Лекция №1 Тема: Содержание, предмет и метод «Коммуникация данных»

2.Физическая коммуникация данных по линиям связи 
Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой 
передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи 
данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи 
(line) является термин канал связи(channel). 
1-рис. Состав линии связи 

---

11 
Физическая среда коммуникация данных (medium) может представлять 
собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и 
соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое 
пространство, через которые распространяются электромагнитные волны. В 
зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие: 

проводные (воздушные); 

кабельные (медные и волоконно-оптические); 

радиоканалы наземной и спутниковой связи. 
1.2-рис. Проводные (воздушные) линии связи
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без 
каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между 
столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются 
телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей 
эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные 
качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. 
Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными. 
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. 
Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: 
электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, 
климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, 
позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного 
оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: 
кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с 
медной жилой, а также волоконно-оптические кабели. Скрученная пара 
проводов называется витой парой (twisted pair). Витая пара существует в 
экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных 
проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded 
Twistedpair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание 
проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые 
по кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию 
и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем 
изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся 

---

12 
характеристиками и областями применения - для локальных сетей, для 
глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический 
кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) волокон, по которым 
распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - 
он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и 
выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту 
данных от внешних помех. 
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью 
передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество 
различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным 
диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных 
волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции 
(Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции 
сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи 
данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах 
ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция 
(Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или 
microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются 
ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости 
между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо 
спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется. 
В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные 
типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются 
волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных 
территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. 
Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется 
отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С 
помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на 
расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь 
используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя 
- например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же 
для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, 
совершающий обход, и т. 
Кодирование. В вычислительной технике для представления данных 
используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных 
соответствуют дискретные электрические сигналы.Представление данных в 
виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. 
Существуют 
различные 
способы кодирования 
двоичных 
цифр, 
например потенциальный способ, при котором единице соответствует один 
уровень напряжения, а нулю — другой, или импульсный способ, когда для 
представления цифр используются импульсы различной полярности. 
Аналогичные подходы применимы для кодирования данных и при 
передаче их между двумя компьютерами по линиям связи. Однако эти линии 
связи отличаются по своим характеристикам от линий внутри компьютера. 
Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо 

---

13 
большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного 
корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных 
электромагнитных помех. Все это приводит к существенно большим искажениям 
прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри 
компьютера. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном 
конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда 
можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования.В 
вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное 
кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления 
данных, который никогда не используется внутри компьютера, — модуляцию. 
При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным 
сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи. 
Потенциальное, или импульсное, кодирование применяется на каналах 
высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов 
предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в 
передаваемые сигналы. Например, модуляция используется в глобальных сетях 
при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были 
разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят 
для непосредственной передачи импульсов. 
Характеристики физических каналов. Существует большое количество 
характеристик, связанных с передачей трафика через физические каналы. 
Предложенная нагрузка это поток данных, поступающий от пользователя 
на вход сети. Предложенную нагрузку можно характеризовать скоростью 
поступления данных в сеть в битах в секунду (или килобитах, мегабитах и т. д.). 
Скорость передачи данных (information rate или throughput, оба английских 
термина используются равноправно) — это фактическая скорость потока 
данных, прошедшего через сеть. Эта скорость может быть меньше, чем скорость 
предложенной нагрузки, так как данные в сети могут искажаться или теряться. 
Емкость канала связи (capacity) называемая также пропускной 
способностью, представляет собой максимально возможную скорость передачи 

