پایه های سیستم های ارتباطات دیجیتال و پروتکل های انتقال داده ها

سیستم های ارتباطات دیجیتال چیست؟

سیستم های ارتباطی دیجیتال زیرساخت های بنیادی جهان متصل مدرن را تشکیل می دهند، بر خلاف سیستم های آنالوگ که از سیگنال های مداوم استفاده می کنند، سیستم های دیجیتال اطلاعات را به عنوان مقادیر باینری مجزا انتقال می دهند - توالی های 0 و 1s، این نمایندگی دودویی مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد: ایمنی به سر و صدا، خطای کارآمد، اصلاح داده ها و توانایی ادغام صدا، ویدئو و داده ها به یک شبکه تک، هر پیام متنی، تماس ویدئویی، و خواندن فاصله های دیجیتال، و تجزیه و تجزیه و تحلیل قابل اعتماد از یک سیستم اطلاعات.

اجزای اصلی یک سیستم ارتباطات دیجیتال

هر سیستم ارتباطی دیجیتال را می توان به یک مجموعه کوچک از بلوک های ساختمان ضروری تقسیم کرد و درک کرد که چگونه این اجزا تعامل دارند کلید درک رفتار سیستم بزرگتر است.

فرستنده

نقش فرستنده تبدیل داده های خام است – به عنوان مثال، بیت هایی که یک عکس یا یک ایمیل را نشان می دهند – به یک سیگنال مناسب برای انتشار در یک رسانه انتخاب شده است.این فرآیند معمولا شامل سه مرحله است:

• ]منبع کدگذاری: الگوریتم های فشرده تعداد بیت های مورد نیاز برای نشان دادن اطلاعات را کاهش می دهد، بهبود بهره وری پهنای باند نمونه های رایج شامل JPEG برای تصاویر و MP3 برای صدا است.
• کد نویسی: Redundancy به جریان داده اضافه شده است برای محافظت در برابر خطا معرفی شده در طول تکنیک های انتقال مانند کدهای کانولو، کد های توربو و کدهای کم ارتفاع چک (LDPC) به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.
• جریان دیجیتال رمزگذاری شده بر موج حامل با تنوع دامنه، فرکانس یا فاز (یا ترکیب آن) تأثیر می گذارد. Wi-Fi، به عنوان مثال، استفاده از یا فرکانس فرکانس فرکانسی (OFDM) برای دستیابی به داده های بالا بر روی کانال های رادیویی.

کانال انتقال

کانال رسانه فیزیکی است که سیگنال را از فرستنده به گیرنده منتقل می کند.هر نوع کانال دارای ویژگی های متمایزی است که بر طراحی سیستم تأثیر می گذارد:

• کانال های سیمی [دو جفت، کابل کواکسیال، فیبر نوری ] ارائه می دهند قابلیت اطمینان بالا و محیط های کنترل شده فیبر نوری، به ویژه، ارائه پهنای باند و کاهش سیگنال از دست دادن، تشکیل ستون فقرات از زیرساخت های اینترنت جهانی.
• کانال های بی سیم (Radio، مایکروویو، مادون قرمز) از مداخله، چندزبانه و از دست دادن مسیر رنج می برند.
• کانال های عملیاتی (نورهای فضایی، لینک های نوری زیر آب) در برنامه های تخصصی استفاده می شوند که در آن کابل های فیزیکی غیر عملی هستند.

گیرنده

گیرنده عملیات فرستنده را معکوس می کند.این اولین بار سیگنال ورودی را برای بازیابی جریان دیجیتال رمزگذاری شده تنظیم می کند، سپس الگوریتم های اصلاح خطا را برای شناسایی و اصلاح خطاهای کوچک معرفی شده توسط سر و صدا یا مداخله، در نهایت، رمزگشایی منبع اطلاعات را به فرم اصلی آن تجزیه می کند. گیرنده همچنین باید هماهنگ سازی کند - هماهنگ کردن ساعت خود با فرستنده و جبران معکوس - برای کانال برابر.

سازنده : Decoder

رمزگذار و رمزگشایی دستگاه های فیزیکی جداگانه در هر سیستم نیستند؛ بلکه آنها نشان دهنده پردازش منطقی اطلاعات برای یکپارچگی انتقال هستند. تشخیص و اصلاح یکی از مهمترین توابع است.پلکس و چک های قرمز چرخه (CRCs) می توانند خطاهای را تشخیص دهند، در حالی که کدهای پیچیده تر مانند کدهای فایل های فاسد می توانند حتی یک فایل را به طور خودکار تنظیم کنند.

