6.33: Мережі зв'язку

Last updated
Save as PDF

Page ID: 32981

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Мережі зв'язку сильно змінилися за ці роки, але багато аспектів їх все ще залишаються незмінними.

Комунікаційні мережі розробляють фундаментальну модель комунікацій. Модель, показана на малюнку 6.33.1, добре описує зв'язок «точка-точка», де зв'язок між передавачем і приймачем прямолінійна, і вони мають канал до себе. Одним із сучасних прикладів такого режиму зв'язку є модем, який з'єднує персональний комп'ютер з інформаційним сервером по телефонній лінії. Ключовим аспектом, дехто сказав би недоліком цієї моделі, є те, що канал виділений: Тільки одне комунікаційне з'єднання через канал дозволено на весь час. Незалежно від того, чи є у нас провідний або бездротовий канал, пропускна здатність зв'язку є дорогоцінною, і якщо вона може бути спільною без значного погіршення продуктивності зв'язку (вимірюється співвідношенням сигнал/шум для передачі аналогового сигналу та ймовірністю бітової помилки для цифрової передачі) так багато тим краще.

Малюнок 6.33.1 Прототипова мережа зв'язку - будь то поштова служба, стільниковий телефон або Інтернет - складається з вузлів, з'єднаних між собою посиланнями. Повідомлення, утворені джерелом, передаються всередині мережі шляхом динамічної маршрутизації. Показані два маршрути. Довший буде використовуватися, якби пряме посилання було вимкнено або перевантажено.

Ідея мережі вперше виникла з, мабуть, найдавнішою формою організованого спілкування: поштовою службою. Більшість комунікаційних мереж, навіть сучасних, поділяють багато її аспектів.

Користувач пише лист, який виступає в контексті комунікацій джерелом повідомлення.
Це повідомлення відправляється в мережу шляхом доставки в одну з загальнодоступних точок входу в мережу. Пунктами входу в поштову скриньку є поштові скриньки, поштові відділення, або ваш доброзичливий листоноша або поштовниця, яка забирає лист.
Мережа зв'язку доставляє повідомлення найбільш ефективним (своєчасним) способом, намагаючись не пошкодити повідомлення при цьому.
Повідомлення надходить в одну з точок виходу мережі і доставляється одержувачу (те, що ми назвали потоком повідомлення).

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Розробити мережеву модель телефонної системи, зробивши її максимально аналогічною метафорі мережі поштового зв'язку.

Рішення

Точка входу в мережу - це телефонна трубка, яка з'єднує вас з найближчою станцією. Набір номера телефону інформує мережу про те, хто буде одержувачем повідомлення. Телефонна система утворює електричний ланцюг між телефоном і трубкою вашого друга. Ваш друг отримує повідомлення через той самий пристрій - телефонну трубку, яка служила точкою входу в мережу.

Що найцікавіше в мережевій системі - це амбівалентність джерела повідомлення та раковини про те, як здійснюється зв'язок зв'язку. Те, що вони піклуються про цілісність повідомлень і ефективність комунікації. Крім того, сьогоднішні мережі використовують неоднорідні зв'язки. Комунікаційні шляхи, що утворюють Інтернет, використовують провідні, оптоволоконні та супутникові канали зв'язку.

Першою мережею електричних комунікацій стала телеграфна. Тут мережа складалася з телеграфних операторів, які передавали повідомлення ефективно за допомогою коду Морзе і маршрутизували повідомлення так, щоб воно пройшло найкоротший шлях до місця призначення з урахуванням внутрішніх збоїв мережі (збиті лінії, п'яні оператори). З сьогоднішньої точки зору, той факт, що ця система дев'ятнадцятого століття обробляла цифрові комунікації, вражає. Код Морзе, який присвоював послідовність точок і тире кожній букві алфавіту, служив алгоритмом кодування джерела. Сигнальний набір складався з короткого і довгого імпульсу. Замість відповідного фільтра приймач був вухом оператора, і він написав повідомлення (переклад з отриманих бітів на символи).

Примітка

Через необхідність коми між пунктирними послідовностями для визначення літер (символів) меж, середня кількість бітів/символу, як описано в Тонкощі кодування, перевищила верхню межу теореми кодування джерела.

Внутрішньо мережі зв'язку мають зв'язок точка-точка між вузлами мережі, добре описані фундаментальною моделлю комунікацій. Однак багато повідомлень поділяють канал зв'язку між вузлами, використовуючи те, що ми називаємо мультиплексуванням у часовій області: Замість режиму безперервного зв'язку, передбаченого в моделі, як представлено, послідовності повідомлень надсилаються, розподіляючи в часі пропускну здатність каналу. На більш грандіозній точці зору мережа повинна маршрутизувати повідомлення — вирішувати, які вузли та посилання використовувати — на основі інформації про призначення - адресу, яка зазвичай відокремлена від інформації про повідомлення. Маршрутизація в мережах обов'язково динамічна: повний маршрут, прийнятий повідомленнями, формується, коли мережа обробляє повідомлення, при цьому вузли ретранслюють повідомлення, мають деяке уявлення про найкращий можливий шлях на момент передачі. Відзначимо, що жоден всесильний роутер не розглядає мережу в цілому і заздалегідь визначає маршрут кожного повідомлення. Звичайно, у випадку з поштовою системою відбувається динамічна маршрутизація, і може розглядати такі проблеми, як непрацюючі та надмірно зайняті посилання. У телефонній системі маршрутизація відбувається при розміщенні дзвінка; маршрут фіксується, як тільки телефон почне дзвонити. Сучасні мережі зв'язку прагнуть до досягнення максимально ефективної (своєчасної) і максимально надійної системи доставки інформації.