4.4. Передача информации.

Транспортировка данных представляет собой их прием и передачу (доставку и поставку) между удаленными участниками информационного процесса. Передача информации осуществляется курьером, путем пересылки по почте, по каналам связи. Необходимость передачи информации обусловлена тем, что ее сбор (регистрация) территориально отделен от обработки. Сбор информации осуществляется во внешней среде или на рабочих местах, тогда как обработка – преимущественно в вычислительном центре.

Применительно к информационным технологиям речь идет, прежде всего, о передаче информации по каналам связи. Передача данных по каналам связи кардинальным образом сокращает трудовые и временные затраты по сравнению с перепиской и традиционными способами информационного обмена (с помощью бумажных носителей). Любую систему передачи информации можно считать состоящей из трех частей: источника сообщений, канала связи и приемного устройства. Сущность передачи информации по каналам связи заключается в воспроизведении на выходе канала связи переданного сообщения или, иначе говоря, в индуцировании в приемном устройстве требуемого физического состояния. Ввод и передача информации по каналам связи возможны в пределах глобальных сетей, корпоративных и локальных компьютерных сетей, систем передачи печатных документов.

Для осуществления передачи информации по каналам электросвязи необходимы специальные технические средства – телефон, телеграф, модем, кодек, мультиплексор передачи данных и т.д. Существуют следующие основные виды каналов электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, передачи данных и т.д.

Канал связи вносит в процесс передачи информации случайный шум, который искажает сообщение и тем самым затрудняет его прочтение. Между отправителем сообщения и каналом связи могут находиться кодирующие устройства, преобразующие сообщение в форму, удобную для передачи по каналу связи. Декодирующее устройство, установленное на другом конце канала, восстанавливает принятое сообщение. Степень автоматизации передачи информации по каналам связи сильно влияет на эффективность технологии в целом, при этом высокая степень автоматизации процесса сопряжена со значительным увеличением ее стоимости.

В контексте передачи информации необходимо различать среду, сигнал и сообщение. Средой может служить обычный провод, витая пара, коаксиаль­ный кабель, оптико-волоконный кабель, атмосфера и космический вакуум. Так, в сотовых телефонах информация передается с помощью электромагнитного излучения в воздушной среде. Японские производители сотовых телефонов используют в качестве среды для новейших моделей кости скелета.

Сигнал – физический носитель информации (звуковые или электрические колебания, импульсы напряжения, намагниченная среда, механическая борозда на поверхности физического носителя, сажа в типографской краске и т.д.). Сообщение – те изменения в некотором параметре физического носителя, которые позволяют считать, что сигнал несет в себе некоторую информацию (изменение фазы электрических колебаний, изменение давления, изменение направления канавки в звукозаписи и т.д.).

Изменение параметра сигнала для сообщения может быть непрерывным или дискретным. Примером аналогового сигнала является посто­янно изменяющаяся электромагнитная волна. Дискретный сигнал может представлять собой, в частности, последо­вательность импульсов напряжения: обычно уровень постоянного положительного напряже­ния соответствует двоичной «1», а уровень постоянного отрица­тельного напряжения - двоичному «0».

Передаваемые данные также могут быть дискретными или аналоговыми. Аналоговые (непрерывные) данные имеют непрерывно изменяемые на некотором интервале времени значения - звук или изображение, информация датчиков о температуре и давлении и т.д. Дискретные данные представляют собой ряд скачкообразно изменяющихся значений и имеют вид числа или текста. Как непрерывные, так и дискретные данные могут быть представлены и переданы с помощью как аналого­вых, так и дискретных сигналов.

Аналоговая передача непрерывных данных осуществляется, например, с помощью телефона. Дискретные данные передаются с помощью дискретных сигналов в большинстве современных компью­терных сетей.

Дискретные данные могут быть представлены анало­говыми сигналами с помощью устройства «модем» (модуля­тор/демодулятор). На его входе линии связи преобразует серию бинарных (два уровня) импульсов напряжения в аналоговый сигнал путем модуляции его несущей частоты. Форми­руемый таким образом аналоговый сигнал передается по приемлемой для модулируемой частоты среде (обычно используется полоса частот телефонных линий, предназначенных для передачи речи). На другом конце линии связи аналогичный модем с помощью процедуры демо­дуляции извлекает оригинал дискретных данных в виде последователь­ности импульсов напряжения.

Для передачи непрерывных данных с использованием цифровых сигналов применяются преобразователи кодек (кодер/декодер). На одном конце дискретной линии связи это устройство преобразует аналоговый сигнал, соответствующий речевым данным, в поток дво­ичных «1» и «0». На выходе линии аналогичный кодек реконструирует поток бит в аналоговый сигнал.

В основе аналоговой передачи лежит непрерыв­ный сигнал постоянной частоты, так называемый несущий сигнал. При передаче дискретных данных по аналоговым линиям связи мо­дулируется одна из трех характеристик несущего сиг­нала - амплитуда, частота, фаза или комбинация из этих характеристик.

Основными достоинствами цифровой передачи дан­ных являются относительная низкая стоимость использования дискретных сигналов, а также их меньшая подверженность воздействию шумов (т.е. большая устойчивость к искажению передаваемой информации). Недостатком цифровой пере­дачи по сравнению с аналоговой является более быстрое затухание сигнала при его движении в передающей среде.

Для устранения эффекта затухания сигналов в дискретных системах передачи данных используются специальные технические устройства - повторители, которые, получив зату­хающий сигнал, полностью восстанавливают содержащиеся в нем данные и передают их далее. В традиционных аналого­вых системах передачи данных в этих целях применяются устройства - усилители, которые усиливают передаваемый сигнал. Вместе с тем, увеличение энергии принятого сигнала усиливает также и наложен­ные на него компоненты шума, смысловое содержание сигнала по мере прохождения через каскад усилителей, все более искажается.

