, так как минимальная скорость передачи позволяет покрывать расстояние до 200–300 м. Такая технология обеспечивает реализацию услуг дистанционного мониторинга, охраны жилища, управления его режимами, ресурсами и т.п., составляющих концепцию интеллектуального дома. Ожидается, что с её помощью станет возможным организовать прямой доступ в Интернет .
Оптоволоконный |
||||
кварцевого | сердечника |
|||
диаметром | ||||
окружённого |
||||
отражающей | защитной |
|||
Рис. 14-2. Вид Оптоволоконного кабеля | оболочкой | с внешним |
||
диаметром | ||||
(Рис. 14-2). Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. Кодирование информации производится изменением интенсивности светового потока. При передаче информации отражённый от стенок волокна луч приходит на приёмный конец с минимальным затуханием. Такой кабель обеспечивает полную защиту от воздействия внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи данных (до 1000 Мбит/с). Он позволяет одновременно организовать работу нескольких сотен тысяч телефонных, нескольких тысяч видеотелефонных и около тысячи телевизионных каналов. Волоконно-оптические кабели сложны для несанкционированного подключения, пожаробезопасны, но достаточно дороги и требуют устройств преобразования световых сигналов в электрические (лазеры) и наоборот. Такие кабели используются, как правило, при прокладке магистральных линий связи (ВОЛС). Уникальные свойства кабеля позволяют использовать его для организации сетей Интернет.
Каналы связи бывают коммутируемые (создаются лишь на время проведения сеанса передачи информации, например, телефонные) инекоммутируемые (выделяются абоненту на продолжительный период времени и не зависят от времени передачи данных – выделенные).
Беспроводные каналы связи
Выделяют три основных типа беспроводных сетей :
1) радиосети свободного радиочастотного диапазона (сигнал передаётся сразу по нескольким частотам);
2) микроволновые (дальняя и спутниковая связь),
3) инфракрасные (лазерные, передаваемые когерентными пучками света). Последние являются высокопроизводительными (высокоскоростными) системами. Их широкое применение порой ограничивается из-за невысокой устойчивости к таким природным явлениям как дождь и туман. Предел дальности такой связи равен 5 км, устойчивой связи – 1–1,5 км.
По способу организации используются системы одночастотной, двухчастотной и многочастотной радиосвязи. Обычно одночастотная связь применяется в режиме радиальной радиосвязи, то есть предоставляет возможность всем абонентам сети слышать вызывающего абонента и отвечать ему (симплексный режим ). Для организации прямой связи между двумя удалёнными абонентами используется также одноканальная двухчастотная (полудуплексная ) радиосвязь –двухчастотный симплекс , то есть на одной частоте осуществляется передача, а на другой – приём сообщений. Многоканальные системы полудуплексной радиосвязи формируются на основе транковых и радиорелейных систем.
Транкинговая (англ. «trunking») илитранковая (англ. «trunked»)
связь – (ствол, канал связи) означает соединительную линию, организуемую между двумя станциями или узлами сети и предназначенную для организации передачи информации группы пользователей в одном радиостволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 35, 70 и 100 км. Это профессиональная мобильная радиосвязь (ПМР) с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы.
Радиорелейная связь образуется путём строительства протяжённых линий с приёмо-передающими станциями и антеннами. Она обеспечивает узкополосную высокочастотную передачу данных на расстоянии между ближайшими антеннами в пределах прямой видимости (примерно 50 км). Скорость передачи данных в такой сети достигает 155 Мбит/с.
Рассмотрим особенности видов связи.
Телеграфная связь является одним из старейших видов связи. Она изобретена в России в 1832 году П.Л. Шиллингом. Она считается исключительно надёжной, но характеризуется низкой скоростью передачи и не предназначена для широкого, особенно частного, использования.
