Различные способы передачи данных

Кратчайшие, полезные и бесполезные способы передачи информации

Со времен наскальных рисунков человек озаботился вопросом, как в кратчайшие сроки передать сородичам важную информацию. Есть ли поблизости следы медведя, где в последний раз был замечен жирный мамонт, сколько молодых воинов в племени соседей… Передача ценной информации за наименьший отрезок времени — это эффективнейший инструмент эволюции. Глиняная письменность, узелки на веревке, натертые железные пластины, послания, выдолбленные на каменных монолитах — все эти способы повышали эффективность передачи сигналов, но имели неустранимый недостаток. Вам нужен был человек, который донёс бы послание, или птица, которая перенесла бы записку в лапках над морем.

Становление и совершенствование инструментов перекачки информации привело к новой проблеме. Когда информации становится слишком много, требуется больше времени на её обработку и понимание. В XXI веке нам нужен уже не только канал, передающий мысли и чувства со скоростью света, но и мозг, способный такую информацию улавливать.

10 марта 1876 года шотландский изобретатель Александр Белл сказал целых шесть слов (Mr. Watson. Come here. I want to see you), впервые совершив телефонный звонок. Ещё раньше появился факс — в 1843 году устройство придумал другой прославленный шотландец Александр Бейн. А ещё раньше, аж в 1809 году мюнхенским академиком Зёммерингом был изобретён телеграф. Он впервые позволил передавать информацию практически моментально.

Отдельные исследователи называют телеграфные сети «викторианским интернетом». Вы удивитесь, обнаружив на картинке сверху, какое количество подводных кабелей было проложено уже к 1901 году. Типичная картина тех лет — улица, опутанная провода как паутиной гигантских пауков.

Следующим революционным событием, изменившим способы общения, стало появление беспроводной связи. Первое SMS-сообщение было отправлено 3 декабря 1992 года. Смска, как все вы знаете, содержит до 160 символов (в латинице) или до 140 байт (1120 бит) данных. Впервые идея SMS была высказана Матти Макконеном в 1984 году на конференции в Копенгагене. В 1985-м немецкий исследователь Фридхельм Хиллебранд разработал формат SMS. Он вручную подсчитывал количество букв, цифр, знаков пунктуации и пробелов в напечатанных на обычных страницах предложениях, пытаясь подтвердить или опровергнуть мнение, что для отдельного информационного сообщения достаточно несколько строк текста.

Эксперимент Хиллебранда лишь подтвердил точку зрения самого исследователя, согласно которой техническое ограничение, присутствующее изначально в системе, не является камнем преткновения. Вот только для разных языков используются различные кодировки: английский — 7-битная; французский, немецкий — 8-битная кодировка; остальные языки, включая русский, — 16-битная, всего лишь до 70 символов в одном сообщении, что часто бывает недостаточно.

SMS-сленг (txtspk) — это целая культура из сотен сокращений, заменяющих собой длинные шаблонные фразы. Характерны они были не только для коротких кириллических сообщений, но и для «полноценных» английских эсэмэсок. 4u, 2nite, L8R, 10x, имхо и другие сокращения активно использовались как в SMS-переписках, так и в чатах на заре развития интернета.
Другой характерный пример эпохи коротких сообщений показывают нам жители азиатско-тихоокеанского региона. Выбирать с помощью традиционной цифровой клавиатуры из тысяч иероглифов нужные — занятие не самое быстрое. Поэтому мудрые азиаты используют разбиение по «ключам» (подбирая элементы символа), разбиение по звучанию, а также некоторые комбинированные способы.

Существует мнение, что SMS — самый дорогой способ передачи информации, если учитывать соотношение потраченных денег к количеству переданных байт. SMS от полного вымирания в наши дни спасает унифицированность. Любой мессенджер, снижающий расходы на общение до нуля, не будет работать при отсутствии интернета и требует наличие точной такой же программы на телефоне получателя сообщений. А смску можно просто отправить по номеру телефона.

СМС — это еще и часть нашей культуры. Существуют специальный термин для литературы, созданный с помощью сервисов тестовых сообщений мобильных телефонов — «мобильный роман». Такие произведения состоят из «глав» длиной 70-100 слов, для которых характерны сокращения, разговорный, упрощенный и лапидарный стиль изложения. «Мобильные романы» имеют много общего с брошюрками, кратко излагающими содержимое популярных объёмистых литературных произведений.

