1.2.3. Процесс передачи данных
Необходимость в передаче данных возникает, когда объекты, между которыми происходит обмен информацией, территориально удалены друг от друга. В современных информационных системах обмен происходит с использованием коммуникационной сети. На рис. 1.9 изображена структура (строение) современного канала связи, используемого в процессе передачи данных.
Основные проблемы процесса передачи данных:
1) согласование физических характеристик сигнала (частота, амплитуда) с физическими характеристиками непрерывного канала связи для обеспечения минимального затухания сигнала при его передаче на большие расстояния;
2) сведение к минимуму потери информации при передаче по дискретному каналу, на который воздействуют помехи;
3) решение задачи маршрутизации, т.е. доставление информации адресату по каналу передачи данных в максимально короткий срок.
Поясним суть этих проблем и укажем методы их решения.
1). Физической средой передачи данных является канал связи, в котором элементы данных передаются в виде электрических сигналов. Он называется непрерывным каналом, т.к. проходящие в нем сигналы описываются непрерывными функциями времени. Большинство непрерывных каналов не могут передавать сигналы без их предварительного преобразования. Для такого преобразования в структуре канала предусмотрено специальное преобразующее устройство. Для телефонных каналов связи это устройство называется модем (от слов «модулятор» и «демодулятор»). С помощью модулятора происходит воздействие на входной сигнал, благодаря чему он смещается в диапазон таких частот, для которых наблюдается наименьшее затухание амплитуды сигнала в выбранном непрерывном канале, поэтому модулированный сигнал проходит по каналу с минимальной потерей мощности. Демодулятор осуществляет обратное преобразование, т.е. переход от модулированного сигнала к обычному.
Оконечное оборудование
Источник сообщения
Модем
Модем
Шифратор + Устройство защиты от ошибок
Устройство сопряжения
Модулятор
Оконечное оборудование
Непрерывный
канал
Дешифратор + Устройство защиты от ошибок
Устройство сопряжения
Демодулятор
Приемник сообщения
Дискретный канал
К а н а л п е р е
д а ч и д а н н ы х
Рис. 1.9. Структура
канала связи
2). Для того, чтобы сообщение можно было передать по каналу связи, его надо закодировать, т.е. преобразовать в совокупность таких сигналов, которые удобно передавать на расстояние. Модулятор, непрерывный канал и демодулятор (на другом конце канала) образуют дискретный канал, на вход которого подаются сообщения в виде набора закодированных сигналов, а на выходе эти сообщения считываются и декодируются. Кодирование и декодирование производится шифратором и дешифратором. Каждый из этих приборов снабжен устройством защиты от ошибок, которое производит эти преобразования так, чтобы свести к минимуму искажение информации от помех, воздействующих на канал. Достигается эта минимизация за счет применения специальных помехоустойчивых кодов. В них в основное сообщение встраиваются специальные контрольные символы. Если сообщение будет содержать ошибку, то ее можно будет распознать и исправить. Подобной помехозащищенностью обладают, в частности, и естественные языки. В них каждое слово содержит больше информации, чем необходимо передать. Благодаря подобной избыточности информации можно восстанавливать пропущенные буквы в кроссвордах или старинных рукописях.
3). Необходимость решения задачи маршрутизации возникает из-за того, что каналы связи имеют ограниченную пропускную способность, т.е. существует некоторый предел количества информации, которое по ним можно передать. С другой стороны, коммуникационные сети проектируются так, что между двумя фиксированными узлами можно проложить несколько возможных маршрутов. В процессе функционирования сети загруженность ее отдельных участков постоянно меняется. Поэтому при передаче каждого сообщения производится поиск такого пути (маршрута) прохождения сигнала, по которому можно передать сообщение в кратчайший срок и без потери информации.