Телефонная связь – самый распространённый вид оперативноуправленческой связи. Официально она появилась 14 февраля 1876 года, когда А. Белл (Александр Грейам, 1847–1922, США) зарегистрировал изобретение первого телефонного аппарата. Спустя два часа другой изобретатель Иоайш Грей подал заявку на аналогичный аппарат. Первая телефонная станция появилась также в США (Нью-Хейвен) в 1878 году.
Принцип телефонной связи заключается в следующем. Телефонный микрофон, в который говорит абонент, преобразует колебания звука в аналоговый электрический сигнал. Сигнал передаётся по линиям связи на телефонный аппарат абонента, принимающего голосовую информацию, с помощью индуктивных катушек и мембраны,
расположенных в телефонной трубке. Этот сигнал преобразуется в колебания звука. Диапазон передаваемых частот по отечественным телефонным каналам – 300 Гц–3,4 кГц.
Телефонная связь представляет разветвлённую структуру, объединяющую аппараты абонентов с ближайшими автоматическими телефонными станциями (АТС), которые соединяются между собой в единую телефонную сеть . Любой аппарат абонента соединяетсяабонентской линией с ближайшей АТС, удаленной от него на расстояние до 10 км. На телефонной станции производится подключение телефонных каналов абонентских и соединительных линий (между АТС) на время телефонных переговоров и их разъединение по окончании переговоров.
Широкое применение в организациях находят офисные телефонные системы (УАТС, ОАТС, ЭУАТС и др.).
Сотовая радиотелефонная связь (сотовая подвижная связь,
СПС) появилась в конце 1970-х годов. Её также называютмобильной . Промышленно системы СПС начинают эксплуатироваться в США с 1983 года, а в России – с 1993 года. В 1998 году Япония первой в мире обеспечила доступ мобильных телефонов в Интернет.
Принцип организации СПС заключается в создании сети равноудалённых антенн с собственным радиооборудованием, каждая из которых обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (англ. «cell» – сота). Каждая сота работает в диапазоне частот, отличном от соседних сот. В каждой соте действует своя базовая станция (Base Transceiver Station, BTS), контроллер (Base Station Controller) которой следит за качеством приёма сигналов мобильных аппаратов. Когда качество сигнала аппарата пользователя с этой станцией становится хуже, чем с соседней – эта базовая станция переключает аппарат пользователя на работу с лучшей соседней базовой станцией.
При этом сотовый телефон автоматически связывается с тем передатчиком, в зону обслуживания которого он перешёл, и разговор абонента продолжается при его любом перемещении в зоне действия
Расстояние между антеннами зависит от мощности, частоты их приёмо-передающего оборудования и топологии местности. Чем выше полоса частот работы системы, тем меньше радиус действия антенн, а значит, и расстояние между ними, то есть размер соты. Но в этом случае улучшается проникающая способность сигнала сквозь различные препятствия (окна, двери и стены), а также можно уменьшить размеры индивидуальных аппаратов и увеличить число абонентских радиоканалов.
Мобильные телефоны используют следующие стандарты:
GSM (Global System for Mobile Communications– глобальная система для мобильной связи), рассчитан на работу с частотами 900/1800 МГц. Обеспечивающий скорость обмена данными до 270
Кбит/с, GPRS – до 115,2 Кбит/с. GSM получил наибольшее распространение в нашей стране;
CDMA (Code Division Multiple Access) в России появился позже
GSM и работает на частоте 450 МГц. Специалисты утверждают, что стандарт CDMA-450 обеспечивает более качественную, чем GSM/GPRS голосовую связь. Предполагается, что он составит конкуренцию стандарту GSM/GPRS и даже может его заменить;
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) с полосой частот 1885–2025 и 2110–2200 МГц и скоростью от 144 Кбит/с. В отношение этого стандарта высказывается более категоричное мнение, что он должен заменить стандарты GSM и GPRS.
Одной из современных услуг, предоставляемых операторами сотовой связи, является SMS (Short Message Service) – служба коротких сообщений. Эта услуга, позволяет осуществлять между сотовыми телефонами обмен короткими буквенно-цифровыми сообщениями.