Это просто космос

На Международной Космической Станции пропускная способность канала «МКС-Земля» составляет 200-400 Кбит/сек. Хотя существуют проекты увеличения пропускной способности канала до 50 Мбит/сек, станция по-прежнему остается местом, где обмен научными данными превышает объём праздных разговоров.

Если вы видели, как в фильме «Марсианин» Марк Уотни поддерживает связь с NASA и обменивается с ними шутками, задумайтесь вот о чём. Прямо сейчас на Марсе работают марсоходы Opportunity и Curiosity, связь с которыми осуществляется через искусственные спутники на орбите планеты. Скорость передачи данных со спутника может варьироваться от 0,5 до 4 мегабит в секунду — в зависимости от текущего расстояния между Землей и Марсом. Однако даже такая связь не постоянна, существуют задержки, во время которых роверы ждут ближайшего коммуникационного окна со спутником, а спутник в свою очередь ждет, когда будет доступна одна из принимающих станций.

С неодушевленными объектами достаточно обмениваться сухим языком программных кодов, но как только человек начнет активнее осваивать ближайшие планеты, понадобится либо совершенствовать каналы связи, либо увеличивать объем информации, который можно будет уместить в один информационный блок.

Краткий пересказ эмоций

WhatsApp, Viber, Hangouts, «ВКонтакте», «Одноклассники», Facebook, Skype, Telegram, Jabber, ICQ и прочие SMS-общение не убили, но человеческий разум не остановился в попытках облегчить способы кратного изложения информации. Еще один тренд нашего времени — эмодзи. Автор блога Emojinalysis, например, ставит своим подписчикам шуточные диагнозы о состоянии психиатрического здоровья на основании последних использованных ими пиктограмм Emoji. С помощью Emoji дают интервью, выпускают пресс-релизы, отвечают на неудобные вопросы, рассказывают о личной жизни. В общем, делают всё тоже самое, что делают с обычными словами. Просто так быстрее.

Интернет захлестнула волна анимированных и статичных «жёлтых рожиц» из-за Японии (не путайте с текстовыми смайлами (｡◕‿◕｡), известными ещё с 80-х). Сначала бум пейджеров в середине 1990-х привел к расцвету символов-эмоций. Следующий «взрыв графических эмоций» случился в 2011 году, когда мощное землетрясение в Японии нарушило традиционные способы коммуникации. Компании NHN Japan, NHN Corp. выпустили приложение Line — мессенджер, который должен был обеспечивать надёжную связь между абонентами вне зависимости от качества связи операторов, пострадавших от стихийных бедствий. Одной из особенностей Line были наборы забавных картинок (стикеров), которыми легко можно было выразить различные эмоции.

В отеле Aloft Manhattan Downtown в Нью-Йорке ввели систему обслуживания, основанную на анализе эмодзи-сообщений постояльцев.

Эволюция способов передач информации на эмодзи не остановилась. Существует приложение Noice, в котором есть озвученные смайлы-эмотиконы. Мессенджер Yo позволяет отправлять только одно единственное сообщение — Yо — сопровождающееся соответствующим стандартным звуком. В мессенджере Emojli общаться можно только при помощи смайликов — немного напоминает общение с помощью рисунках на камнях. , почему бы и нет.

Эмодзи-клавиатура, созданная из 14 обычных клавиатур. На каждой клавише есть наклейка с эмодзи — всего более 1000.

Иные способы

QR-код — популярный формат передачи текста (который многие ненавидят за бессмысленность и усложнение обычного процесса прочтения информации), «зашифрованного» через изображение. Используя программный декодер, можно значительно сократить скорость обмена информацией, например, кодируя русскую SMS 7-битным алфавитом или отправляя на телевизор последовательность сменяющих друг друга видеокадров с разной степенью яркости. Такие необычные методы используются редко, но поиск новых решений в способах передачи информации продолжаются. К слову, учёные из университета Йорка (Канада) и университета Варвика (Великобритания) разработали метод передачи текстового сообщения на расстояние в несколько метров на молекулярном уровне, то есть с помощью запаха. Тем самым они повторили природный механизм, которому уже несколько миллионов лет — к примеру, муравьи с помощью феромонов оставляют след на дороге с указанием маршрута.

