Lignes et canaux de communication

Une ligne de communication et un canal de communication ne sont pas la même chose.

Une ligne de communication (LC) est un support physique à travers lequel les signaux d'information sont transmis. Plusieurs canaux de communication peuvent être organisés en une seule ligne de communication au moyen du temps, du code de fréquence et d'autres types de division - on parle alors de canaux logiques (virtuels). Si un canal monopolise complètement une ligne de communication, on peut alors l'appeler canal physique, et dans ce cas coïncide avec la ligne de communication. S'il est acceptable, par exemple, de parler d'un canal de communication analogique ou numérique, il est absurde de parler d'un canal de communication analogique ou numérique. ligne numérique communications, puisqu'une ligne n'est qu'un support physique dans lequel des canaux de communication peuvent être formés différents types. Cependant, même lorsqu’on parle de ligne physique multicanal, on l’appelle souvent canal de communication. Les drogues constituent un élément essentiel de tout système de transmission d’informations.

Riz. 24.2. Classification des canaux de communication

La classification des canaux de communication (CC) est présentée dans la Fig. 24.2. Selon la nature physique des médicaments et des CS qui en découlent, ils sont divisés en :

l mécanique - utilisé pour la transmission supports matériels information;

l acoustique - porter signal sonore;

l optique - transmettre un signal lumineux ;

l électrique - transmettre un signal électrique.

Les CS électriques et optiques peuvent être :

l filaire, où des lignes de communication filaires sont utilisées pour transmettre des signaux ( fils électriques, câbles, guides de lumière, etc.) ;

l sans fil (canaux radio, canaux infrarouges…), utilisant des ondes électromagnétiques se propageant dans l'air pour transmettre des signaux.

Selon la forme de présentation des informations transmises, les CS sont répartis en :

l analogique - les canaux analogiques transmettent des informations présentées sous forme continue, c'est-à-dire sous la forme d'une série continue de valeurs de n'importe quel quantité physique;

l numérique - les informations sont envoyées via des canaux numériques, présentées sous la forme de signaux numériques (discrets, pulsés) d'une ou d'une autre nature physique.

Selon les directions possibles de transfert d'informations, il existe :

l simplex CS, permettant de transmettre des informations dans un seul sens ;

l CS semi-duplex, assurant une transmission alternée d'informations dans les sens aller et retour ;

l CS duplex, permettant de transmettre des informations simultanément dans le sens aller et retour.

Enfin, les canaux de communication peuvent être :

J'ai changé;

l non commuté.

Les canaux commutés sont créés à partir de sections distinctes (segments) uniquement pendant la durée de la transmission des informations à travers elles ; A la fin de la session de communication, un tel canal est éliminé (cassé).

Les canaux non commutés (dédiés) sont organisés pendant une longue période et ont des caractéristiques de longueur constante, bande passante, immunité au bruit.

Par capacité, ils peuvent être divisés en :

l CS bas débit dont le débit de transmission des informations varie de 50 à 200 bit/s ; ce sont des télégraphes CS, à la fois commutés (télégraphe d'abonné) et non commutés ;

l CS à vitesse moyenne, par exemple CS analogique (téléphonique) ; la vitesse de transmission y est de 300 à 9 600 bits/s, et dans les nouvelles normes v90-v.92 du Comité consultatif international télégraphique et téléphonique (ICITT) et jusqu'à 56 000 bits/s ;

l CS à haut débit (large bande), offrant des vitesses de transmission d'informations supérieures à 56 000 bit/s.

Il convient particulièrement de noter que le CS téléphonique est plus étroit que le CS télégraphique, mais la vitesse de transmission des données à travers celui-ci est plus élevée en raison de la présence obligatoire d'un modem, ce qui réduit considérablement F c du signal transmis. Avec un codage simple, le taux de transfert de données maximum réalisable sur les canaux analogiques ne dépasse pas 9 600 bauds = 9 600 bits/s. Les protocoles complexes de codage des données transmises actuellement utilisés utilisent non pas deux, mais plusieurs valeurs de paramètres de signal pour afficher un élément de données, et permettent d'atteindre un débit de transfert de données sur des lignes téléphoniques analogiques de 56 Kbps = 9600 bauds.

Pour les CS numériques organisés à base de lignes téléphoniques, la vitesse de transmission des données due à une diminution de F c et une augmentation de H c du signal numérisé peut également être plus élevée (jusqu'à 64 Kbit/s), et lors du multiplexage de plusieurs CS numériques canaux en un seul dans un tel CS composite, la vitesse de transmission est capable de doubler, tripler, etc. ; Il existe des canaux similaires avec des vitesses de plusieurs dizaines et centaines de mégabits par seconde.

Environnement physique La transmission d'informations dans les CS à faible et moyenne vitesse s'effectue généralement par des lignes de communication filaires : des groupes de lignes parallèles ou torsadées (" paire torsadée") fils.

Pour organiser le CS haut débit, différents câbles sont utilisés, notamment :

l non blindé avec des paires torsadées de fils de cuivre (Unshielded Twisted Pair - UTP) ;

l blindé avec des paires torsadées de fils de cuivre (Shielded Twisted Pair - STP) ;

l fibre optique (Fiber Optic Cable - FOC) ;

l coaxial (Câble Coaxial - CC) ;

l canaux radio sans fil.

Les paires torsadées sont des conducteurs isolés torsadés ensemble par paires pour réduire la diaphonie entre les conducteurs. Un tel câble, généralement constitué d'un petit nombre de paires torsadées (parfois même deux), se caractérise par une moindre atténuation du signal lorsqu'il est transmis à hautes fréquences et moins sensible aux interférences électromagnétiques qu'une paire de fils parallèles.