Способом обмена данными в беспроводных системах на радиочастоте около 2,4 ГГц и расстоянии до 100 м является Bluetooth. Его использование позволяет связывать различные электроприборы, например, для получения удалённого беспроводного доступа к Интернету и мобильному телефону, а также к компьютеру. Технология Bluetooth позволяет соединяться с Интернетом со скоростью до 1 Мбит/с.
Спутниковая связь образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмопередающим оборудованием. Она позволяет охватывать территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч.
мультимедийных, радионавигационных и др. Принцип работы систем спутниковой связи (ССС) заключается в том, что от абонента сигнал поступает (в т.ч. по радиоканалу), как правило, на ближайшую наземную станцию, которая переадресовывает его на станцию спутниковой связи. Оттуда этот сигнал с помощью мощной антенны отправляется на спутник. К абоненту сигнал поступает аналогично, в обратном порядке.
Спутники располагаются на одной из трёх орбит (Рис. 14-3). Спутник, расположенный на геостационарной орбите (Geostationary Earth Orbit, GEO),
находится на высоте 36 тыс. км и является неподвижным для наблюдателя.
Рис. 14-3. Типы орбит | |
спутников связи |
Он способен охватывать значительные области (территории) планеты.
Средние орбиты (Mean Earth Orbit, MEO) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км.
На низких орбитах (Low Earth Orbit, LEO) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории.
Станции спутниковой связи (ССС) делятся на: стационарные, переносные(перевозимые) и портативные.
Они обеспечивают:
1) телевидение и радиовещание для коллективных и индивидуальных пользователей;
2) национальные и цифровые телефонные сети связи;
3) поддержку системы коммерческой связи SMS (Satellite Multiservices System) для высокоскоростной передачи данных, проведения видеоконференций и межкомпьютерного обмена информацией;
4) предоставление связи наземным подвижным объектам и др.
Персональная спутниковая радиосвязь или спутниковая индивидуальная связьориентирована на использовании систем персональной спутниковой связи (СПСС). Портативные станции спутниковой связи вместе с антенной умещаются в кейсе и имеют массу до 8,5 кг.
Современные средства связи всё больше ориентируются на обеспечение передачи различных видов данных. Для этого создаются сети передачи данных, использующие специальные каналы связи и методы передачи данных, предоставляющие пользователям различные виды передачи данных.
Передача данных в сетях
Для передачи данных обычно создаются специальные сети. При их отсутствии или невозможности воспользоваться ими, передаче данных осуществляют по неприспособленным для этого каналам связи, например, низкочастотным и низкоскоростным линиям и каналам телефонной связи.
В сетях передачи данных используются специальные программнотехнические средства, обеспечивающие соединение сетей между собой и с абонентами, а также высокоскоростную, надёжную и, как правило, защищённую передачу различной информации. При этом средства передачи данных организуют распространение в сети только цифровой информации.
Они обеспечивают передачу и приём кодированной информации и в совокупности с используемым для этого каналом связи образуют
систему передачи данных (СПД).
Первые такие системы предназначались для обмена данными по низкоскоростным телефонным и телеграфным каналам связи. Информация в системе телеграфной связи передаётся с помощью двоичных сигналов постоянного тока, принимающих одно из двух возможных значений. Скорость передачи телеграфных сигналов измеряется в Бодах – эта единица впервые введена в 1927 году.
По режиму обмена данными устройства передачи данными (УПД) делятся на симплексные, полудуплексные и дуплексные.
По скорости передачи УПД выделяют:
● низкоскоростные (до 200 Бод);
● среднескоростные (до 4800 Бод);
● высокоскоростные (свыше 4800 Бод).
Современные УПД состоят из устройств преобразования сигналов, защиты от ошибок и других вспомогательных систем. Устройства преобразования сигналов изменяют подаваемые на их вход сигналы в вид, пригодный для их передачи по каналам связи и приёма данных, поступающих из каналов связи. Основным устройством, обеспечивающим приём-передачу машиночитаемых данных по сетям связи, является модем.
