Передача даних. Пристрої, системи, програми. Інформаційні технології

Більшість жителів сучасних міст щодня передають або отримують якісь дані. Це можуть бути комп'ютерні файли, телевізійна картинка, радіотрансляція — все, що являє собою деяку порцію корисної інформації. Технологічних методів передачі даних — величезна кількість. При цьому в багатьох сегментах інформаційних рішень модернізація відповідних каналів відбувається неймовірно швидкими темпами. На зміну звичним технологій, які, здавалося б, цілком можуть задовольняти потреби людини, приходять нові, більш досконалі. Зовсім недавно вихід в Мережу через стільниковий телефон розглядався майже як екзотика, але сьогодні подібна опція знайома більшості людей. Сучасні швидкості передачі файлів через інтернет, вимірювані сотнями мегабіт в секунду, здавалися чимось фантастичним першим користувачам Всесвітньої мережі. За допомогою яких типів інфраструктур можуть передаватися дані? Чим може бути зумовлений вибір того чи іншого каналу?

Основні механізми передачі даних

Поняття передачі даних може бути пов'язано з різними технологічними явищами. У загальному випадку воно пов'язане з індустрією комп'ютерних комунікацій. Передача даних в цьому аспекті — це обмін файлами (надсилання, отримання), папками та іншими реалізаціями машинного коду. Розглянутий термін може корелювати також з нецифровому сферою комунікацій. Наприклад, трансляція ТБ-сигналу, радіо, робота телефонних ліній - якщо мова не йде про сучасних високотехнологічних інструментах - може здійснюватися за допомогою аналогових принципів. У цьому випадку передача даних являє собою трансляцію електромагнітних сигналів за допомогою того чи іншого каналу. Проміжне положення між двома технологічними реалізаціями передачі даних - цифрової і аналогової - може займати мобільний зв'язок. Справа в тому, що деякі з технологій відповідних комунікацій належать до першого типу, наприклад, GSM-зв'язок, 3G або 4G-інтернет, інші характеризуються меншою компьютеризированностью, і тому можуть вважатися аналоговими — наприклад, голосовий зв'язок у стандартах AMPS або NTT.




Однак сучасний тренд розвитку комунікаційних технологій такий, що канали передачі даних, якого б типу інформація не передавалася за допомогою них, активно «оцифровуються». У великих російських містах з працею можна знайти телефонні лінії, які функціонують за аналоговим стандартам. Технології, подібні AMPS, поступово втрачають актуальність і замінюються більш досконалими. Цифровим стає ТБ і радіо. Таким чином, ми вправі розглядати сучасні технології передачі даних головним чином в цифровому контексті. Хоча історичний аспект залучення тих чи інших рішень, безумовно, буде дуже корисно досліджувати. Сучасні системи передачі даних можна класифікувати на 3 основні групи: які реалізуються в комп'ютерних мережах, що використовуються у мобільних мережах, які є основою для організації трансляцій ТБ і радіо. Розглянемо їх специфіку докладніше.

Технології передачі даних в комп'ютерних мережах

Основний предмет передачі даних в комп'ютерних мережах, як ми відзначили вище, — сукупність файлів, папок і інших продуктів реалізації машинного коду (наприклад, масивів, стеків і т. д.). Сучасні цифрові комунікації можуть функціонувати на базі різних стандартів. В числі найпоширеніших — TCP-IP. Основний його принцип — у привласненні комп'ютера унікального IP-адреси, який може використовуватися в якості головного орієнтира при передачі даних. Обмін файлами в сучасних цифрових мережах може здійснюватися з допомогою дротових технологій або тих, у яких не передбачається задіяння кабелю. Класифікація відповідних інфраструктур першого типу може здійснюватися виходячи з конкретної різновиди дроти. В сучасних комп'ютерних мережах найчастіше використовуються: - виті пари; - оптоволоконні проводу; - коаксіальні кабелі; - USB-кабелі; - телефонні дроти. Кожен із зазначених типів кабелів має як переваги, так і недоліки. Наприклад, вита пара - дешевий, універсальний і простий у монтажі тип проводу, проте значно поступається по оптоволокну пропускної здатності (детальніше цей параметр ми розглянемо трохи пізніше). USB-кабелі найменше пристосовані до передачі даних в рамках комп'ютерних мереж, однак сумісні практично з будь-яким сучасним комп'ютером — вкрай рідко можна зустріти ПК, не оснащений USB-портами. Коаксіальні кабелі в достатній мірі захищені від перешкод і дозволяють забезпечувати передачу даних на дуже великі відстані.

