Скорость передачи информации информатика. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки. Сетевые операционные системы NetWare фирмы Novell

07.02.2019

Данные для расчета:

Число рабочих станций - М=21

Скорость ПД - В =10 Мбит/с

Интенсивность потока пакетов - л = 124,2 пак./с

Длина пакета - 1 П =1500 байт

Длина сети - 1 с =0,12 км

Расчет параметров ЛВС:

1. Время распространения сигнала по физической среде:

V=231000 км/с

2. Время передачи пакета по сети

Мысль может быть не мгновенной, но она достаточно быстрая, чтобы казаться, что это большая часть времени. Потребность в скорости в нервной системе не трудно понять. Многие животные зависят от своих нервов, чтобы ощущать опасность и убегать от хищников; хищники, в свою очередь, зависят от своих нервов, чтобы быстро атаковать. Но скорость также влияет на нас удивительными способами.

Оказывается, времена реакции испытуемых много говорят об их жизни в целом. Люди с более быстрыми ответами, как правило, выигрывают больше на тестах интеллекта. Некоторые психологи утверждают, что высокая скорость обработки в мозге является жизненно важным компонентом интеллекта. Ответы замедляются, когда люди страдают от определенных психологических расстройств, таких как депрессия.

3. Параметр дальнодействия:

4. Пропускная способность моноканала:

5. Коэффициент нагрузки моноканала:

Нормированная средняя задержка передачи пакетов при n=const:

Более загадочные люди с медленными реакционными временами чаще умирают от таких случаев, как инсульты или сердечные приступы. Мы можем понять мир так быстро, потому что в наши глаза встроены быстрые ускорители скорости. Тим Голлиш из Института нейробиологии им. Макса Планка недавно обнаружил доказательства одного из них. Он извлек ткань сетчатки из земноводных и выставил живую ткань на ряд простых геометрических узоров. Затем он записал, как нервные клетки выстрелили в ответ. Он заметил, что каждый нейрон начал стрелять немного раньше или чуть позже, в зависимости от того, какую картину он показал.

Критерий эффективности ЛВС:

> Расчет скорости передачи по информационному каналу

В сетях с пакетной коммутацией применяется алгоритм работы, в котором принимающая сторона анализирует и принимает решение о выдаче комбинации потребителю информации или о ее стирании и посылке по обратному каналу сигнала о повторной передаче этой кодовой комбинации (переспрос), т.е., алгоритм системы РОС-НП (Решающая обратная связь с непрерывной передачей).

Сдвиги были достаточно заметны, чтобы он мог предсказать форму, просто взглянув на время нервной реакции. Хотя в этом тесте участвовали амфибии, Голлиш предлагает, чтобы результаты были справедливы и для человеческого мозга. Они могут не дождаться появления всех сигналов от сетчатки, прежде чем они начнут строить представление о мире. Они могут начать с самых первых бит информации.

Использование быстрого кода помогает ускорить мысль, но в значительной степени мозгоподобная телеграфная сеть - действительно зависит от эффективных путей. Импульсы от сетчатки, например, должны перемещать зрительный нерв в таламус, который передает сигналы в зрительную кору головного мозга. Затем они пульсируют вперед в другие мозговые центры, где мы используем визуальную информацию для принятия решений и принятия мер. Один из способов ускорить путешествие - это использовать быструю проводку. Тот же принцип применяется к нервам.

Такая система осуществляет передачу последовательности кодовых комбинаций при отсутствии сигналов решения по предшествующим (S+1) комбинациям. После обнаружения ошибки в (S+1) комбинации, приемник посылает запрос на передатчик, который, получив этот запрос, заканчивает передачу очередного блока и повторяет искаженный (S+1) блок. Однако, поскольку передатчик не ожидал сигнала обратной связи, то он успел передать несколько блоков, пока получил запрос. Поэтому, для сохранения порядка следования блоков передатчик вынужден повторить не только искаженный блок, но и некоторое число блоков, которое он успел передать.

Самые сильные аксоны, такие как клетки Бетца в мозге, в 200 раз толще, чем самые тонкие. Но человеческий мозг имеет по крайней мере четверть миллиона миль проводки - более чем достаточно, чтобы добраться от Земли до Луны - и уже упакован плотно. Сэм Ван, невролог из Принстонского университета, подсчитал, насколько большой будет наш мозг, если бы он был построен с толстыми аксонами. «Извлечение всего мозга из них создало бы такие большие головы, что мы не могли бы вписаться в дверные проемы», - заключил он.