Способы передачи данных в сетях
Передача данных в сетях связана с видом систем связи и оборудования, типом используемых каналов и способом их коммутации. Коммутация данных осуществляется в системах коммутации каналов. При этом канал передачи данных используется попеременно для обмена информацией между разными пунктами информационной сети.
По способу коммутации выделяют четыре вида передачи данных в сетях:
1. По выделенным каналам связи . В этом случае прокладывается канал связи между абонентами. Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлению и наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передача сигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действия этого режима низок и обычно не превышает 3–6%. Обеспечить занятость такого канала можно, если организовать доступ к нему других пользователей, что не всегда возможно. Выделенные каналы использую
в системах военного назначения, а также в некоторых отраслях, например, в системе Министерства путей сообщения. С развитием спутниковых каналов связи появляется возможность организации выделенных каналов путём их аренды.
2. Коммутация каналов – принцип, используемый в телефонных сетях. Заключается в монопольном использовании канала в течение
одновременного соединения между собой двух и более станций. При большом числе пунктов коммутации процесс установления соединений может оказаться сложным и длительным. Достаточно одному тракту в сети оказаться занятым и приходиться повторно осуществлять набор номера вызываемого абонента. После того как соединение состоялось, идёт передача данных.
КПД этого режима примерно 10%. Повышение эффективности достигается использованием в других соединениях отдельных частей маршрута после их освобождения. Здесь возможен режим реального времени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство: можно использовать телефонную сеть.
3. Коммутация сообщений предполагает установление соединения
с ближайшим узлом и передачу ему всего сообщения целиком. Дальнейший путь к получателю складывается из аналогичной передачи сообщения на других физических участках, в совокупности образующих не фиксированный, а виртуальный канал.
При этом снижается основной недостаток предыдущего метода, но передача идёт не в режиме реального времени, а по мере освобождения
и готовности промежуточных пунктов (узлов) к приёму данных. Время передачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи более полной. КПД – 30%.
4. Коммутации пакетов – способ передачи данных, позволяющий довести КПД до 50%, так как режим передачи данных является более гибким. Организованный как метод коммутации сообщений, он позволяет делить сообщение на пакеты и передавать их по одному пути или одновременно по нескольким направлениям параллельно. Однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, что требует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Кроме того, этот метод допускает мультиплексирование за счёт передачи на отдельных участках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет.
Технические средства передачи информации в сетях
Сетевые технические средства определяются как блоки илиустройства взаимодействия – функциональные блоки или устройства, обеспечивающие взаимодействие нескольких информационных сетей или подсетей. К ним относятся:
1) серверы доступа;
2) сетевые адаптеры, повторители, коммутаторы, концентраторы, мультиплексоры, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и модемы, согласующие работу компьютеров с каналами передачи данных.
Кроме того, технические средства передачи информации включают каналы передачи данных.
Для высокоскоростной передачи информации предпочтительно создавать и использовать специальные каналы передачи данных. Это весьма дорогое мероприятие и обычно с такой целью используют существующие каналы передачи информации, которые, как правило, не обладают необходимыми характеристиками. Проблема решается на аппаратно-программном уровне с помощью высокоскоростного и высоконадёжного оборудования, подключаемого к этим каналам, и специального программного обеспечения.
Сетевой адаптер. Стандартные сетевые адаптеры работают со скоростью 10 Мб/с. В больших сетях с интенсивным обменом файлами, в том числе графическими и аудиовизуальными, печатью на сетевом принтере и другое, такой скорости недостаточно. В этом случае используют оборудование, позволяющее поддерживать скорость обмена данными до 100 Мб/с. Такие сетевые адаптеры и концентраторы дороже, но они позволяют легко модернизировать и наращивать сеть, что, несомненно, окупается. Известно, что просто замена оборудования всегда дороже его модернизации.
Повторитель (англ. «Repeater») служит для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС, если она не может работать на одном сегменте кабеля или ограничений на расстояние, число узлов.