Возможно, эмодзи, запись информации в генах цветовыми маркерами, штрих-коды, отправка данных по магистральным линиям электропередач, квантовая запутанность для мгновенной коммуникации и другие увлекательные способы передачи информации приведут нас к некоему аналогу пиктографического письма. Это хорошо или плохо?
¯\_(ツ)_/¯

Источник

Передача данных

Передача данных — процесс переноса данных в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу. Словари упоминают заимствование (1640-е) учеными кругами латинского слова datum, означающего «вещь», «данность». Философия обосновывает связь понятий информации, знания, данных, свободы, приводит примеры. Высота горы преимущественно выступает данными. Параметр измеряют альтиметром, заполняют базы. Полученная информация, приняв конкретный облик, украшает книгу, изучаемую альпинистом. Бывалый горец придумывает лучший способ покорить вершину. Понимание особенностей процесса уже становится знанием.

Немедля появляется свобода выбора. Альпинист волен решать, принимая ответственность. Имеются группы, не вернувшиеся назад.

Виды данных

Исторически информацию представляли множеством способом. Оставим историкам иероглифы папирусов, разберем современные методики. Наибольший отпечаток наложило развитие электричества. Научись человек передаче мысли, символика вышла бы иной…

Аналоговый сигнал

Первыми попытками измерить аналоговые величины назовем опыты Вольты, измерявшего напряжение, ток. Следом сопротивление проводника сумел оценить Ом, Георг Ом. Каждый раз использовались аналоговые величины. Представление характеристик объекта в виде тока, напряжения дало мощный толчок развития современному миру. Электронно-лучевой кинескоп яркостью пикселей трех цветов отображает достаточно наглядную картинку.

Причины ухода от аналогового сигнала выявила Вторая мировая война. Система Зеленый шершень умела отлично шифровать информацию. 6-уровневый сигнал сложно назвать цифровым, однако намечается явный уклон. Исторически первой попыткой передачи бинарного кода назовем опыты Шиллинга 1832 года с телеграфом. Стремясь снизить количество соединяющих абонентов проводов, дипломат припомнил предложенные священниками методики двоичного счисления. Однако внедрение цифровой передачи потребовало от человечества пройти путь свыше полутора столетий.

Двоичный цифровой код

Двоичное счисление общеизвестно. Аналоговую величину представляют дискретным числом, затем производят кодирование. Полученный набор нулей, единиц обычно разбивают словами длиной 8 бит. Так, например, первые операционные системы Windows были 16-битными, графический модуль процессора обрабатывал числа с плавающей запятой разрядностью повыше. Еще более длинные слова используют специализированные вычислители графических карт. Специфика системы определяет конкретный способ представления информации.

Передача данных позволяет человечеству идти вперед быстрее. Люди обладают неодинаковыми способностями. Необязательно лучший сборщик, хранитель информации сможет извлечь выгоду (для себя, планеты, города…). Разумнее передать. Современный мир называют эпохой цифровой революции. Исторически оказалось, что двоичные данные передавать проще, появляется набор специфических возможностей:

1. Исправление ошибок.
2. Шифрование.
3. Упрощение физических линий.
4. Более эффективное использование спектра, снижение мощности передатчика, удельной плотности потока энергии.
5. Распознавание ошибок (EDC, 1951).
6. Возможность точного повтора, воспроизведения.

Вторая половина XX века дала сотни методик оцифровки аналоговых объектов. Главным признаком двоичного сигнала является дискретность. Аналоговую величину доподлинно передать код бессилен. Однако шаг дискретизации стал столь малым, что погрешностью пренебрегают. Яркий пример – изображения формата Full HD. Большое разрешение экрана гораздо лучше передает мелкие нюансы объекта. На некотором этапе разрешение цифровой техники обгоняет физиологические возможности человеческого зрения.

Значения термина

1. Передача сведений.
2. Компьютерная программа для Windows Phone, обеспечивающая копирование контактов меж мобильными устройствами.
3. Научно-популярная программа с Марией Бачениной.

Этиология

Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.

Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».

