Передача данных , включая передачу и прием данных , представляет собой передачу данных , передаваемых и принимаемых по каналу связи «точка-точка» или «точка-многоточка» . Примерами таких каналов являются медные провода , оптоволокно , беспроводная связь с использованием радиочастотного спектра , носители информации и компьютерные шины . Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , например , электрического напряжения , радиоволны , микроволны или инфракрасного сигнала.
Аналоговая передача — это метод передачи голоса, данных, изображения, сигнала или видеоинформации с использованием непрерывного сигнала, амплитуда, фаза или некоторые другие свойства которого пропорциональны переменной. Сообщения представляются либо последовательностью импульсов с помощью линейного кода ( передача в полосе пропускания ), либо ограниченным набором непрерывно изменяющихся волновых форм ( передача в полосе пропускания ) с использованием метода цифровой модуляции . Модуляция в полосе пропускания и соответствующая демодуляция выполняются модемным оборудованием.
Цифровая связь , включая цифровую передачу и цифровой прием , представляет собой передачу либо оцифрованного аналогового сигнала, либо изначально цифрового потока битов . [1] Согласно наиболее распространенному определению, как компоненты основной полосы частот, так и компоненты полосы пропускания битов считаются частью цифрового сигнала ; альтернативное определение рассматривает только сигнал основной полосы частот как цифровой, а передачу цифровых данных в полосе пропускания как форму цифро-аналогового преобразования .
Курсы и учебники в области передачи данных [1], а также цифровой передачи [2] [3] и цифровой связи [4] [5] имеют схожее содержание.
Цифровая передача или передача данных традиционно относится к телекоммуникациям и электротехнике . Основные принципы передачи данных могут также рассматриваться в рамках темы компьютерной науки или компьютерной инженерии о передаче данных, которая также включает в себя компьютерные сетевые приложения и протоколы связи , например маршрутизацию, коммутацию и межпроцессное взаимодействие . Хотя протокол управления передачей (TCP) включает в себя передачу, TCP и другие протоколы транспортного уровня рассматриваются в компьютерных сетях, но не обсуждаются в учебнике или курсе по передаче данных.
В большинстве учебников термин аналоговая передача относится только к передаче аналогового сигнала сообщения (без оцифровки) посредством аналогового сигнала, либо как немодулированный сигнал основной полосы, либо как сигнал полосы пропускания с использованием метода аналоговой модуляции, такого как AM или FM . Он также может включать аналогово-аналоговые импульсно-модулированные сигналы основной полосы, такие как широтно-импульсная модуляция. В нескольких книгах в рамках традиции компьютерных сетей аналоговая передача также относится к полосовой передаче битовых потоков с использованием методов цифровой модуляции, таких как FSK , PSK и ASK . Обратите внимание, что эти методы рассматриваются в учебниках, называемых, например, цифровой передачей или передачей данных. [1]
Теоретические аспекты передачи данных охватываются теорией информации и теорией кодирования .
Курсы и учебники в области передачи данных обычно рассматривают следующие уровни протокола и темы модели OSI :
Также часто приходится иметь дело с кросс-слойной конструкцией этих трех слоев. [7]
Данные (в основном, но не исключительно, информационные ) передавались с помощью неэлектронных (например, оптических , акустических , механических ) средств с момента появления связи . Аналоговые данные сигналов передавались в электронном виде с момента появления телефона . Однако первыми приложениями электромагнитной передачи данных в наше время были электрический телеграф (1809) и телетайпы (1906), которые оба являются цифровыми сигналами . Фундаментальная теоретическая работа по передаче данных и теории информации Гарри Найквиста , Ральфа Хартли , Клода Шеннона и других в начале 20-го века была сделана с учетом этих приложений.