Концентратор (англ. «Hub») – устройство, позволяющее соединить компьютеры (РС или Клиенты) с сервером или несколько ЛВС в интерсеть для организации иерархических структур и разветвления сети. Бывают пассивными и активными. К одному концентратору можно подключить от двух, четырёх до нескольких десятков компьютеров.
Мост (англ. «Bridge») служит для соединения разных подсетей, имеющих, в том числе, неодинаковые канальные протоколы.
Шлюз (англ. «Gateway») – межсетевой преобразователь, служит для соединения информационных сетей различной архитектуры с неодинаковыми сетевыми протоколами.
Как правило, в сетях приём и передача информации между несколькими абонентами организуются с помощью специальных устройств разделения и уплотнения канала. Абоненты обычно не знают об этом, так как качество связи не ухудшается, а сигналы в таком канале одних абонентов не влияют и не мешают другим. Такое разделение канала называется мультиплексированием , а устройства разделения и уплотнения канала –мультиплексорами. Мультиплексирование бываетвременное , при этом передача информации различных абонентов в одном канале происходит по очереди в отдельные отрезки времени, ичастотное , то есть каждая линия, образуемая в данном канале, занимает свой частотный диапазон в рамках общего диапазона канала.
Очевидно, что оперативность передачи данных зависит и от возможности выбирать оптимальные маршруты доставки данных.
Прокладка маршрутов в сети связи при передаче данных вызывает значительные трудности. Выбор оптимального маршрута является сложной научной и практической задачей и осуществляется специальными устройствами – маршрутизаторами (англ. «Router»). Основная их характеристика – обеспечивать минимальное время передачи данных (пакетов) при минимальной стоимости передачи. Кроме того, они выполняют следующие функции: «моста» между ЛВС и Интернетом: соединения (объединения) локальных сетей (маршрутизации): защиты ЛВС от несанкционированного доступа (Firewall). Маршрутизатор может представлять программное, техническое и программно-техническое средство. Он является полноценным ресурсом Интернета, имеет свой IP-адрес и, как правило, предназначен для работы к корпоративных и территориальных сетях.
Под маршрутизатор выделяется специальный ПК. Между собой маршрутизаторы разных сетей обычно соединяют оптоволоконными линиями связи. Каждый маршрутизатор постоянно сообщает своему окружению о «подведомственной» ему территории, остальные отслеживают эти данные, в т.ч. возникающие изменения.
В небольших сетях на одном из ПК устанавливают программу для маршрутизации. В качестве универсального маршрутизатора можно привести пример устройства U.S.Robotics USR8000, представляющего четырёхпортовый концентратор сетей 10/100 Ethernet, принт-сервер, сервер настройки DHCP, маршрутизатор и брандмауэр. DHCP-сервер. при установленном протоколе TCP/IP и включенной опции «Получить IP-адрес автоматически», позволяет при следующем включении присвоить уникальный IP-адрес новому узлу. Благодаря встроенному брандмауэру маршрутизатор за одним IP-адресом скрывает от внешней среды всю внутреннюю сеть.
Модемы и факс-модемы
Модем – устройство преобразования цифровых данных ЭВМ для передачи их по линиям связи. Он необходим для связи удалённых компьютеров между собой с целью обеспечения доступа к хранящейся на них или других удаленных ПК информации.
Принцип работы модемов и протоколы работы модемов в сети рассматриваются в теме 15.
Дословный перевод названия устройства означает «модулятор– демодулятор». Данное устройство содержит элементы прямого и обратного преобразования сигналов машиночитаемых кодов компьютера в сигналы, передаваемые по линиям связи, так как телефонные сети позволяют передавать аналоговые сигналы, в то время как вычислительная техника работает с цифровыми сигналами.