Les câbles UTP sont le plus souvent utilisés dans les systèmes de transmission de données, notamment dans réseaux informatiques. Il existe cinq catégories de tordus Paires UTP: les première et deuxième catégories sont utilisées pour la transmission de données à faible vitesse ; les troisième, quatrième et cinquième à des vitesses de transmission allant respectivement jusqu'à 16, 25 et 155 Mbit/s (et en utilisant la norme technologique Gigabit Ethernet sur paire torsadée, introduite en 1999, et jusqu'à 1000 Mbit/s). Avec un bon caractéristiques techniques Oh, ces câbles sont relativement peu coûteux, ils sont faciles à utiliser et ne nécessitent pas de mise à la terre.

Les câbles STP ont de bonnes caractéristiques techniques, mais ont coût élevé, sont rigides et peu pratiques à utiliser et nécessitent une mise à la terre de l'écran. Ils sont divisés en types : Type 1A, Type 2A, Type 3A, Type 5A, Type 9A. Parmi ceux-ci, le type 3A définit les caractéristiques des câble téléphonique, et le type 5A est un câble à fibre optique. Le plus populaire type de câble 1Un standard IBM, constitué de deux paires de fils torsadés, blindés par une tresse conductrice, censés être mis à la terre. Ses caractéristiques correspondent à peu près à celles d'un câble UTP de catégorie 5.

Un câble coaxial est un conducteur en cuivre recouvert d'un diélectrique et entouré d'un ensemble de minces conducteurs en cuivre avec une tresse de protection. Les câbles coaxiaux pour télécommunications sont divisés en deux groupes :

l coaxiaux « épais » ;

l des coaxiaux « fins ».

Le câble coaxial épais a un diamètre extérieur de 12,5 mm et un conducteur assez épais (2,17 mm), offrant de bonnes caractéristiques électriques et mécaniques. La vitesse de transfert de données sur un câble coaxial épais est assez élevée (jusqu'à 50 Mbit/s), mais compte tenu des inconvénients certains de son utilisation et de son coût important, son utilisation dans les réseaux de données ne peut pas toujours être recommandée. Un câble coaxial fin a un diamètre extérieur de 5 à 6 mm, il est moins cher et plus pratique à utiliser, mais le conducteur mince qu'il contient (0,9 mm) provoque de pires problèmes électriques (transmet un signal avec une atténuation acceptable sur une distance plus courte) et mécanique caractéristiques. Les taux de transfert de données recommandés sur un câble coaxial « fin » ne dépassent pas 10 Mbit/s.

La base d'un câble à fibre optique est constituée de « sous-câbles internes » - fibres de verre ou de plastique d'un diamètre de 8 à 10 (monomode - monofaisceau) et de 50 à 60 (multimode - multifaisceau) microns , entouré d'une charge solide et placé dans une gaine protectrice d'un diamètre de 125 microns. Un seul câble peut contenir de un à plusieurs centaines de ces « sous-câbles internes ». Le câble, à son tour, est entouré d'un matériau de remplissage et recouvert d'une gaine de protection plus épaisse, entre laquelle sont posées des fibres de Kevlar, qui assurent la résistance mécanique du câble.

Le signal optique se propage le long d'une fibre monomode (leur diamètre est de 8 à 10 microns), presque sans être réfléchi par les parois de la fibre (il pénètre dans la fibre parallèlement à ses parois), ce qui assure une très large bande passante (jusqu'à centaines de gigahertz par kilomètre). De nombreuses ondes de différentes longueurs se propagent le long d'une fibre multimode (son diamètre est de 40 à 100 µm), chacune pénétrant dans la fibre selon son propre angle et, par conséquent, étant réfléchie par les parois de la fibre à différents endroits (la bande passante d'un la fibre multimode est de 500 à 800 MHz par kilomètre) .

La source du faisceau lumineux propagé à travers le câble à fibre optique est un convertisseur de signaux électriques en signaux optiques, par exemple une LED ou un laser à semi-conducteur. Les informations sont codées en modifiant l'intensité du faisceau lumineux. La base physique de la transmission d'un faisceau lumineux le long d'une fibre est le principe de réflexion interne totale du faisceau depuis les parois de la fibre, qui garantit une atténuation minimale du signal, la plus haute protection contre les champs électromagnétiques externes et une vitesse de transmission élevée. Un câble à fibre optique comportant un grand nombre de fibres peut transporter un très grand nombre de messages. A l'autre extrémité du câble, le dispositif de réception convertit les signaux lumineux en signaux électriques. La vitesse de transmission des données via un câble à fibre optique est très élevée et atteint 1 000 Mbit/s, mais elle est très coûteuse et n'est généralement utilisée que pour la pose de canaux de communication de base critiques. Un tel câble relie les capitales et les grandes villes de la plupart des pays du monde, et un câble est posé au fond de l'océan Atlantique entre l'Europe et l'Amérique. Le câble à fibre optique relie Saint-Pétersbourg à Moscou, aux pays baltes et scandinaves. Il est également posé dans les tunnels du métro et pénètre dans toutes les zones de Saint-Pétersbourg. Dans les réseaux informatiques, et notamment sur Internet, le câble à fibre optique est utilisé dans leurs zones les plus critiques. Possibilités canaux à fibres optiques sont véritablement illimitées : un épais câble fédérateur à fibre optique peut organiser simultanément plusieurs centaines de milliers de chaînes téléphoniques, plusieurs milliers de chaînes de visiophonie et environ un millier de chaînes de télévision.