Характеристики комп'ютерних мереж передачі даних

Корисно буде вивчити деякі ключові характеристики комп'ютерних мереж, в яких здійснюється обмін файлами. У числі найважливіших параметрів відповідної інфраструктури — пропускна здатність. Ця характеристика дозволяє оцінити те, якими можуть бути максимальні показники швидкості і обсягу переданих даних в мережі. Власне, обидва зазначених параметра також відносяться до ключових. Швидкість передачі даних — це фактичний показник, що відображає те, який обсяг файлів може направлятися з одного комп'ютера на інший за встановлений проміжок часу. Розглянутий параметр найчастіше виражається в бітах у секунду (на практиці, як правило, в кіло-, мега-, гигабитах, в потужних мережах — в терабитах).

Класифікація каналів передачі комп'ютерних даних

Обмін даними при використанні комп'ютерної інфраструктури може здійснюватися за допомогою трьох основних типів каналів: дуплексного, симплексного, а також напівдуплексного. Канал першого типу передбачає, що пристрій передачі даних на ПК одночасно може бути також і приймачем. Симплексні девайси, в свою чергу, здатні приймати тільки сигнали. Полудуплексние пристрої забезпечують задіяння функції прийому і передачі файлів по черзі. Бездротова передача даних в комп'ютерних мережах здійснюється найчастіше через стандарти: - «малого радіусу» (Bluetooth, ІЧ-порти); - «середнього радіусу» - Wi-Fi; - «великого радіусу» - 3G, 4G WiMAX. Швидкість, з якою передаються файли, може сильно відрізнятися в залежно від того чи іншого стандарту зв'язку, так само як стійкість з'єднання та захищеність від перешкод. Одним з оптимальних рішень для організації домашніх внутрішньокорпоративних комп'ютерних мереж вважається Wi-Fi. Якщо необхідна передача даних на дальні відстані — задіюються 3G, 4G WiMax, або інші конкурентні щодо них технології. Зберігають затребуваність Bluetooth, меншою мірою — ІЧ-порти, оскільки їх задіяння практично не вимагає від користувача тонкої налаштування девайсів, за допомогою яких здійснюється обмін файлами. Найбільшу популярність стандарти «малого радіусу» мають в індустрії мобільних пристроїв. Так, передача даних на андроїд з іншою аналогічною ОС або сумісної часто здійснюється як раз-таки за допомогою Bluetooth. Однак мобільні пристрої цілком успішно можуть інтегруватися також і з комп'ютерними мережами, наприклад за допомогою Wi-Fi.

Програми для передачі даних

Комп'ютерна мережа передачі даних функціонує за допомогою задіяння двох ресурсів — апаратного забезпечення і необхідного. І те й інше необхідно для організації повноцінного обміну файлами між ПК. Програми для передачі даних можуть використовуватися самі різні. Їх можна умовно класифікувати за таким критерієм, як область застосування. Є угода, адаптоване до використання веб-ресурсів — до таких рішень відносяться браузери. Є програми, задействуемие як інструмент голосового спілкування, доповненого можливістю організації відеочатів — наприклад, Skype. Є, що відноситься до категорії системного. Відповідні рішення можуть практично не задіюватися користувачем, однак їхнє функціонування може бути необхідно для забезпечення обміну файлами. Як правило, подібне ПО працює на рівні фонових програм у структурі операційної системи. Дані види ПО дозволяють з'єднати ПК з мережевою інфраструктурою. На базі таких підключень вже можуть задіюватися користувальницькі інструменти — браузери, програми для організації відеочатів і т. д. Системні рішення важливі і для забезпечення стабільності мережевих підключень між комп'ютерами. Є ПО, призначене для діагностики сполук. Так, якщо здійснити надійне з'єднання між ПК заважає та чи інша помилка передачі даних, то її можна обчислити з допомогою відповідної програми для діагностики. Задіяння різних видів ПО — один з ключових критеріїв розмежування цифрових і аналогових технологій. При використанні інфраструктури передачі даних традиційного типу програмні рішення мають, як правило, набагато менший функціонал, ніж при вибудовуванні мереж на базі цифрових концепцій.