Модуляция – изменение какого-либо параметра сигнала в канале связи (модулируемого сигнала) в соответствии с текущими значениями
передаваемых данных (модулирующего сигнала). Модуляция означает перенос низкочастотного сигнала в высокочастотный спектр с помощью несущей – высокочастотного сигнала (волны), то есть преобразование сигнала в вид, необходимый для передачи по линиям связи на различные расстояния. Потребность в использовании такого метода связана с тем, что высокочастотная электромагнитная волна гораздо лучше распространяется в пространстве, чем низкочастотная. Демодуляция – обратное преобразование модулированного в модулирующий сигнал.
В модемах используются амплитудная ,частотная (FSK – Frequency Shit Keying),фазовая (PSK – Phase Shift Keying) и квадратурно-амплитудная (QAM – Quadrature Amplitude Modulation)
модуляция. Кроме того, модем осуществляет автоматический набор телефонного номера и контроль за безискажёнными приёмом и передачей информации.
Амплитуда – состояние сигнала, представляющее его громкость (размах передаваемой волны). Передача информации с использованиемамплитудной модуляции используется редко из-за подверженности такого сигнала воздействию шумов, приводящей к искажению передаваемых данных.
Фазовая модуляция – метод кодирования цифровых данных путём изменения фазы, сдвиг которой образуется в случае задержки передачи сигнала. Он используется для представления «нуля» и «единицы». Метод наиболее часто применяется в модемах в сочетании с другими методами модуляции.
Частотная модуляция – изменение частоты передачи несущей волны. Разная частота несущей означает передачу «нуля» или «единицы». Метод использовался ещё при передаче кодов Морзе, осуществляющейся замыканием телеграфного ключа.
Модемы обычно обеспечивают связь компьютеров между собой по любым каналам связи. То есть они организуют передачу данных с помощью встроенных в них устройств преобразования кодов, служащих для быстрой и помехозащищённой передачи информации. Одной из важнейших характеристик модема является его способность обеспечивать надёжную связь даже на линиях плохого качества (чувствительность, регулировка связи и уровня выходного сигнала). Первый и третий факторы компенсирует затухание телефонной линии, второй – корректирует зашумлённость линии.
По способу подключения к компьютеру модемы бывают:
● внутренними (англ. «internal») – устанавливаемыми в свободный слот материнской платы в системном блоке компьютера;
● встроенными (англ. «embedded») – входящими в базовую конфигурацию ПК;
● внешними (англ. «external»).
Модемы изготавливаются для работы в кабельных или
беспроводных сетях. Кабельные модемы могут функционировать в различных проводных линиях, в том числе кабельного телевидения.
Обычно модемы подключаются к телефонной линии специальным телефонным шнуром, на обеих сторонах которого установлены вилки «RJ11». Внутри шнура имеются четыре провода. Для отечественных телефонных линий используются два средних провода (зелёный и красный). Телефонная линия подключается к разъёму «Line», а телефонный аппарат – к разъёму «Phone». Эти разъёмы располагаются на внешней стороне модема.
Кроме того, в нём могут быть установлены переключатели или перемычки для выбора порта подключения модема и номера запроса на прерывание «IRQ». Обычно в стандартном компьютере существует два последовательных порта (25- и 9-штырьковые) с логическими именами «COM1» и «COM2», к которым подключаются мышь и другие внешние устройства.Внутренний модем содержит дополнительный COM-порт
(«COM3» или «COM4»). Порты «COM1» и «COM3» используют прерывание IRQ 4, а «COM2» и «COM4» – IRQ 3. В компьютере свободными обычно бывают прерывания 5,9, 10 и др. Для внутреннего модема можно выбрать, например, порт «COM3» и прерывание IRQ 5.
Для внешнего модема не требуется выбирать порт и прерывание, так как он подключается к одному из свободных последовательных портов RS-232 («COM1» или «COM2»). Однако в этом случае не остаётся свободных портов для возможного подключения других внешних устройств. К телефонному каналу такой модем также подключается через разъём «RJ11».