Un canal radio est un canal de communication sans fil posé par voie hertzienne. Un système de transmission de données (DTS) sur un canal radio comprend un émetteur radio et un récepteur radio réglés sur la même gamme d'ondes radio, qui est déterminée par la bande de fréquences du spectre électromagnétique utilisée pour la transmission de données. Souvent, ce SPD est simplement appelé canal radio. Les débits de transmission de données sur un canal radio sont pratiquement illimités (ils sont limités par la bande passante des équipements d'émission et de réception). L'accès radio à haut débit offre aux utilisateurs des canaux avec des vitesses de transmission de 2 Mbit/s et plus. Des chaînes radio offrant des débits de 20 à 50 Mbit/s sont attendues dans un avenir proche. Dans le tableau La figure 24.1 montre les noms des ondes radio et leurs sections de fréquence correspondantes.

Tableau 24.1. Bandes d'ondes radio

Pour les systèmes de télécommunications commerciaux, ils sont le plus souvent attribués gammes de fréquences 902-928 MHz et 2,4-2,48 GHz (dans certains pays, comme les États-Unis, à de faibles niveaux de puissance de rayonnement - jusqu'à 1 W - il est permis d'utiliser ces plages sans autorisation gouvernementale).

Canaux sans fil les communications ont une faible immunité au bruit, mais offrent à l'utilisateur une mobilité et une efficacité de communication maximales. transmission du signal vidéo.

Les lignes de communication téléphonique sont les plus étendues et les plus utilisées. Ils assurent la transmission des messages audio (tonalité) et fax ; ils constituent la base de la construction de systèmes d'information et de référence, de systèmes E-mail et les réseaux informatiques.

À la fois analogique et chaînes numériques transfert d'informations. Examinons cette question, en raison de sa grande pertinence, un peu plus en détail.

"Vieux et simple système téléphonique", dans l'abréviation anglaise POTS (Primitive Old Telephone System), se compose de deux parties : le système de communication fédérateur et le réseau d'accès des abonnés à celui-ci. La plupart option régulière accès des abonnés au système fédérateur - via l'abonné canal analogique communications. Majorité postes téléphoniques sont connectés à un central téléphonique automatique (ATS), qui fait déjà partie du système interurbain.

Micro du téléphone convertit les vibrations sonores en un signal électrique analogique, qui est transmis via la ligne d'abonné au central téléphonique. La bande passante requise pour la transmission de la voix humaine est d'environ 3 KHz, allant de 300 Hz à 3,3 KHz. Lorsque vous décrochez le combiné téléphonique, un signal de décrochage est généré, informant le central téléphonique de l'appel, et si le central téléphonique n'est pas occupé, le numéro souhaité est composé numéro de téléphone, qui est transmis au central téléphonique sous la forme d'une séquence d'impulsions (lors de la numérotation par impulsions) ou sous la forme d'une combinaison de signaux fréquence audio(à numérotation par tonalité). La conversation se termine par un signal raccroché, généré lorsque le combiné est raccroché. Ce type de procédure d'appel est appelé en bande car les signaux d'appel sont transmis sur le même canal que la transmission vocale.

Canaux de connexion

DPour la transmission de données, ils constituent un support pour leur distribution - un ensemble de lignes ou de canaux de transmission de données et d'équipements de réception et de transmission. Les lignes ou canaux de communication sont courants, lien tout système de transmission de données et du point de vue de l'organisation des communications sont divisés en lignes et canaux. Ligne de communication – ce sont des fils ou câbles physiques qui relient les points de communication (nœuds) entre eux, et les abonnés aux nœuds proches.

Canaux de connexion se forme de diverses manières.

Ils peuvent être comme canaux filaires physiques – formé par des câbles de communication, et canaux d'ondes– formé pour une organisation sur n’importe quel support (par exemple, l’éther) divers types communications radio utilisant des antennes et une bande de fréquence dédiée. Dans ce cas, les canaux de communication électriques et optiques (formés par les signaux correspondants) sont divisés en : filaire Et sans fil(radio, infrarouge et autres). Ainsi, un signal optique, comme un signal électrique, peut se propager à travers des fils, dans l’air et dans d’autres médias.

Dans un réseau téléphonique, après avoir composé un numéro, un canal se forme pendant la durée de la connexion, par exemple, de deux abonnés et d'une session entre eux communication vocale. Dans les systèmes de transmission de données filaires, un canal est formé à l'aide d'un équipement de compression, qui permet aux données provenant de plusieurs milliers de sources d'être transmises simultanément sur une période de temps longue ou courte via une ligne de communication. De telles lignes sont constituées d'une ou plusieurs paires de fils (câbles) et assurent la transmission de données sur différentes distances. Le terme " canal « dans les communications radio, on entend un support de transmission de données organisé pour une ou plusieurs sessions de communication menées simultanément. Dans le deuxième cas, par exemple, on peut utiliser division de fréquence chaînes.

Tout comme les communications, les lignes ou canaux de communication sont divisés en : analogique, numérique et analogique-numérique.

Communications numériques (canaux de communication) sont plus fiables que les canaux analogiques. Ils fournissent haute qualité le transfert d'informations, permettent la mise en œuvre de mécanismes garantissant l'intégrité des canaux, la protection des données et l'utilisation d'autres services. Pour transmettre des informations analogiques sur un canal numérique, elles sont converties sous forme numérique.

À la fin des années 1980, il y avait réseau numérique avec intégration de services ( Réseau numérique avec services intégrés – RNIS). Il est prévu qu'il devienne une infrastructure numérique mondiale reliant les ordinateurs de bureau et personnels, leur offrant un transfert de données à haut débit (jusqu'à 2 Mbit/s ou plus). Appareils d'abonné standard à quatre fils RNIS Il peut s'agir de : téléphone, télécopieur, appareils de transmission de données, équipement de téléconférence et autres. Ils peuvent rivaliser avec les technologies modernes utilisées dans les réseaux de télévision par câble.