Методы повышения скорости передачи информации

Такой мозг также потребляет огромное количество энергии. Учитывая ограничения биологии и физики, наш мозг, похоже, развился, чтобы работать очень эффективно. Например, нейроны в мозге, как правило, объединяются в небольшие сети, которые затем связаны друг с другом относительно небольшим количеством дальних соединений. Такая сеть требует меньше проводки, чем другие устройства, и, следовательно, сокращает дистанционные сигналы, необходимые для перемещения.

Параметром такой системы с РОС-НП является средняя относительная скорость передачи (R):

Где k - длина информационной части кодовой комбинации;

n - общая длина кодовой комбинации;

Рcm (n) - вероятность обнаружения ошибки или вероятность стирания;

h - число повторяемых блоков, которое определяется по формуле:

Где ]х[- наименьшее целое число большее или равное х;

Наши мозги также ускоряются благодаря практике. Рене Мароу, невролог из Университета Вандербильта, измерил этот эффект, попросив людей выполнить базовый многозадачный тест: им нужно было определить, какой из двух возможных лиц появился на экране компьютера, отвечая на один из двух возможных звуков. Всего за две недели обучения тестировщики смогли выполнить обе задачи в быстрой последовательности почти так же быстро, как и самостоятельно. С практикой, предположил Маури, нейроны в узких местах мозга, в основном в префронтальной коре, требуют меньше сигналов и меньше времени для получения правильного ответа.

t ож -- время ожидания сигнала решения:

t p - время распространения по каналу связи;

t a6 - время анализа блока в приемнике;

t c -- длительность сигнала решения;

t ac - время анализа сигнала решения;

ф о -1/В - длительность единичного элемента:

Вероятность стирания Р сm ,(n) рассчитывается по следующей формуле:

Где t 0 - кратность гарантированно обнаруживаемых ошибок

Однако иногда наши мозги действительно должны замедляться. В сетчатке нейроны вблизи центра намного короче, чем у краев, и все же каким-то образом все сигналы способны одновременно достигать следующего слоя нейронов сетчатки. Один из способов, которым организм может это сделать, - это сдерживать некоторые нервные сигналы, например, помещая меньше миелина на соответствующие аксоны. Еще один возможный способ медленного движения нервных импульсов предполагает увеличение длинных аксонов, так что сигналы имеют большее расстояние до путешествия.

t 0 < d 0 -1, (d 0 - минимальное кодовое расстояние),

Р ош - вероятность ошибки на единичный элемент.

Относительная скорость передачи R характеризует эффективность использования пропускной способности С прямого канала связи. Скорость передачи информации V определяется по формуле:

Результаты расчетов сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Расчет скорости передачи по каналу

Фактически, снижение скорости мысли в правильных местах имеет решающее значение для основ сознания. Наше мгновенное осознание нашего внутреннего я и внешнего мира зависит от таламуса, региона, расположенного вблизи ядра мозга, который посылает сигналы, подобные ритмам, на внешние слои мозга. Несмотря на то, что некоторые из аксонов, достигающих таламуса, короткие, а некоторые длинные, их сигналы поступают во все части мозга одновременно - хорошо, потому что в противном случае мы не сможем думать прямо.

Поэтому, когда Гельмгольц признал, что мысль движется с конечной скоростью, быстрее, чем птица, но медленнее, чем звук, он упустил принципиальное различие между мозгом и телеграфом. В наших головах скорость не всегда самая важная вещь. Иногда действительно важно время.

Вероятность ошибки на единичный элемент Р ош	Скорость модуляции В, Бод	Пропускная способность С, Бит/С	Средняя относительная скорость передачи R	Скорость передачи V, Бит/с

> Расчет вероятности ложного фазирования кадра в информационном канале

Рассмотрим причины которые могут привести к тому, что приемник А не примет ни одного кадра. Во-первых, может не включиться модем А из-за не выделения несущей. Во-вторых, может не полностью осуществиться синхронизация дискретного канала, что снизит его качество и может случиться так, что все кадры будут поражены ошибками. Третьей причиной является не выделение или ложное выделение флага. Оценим вероятности срыва сеанса связи по этой причине.

Среда передачи представляет собой физическую среду, через которую передатчик и приемник могут взаимодействовать в системе передачи данных. Мы выделяем два типа носителей: управляемые и не ориентированные. В обоих случаях передача осуществляется с помощью электромагнитных волн. Управляемые носители управляют волнами по физическому пути, примерами этих носителей являются коаксиальный кабель, оптическое волокно и витая пара. Неуправляемые средства обеспечивают поддержку волн, которые должны быть переданы, но не направлены; в качестве примера у них есть воздух и пустота.