В сетях кабельного телевидения для подключения модема к компьютеру используют технологию, основанную на Ethernet 10BaseT. Имея встроенный адаптер Ethernet, модем подключается к локальной сети или компьютеру. При этом в компьютер должен быть установлен адаптер Ethernet, специальное ПО, обслуживающее протокол сетей Интернет (TCP/IP).
В компьютерных сетях применяются как модемы, так и факс-
Факс-модем по своим функциональным возможностям не эквивалентен факсимильному аппарату. Основное отличие заключается
в том, что в состав факсимильного аппарата всегда входит сканирующее устройство (обеспечивает считывание любого контрастного изображения с листа бумаги), принтер и факс-модем (обеспечивает только передачу изображений или текста, хранящихся в цифровом виде
в памяти компьютера). Кроме того, последний фактически является не самостоятельным устройством, а расширением персонального компьютера, и может функционировать лишь при включенном состоянии компьютера. В нём используются устройства телефонного аппарата, обеспечивающие согласование с линией связи и организацию посылки-приёма вызова абонента. Информация представляется только в
«электронном» виде. Факс-модем обеспечивает более высокое качество передаваемых изображений. При этом можно обеспечить конфиденциальность передачи сообщений, быстрый доступ к данным, распечатку на высококачественных принтерах и др. Всё это производится в фоновом режиме работы ПК. Внешние устройства воспринимают факс-модем как факсимильный аппарат группы 03 (по классификации МККТТ).
Программная поддержка факс-модема обычно предусматривает соединение и набор заданного номера абонента, архивирование сообщений, создание каталогов, рассылку по списку адресов, отправление в заданное время, автоответ и другие функции.
Различают режимы факса и модема. При работе факс-модема в режиме модема (англ. «handshake» – «рукопожатие») слышен звук, напоминающий «свист», а при факсимильном соединении – «булькающий» звук.
Факс-модемы так же бывают внутренними (факсимильная плата или карта) и внешними. Факсимильная плата встраивается в свободный слот компьютера. Она обеспечивает преобразование передаваемых файлов в стандартный факсимильный формат, а принимаемых – в формат графических файлов (как правило, TIFF); соединение с телефонной линией, набор номера абонента, приём и передачу сообщений, режим автоответа, задержанную передачу и др.
Для их подключения необходимо наличие стандартного разъёма, интерфейсного кабеля и ПО для форматирования и переноса данных из персонального компьютера в телефакс.
Передача факсимильных сообщений по компьютерным сетям осуществляется следующим образом:
1. Документ вставляют в факсимильный аппарат, набирают последовательно номер факс-шлюза отправляющего абонента (IP/FaxRouter) и получателя. Начинается пересылка документа.
2. IP/FaxRouter устанавливает связь с IP-адресом факс-шлюза получателя, а затем с его телефонным номером.
3. Преобразовав аналоговые данные факс-аппарата в IP-пакеты, он посылает их по сети IP/FaxRouter. Последний, освободив внешнюю линию связи, посылает данное сообщение абоненту-получателю.
Важным параметром модемов является скорость передачи данных , определяемая в битах в секунду (англ. «Bits Per Second», bps), в бодах
(англ. «baud») и символах в секунду (англ. «Characters Per Second», cps).
Единица «бод» была названа в честь французского изобретателя телеграфного аппарата Эмиля Бодо. Боды определяют количество любых переданных (не только информационных) битов в секунду. При передаче через модем данных по телефонной линии с высокой скоростью, значения в битах в секунду и в бодах могут различаться.
Термин «символ в секунду» более реально показывает скорость
5 необычных способов передачи информации в древности
Ответ редакцииИстория человечества знает примеры удивительных способов передачи информации, такие как узелковая письменность, индейские племена под названием вампум и шифрованные манускрипты, один из которых криптологи не могут разгадать до сих пор.