Технології передачі даних в стільникових мережах

Розглянемо тепер, яким чином дані можуть передаватися в інших масштабних інфраструктурах — мережах. Розглядаючи даний технологічний сегмент, корисно буде як раз таки приділити увагу історії розвитку відповідних рішень. Справа в тому, що стандарти, за допомогою яких здійснюється передача даних в стільникових мережах, розвиваються дуже динамічно. Деякі з розглянутих нами вище рішень, що використовуються в комп'ютерних мережах, зберігають актуальність протягом багатьох десятиліть. Особливо явно це простежується на прикладі провідних технологій — коаксіальний кабель, вита пара, оптоволоконні дроти були впроваджені в практику комп'ютерних комунікацій дуже давно, але ресурс їх задіяння далекий від вичерпання. У свою чергу, в мобільній індустрії ледь не щороку з'являються нові концепції, які з різним ступенем інтенсивності можуть впроваджуватися в практику. Отже, еволюція технологій стільникового зв'язку починається з впровадження в на початку 80-х років найбільш ранніх стандартів, таких як NMT. Можна відзначити, що його можливості не обмежувалися забезпеченням голосового зв'язку. Передача даних через NMT-мережі також була можлива, але при дуже маленькій швидкості - близько 12 Кбіт/сек. Наступний крок технологічної еволюції на ринку стільникового зв'язку був пов'язаний з впровадженням стандарту GSM. Швидкість передачі даних при його залученні передбачалася більш висока, ніж у разі використання NMT — близько 96 Кбіт/сек. Згодом стандарт GSM був доповнений технологією HSCSD, використання якої дозволило абонентам стільникового зв'язку передавати дані зі швидкістю 576 Кбіт/с. Пізніше з'явився стандарт GPRS, за допомогою якого стало можливо відокремлювати типово «комп'ютерний» трафік, що передається в каналах стільникового зв'язку, від голосового. Швидкість передачі даних при використанні GPRS могла досягати порядку 1712 Кбіт/сек. Наступним технологічним рішенням, впровадженим мобільними операторами, став стандарт EDGE. Він дозволив забезпечувати передачу даних зі швидкістю 326 Кбіт/сек. Розвиток інтернету вимагало від розробників технологій стільникового зв'язку впровадження рішень, які могли б стати конкурентними провідним стандартам — насамперед по швидкості передачі даних, а також по стійкості з'єднання. Значущим кроком вперед стало виведення на ринок стандарту UMTS. Дана технологія дозволила забезпечити обмін даними між абонентами стільникового оператора на швидкості до 2 Мбіт/сек. Пізніше з'явився стандарт HSDPA, при якому передача та прийом файлів могли здійснюватися на швидкості до 144 Мбіт/сек. Багато експертів цифрової індустрії вважають, що саме з моменту впровадження технології HSDPA стільникові оператори почали складати пряму конкуренцію інтернет-провайдерам, задействующим кабельні з'єднання. В кінці 2000 років з'явився стандарт LTE і його конкурентні аналоги, за допомогою яких абоненти стільникових операторів отримали можливість обмінюватися файлами зі швидкістю в кілька сотень мегабіт. Можна відзначити, що подібні ресурси навіть для користувачів сучасних провідних каналів не завжди доступні. Більшість російських провайдерів передають своїм абонентам у розпорядження канал передачі даних зі швидкістю, що не перевищує 100 Мбіт/сек, на практиці найчастіше в кілька разів меншою.