Par bande passante les canaux de communication sont divisés en :

● faible vitesse (télégraphe, vitesse de transmission des informations de 50 à 200 bauds/s). Rappelons que 1 baud = 1 bit/sec,

● vitesse moyenne (téléphone analogique, de 300 à 9 600 à 56 000 bps pour les ordinateurs),

● haute vitesse ou haut débit(vitesse de transmission des informations supérieure à 56 000 bit/s). Puisque 1 octet équivaut à 8 bits, vous pouvez facilement le convertir, par exemple 56 000 bps = 7 Ko/s.

En fonction des possibilités d'organisation des directions de transfert d'informations canaux de connexion sont divisées en:

¨ simplexe, permettant le transfert d'informations dans une seule direction ;

¨ semi-duplex, assurant une transmission alternée d'informations dans les sens aller et retour ;

¨ duplex ou full duplex, permettant aux informations d'être transmises simultanément dans les sens aller et retour.

Canaux de communication filaires représentent un groupe de fils de cuivre parallèles ou torsadés (paire torsadée), câbles coaxiaux et lignes de communication à fibre optique (FOCL). Les types de câbles suivants sont utilisés dans les canaux câblés :

1. Paire torsadée (vitesse de transfert de données – 1 Mbit/sec).

2. Câble coaxial (type TV, fin et épais) – vitesse de transfert de données – 15 Mbit/sec.

3. Câble à fibre optique (vitesse de transfert de données – 400 Mbit/s).

1. Paire torsadée (anglais : « paire torsadée » ") - conducteurs isolés, torsadés ensemble par paires pour réduire les interférences entre les conducteurs et les paires. Il existe cinq catégories de paires torsadées. Les première et deuxième catégories sont utilisées pour la transmission de données à faible vitesse, la première étant un fil d'abonné téléphonique standard. Les troisième, quatrième et cinquième catégories sont utilisées à des vitesses de transmission allant respectivement jusqu'à 16, 25 et 155 Mbit/s, et la troisième ( Token Ring) et quatrième (Ethernet ) pour les fréquences jusqu'à 10 MHz, et le cinquième – jusqu'à 100 MHz. La troisième catégorie est la plus répandue. En vous concentrant sur les solutions prometteuses liées à la nécessité d'augmenter la capacité du réseau, vous devez utiliser des équipements de la cinquième catégorie, qui assurent la transmission de données sur des lignes téléphoniques classiques et des réseaux locaux à des vitesses allant jusqu'à 1 Mbit/s.

Ces fils contiennent deux ou quatre paires et peuvent avoir un blindage en feuille d'aluminium. Dans ce dernier cas, on les appelle câbles à paires torsadées blindés. paire torsadée blindée", STP ). Les fils non blindés sont appelés UTP (anglais : « paire torsadée non blindée »).

2. Câble coaxial – (Fig. 14-1) un conducteur en cuivre (ou fil d'aluminium cuivré) à l'intérieur d'une coque de protection cylindrique constituée de conducteurs minces en cuivre, isolés du conducteur par un diélectrique (remplissant l'espace entre eux). De la norme Câble de télévision c'est différent impédance des vagues. Le premier a 75 Ohms et le second 50 Ohms. Grâce à ce câble, la vitesse de transfert de données atteint 300 Mbit/s. Il existe des câbles coaxiaux fins (Ø 0,2 pouces/5 mm) et épais (Ø 0,4 pouces/10 mm). Un câble fin est généralement utilisé dans un réseau local, car il est plus facile à poser et à installer. Le coût important et la complexité d'installation limitent son utilisation dans les réseaux de données.

Réseaux de télévision par câble (CATV ) ont été construits à l'aide d'un câble coaxial, Signal analogiqueà travers lequel il s'est transmis sur une distance de plusieurs dizaines de kilomètres. Réseau câblé typique la télé a une structure arborescente où le nœud principal reçoit des signaux d'un satellite de communication ou via des lignes de communication à fibre optique. De nos jours apparaissent des réseaux utilisant des câbles coaxiaux et à fibre optique, permettant de desservir de vastes zones et de transmettre de plus grands volumes d'informations, en fournissant des signaux de haute qualité même sans l'utilisation de répéteurs. De tels réseaux sont appelés hybride( HFC).

Avec une architecture symétrique, les signaux aller et retour sont transmis sur un seul câble dans différentes plages de fréquences à différentes vitesses (l'inverse est plus lent).

Dans tous les cas, la vitesse de téléchargement des données sur de tels réseaux est plusieurs fois supérieure (jusqu'à 1 000 fois) à celle des lignes téléphoniques standards. Données téléchargées par ligne téléphonique dans les 20 minutes, peut être chargé dans réseau câblé en 1 à 2 s.

Dans les organisations disposant de leurs propres réseaux câblés, il est préférable d'utiliser circuits symétriques, car dans ce cas, la vitesse de transmission aller et retour est la même et est d'environ 10 Mbit/s. Des modems sont désormais produits, capables de transmettre des informations à des vitesses allant jusqu'à 30 Mbit/s ou plus.

Le nombre de fils utilisés pour les ordinateurs domestiques et les appareils électroniques est en constante augmentation. Selon les experts, jusqu'à 3 km d'espace sont aménagés dans un appartement de 150 mètres divers câbles. Dans les années 1990, une entreprise britannique a proposé de résoudre ce problème Utilitaires unis , ayant développé la technologieNumériquePouvoirDoubler(MPL). Elle a suggéré d'utiliser régulièrement réseaux électriques d'alimentation comme réseau ou support de transmission de données à haut débit, transmettant des paquets de voix et de données sur de simples réseaux électriques avec une tension de 120/220 V.

Le plus grand succès dans ce domaine a été obtenu par la société israélienne Main.net, qui a développé la technologieLigne électriqueCommunications(PLC), assurant la transmission de données et de voix (VoIP) à des vitesses de 2 à 10 Mbit/s. Dans ce cas, le flux de données à grande vitesse était divisé en plusieurs flux à faible vitesse, transmis sur des fréquences de sous-porteuses distinctes, puis combinés en un seul signal (division de fréquence du signal).

La technologie CPL est adaptée à la transmission de données à faible débit (domotique, appareils ménagers etc.), accès Internet avec un débit inférieur à 1 Mbit/s, pour les applications nécessitant une connexion haut débit (vidéo à la demande, visioconférence, etc.). Dans le même temps, les câbles électriques alimentant le bâtiment servent de « dernier kilomètre » et le câblage électrique à l’intérieur du bâtiment sert de « dernier pouce » pour la transmission des données.

Avec une courte distance entre le point émetteur-récepteur intermédiaire (sous-station de transformation) et le bâtiment, la vitesse de transmission atteint jusqu'à 4,5 Mbit/s. La technologie CPL peut être utilisée pour créer un réseau local dans un petit bureau ou un immeuble résidentiel, car la vitesse de transmission minimale vous permet de couvrir une distance allant jusqu'à 200 à 300 M. Cette technologie permet la mise en œuvre de services de surveillance à distance, de sécurité domestique, contrôle de ses modes, ressources, etc., composant le concept de maison intelligente. On espère qu'avec son aide, il sera possible d'organiser un accès direct à Internet.

3. Câble à fibre optique se compose d’un noyau de quartz d’un diamètre de 10 μm (microns) entouré d’une coque protectrice réfléchissante d’un diamètre extérieur de 125 à 200 μm (Figure 14-2). Les informations sont transmises en convertissant des signaux électriques en signaux lumineux à l'aide, par exemple, d'une LED. Les informations sont codées en changeant l'intensité flux lumineux. Lors de la transmission d'informations, le faisceau réfléchi par les parois de la fibre arrive à l'extrémité réceptrice avec une atténuation minimale. Ce câble offre une protection complète contre les champs électromagnétiques externes et des débits de transfert de données élevés (jusqu'à 1000 Mbit/s). Il permet d'organiser simultanément le travail de plusieurs centaines de milliers de téléphones, de plusieurs milliers de visiophones et d'environ un millier de chaînes de télévision. Les câbles à fibres optiques sont difficiles à connecter sans autorisation, ignifuges, mais assez coûteux et nécessitent des dispositifs pour convertir les signaux lumineux en signaux électriques (lasers) et vice versa. De tels câbles sont généralement utilisés lors de la pose de lignes de communication principales (FOCL). Les propriétés uniques du câble lui permettent d'être utilisé pour organiser les réseaux Internet.

Il existe des canaux de communication commuté(créé uniquement pour la durée de la session de transmission d'informations, par exemple téléphonique) et non commuté(attribué à l'abonné pour une longue période et ne dépend pas du temps de transfert des données - dédié).

Types de canaux de transmission de données et leurs caractéristiques

Les canaux de transmission de données utilisés dans les réseaux informatiques sont classés selon un certain nombre de caractéristiques.

Premièrement, selon la forme d'informations présentées sous forme de signaux électriques, les canaux sont divisés en numériques et analogiques.

Deuxièmement, selon la nature physique du support de transmission des données, on distingue les canaux de communication : filaires (généralement en cuivre), optiques (généralement fibre optique), sans fil (canaux infrarouges et radio).

Troisième, selon le procédé de division du support entre les messages, on distingue les canaux mentionnés ci-dessus avec répartition dans le temps (TDM) et répartition en fréquence (FDM).

L'une des principales caractéristiques d'un canal est son débit (vitesse de transmission des informations), déterminé par la bande passante du canal et la méthode de codage des données sous forme de signaux électriques. La vitesse de l'information est mesurée par le nombre de bits d'information transmis par unité de temps. Avec les informations qu'ils exploitent bauds (modulation) vitesse , qui se mesure en mégots , c'est-à-dire le nombre de changements dans un signal discret par unité de temps. C'est le débit en bauds qui est déterminé par la bande passante de la ligne. Si un changement dans la valeur d'un signal discret correspond à plusieurs bits, alors le débit d'information dépasse le débit en bauds.

En effet, si à l'intervalle en bauds (entre les changements de signal adjacents) N bit, alors le nombre de gradations de signal est de 2 N. Par exemple, avec un nombre de gradations de 16 et une vitesse de 1200 bauds, un baud correspond à 4 bit/s et la vitesse de l'information est de 4800 bit/s.
À mesure que la longueur de la ligne de communication augmente, l'atténuation du signal augmente et, par conséquent, la bande passante et la vitesse de l'information diminuent.

Vitesse d’information maximale possible V lié à la bande passante F canal de communication utilisant la formule Hartley-Shannon. On suppose qu'un changement dans la valeur du signal se produit par journal 2 k peu où k– nombre de valeurs de signal discret possibles. Depuis la vitesse V= journal 2 k/t, Où t- durée des processus transitoires environ égale à 3 T B, un T B = 1 / (2pF), alors :

V= 2F journal 2 k, morceaux,

Où k≤ 1+UN(UN - rapport signal/bruit).

Lignes de communication filaires dans les réseaux informatiques, ils sont représentés par des câbles coaxiaux et des paires de fils torsadées.

Les câbles coaxiaux suivants sont utilisés : « épais » d'un diamètre de 12,5 mm et « fins » d'un diamètre de 6,25 mm. Un câble « épais » a moins d'atténuation et une meilleure immunité au bruit, ce qui permet de travailler sur de longues distances, mais il se plie mal, ce qui rend difficile la pose de connexions en intérieur, et coûte plus cher qu'un câble « fin ».

Il y a des blindés STP(Paire torsadée blindée) et non blindé PTU(Paire torsadée non blindée) paires de fils. Le plus souvent, on utilise des paires non blindées, qui ont plusieurs catégories (types).

Les paires torsadées non blindées des catégories 5 et 6 sont plus avancées. Une paire de catégorie 5 est utilisée à des fréquences allant jusqu'à 100 MHz. Le conducteur qu'il contient est constitué de conducteurs en cuivre d'un diamètre de 0,51 mm, enroulés selon une certaine technologie et enfermés dans une gaine isolante résistante à la chaleur. Les longueurs de connexion dans les réseaux locaux UTP à haut débit ne dépassent généralement pas 100 m.

Des exemples de paires de catégories 6 et 7 sont les câbles fabriqués par PIC. Ils contiennent 4 paires de fils, chacun avec sa propre couleur d'isolant en polyéthylène. Dans les câbles de catégorie 6, la gaine a un diamètre de 5 mm et les conducteurs en cuivre ont un diamètre de 0,5 mm. L'atténuation dans ce câble à 100 MHz est d'environ 22 dB. Dans un câble de catégorie 7, chaque paire est en outre enveloppée dans une feuille d'aluminium de blindage, le diamètre de la gaine est augmenté à 8 mm, l'atténuation à 100 MHz est d'environ 20 dB, à 600 MHz - 50 dB.

Les câbles à paires torsadées sont parfois appelés équilibré ligne dans le sens où les deux fils de la ligne transmettent les mêmes niveaux de signal (par rapport à la terre), mais avec des polarités différentes. Lors de la réception, une différence de signal est perçue, appelée signal paraphasique. Les interférences en mode commun sont auto-compensées.

Lignes de communication à fibre optique(FOCL) ont un avantage significatif sur lignes filaires. Ils sont indispensables pour transmettre des informations sur de longues distances, ainsi que dans les canaux fédérateurs à haut débit des réseaux d'entreprise et territoriaux.

Structurellement, la ligne de fibre optique est un noyau de quartz d'un diamètre de 10 microns, recouvert d'une coque réfléchissante d'un diamètre extérieur de 125...200 microns. Caractéristiques typiques FOCL – fonctionnement aux ondes de 0,83...1,55 microns, atténuation 0,7 dB/km, bande de fréquence jusqu'à 2 GHz.

Limiter les distances D pour la transmission de données via des lignes à fibres optiques
(sans relais) dépendent de la longueur d'onde du rayonnement je: à je= 850 nm
D= 5 km, et à je= 300 nm – D= 50 km. Cependant, à mesure que la longueur d’onde du rayonnement diminue, le coût de l’équipement augmente considérablement.

Un exemple de support de transfert de données entre mainframes, postes de travail, pools périphériques peut servir d'environnement Fibre Channel sur une ligne à fibre optique, offrant des vitesses de 133 à 1 062 Mbit/s à des distances allant jusqu'à 10 km. A titre de comparaison - selon interface standard La vitesse SCSI est de 160 Mbit/s à des distances ne dépassant pas plusieurs dizaines de mètres entre le poste de travail et le lecteur.

Les nouvelles normes pour la transmission de données à grande vitesse incluent la norme de hiérarchie numérique synchrone SDH(Hiérachie numérique synchrone). Dans les réseaux SDH, les lignes à fibre optique sont utilisées comme lignes de transmission de données. La norme établit la structure des trames dans lesquelles le flux de données transmis est divisé. Cette structure est appelée module de transport.

En figue. 1, les désignations suivantes sont adoptées : X, Y, Z, W– signaux, messages ; F– interférence; MP- ligne de communication ; IA, PI– source et destinataire de l'information ; P.– convertisseurs (codage, modulation, décodage, démodulation).

Exister Divers types chaînes qui peuvent être classées selon différents critères :

1.Par type de lignes de communication : filaire; câble; fibre optique;

les lignes électriques; chaînes de radio, etc.

2. De par la nature des signaux : continu; discret; discret-continu (les signaux à l'entrée du système sont discrets, et à la sortie sont continus, et vice versa).

3. En termes d’immunité au bruit : canaux sans interférence ; avec interférence.

Les canaux de communication sont caractérisés par :

1. Capacité des canaux est défini comme le produit du temps d'utilisation du canal T à, largeur du spectre de fréquences transmis par le canal F à et plage dynamique D à. , qui caractérise la capacité du canal à transmettre différents niveaux signaux

V k = T k F k D k. (1)

Condition d'adéquation du signal avec le canal :

Vc £ VK ; T c £ Merci ; F c £ F k ; Vc £ VK ; D c £ Ne sais pas.

2.Taux de transfert d'informations – la quantité moyenne d'informations transmises par unité de temps.

3.

4. Redondance – assure la fiabilité des informations transmises ( R.= 0¸1).

L'une des tâches de la théorie de l'information est de déterminer la dépendance de la vitesse de transmission de l'information et de la capacité d'un canal de communication sur les paramètres du canal et les caractéristiques des signaux et des interférences.