Узелковое письмо в Китае. Фото: Commons.wikimedia.org
Узелковое письмо или способ записи при помощи завязывания узелков на веревке, предположительно, существовал еще до появления китайских иероглифов. Узелковая письменность упоминается в трактате Дао дэ цзин («Книге пути и достоинства»), написанном древнекитайским философом Лао-цзы в VI-V вв. до н.э. В качестве носителя информации выступают связанные между собой шнуры, а саму информацию несут узелки и цвета шнурков.
Исследователи выдвигают разные версии предназначения такого вида «письменности»: одни считают, что узелки должны были сохранить для предков важные исторические события, другие - что древние люди таким образом вели бухгалтерию, а именно: кто ушел на войну, сколько человек вернулось, кто родился и кто умер, какова организация органов власти. Кстати, узелки плели не только древние китайцы, но и представители цивилизации инков. У них существовали свои узелковые письмена «кипу», устройство которых было похоже на китайскую узелковую письменность.
Вампум. Фото: Commons.wikimedia.org
Эта письменность североамериканских индейцев больше напоминает разноцветный орнамент, нежели источник информации. Вампум представлял собой широкий пояс из нанизанных на шнуры бусин из раковин.
Чтобы передать важное сообщение, индейцы одного племени отправляли в другое племя гонца-вампумоносца. С помощью таких «поясов» заключались договоры между белыми и индейцами, а также фиксировались самые важные события племени, его традиции и история. Помимо информативной нагрузки, вампумы несли бремя валютной единицы, иногда просто использовались в качестве украшения для одежды. Люди, которые «читали» вампумы, имели привилегированное положение в племени. С появлением на американском континенте белых торговцев в вампумах перестали использовать ракушки, заменив их стеклянными бусинами.
Натертые железные пластины
Блики от пластин предупреждали племя или поселение об опасности нападения. Однако такие способы передачи информации использовались только в ясную солнечную погоду.
Стоунхедж и другие мегалиты
Мегалитическое захоронение в Бретани. Фото: Commons.wikimedia.org
Древние путешественники знали специальную символическую систему каменных сооружений или мегалитов, которые показывали направления движения в сторону ближайшего поселения. Эти каменные группы предназначались, прежде всего, для жертвоприношений или в качестве символа божества, но они же являлись практически дорожными знаками для заблудившихся. Считается, что один из самых знаменитых памятников эпохи неолита - британский Стоунхендж. Согласно самой распространенной версии, он был построен в качестве большой древней обсерватории, так как положение камней можно связать с расположением небесных святил в небе. Существует также версия, которая не противоречит данной теории, о том, что геометрия расположения камней на местности несла информацию о лунных циклах Земли. Таким образом, как предполагается, древние астрономы оставили после себя данные, которые помогали потомкам управляться с астрономическими явлениями.
Шифрование (Манускрипт Войнича)
Рукопись Войнича. Фото: Commons.wikimedia.org
Шифрование данных используется с древних времен до сих пор, совершенствуется только способы и методы шифровки и дешифровки.
Шифровка позволяла передавать сообщение тому, кому оно предназначалось таким образом, чтобы никто другой не имел возможности понять его без ключа. Праотцом шифрования является криптография — моноалфавитная письменность, прочесть которую можно было только с помощью «ключа». Одним из примеров криптографического шрифта является древнегреческий «скитала» — цилиндрическое устройство с поверхностью из пергамента, кольца которого двигались по спирали. Дешифровать сообщение можно было только с помощью палочки такого же размера.
Одним из самых загадочных манускриптов, записанных с помощью шифровки, считается рукопись Войнича. Свое название манускрипт получил в честь одного из владельцев — антиквара Вилфрида Войнича, который приобрел его в 1912 году у Римской коллегии, где она ранее хранилась. Предположительно, документ был написан в начале XV века и описывает растения и людей, но дешифровать его не удается до сих пор. Это сделало манускрипт известным не только в среде криптолгов- дешифровщиков, но и породило разного рода мистификации и домыслы среди обычных людей. Причудливые тексты рукописи кто-то считает искусной подделкой, кто-то важным посланием, кто-то - документом на искусственно придуманном языке.