---

14 
информации по каналу. Спецификой этой характеристики является то, что она 
отражает не только параметры физической среды передачи, но и особенности 
выбранного способа передачи дискретной информации по этой среде. Например, 
емкость канала связи в сети Ethernet на оптическом волокне равна 10 Мбит/с. Эта 
скорость является предельно возможной для сочетания технологии Ethernet и 
оптического волокна. Однако для того же самого оптического волокна можно 
разработать и другую технологию передачи данных, отличающуюся способом 
кодирования данных, тактовой частотой и другими параметрами, которая будет 
иметь другую емкость. Так, технология Fast Ethernet обеспечивает передачу 
данных по тому же оптическому волокну с максимальной скоростью 100 Мбит/с, 
а технология Gigabit Ethernet - 1000 Мбит/с. Передатчик коммуникационного 
устройства должен работать со скоростью, равной пропускной способности 
канала. Эта скорость иногда называется битовой скоростью передатчика (bit rate 
of transmitter). 
Полоса пропускания (bandwidth) — этот термин может ввести в 
заблуждение, потому что он используется в двух разных значениях. Во-первых, 
с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он означает 
ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. 
Из этого определения понятно происхождение термина. Во-вторых, термин 
«полоса пропускания» используется как синоним термина «емкость канала 
связи». В первом случае полоса пропускания измеряется в герцах (Гц), во втором 
в битах в секунду. Различать значения этого термина нужно по контексту, хотя 
иногда это достаточно трудно. Конечно, лучше было бы использовать разные 
термины для различных характеристик, но существуют традиции, которые 
изменить трудно. Такое двойное использование термина «полоса пропускания» 
уже вошло во многие стандарты и книги, поэтому и в данной книге мы будем 
следовать сложившемуся подходу. Нужно также учитывать, что этот термин в 
его втором значении является даже более распространенным, чем емкость, 
поэтому из этих двух синонимов мы будем использовать полосу пропускания. 
Еще одна группа характеристик канала связи связана с возможностью передачи 
информации по каналу в одну или обе стороны. При взаимодействии двух 
компьютеров обычно требуется передавать информацию в обоих направлениях, 
от компьютера А к компьютеру В и обратно. Даже в том случае, когда 
пользователю кажется, что он только получает информацию (например, 
загружает музыкальный файл из Интернета) или передает (отправляет 
электронное письмо), обмен информации идет в двух направлениях. Просто 
существует основной поток данных, которые интересуют пользователя, и 
вспомогательный поток противоположного направления, который образуют 
квитанции о получении этих данных. Физические каналы связи делятся на 
несколько типов в зависимости от того, могут они передавать информацию в 
обоих направлениях или нет. Дуплексный канал обеспечивает одновременную 
передачу информации в обоих направлениях. Дуплексный канал может состоять 
их двух физических сред, каждая их которых используется для передачи 
информации только в одном направлении. Возможен вариант, когда одна среда 
служит для одновременной передачи встречных потоков, в этом случае 

---

15 
применяют дополнительные методы выделения каждого потока из суммарного 
сигнала. Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в 
обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. То есть в течение 
определенного периода времени информация передается в одном направлении, 
а в течении следующего периода в обратном. 
Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном 
направлении. Часто дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов. 
Даже при рассмотрении простейшей сети состоящей всего из пары компьютеров, 
можно выявить большое количество проблем, связанных с передачей 
информации по сети (линиям связи) Как все мы понимаем, данныепри передаче 
кодируются. Кодированием называется представление данных в виде 
оптических или электрических сигналов. 
Кодирование информации. В вычислительной технике для представления 
данных используют двоичный (бинарный код). Внутри компьютера 1 и 0 
соответствуют 
дискретные 
электрические 
сигналы. 
Существуют 
различныеспособы кодирования, например, потенциальный способ, при котором 
единице соответствует один уровень напряжения, а нулю другой, или 
импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы 
различных полярностей. Абсолютная аналогия наблюдается и при передаче 
данных по линиям связ. Однако тони отличаются от линий в компьютере по 
своим характеристикам Главное отличие состоит в их огромной протяженности, 
а также в том, что онипроходят вне экранированного корпуса по пространству, 
часто подверженную действию ЭМ (электромагнитных помех). Все это 
приводит к значительному искажению прямоугольных импульсов. Поэтому для 
качественного и хорошего распознавания импульса на другом конце линии при 
передачи внутри и вне компьютера можно использовать одни и те же скорости и 
способы кодирования информации. 
Вычислительных сетях применяют какпотенциальное, так и импульсное 
кодирование данных, а также особый метод, который никогда не используется 
просто в компьютерах модуляция. При модуляции информацияпредставляется 
синусоидальным сигналом такой частоты, которую хорошо передает имеющаяся 
линия связи. Потенциальное, или импульсное, кодирование применяется на 
линиях высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов 
предпочтительнее в случаях, когда канал вносит сильные искажения в 
передаваемый сигнал. Так же стоит отметить что на способ передачи 
информации влияет и количество проводов в линиях связи между 
компьютерами. Для снижения стоимости линий связи в сетях стремятся 
сократить количество проводов и изза этого используют не параллельную 
передачу всех битов одного байта, а как это делается в компьютере, а 
последовательную побитную передачу, что требует всего одной пары проводов. 

---

16 
ещё одна проблема, с которой можно столкнуться при передачи данных это 
синхронизация передатчика с приемником на компьютерах. При организации 
взаимодействия модулей компьютера эта проблема решается очень легко, таккак 
все модули синхронизируются от тактового генератора. Проблема 
синхронизации при связи может решаться различными способами, как обменом 
специальными тактовыми уже синхронизированными импульсами по отдельной 
линии, так и путём периодической синхронизации заранее обусловленными 
кодами или импульсами характерной формы, отличающихся от формы данных. 
Несмотря на различные способы предотвращения искажения, все же 
существует вероятность искажения некоторых битов передаваемых данных. 
Используют простой прием подсчёт контрольной суммы и её передачи 
послекаждого блока байтов. Эта информация включается в протокол обмена 
данными как обязательная информация, которая подтверждает правильность 
передачи информации. Характеристики физических каналов. Существует 
большое количество характеристик, связанных с передачей трафика через 
физический каналы.