Идея открытости

Идея свободного доступа к информации выдвинута отцом социологии, Робертом Кингом Мертоном, наблюдавшим Вторую мировую войну. Начиная 1946 годом, подразумевает передачу, хранение компьютерной информации. 1954 добавил возможность обработки. В декабре 2007 года желающие обсудить проблему собрались (Себастопол, Калифорния) и осмыслили программное обеспечение с открытым кодом, интернет, потенциал концепции массового доступа. Обама принял Меморандум о прозрачности и открытости действий правительства.

Осознание человечеством реального потенциала цивилизации сопровождается призывами совместно решать проблемы. Концепция открытости данных широко обсуждается документом (1995) Американского научного агентства. Текст затрагивает геофизику и экологию. Общеизвестен пример корпорации ДюПонт, использовавший некоторые спорные технологии производства Тефлона.

Термины

Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.

Передача информации – цифровой поток бит.

Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.

Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.

Формат – способ представления информации.

Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.

Каналы (способы)

Информация, распространяясь, преодолевает среду:

• Медный кабель: RS-232 (1969), FireWire (1995), USB (1996).
• Оптическое волокно.
• Эфир (беспроводная передача).
• Шины компьютера.

Специфика среды накладывает особенности. Немногим известно, что электрический ток разносится также электромагнитной волной. Проводимость воздуха намного ниже, что накладывает специфику. Разница нивелируется ионизацией – явлением, знакомым сварщикам. Процессы, сопровождающие движение электромагнитной волны, лишены научного объяснения. Физики просто констатируют факт, описывая явление набором сведений.

Долгое время разные частоты считали явлениями несвязными: свет, тепло, электричество, магнетизм. Важно понять: набор сред рожден эволюцией техники. Наверняка откроют иные методы передачи данных. Реализации сред различны, набор стандартов определен спецификой. Локальные соединения часто пользуются технологией WiFi, опирающейся на протокол канального уровня IEEE 802.11. Сотовые операторы применяют совершенно иные – GPS, LTE. Причем мобильные сети активно начинают внедрять IP, замыкая круг, унифицируя стиль использования цифрового оборудования.

Зачем много протоколов? Особенности реализации передачи данных через WiFi бессильны покрыть значительные расстояния. Лимитированы мощности передатчиков, структуры пакетов иные. Bluetooth вовсе ограничивает основные возможности передачей пары файлов с компьютера на телефон.

Форматирование

Физики быстро убедились: напрямую информация передается средой плохо. Медный провод может нести речь, однако эфир быстро убивает низкочастотные колебания. Попов первым догадался модулировать несущую полезной информацией – азбукой Морзе. Смысл включает изменение амплитуды радиоволны согласно закону сообщения так, чтобы принимающий абонент мог послание извлечь, воспроизвести.

Развивающееся вещание вызвало необходимость совершенствования методик оснащения несущей волны полезной информацией. В поздние 20-е годы Армстронг предложил слегка варьировать частоту, закладывая фундамент сообщения. Новый тип модуляции улучшил качество звука, успешно противостоя помехам. Меломаны немедля оценили новинку.

Военная система Зеленый шершень применяла дискретную методику частотной манипуляции – мгновенная смена частоты согласно закону передаваемого сообщения. Воющие стороны оценили преимущества связи. Внедрению мешали громадные размеры оборудования (1000 тонн). Изобретение транзисторов изменило ситуацию. Передача данных становилось цифровой.

Основу сетей заложил американский ARPANET. С ПК на ПК стали передавать пакеты. Тогда в сети начали применяться первые цифровые протоколы. Сегодня IP захватывает сегмент мобильной связи. Телефоны получают собственные адреса.

Слои протоколов

Передача цифровых данных модемом реализована в 1940 году. Сети появились 25 лет спустя.

Усложняющиеся системы связи потребовали введения новых методик описания процесса взаимодействия компьютерных систем. Концептуальная модель OSI вводит понятие протокольных (абстрактных, реально не существующих) слоев. Структура создана усилиями инженеров Международной организации по стандартизации (ISO), регламентирована стандартом ISO/IEC 7498-1. Параллельную работу вел французский комитет CCITT. В 1983 году разработанные документы объединили, получив модель протокольных слоев.