Le canal de communication peut être comparé au sens figuré aux routes. Routes étroites – faible capacité, mais bon marché. Les routes larges offrent une bonne capacité de circulation, mais sont coûteuses. La bande passante est déterminée par le goulot d'étranglement.

La vitesse de transfert des données dépend en grande partie du support de transmission dans les canaux de communication, qui utilisent différents types de lignes de communication.

Filaire :

1. Filaire– paire torsadée (qui supprime partiellement un rayonnement électromagnétique autres sources). Vitesse de transfert jusqu'à 1 Mbit/s. Utilisé dans réseaux téléphoniques et pour la transmission de données.

2. Câble coaxial. Vitesse de transfert 10-100 Mbit/s – utilisée dans réseaux locaux, télévision par câble etc.

3. Fibre optique. Vitesse de transfert 1 Gbit/s.

Dans les environnements 1 à 3, l'atténuation en dB dépend linéairement de la distance, c'est-à-dire la puissance chute de façon exponentielle. Il est donc nécessaire d'installer des régénérateurs (amplificateurs) à une certaine distance.

Lignes radio :

1.Chaîne radio. Vitesse de transfert 100-400 Kbps. Utilise des fréquences radio jusqu'à 1000 MHz. Jusqu'à 30 MHz, en raison de la réflexion de l'ionosphère, les ondes électromagnétiques peuvent se propager au-delà de la ligne de mire. Mais cette gamme est très bruyante (par exemple, les communications radioamateurs). De 30 à 1000 MHz – l'ionosphère est transparente et une visibilité directe est nécessaire. Les antennes sont installées en hauteur (parfois des régénérateurs sont installés). Utilisé à la radio et à la télévision.

2.Lignes micro-ondes. Vitesses de transfert jusqu'à 1 Gbit/s. Des fréquences radio supérieures à 1 000 MHz sont utilisées. Cela nécessite une visibilité directe et hautement directionnelle antennes paraboliques. La distance entre les régénérateurs est de 10 à 200 km. Utilisé pour communication téléphonique, télévision et transmission de données.

3. Connexion par satellite . Les fréquences micro-ondes sont utilisées et le satellite sert de régénérateur (pour de nombreuses stations). Les caractéristiques sont les mêmes que pour les lignes hyperfréquences.

2. Bande passante d'un canal de communication discret

Un canal discret est un ensemble de moyens destinés à la transmission signaux discrets.

Capacité du canal de communication – la vitesse de transmission d'informations la plus élevée théoriquement réalisable, à condition que l'erreur ne dépasse pas une valeur donnée. Taux de transfert d'informations – la quantité moyenne d'informations transmises par unité de temps. Définissons des expressions pour calculer le taux de transmission de l'information et le débit d'un canal de communication discret.

Lors de la transmission de chaque symbole, une quantité moyenne d'informations transite par le canal de communication, déterminée par la formule

Je (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X) , (2)

Où: Je (Y, X) – l'information mutuelle, c'est-à-dire la quantité d'informations contenues dans Oui relativement X ;H(X)– entropie de la source du message; H(X/Y)– l'entropie conditionnelle, qui détermine la perte d'information par symbole associée à la présence d'interférences et de distorsions.

Lors de l'envoi d'un message XT durée T, composé de n symboles élémentaires, la quantité moyenne d'informations transmises, compte tenu de la symétrie de la quantité mutuelle d'informations, est égale à :

Je (Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)

La vitesse de transmission des informations dépend des propriétés statistiques de la source, de la méthode de codage et des propriétés du canal.

Bande passante d'un canal de communication discret

. (5)

La valeur maximale possible, c'est-à-dire le maximum de la fonctionnelle est recherché sur l'ensemble des fonctions de distribution de probabilité p (X) .

Le débit dépend des caractéristiques techniques du canal (vitesse des équipements, type de modulation, niveau d'interférence et de distorsion, etc.). Les unités de capacité du canal sont : , , , .

2.1 Canal de communication discret sans interférence

S'il n'y a pas d'interférence dans le canal de communication, les signaux d'entrée et de sortie du canal sont reliés par une relation fonctionnelle sans ambiguïté.

Dans ce cas, l'entropie conditionnelle est égale à zéro et les entropies inconditionnelles de la source et du récepteur sont égales, c'est-à-dire la quantité moyenne d'informations dans un symbole reçu par rapport à celui transmis est

Je (X, Oui) = H(X) = H(Oui); H(X/Y) = 0.

Si XT– nombre de caractères par fois T, alors le débit de transmission d'informations pour un canal de communication discret sans interférence est égal à

(6)

Où V = 1/ – vitesse de transmission moyenne d'un symbole.

Débit pour un canal de communication discret sans interférence

(7)

Parce que l'entropie maximale correspond à des symboles également probables, alors le débit pour une distribution uniforme et une indépendance statistique des symboles transmis est égal à :

. (8)

Premier théorème de Shannon pour un canal : Si le flux d'informations généré par la source est suffisamment proche de la capacité du canal de communication, c'est-à-dire

, où est une valeur arbitrairement petite,

alors vous pouvez toujours trouver une méthode de codage qui assurera la transmission de tous les messages sources, et le taux de transmission des informations sera très proche de la capacité du canal.

Le théorème ne répond pas à la question de savoir comment effectuer le codage.

Exemple 1. La source produit 3 messages avec probabilités :

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 et p 3 = 0,7.

Les messages sont indépendants et transmis uniformément code binaire (m = 2 ) avec une durée de symbole de 1 ms. Déterminez la vitesse de transmission des informations sur un canal de communication sans interférence.

Solution: L'entropie source est égale à

[morceaux].

Pour transmettre 3 messages avec un code uniforme, deux chiffres sont nécessaires, et la durée combinaison de codes est égal à 2t.