Покоління стільникових технологій

Стандарт NMT, як правило, відноситься до покоління 1G. Технології GPRS і EDGE часто класифікуються як 2G, HSDPA — як 3G, LTE — як 4G. Слід зазначити, що у кожного з зазначених рішень є конкурентні аналоги. Наприклад, до таких відносно LTE деякі фахівці відносять WiMAX. Інші конкурентні щодо LTE рішення на ринку 4G-технологій — 1xEV-DO, IEEE 80220. Є точка зору, за якою стандарт LTE все ж не цілком коректно класифікувати як 4G, оскільки за максимальної швидкості він трохи не дотягує до показника, визначеного стосовно концептуального 4G, який становить 1 Гбіт/сек. Таким чином, не виключено, що незабаром на світовому ринку стільникового зв'язку з'явиться новий стандарт, можливо, ще більш досконалий, ніж 4G і здатний забезпечувати передачу даних з настільки вражаючою швидкістю. Поки ж в числі тих рішень, що впроваджуються найбільш динамічно, — LTE. Провідні російські оператори активно модернізують відповідну інфраструктуру по всій країні — забезпечення якісної передачі даних по стандарту 4G стає одним з ключових конкурентних переваг на ринку стільникового зв'язку.

Технології трансляцій телебачення

Цифрові концепції передачі даних можуть бути задіяні також і в медіаіндустрії. Довгий час інформаційні технології в організацію трансляцій телебачення і радіо впроваджувалися не надто активно — головним чином, в силу обмеженої рентабельності відповідних удосконалень. Часто залучалися рішення, що поєднали в собі цифрові і аналогові технології. Так, в повній мірі «комп'ютеризованої» могла бути інфраструктура телецентру. Однак для абонентів телевізійних мереж транслювалися аналогові передачі. По мірі поширення інтернету та здешевлення каналів комп'ютерної передачі даних гравці телевізійної і радиоиндустрии стали активно «оцифровувати» свою інфраструктуру, інтегрувати її з IT-рішеннями. В різних країнах світу були затверджені стандарти телевізійного мовлення в цифровому форматі. З них найбільш поширеними вважаються DVB, адаптований для європейського ринку, ATSC, використовуваний у США, ISDB, задействуемий в Японії.

Цифрові рішення в радиоиндустрии

Інформаційні технології також активно задіюються в радиоиндустрии. Можна відзначити, що подібні рішення характеризуються певними перевагами в порівнянні з аналоговими стандартами. Так, в цифрових радиотрансляциях може бути досягнуто істотно більш високу якість звуку, ніж при залученні FM-каналів. Цифрова мережа передачі даних теоретично дає радіостанціям можливість відправки на радіоприймачі абонентів не тільки голосового трафіку, але також і будь-якого іншого медіаконтенту — картинок, відео, текстів. Відповідні рішення можуть бути впроваджені в інфраструктуру організації цифрових телевізійних трансляцій.

Супутникові канали передачі даних

В окрему категорію слід виділити супутникові канали, за допомогою яких може здійснюватися передача даних. Формально ми маємо право віднести їх до бездротових, проте масштаби їх залучення такі, що об'єднувати відповідні рішення в один клас з Wi-Fi і Bluetooth буде не цілком коректно. Супутникові канали передачі даних можуть бути задіяні - на практиці це так і відбувається - при вибудовуванні практично будь-якого типу інфраструктури зв'язку з тих, що перелічені нами вище. За допомогою «тарілок» можна організовувати об'єднання ПК у мережі, підключати їх до інтернету, забезпечувати функціонування телевізійних і радіотрансляцій, підвищувати рівень технологічності мобільних сервісів. Основна перевага супутникових каналів — всеохопність. Передача даних може бути здійснена при їх залученні практично в будь-яке місце планети — так само як і прийом — з будь-якої точки земної кулі. Є у супутникових рішень також деякі технологічні недоліки. Наприклад, при передачі комп'ютерних файлів за допомогою «тарілки» може виникати помітна затримка відгуку, або «пінгу» — часового проміжку між моментом відправлення файлу з одного ПК та отримання його на іншому.