Если используется дискретный канал (ДК) без памяти, то для протокола.

HDLC вероятность не выделения флага Р м =nР ош =8Р ош (Р ош - вероятность ошибки на единичный элемент).

В результате появления ошибок выделится ложный флаг из информации или служебных признаков. Допустим, что эта ситуация имеет место в первом кадре. Тогда при отсутствии ошибок в остальное время сеанса первый кадр будет преобразован в два, а все остальные будут приняты верно. Оценим вероятность возникновения такой ситуации для ДК без памяти. Естественно, что флаг может быть получен из любой элементарной последовательности при суммировании его с соответствующим вектором ошибки. Рассмотрим сначала те последовательности, которые отличаются от флага одним элементом. Так как внутри кадра не может передаваться более пяти единиц подряд, то их будет шесть: 00111110, 01011110, 01101110, 01110110, 01111010, 0111110.

Характер среды вместе с сигналом, передаваемым через него, являются определяющими факторами характеристик и качества передачи. В случае с управляемыми носителями определяется сама среда, которая определяет в основном ограничения передачи: скорость передачи данных, полосу пропускания, которая может поддерживать и расстояние между повторителями. Однако, используя не управляемые средства, частотный спектр сигнала, создаваемого антенной, является более определяющим в передаче, чем сама среда передачи.

Некоторые управляемые среды передачи. Он состоит из двух изолированных медных проводов, толщиной 1 мм. Плетеная форма кабеля используется для уменьшения электрических помех по отношению к соседним парам, которые вокруг него. Витые пары могут использоваться как для аналоговой, так и для цифровой передачи, а их пропускная способность зависит от проводного датчика и расстояния ходьбы; во многих случаях передачи нескольких мегабитов могут быть получены на расстояниях в несколько километров. Из-за их правильного поведения и низкой стоимости витые пары широко используются и, вероятно, будут присутствовать на протяжении многих лет.

Вероятность Pi того, что на данных позициях кадра будет передаваться какая-либо из последовательностей, отличных от флага в общем случае равна: Р=(п-2)2 -п, а вероятность выделения ложного флага на данных позициях:

Поскольку это возможно на любых n позициях внутри кадра, то вероятность выделения ложного флага внутри i-ro кадра равна:

Коаксиальный кабель состоит из жесткой медной проволоки в ее центральной части, то есть, которая представляет собой сердечник, который окружен изоляционным материалом. Этот изоляционный материал окружен цилиндрическим проводником, который часто представлен в виде сетки из плетеной ткани. Внешний проводник покрыт пластиковым защитным слоем. Конструкция коаксиального кабеля обеспечивает хорошую комбинацию и большую пропускную способность и отличную устойчивость к шуму. Полоса пропускания, которая может быть получена, зависит от длины кабеля; для кабелей длиной 1 км, например, возможна скорость передачи данных до 10 Мбит / с, а в кабелях меньшей длины - более высокие скорости.

и для n=8 с достаточной степенью точности

Где Li- длина кадра.

Пусть L ki = 1024 и Р ош = 10 -4 ,тогда

Р лм =(1024-7)3*128 -1 *10 -4 =2,3*10 -3 ,

т.е. в среднем на тысячу переданных кадров 2,3 будут искажены из-за ложного выделения флага.

кабельный структурированный сеть фазирование

Могут использоваться кабели длинной длины, но достигаются очень низкие скорости. Коаксиальные кабели широко используются в локальных сетях и для передачи на большие расстояния телефонной системы. Волоконно-оптический кабель состоит из трех концентрических секций. Самый внутренний сердечник состоит из одной или нескольких нитей или волокон из стекла или пластика. Каждый из них имеет покрытие из стекла или пластика с оптическими свойствами, отличными от свойств сердечника. Внешний слой, который покрывает один или несколько волокон, должен быть непрозрачным и устойчивым материалом.

Для оценки качества каналов передачи данных можно использовать следующие характеристики:

скорость передачи данных по каналу связи;

пропускную способность канала связи;

достоверность передачи информации;

надежность канала связи.

Скорость передачи данных . Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости (bit rate). Информационная скорость - определяется количеством битов, передаваемых по каналу связи за одну секунду бит/с, что в англоязычном варианте обозначается как bps.

Волоконно-оптическая система передачи состоит из очень монохроматического источника света, волокна, ответственного за передачу светового сигнала и фотодиода, который восстанавливает электрический сигнал. Они также всенаправлены, но, в отличие от вышеизложенного, ионосфера прозрачна для них. Его применение обычно связано с радиолюбителями и военным оборудованием связи, а также телевидением и самолетами.