Важнейшей характеристикой канала связи является пропускная способность (емкость), равная логарифму эффективного числа сообщений, различимых на его выходе. Процесс передачи информации считается надежным, если скорость передачи сообщений меньше пропускной способности канала. В противном случае надежная передача информации оказывается невозможной. Мультиплексиро­вание представляет собой одновременную передачу по высокоскоростному магистральному каналу связи нескольких сигналов и обеспечивает тем самым его экономичное использование.

При цифровой передаче данных получатель должен знать момент начала и временной период пе­редачи каждого получаемого бита, поэтому существуют следующие способы цифровой передачи данных: синхронная и асинхронная. При асинхронной передаче данные передаются по одному символу, причем каждому передаваемому символу пред­шествует передача кода «старт», а за передачей символа следует передача кода «стоп». Более эффек­тивная синхронная передача данных позволяет пере­сылать блоки символов или битов без старт-стопных кодов за счет наличия механизма синхронизации передатчика и приемника. Что­бы приемник мог определить начало и конец блока передаваемых данных, каждый блок снабжается заголовком и концевиком. Данные, обрамленные заголовком и концевиком, образуют пакет. Содержание заголовка и концевика зависит оттого, какая использу­ется схема построения блока - байт-ориентированная или более эффективная бит-ориентированная.

При наличии в сети транзитных узлов применяются следующие методы передачи данных: коммутации каналов, коммутации сообщений и коммутации пакетов. Коммутация каналов используется, когда меж­ду двумя станциями необходимо установление непосредственного физического канального соединения. Это соединение устанавлива­ется в узлах сети до начала передачи данных. Коммутация каналов используется, в частности, в телефонных сетях. Необходимым условием резервирования каналов на всем пути от передатчика к приемнику является способность узлов распределять ресурсы и выбирать маршруты при установке соединений. После установления в сети с коммутацией каналов соединения пере­дача данных идет практически без задержек. К числу недостатков метода относятся: неэффективность использования ресурсов (каналы резервируются даже на то время, когда данные не передаются); высокая вероятность получения отказа при резервировании пути, включающего много транзитных узлов; значительная задержка при установлении соединения; склон­ность сети к перегрузке; лавинообразный рост отказов установления соединений в случае перегрузки сети.

Коммутация сообщений позволяет реализовать поэтапную передачу данных с промежуточным хранением. Сообщение (связанный блок данных) последо­вательно передается по сети от узла к узлу, которые представляют собой компьютеры, организующие промежуточное хранение транзитных сообщений и их маршрутизацию при передаче по сети. Для маршрутизации каждое сообщение снабжается заголовком с сетевыми адресами станции-передатчика и станции-приемника. Путь между узлами не резервируется.

Этот метод передачи данных увеличивает эффективность использо­вания линий связи, позволяет избежать блокировок сети при росте сетевого трафика, обеспечивает возможности установления приоритетного обслуживания сообщений, осуществления контроля за ошибками передачи и использования процедур восстановления искаженных или потерянных данных, позволяет пользователям осуществлять взаимодей­ствие через сеть даже в случае использования ими различных скоростей передачи и кодов представления данных. Недостатком метода являются возникающие задержки передачи, которые связаны, прежде всего, с ожиданием длинных сообщений в очередях узлов и значительно воз­растают при увеличении нагрузки. Данный метод не пригоден для организации интерактивного сетевого взаимодействия в режиме реального времени.

Коммутация пакетов предполагает, что сообщения предварительно разбиваются на небольшие, фиксированного размера порции (пакеты). Каждый пакет при пере­даче по коммуникационной сети является независимой единицей. Для этого он снабжается заголовком, где указываются сетевые адреса отправителя и получателя сообщения, а также порядковый номер пакета в сообщении. Преимущества этого метода, уменьшающие сетевые задержки, заключаются в следующем. Размеры передаваемых порций информации уменьшаются, поэтому коммутационные узлы могут иметь не столь большие, как при ком­мутации сообщений, размеры буферов для временного размещения транзитных пакетов. Как следствие, скорость обработки информации в этих узлах повышена. Кроме того, появляется воз­можность одновременной передачи нескольких пакетов одного со­общения по альтернативным путям. При обнаружении ошибок передачи повторно передаются лишь отдельные пакеты, а не целые сообщения.

Недостатки пакетной коммутации: с одной стороны, при ее использовании увеличивается объем дополни­тельной, служебной информации, передающейся по сети (заголовки отдельных пакетов), а с другой - возникает проблема организации сборки переданного сообщения в узле назначения, которая связана с тем, что отдельные пакеты, про­ходя различными маршрутами по подсети связи, будут приходить в конечный узел назначения в случайном порядке.

В вы­числительных сетях на практике применяются сочетания различных методов коммутации в зависимости от требований приложений, ко­личественных и качественных характеристик узлов, линий связи и трафика.

Процедура передачи и распространения информации включает, помимо собственно передачи, следующие операции: ввод данных в систему, в компьютерную сеть, преобразование из цифровой формы в аналоговую и наоборот, вывод сообщений, контроль ввода и вывода, защиту данных.

Реализация процессов передачи информации предполагает в качестве наиболее критичных критерии: пропускную способность канала связи, скорость передачи информации, а также защищенность информации от несанкционированного доступа к ней. Для процедуры распространения – прежде всего, полнота охвата адресатов (ее массовость).