В начале 1960-х годов Пол Баран изобрел распределенную адаптивную коммутацию блоков сообщений для цифровой передачи голосовых сообщений с использованием коммутаторов, которые были недорогими электронными устройствами. [8] [9] Дональд Дэвис изобрел и реализовал современную передачу данных в течение 1965-7 годов, включая коммутацию пакетов , высокоскоростные маршрутизаторы , протоколы связи , иерархические компьютерные сети и суть принципа «от конца к концу» . [10] [11] [12] [13] Работа Барана не включала маршрутизаторы с программными коммутаторами и протоколами связи, а также идею о том, что надежность будут обеспечивать пользователи, а не сама сеть . [14] [15] [16] Оба были основополагающими вкладами, повлиявшими на развитие компьютерных сетей . [17] [18]
Передача данных используется в компьютерах в компьютерных шинах и для связи с периферийным оборудованием через параллельные порты и последовательные порты , такие как RS-232 (1969), FireWire (1995) и USB (1996). Принципы передачи данных также используются в носителях информации для обнаружения и исправления ошибок с 1951 года. Первым практическим методом преодоления проблемы точного получения данных приемником с использованием цифрового кода был код Баркера, изобретенный Рональдом Хью Баркером в 1952 году и опубликованный в 1953 году. [19] Передача данных используется в компьютерном сетевом оборудовании, таком как модемы (1940), адаптеры локальной сети (LAN) (1964), ретрансляторы , ретрансляторные концентраторы , микроволновые линии связи , точки доступа беспроводной сети (1997) и т. д.
В телефонных сетях цифровая связь используется для передачи множества телефонных звонков по одному и тому же медному кабелю или оптоволоконному кабелю с помощью импульсно-кодовой модуляции (PCM) в сочетании с временным разделением мультиплекса (TDM) (1962). Телефонные станции стали цифровыми и программно-управляемыми, что способствовало появлению множества дополнительных услуг. Например, первая телефонная станция AXE была представлена в 1976 году. Цифровая связь с конечным пользователем с использованием услуг цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) стала доступна в конце 1980-х годов. С конца 1990-х годов широкополосные технологии доступа, такие как ADSL , кабельные модемы , оптоволокно до здания (FTTB) и оптоволокно до дома (FTTH), стали широко распространены в небольших офисах и домах. Текущая тенденция заключается в замене традиционных телекоммуникационных услуг пакетной связью, такой как IP-телефония и IPTV .
Передача аналоговых сигналов в цифровом виде обеспечивает большую возможность обработки сигналов . Возможность обработки сигнала связи означает, что ошибки, вызванные случайными процессами, могут быть обнаружены и исправлены. Цифровые сигналы также могут быть дискретизированы вместо постоянного мониторинга. Мультиплексирование нескольких цифровых сигналов намного проще по сравнению с мультиплексированием аналоговых сигналов. Из-за всех этих преимуществ, из-за огромного спроса на передачу компьютерных данных и способности цифровой связи делать это, а также из-за того, что последние достижения в области широкополосных каналов связи и твердотельной электроники позволили инженерам полностью реализовать эти преимущества, цифровая связь быстро развивалась.
Цифровая революция также привела к появлению множества цифровых телекоммуникационных приложений, в которых применяются принципы передачи данных. Примерами могут служить сотовая телефония второго поколения (1991) и более поздние версии , видеоконференции , цифровое телевидение (1998), цифровое радио (1999) и телеметрия .
Передача данных, цифровая передача или цифровая связь — это передача данных по каналу связи «точка-точка» или «точка-многоточка». Примерами таких каналов являются медные провода, оптоволокно, беспроводные каналы связи, носители информации и компьютерные шины. Данные представлены в виде электромагнитного сигнала , например, электрического напряжения, радиоволны, микроволны или инфракрасного света.
В то время как аналоговая передача представляет собой передачу непрерывно изменяющегося аналогового сигнала по аналоговому каналу, цифровая связь представляет собой передачу дискретных сообщений по цифровому или аналоговому каналу. Сообщения представляются либо последовательностью импульсов с помощью линейного кода (передача в полосе пропускания), либо ограниченным набором непрерывно изменяющихся волновых форм (передача в полосе пропускания) с использованием метода цифровой модуляции. Модуляция в полосе пропускания и соответствующая демодуляция (также известная как детектирование) выполняются модемным оборудованием. Согласно наиболее распространенному определению цифрового сигнала, как сигналы в полосе пропускания, так и сигналы в полосе пропускания, представляющие потоки битов, считаются цифровой передачей, в то время как альтернативное определение рассматривает только сигнал в полосе пропускания как цифровой, а передачу в полосе пропускания цифровых данных как форму цифро-аналогового преобразования. [ необходима цитата ]
Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, исходящими из источника данных, например, компьютера или клавиатуры. Это может быть также аналоговый сигнал, такой как телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, например, с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) или более продвинутых схем кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Это кодирование и декодирование источника выполняется оборудованием кодека.
В телекоммуникациях последовательная передача — это последовательная передача элементов сигнала группы, представляющей символ или другую сущность данных . Цифровая последовательная передача — это биты, отправляемые по одному проводу, частоте или оптическому пути последовательно. Поскольку это требует меньшей обработки сигнала и меньше шансов на ошибку, чем параллельная передача, скорость передачи каждого отдельного пути может быть выше. Это можно использовать на больших расстояниях, и контрольная цифра или бит четности могут быть легко отправлены вместе с данными.
Параллельная передача — это одновременная передача связанных элементов сигнала по двум или более отдельным путям. Используется несколько электрических проводов, которые могут передавать несколько бит одновременно, что позволяет достичь более высоких скоростей передачи данных, чем при последовательной передаче. Этот метод обычно используется внутри компьютера, например, во внутренних шинах, а иногда и снаружи для таких вещей, как принтеры. Временной перекос может быть значительной проблемой в этих системах, поскольку провода при параллельной передаче данных неизбежно имеют немного разные свойства, поэтому некоторые биты могут прибывать раньше других, что может испортить сообщение. Эта проблема имеет тенденцию ухудшаться с расстоянием, делая параллельную передачу данных менее надежной на больших расстояниях.
Некоторые типы каналов связи включают в себя:
Асинхронная последовательная связь использует стартовые и стоповые биты для обозначения начала и конца передачи. [20] Этот метод передачи используется, когда данные отправляются прерывисто, а не сплошным потоком.
Синхронная передача синхронизирует скорости передачи как на принимающем, так и на передающем конце передачи с помощью тактовых сигналов . Тактовые сигналы могут быть отдельным сигналом или встроенными в данные . Затем между двумя узлами отправляется непрерывный поток данных. Благодаря отсутствию стартовых и стоповых битов скорость передачи данных может быть более эффективной.
По сути, вся работа была определена к 1961 году и конкретизирована и оформлена в официальной письменной форме в 1962 году. Идея маршрутизации «горячего картофеля» датируется концом 1960 года.
коммутации пакетов и проектирование компьютерных сетей связи... стали краеугольным камнем развития, которое привело к появлению Интернета.
первое упоминание в печати термина протокол в контексте передачи данных ... следующими аппаратными задачами были детальная разработка интерфейса между терминальными устройствами и коммутационным компьютером, а также меры по обеспечению надежной передачи пакетов данных по высокоскоростным линиям
Пол Баран ... сосредоточился на процедурах маршрутизации и на выживаемости распределенных систем связи во враждебной среде, но не сосредоточился на необходимости совместного использования ресурсов в той форме, как мы это понимаем сейчас; действительно, концепция программного коммутатора не присутствовала в его работе.
Как вспоминает Кан: ... Вклад Пола Барана ... Я также думаю, что Пол был мотивирован почти исключительно голосовыми соображениями. Если вы посмотрите на то, что он написал, он говорил о коммутаторах, которые были недорогой электроникой. Идея размещения мощных компьютеров в этих местах не совсем пришла ему в голову как экономически эффективная. Поэтому идея компьютерных коммутаторов отсутствовала. Само понятие протоколов не существовало в то время. И идея коммуникаций между компьютерами была действительно второстепенной.
уделял больше внимания цифровой голосовой связи, чем компьютерной.
Историки приписывают основополагающие идеи валлийскому ученому Дональду У. Дэвису и американскому инженеру Полу Барану.
Помимо технических проблем соединения компьютеров с помощью коммуникационных цепей, понятие компьютерных сетей рассматривалось в ряде мест с теоретической точки зрения. Особо следует отметить работу, проделанную Полом Бараном и другими в Rand Corporation в исследовании «О распределенных коммуникациях» в начале 1960-х годов. Также следует отметить работу, проделанную Дональдом Дэвисом и другими в Национальной физической лаборатории в Англии в середине 1960-х годов. ... Еще одна ранняя крупная разработка сети, которая повлияла на разработку ARPANET, была предпринята в Национальной физической лаборатории в Миддлсексе, Англия, под руководством Д. У. Дэвиса.