В дополнение к его применению в печах, микроволновые печи позволяют нам передавать как наземные, так и спутниковые передачи. Учитывая их частоты в диапазоне от 1 до 10 ГГц, микроволны имеют очень направленный характер и могут использоваться только в ситуациях, когда имеется визуальная линия, соединяющая передатчик и приемник.

Бодовая скорость измеряется в бодах (baud). Эта единица скорости получила свое название по фамилии французского изобретателя телеграфного аппарата Emilie Baudot – Э. Бодо. Бод – это число изменений состояния среды передачи в секунду (или числом изменений сигнала в единицу времени). Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии. Скорость передачи информации 2400 бод означает, что состояние передаваемого сигнала изменялось 2400 раз в секунду, что эквивалентно частоте 2400 Гц.

В сочетании они могут сформировать полную систему, если они могут общаться друг с другом. Это сообщение осуществляется через кабели шины, которые соединяют детали системы, образующие набор. Какова информация, отправленная кабельной шиной? Большинство автобусов состоят из металлических проводников, через которые посылаются цифровые электрические сигналы. Набор из 8 бит формирует 1 байт, базовую единицу информации. Каждая буква, номер или символ эквивалентна 1 байт. Если в то время для 8 шинных кабелей мы имеем, что есть ток для второго и последнего, мы отправляем информацию о букве А на автобусе.

Для иллюстрации этих понятий обратимся к передаче цифровых данных по обычным телефонным каналам связи. В самых ранних моделях модемов, эти две скорости совпадали. Современные модемы кодируют несколько битов данных в одном изменении состояния аналогового сигнала и очевидно, что скорость передачи данных и скорость работы канала в этом случае не совпадают. Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число значений модулируемого параметра несущей (переносчика) равно 2 N . Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с, т.е. скорость в битах в секунду превышает скорость в бодах. В частности, модемы на 2 400 и 1 200 бит/с передают 600 бод, а модемы на 9 600 и 14 400 бит/с- 2 400 бод.

Каждый кабель шины может иметь один бит. Автобусы имеют столько кабелей, сколько байты могут отправлять одновременно. Например, если вы можете отправлять по 4 байта за один раз, у вас будет 36 кабелей. У них действительно есть еще кое-что, чтобы отправить в дополнение к данным другой тип информации, как мы увидим позже. Например, приведенная выше цифра содержит 40 контактов, которые сегодня все еще используются. Количество бит, которое вы можете отправить за раз, называется «ширина».

Другими важными данными шины является скорость передачи данных. Это то, сколько информации может быть отправлено автобусом в определенное время. Скорость шины также обычно определяется по ее частоте, то есть количеству пакетов данных, которые могут быть отправлены или получены в секунду. Каждый раз, когда мы отправляем или получаем эти данные, мы можем говорить о цикле. Например, 10 Гц может отправить 10 ширины данных за одну секунду.

В аналоговых телефонных сетях скорость передачи данных определяется типом протокола который поддерживают оба модема, участвующие в соединении. Так, современные модемы работают по протоколам V.34+ со скоростью до 33600 бит/с или по протоколу асимметричного обмена данными V.90 со скоростью передачи до 56 Kbps.

Стандарт V.34+ позволяет работать по телефонным линиям практически любого качества. Первоначальное соединение модемов происходит по асинхронному интерфейсу на минимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. После тестирования линии выбираются основные параметры передачи (частота несущей 1,6-2,0 КГц, способ модуляции, переход в синхронный режим) которые в последствии могут динамически изменяться без разрыва связи, адаптируясь к изменению качества линии.

Протокол V.90 был принят Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) в феврале 1998 г. В соответствии с этим стандартом модемы, установленные у пользователя, могут принимать данные от провайдера сети (входящий поток – Downstream) на скорости 56 Kbps, а посылать (исходящий поток – Upstream) – на скорости до 33,6 Kbps. Достигается это за счет того, что данные на узле сети, подключенному к цифровому каналу, подвергаются только цифровому кодированию, а не аналого-цифровому преобразованию, которое всегда вносит шум дискретизации и квантования. На стороне пользователя из-за "последней аналоговой мили" происходит и цифро-аналоговое (в модеме) и аналого-цифровое преобразование (на АТС), поэтому увеличение скорости невозможно. Очевидно, что применить такую схему удается только там, где один из модемов имеет доступ к цифровому каналу. Практически только провайдер сети Интернет может быть связан с АТС пользователя цифровым каналом.

Для соединений типа абонент-абонент по коммутируемой телефонной сети общего пользования новая технология непригодна и работа возможна только на скорости не выше 33,6 Kbps.