Vitesse moyenne du signal

V =1/2 t = 500 .

Taux de transfert d'informations

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bits/s].

2.2 Canal de communication discret avec interférence

Nous allons le prendre en compte canaux discrets connexions sans mémoire.

Chaîne sans mémoire est un canal dans lequel chaque symbole de signal transmis est affecté par des interférences, quels que soient les signaux transmis précédemment. Autrement dit, les interférences ne créent pas de connexions corrélatives supplémentaires entre les symboles. Le nom « pas de mémoire » signifie que lors de la transmission suivante, la chaîne ne semble pas se souvenir des résultats des transmissions précédentes.

Pour que les ordinateurs communiquent entre eux dans un réseau, ils doivent être connectés les uns aux autres à l’aide d’un support de transmission physique. Les principaux types de supports de transmission utilisés dans réseaux informatiques, sont:

analogique canaux téléphoniques usage commun;

chaînes numériques ;

chaînes câblées à bande étroite et à large bande ;

canaux radio et canaux de communication par satellite ;

canaux de communication par fibre optique.

Les canaux de communication analogiques ont été les premiers à être utilisés pour la transmission de données dans les réseaux informatiques et ont permis d'utiliser les réseaux téléphoniques publics alors déjà développés. La transmission de données sur des canaux analogiques peut être effectuée de deux manières. Dans la première méthode, les canaux téléphoniques (une ou deux paires de fils) via les centraux téléphoniques connectent physiquement deux appareils qui mettent en œuvre des fonctions de communication avec les ordinateurs qui y sont connectés. De telles connexions sont appelées Soulignélignes ou des connexions directes. La deuxième méthode consiste à établir une connexion en composant un numéro de téléphone (en utilisant lignes commutées).

La qualité de la transmission des données sur les canaux dédiés est généralement meilleure et la connexion est constante. De plus, chaque canal dédié nécessite son propre périphérique de communication (bien qu'il existe également des périphériques de communication multicanaux) et avec la communication par ligne commutée, un périphérique de communication peut être utilisé pour communiquer avec d'autres nœuds.

Parallèlement à l'utilisation de réseaux téléphoniques analogiques pour l'interaction d'ordinateur à ordinateur, des méthodes de transmission de données sous forme discrète (numérique) sur des canaux téléphoniques non chargés (auxquels la tension électrique utilisée dans le réseau téléphonique n'est pas fournie) ont commencé à se développer - chaînes numériques.

Il convient de noter qu'outre les données discrètes, les informations analogiques (voix, vidéo, fax, etc.) converties sous forme numérique peuvent également être transmises sur un canal numérique.

Les vitesses les plus élevées à courtes distances peut être obtenu en utilisant une paire de fils spécialement torsadés (afin d'éviter toute interaction entre fils adjacents), ce qu'on appelle paire torsadée(TP - Paire torsadée).

chaînes câblées, ou paires coaxiales, sont deux conducteurs cylindriques sur le même axe, séparés par un revêtement diélectrique. Un type de câble coaxial (avec une résistance de 50 ohms), utilisé principalement pour la transmission de signaux à bande étroite signaux numériques, un autre type de câble (avec une résistance de 75 Ohms) - pour transmettre des signaux analogiques et numériques à large bande. Les câbles à bande étroite et à large bande qui relient directement les équipements de communication entre eux permettent d'échanger des données à des débits élevés (jusqu'à plusieurs mégabits/s) sous forme analogique ou numérique. Il convient de noter que sur les courtes distances (notamment dans les réseaux locaux), les chaînes câblées sont de plus en plus remplacées par des chaînes sur paires torsadées, et sur de longues distances - via des canaux de communication par fibre optique.

Utilisation dans les réseaux informatiques comme support de transmission les ondes radio L'utilisation de différentes fréquences est rentable soit pour la communication sur de longues et ultra-longues distances (par satellite), soit pour la communication avec des objets difficiles d'accès, mobiles ou temporairement utilisés.

L'échange de données sur les canaux radio peut être effectué à la fois en analogique et méthodes numériques transferts. Les méthodes numériques sont obtenues dans Dernièrement développement préférentiel, car ils permettent de combiner les tronçons terrestres des réseaux numériques et chaînes satellitaires ou des chaînes de radio dans réseau unifié. Un nouvel élan dans le développement des réseaux radio a été l'émergence des communications téléphoniques cellulaires, qui permettent la communication vocale et l'échange de données à l'aide de radiotéléphones ou de dispositifs spéciaux d'échange de données.

En plus de l'échange de données dans le domaine radio, il a récemment été utilisé pour la communication sur de courtes distances (généralement à l'intérieur d'une pièce). rayonnement infrarouge.

Dans les canaux de communication à fibre optique On utilise le phénomène de réflexion interne totale de la lumière, connu en physique, qui permet de transmettre des flux lumineux à l'intérieur d'un câble à fibre optique sur de longues distances pratiquement sans pertes. Des diodes électroluminescentes LED ou des diodes laser sont utilisées comme sources lumineuses dans un câble à fibre optique et des photocellules sont utilisées comme récepteurs.

Les canaux de communication à fibre optique, malgré leur coût plus élevé par rapport aux autres types de communication, sont de plus en plus répandus, et ce non seulement pour la communication sur de courtes distances, mais également dans les zones intra-urbaines et interurbaines.

Les moyens techniques de communication comprennent les câbles, les connecteurs et les terminateurs, les adaptateurs réseau, les répéteurs, les séparateurs, les ponts, les routeurs, les passerelles, ainsi que les modems qui permettent l'utilisation de divers protocoles et topologies dans un seul système hétérogène.