Концепция 7-слойной структуры представлена работами Чарльза Бэчмана. Модель OSI включает опыт разработки АRPANET, EIN, NPLNet, CYCLADES. Линейка полученных слоев взаимодействует по вертикали с соседями: верхний использует возможности нижнего.

Важно! Каждому уровню OSI соответствует набор протоколов, определяемый используемой системой.

В компьютерных линиях совокупность протоколов подразделяют на слои. Бывают:

1. Физический (биты): USB, RS-232, 8P8C.
2. Канальный (кадры): PPP (включая PPPoE, PPPoA), IEEE 802.22, Ethernet, DSL, ARP, LP2P. Устаревшие: Token Ring, FDDI, ARCNET.
3. Сетевой (паеты): IP, AppleTalk.
4. Транспортный (датаграммы, сегменты): TCP, UDP, PORTS, SCTP.
5. Сеансовый: RPC, PAP.
6. Представительский: ASCII, JPEG, EBCDIC.
7. Прикладной: HTTP, FTP, DHCP, SNMP, RDP, SMTP.

Физический слой

Зачем разработчикам сто стандартов? Многие документы появились эволюционно, согласно возрастающим требованиям. Физический слой реализуют набором коннекторов, проводов, интерфейсов. Например, экранированная витая пара способна передавать высокие частоты, делая возможным реализацию протоколов битрейтом 100 Мбис/с. Оптоволокно пропускает свет, производится дальнейшее расширение спектра, возникают гигабитные сети.

Физический слой заведует схемами цифровой модуляции, физическим кодированием (формированием несущей, закладкой информации), опережающей коррекцией ошибок, синхронизацией, мультиплексированием каналов, выравниванием сигнала.

Канальный слой

Каждый порт управляется собственными машинными командами. Канальный слой показывает, как реализовать передачу форматированной информации, используя имеющееся железо. Например, PPPoЕ содержит рекомендации организации протокола PPP средствами сетей Ethernet, используемый традиционно порт – 8P8C. Эволюционной борьбой «эфирная сеть» смогла подавить соперников. Изобретатель концепции, основатель компании 3СОМ, Роберт Меткалф, сумел убедить несколько крупных производителей (Интел, DEC, Ксерокс) объединить усилия.

Попутно совершенствовались каналы: коаксиальный кабель → витая пара → оптическое волокно. Изменения преследовали цели:

• удешевления;
• повышения надежности;
• внедрения дуплексного режима;
• повышения помехоустойчивости;
• гальванической развязки;
• питания устройств посредством сетевого кабеля.

Оптический кабель повысил длину сегмента меж регенераторами сигнала. Канальный протокол больше описывает структуру сети, включая методы кодирования, битрейт, количество узлов, режим функционирования. Уровень вводит понятие кадра, реализует схемы расшифровки адреса MAC, детектирует ошибки, повторно отправляет запрос, контролирует частоту.

Сетевой

Общепринятый IP-протокол определяет структуру пакета, вводит специфический адрес из четырех групп цифр, известных сегодня каждому. Некоторые маски зарезервированы. Владельцам ресурсов присваиваются имена соответственно базам серверов DNS. Конфигурация сети во многом безразлична. Вводятся слабые ограничения. Как например, Ethernet требовал уникальности MAC-адреса. Протокол IP урезает максимальное число ПК 4,3 млрд штук. Человечеству пока что хватает.

Сетевой адрес принято делить на домены. По техническим причинам единое соответствие четырем группам цифр отсутствует. Сам интернет обозначает аббревиатура www (сокращенное название world wide web, иначе – всемирная паутина). Сегодня единообразный адрес (URL) опускает тривиальные буквы. Подразумевая – человек, открывший браузер, явно намеревается бороздить с компьютера всемирную паутину.

Транспортный

Слой далее расширяет структуру формата. Формирование сегмента TCP производит объединение пакетов, упрощая поиск потерявшейся информации, гарантируя восстановление.

Прикладной, представительский

Иерархия выше транспортного уровня может нарушаться. Например, RPC иногда опирается на HTTP. Концепция Р2P касается пиринговых одноранговых сетей. В противовес этому HTTP вводит иерархию клиент-сервер. Представительский слой раскрывает способы кодирования информации, оцифровку, сжатие, шифрование.

Источник