Скорости передачи цифровой информации для ЛВС различных типов приведены в таблице 2.1, а для глобальных сетей в таблице 2.2.

Таблица 2.1

Тип сети (протокол канального уровня)	Вид линии передачи данных
	Толстый коаксиальный кабель (10Base-5) Тонкий коаксиальный кабель (10base-2) Неэкранированная витая пара UTP категории 3 (10Base-T) Оптоволокно (10Base-F)
	Оптоволокно (100Base-FX)
Gigabit Ethernet	Многомодовое оптоволокно (1000Base-SX) Одномодовое оптоволокно (1000Base-LX) Твинаксиальный кабель(1000Base-СX)
Token Ring (High Speed Token Ring)	Оптоволокно
FDDI (Fiber Distributed Data Interface)	Оптоволокно

Таблица 2.2

Иерархия скоростей цифровых каналов глобальных сетей

Тип сети	Тип интерфейса и линии передачи данных	Скорость передачи данных, Мбит/с
	T1/E1, кабель из 2-ух витых пар T2/E2,коаксиальный кабель T3/E3, коаксиальный и оптический кабель или радиолинии СВЧ
	STS-3, OC-3/STM-1 STS-9, OC-9/STM-3 STS-12, OC-12/STM-4 STS-18, OC-18/STM-6 STS-24, OC-24/STM-8 STS-36, OC-36/STM-12 STS-48, OC-48/STM-16
	BRI (базовый) PRI (специальный)
	Абонент-сеть (Upstream) Сеть-абонент (Downstream)

На ВОЛС достигнуты рекордные скорости передачи информации. В экспериментальной аппаратуре с использованием метода мультиплексирования с разделением каналов по длинам волн (WDM - Wavelengths Division Multiplexing) достигнута скорость 1100 Гбит/с на расстоянии 150 км. В одной из действующих систем на основе WDM передача идет со скоростью 40 Гбит/с на расстояния до 320 км. В методе WDM выделяется несколько несущих частот (каналов). Так, в последней упомянутой системе имеются 16 таких каналов вблизи частоты 4*10 5 ГГц, отстоящих друг от друга на 10 3 ГГц, в каждом канале достигается скорость 2,5 Гбит/с.

Максимально возможная информационная скорость, пропускная способность C (bandwidth ) связана с полосой пропускания F (точнее с верхней частотой полосы пропускания) канала связи формулой Хартли-Шеннона. Пусть N – число возможных дискретных значений сигнала, например число различных значений модулируемого параметра. Тогда на одно изменение величины сигнала, в соответствии с формулой Хартли, приходится не более I=log 2 N бит информации.

Максимальную информационную скорость передачи можно определить как

С = log 2 N / t,

где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная (3-4)Т В, а Т В = 1/(2πF). Тогда

бит/с, (2.1)

В случае канала с помехами количество различимых значений модулированного сигнала N должно быть ≤ 1+A, где A - отношение мощностей сигнала и помехи.

Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его реальная или эффективная скорость , которая оценивается количеством знаков (символов), передаваемых по каналу за секунду (cps, character per second), не включая служебную (например, биты начала и конца блока, заголовки блоков и контрольные суммы).

Эффективная скорость зависит от ряда факторов, среди которых не только скорость передачи данных, но и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений. Например, так как в среднем, при асинхронном методе передачи данных через модем каждым 10 переданным битам соответствует 1 байт или 1 символ сообщения, то 1 cps=10 bps. Для повышения эффективной скорости передачи используются различные методы сжатия информации, реализуемые как самими модемами, так и коммуникационным ПО.

Существенной характеристикой любой коммуникационной системы является достоверность передаваемой информации. Достоверность передачи информации или уровень ошибок (error ratio) оценивают либо как вероятность безошибочной передачи блока данных, либо как отношение количества ошибочно переданных битов к общему числу переданных битов (единица измерения: количество ошибок на знак - ошибок/знак) Например, вероятность 0,999 соответствует 1 ошибке на 1000 бит (очень плохой канал). Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура канала, так и состояние линии связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если линия связи не обеспечивает необходимых требований по помехоустойчивости.

При передаче данных в вычислительных сетях этот показатель должен лежать в пределах 10 -8 -10 -12 ошибок/знак, т.е. допускается не более одной ошибка на 100 миллионов переданных битов. Для сравнения, допустимое количество ошибок при телеграфной связи составляет примерно 3·10 -5 на знак.

Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы в часах. Вторая характеристика позволяет более эффективно оценить надежность системы.

Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточно большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов