Защита информации в компьютерных сетях

Передача информации

Процесс передачи информации на расстояние осуществляется двумя способами: неэлектрическим (неавтоматизированным), например, с помощью экспедиторов, курьеров, для которого характерны высокая надежность и низкая скорость передачи, и электрическим (автоматизированным), требующим системы защиты от искажений и несанкционированного доступа.

Проблемы организации передачи информации уходят в глубь веков. Само существование человека требовало общения и обмена информацией. Прообразом линий связи была сигнализация с помощью костров, использование оптических и акустических сигналов. Также давно возникла идея ретрансляционных (переприемных) станций. По принципу передачи информации современные радиорелейные линии берут свое начало от курьерской почты (relay означает «смену лошадей»). Во Франции во время Великой французской революции впервые организованы приемопередающие станции на башнях и холмах, образуя регулярные линии связи.

Возникновение эры электрической связи связывают с разработкой в 1837 г. американцем Морзе системы телеграфного аппарата и кода, состоящего из точек и тире. Таким образом, только в начале XIX в. попытки изобрести электрическую связь увенчались успехом. В 1832 г. русский академик П. Шиллинг построил первую линию телеграфной связи, в 1876 г. американец Белл получил патент на изобретение телефона, положив начало речевой связи по проводам. Начало XX в. ознаменовалось изобретением радио русским ученым А.С. Поповым.

В 1956 г. фирма Bell Laboratories построила первую цифровую линию связи для передачи речи по принципу импульсно-кодовой модуляции. Запуск искусственного спутника Земли в октябре 1957 г. положил начало эре спутниковой связи.

С появлением средств вычислительной техники и новых ИТ системы и средства связи превратились в динамично развивающуюся отрасль информатики.

Сигналы и системы передачи информации

Процесс передачи информации непосредственно связан с системой передачи информации, основой которой является сигнал. С точки зрения функционального назначения сигнал следует рассматривать как средство для передачи информации в пространстве и во времени, как некоторый материальный носитель информации.

Различают сигналы статические и динамические. Статические сигналы, в основном, предназначены для передачи информации во времени, т. е. для хранения информации с последующим ее использованием. Динамические сигналы служат, в основном, для передачи информации в пространстве. Это, например, акустические и электромагнитные волны.

Любой сигнал неразрывно связан с определенной материальной системой, называемой системой связи или системой передачи информации. Обычно под системой передачи информации понимают систему, типа указанной на рисунке 20. Она состоит из источника информации, передатчика, канала связи, приемника и потребителя информации.

Источник информации вырабатывает информацию в форме сообщений. Будем считать, что с источником информации связано определенное множество сообщений. Генерация некоторого сообщения заключается в случайном выборе одного сообщения из множества возможных. Какое это конкретно будет сообщение, заранее не известно, по крайней мере, тому, для кого оно предназначается. Известно лишь, что сообщение принадлежит определенному множеству.

Множества возможных сообщений бывают различных типов. Это, например, конечные множества символов (в системах телеграфии и передачи данных), конечные наборы детерминированных функций времени, бесконечные множества, элементами которых являются значения некоторой физической величины или реализации физического процесса, и т. п. Сообщение, принадлежащее конечному или счетному множеству возможных сообщений, называется дискретным, а сообщение, выбираемое из несчетного множества, – непрерывным.

Передатчик преобразует сообщение в сигнал. В передатчике каждое из возможных сообщений на входе преобразуется в одно из возможных значений сигнала на выходе по строго установленному правилу. В телефонии, например, соответствие между возможными сообщениями и значениями сигнала устанавливает микрофон, который обеспечивает примерно линейную зависимость между акустическим давлением в зоне мембраны и электрическим током или напряжением в линии связи. В телеграфии каждому символу на входе передатчика ставится в соответствие определенный набор элементарных сигналов на его выходе. Правила, по которым осуществляется преобразование сообщения в сигнал, называются по-разному (модуляция, манипуляция, кодирование) в зависимости от типов сообщений и сигналов.

В качестве канала связи могут быть использованы двухпроводная электрическая линия связи (телефония, телеграфия, передачи данных), упругая воздушная или другая физическая среда (акустический канал) и др.

Собственно физическая среда, по которой передаются сигналы, называется линией связи; одна и та же линия связи может служить одновременно для реализации нескольких каналов (многоканальная связь).

 


Рис. 20. Система передачи информации

В любом канале связи, кроме сигнала, генерируемого передатчиком рассматриваемой системы связи, действуют другие сигналы и родственные сигналу по своей физической природе случайные процессы. Эти посторонние сигналы и процессы накладываются на полезный сигнал и искажают его. Поэтому принимаемый сигнал на выходе канала связи отличается от входного передаваемого сигнала. На рисунке 20 это отражено выделением источника помех в виде отдельного блока.

Приемник осуществляет восстановление переданного источником информации сообщения по принятому сигналу. Естественно, что данная операция возможна, если известно правило преобразования сообщения в сигнал. На основании этого вырабатывается правило обратного преобразования сигнала в сообщение (демодуляция, декодирование), позволяющее в конечном счете выбрать на приемной стороне сообщение из известного множества возможных сообщений, в идеальном случае полностью совпадающего с переданным сообщением. Однако так бывает не всегда; вследствие искажений принятого сигнала возможна ошибка при восстановлении сообщения.

Потребитель информации в системах связи – это либо непосредственно человек, либо технические средства, связанные с человеком.

Характеристики системы передачи данных

Основными качественными показателями системы передачи информации являются:

• пропускная способность;

• достоверность;

• надежность работы.

Пропускная способность системы (канала) передачи информации – наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для определения максимально возможной скорости надо знать три основных параметра канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.

1. Параметры канала:

• Fk– полоса пропускания канала связи, или иначе полоса частот, которую канал может пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;

• Hk – динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированного для этого типа каналов;

• Tk – время, в течение которого канал используется для передачи данных.

2. Параметры сигнала:

• Fs – ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;

• Hs – динамический диапазон, представляющий собой отношение средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;

• Ts – длительность сигнала, то есть время его существования.

Произведение трех названных параметров определяет, соответственно:

Объем канала связи:

  (1)

Объем сигнала:

  (2)

На основе соотношения доказанное Шенноном можно рассчитать максимально возможную скорость передачи данных по каналу:

  (3)

где С – максимально возможная скорость в битах в секунду,

F – ширина полосы пропускания канала связи в герцах,

Ps – мощность сигнала,

Pш– мощность шума.

Из этого соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить скорость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или уменьшив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено величиной допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные передатчики имеют большие габариты и стоимость). Уменьшения мощности помех можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не дешево). Но и это еще не все трудности. Главное, что скорость зависит от логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности передатчика в два раза при типичном соотношении Рs/Рш = 100 даст увеличение максимально возможной скорости только на 15 %.

Скорость передачи информации измеряется в битах в секунду и в бодах. Количество изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бодах. Бод – это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Бит в секунду соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала, когда любое изменение может быть только единичным, можно принять, что: 1 бод – 1 бит/с; 1 Кбод = 103 бит/с; 1 Мбод = 106 бит/с и т. д.

В случае, если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, то изменение сигнала может быть не единичным, 1 бод > 1 бит/с.

Например, если измеряемыми (информационными) параметрами сигнала являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь 23 – 8 различимых состояний. Тогда скорость передачи данных СП с тактовой частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 * 3 = 28 800 бит/с.

Достоверность передачи информации – передача информации без ее искажения.

Надежность работы – полное и правильное выполнение системой всех своих функций.

Передатчик и приемник, или иначе аппаратура передачи данных (АПД), непосредственно связывают терминальные устройства – оконечные устройства (источник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду (линию связи).

В составе СП большой протяженности может использоваться и дополнительная аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для формирования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В качестве этой аппаратуры могут выступать повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функциональной нагрузки не несет – она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.

Контрольные вопросы

В чем заключается суть восприятия информации?

Что общего и в чем различие между сбором и регистрацией информации?

Как реализуется автоматизированное свертывание информации?

Назовите характеристики запоминающих устройств, предназначенных для хранения больших объемов информации.

В чем заключается сущность поиска информации?

Назовите виды информационного поиска.

Что включает в себя система передачи информации?


На главную