پروتکل های انتقال داده ها: قوانین جاده

یک سیستم ارتباطی دیجیتال بدون قوانین توافق شده می تواند هرج و مرج باشد.پروتکل ها روش دقیق قالب بندی، انتقال، دریافت و تصدیق داده ها را تعریف می کنند.آنها اطمینان می دهند که دستگاه های تولید کنندگان مختلف می توانند همکاری کنند و داده ها به منظور دستیابی به پروتکل های موجود در هر سطح از پشته ارتباطات، از سطح ولتاژ الکتریکی بر روی کابل به معنایی یک دلبستگی ایمیل.

مدل OSI: یک رویکرد لایه ای

مدل اتصال سیستم های باز (OSI) یک چارچوب مفهومی است که ارتباطات شبکه را به هفت لایه تقسیم می کند. مدل OSI را تأیید می کند به مهندسان کمک می کند تا زمانی که داده ها نتوانند انتقال دهند، مشکل را جدا کنند.

• لایه فیزیکی (1): انتقال جریان های کوچک خام بر روی رسانه فیزیکی. Deals با سیگنال های الکتریکی، کانکتورها و انواع کابل.
• لایه لینک داده (2): فریم ها را به بسته ها، تشخیص خطا (اغلب از طریقCRC) انجام می دهد، و مدیریت دسترسی به رسانه مشترک (به عنوان مثال، CSMA / CD در اترنت).
• لایه شبکه (3): بسته های جاده ای در سراسر شبکه های متعدد IP (پروتکل اینترنت) در اینجا کار می کنند.
• [FLT: 1] لایه انتقال (FLT:1) ارائه می دهد قابل اعتماد پایان به پایان ارتباطات، کنترل جریان و بازیابی خطا TCP (پروتکل کنترل انتقال) بهترین نمونه شناخته شده است.
• [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱]] [۱]] [۱] [۱]]) جلسات را مدیریت می کند، استقرار، نگهداری و اصطلاح ارتباط بین برنامه ها.
• لایه پیش بینی (6)؛ ترجمه داده ها، رمزگذاری و فشرده سازی را مدیریت می کند تا برنامه ها بتوانند به طور مستقل داده ها را تفسیر کنند.
• لایه درخواست ( خدمات شبکه را به طور مستقیم به برنامه های کاربر (HTTP، FTP، SMTP و غیره) ارائه می دهد.

پروتکل مشترک و نقش های آنها

در حالی که مدل OSI یک کمک آموزشی است، جهان واقعی تحت سلطه مجموعه پروتکل TCP / IP قرار دارد که چندین لایه را ترکیب می کند.

• TCP / IP [FLT: پایه و اساس آدرس IP و مسیریابی؛ تضمین های TCP که داده ها بدون خطا و در دستور صحیح می رسند، انتقال بسته های از دست رفته به صورت مورد نیاز.
• [HTTP / HTTPS: پروتکل انتقال Hypertext (و نسخه امن آن، HTTPS) تعریف می کند که چگونه مرورگرهای وب و سرورهای تبادل اسناد hypertext، HTTPS رمزگذاری TLS، محافظت از داده ها از تجزیه و تحلیل و دستکاری.
• FTP: پروتکل انتقال فایل یک روش ساده برای آپلود و بارگیری فایل ها در یک شبکه است.این از کنترل جداگانه و اتصالات داده استفاده می کند.
• Bluetooth: یک پروتکل بی سیم کم قدرت، کوتاه برد برای اتصال دستگاه های شخصی مانند هدفون، صفحه کلید و ساعت هوشمند استفاده می کند.
• Wi-Fi (IEEE 802.11): مجموعه ای از پروتکل ها برای شبکه های محلی بی سیم، نسخه های مدرن سرعت چند گیگابایتی را با استفاده از مدل سازی پیشرفته و فناوری آنتن MIMO ارائه می دهند.

چگونه پروتکل ها تضمین انتقال قابل اعتماد

قابلیت اطمینان در پروتکل های مختلف ساخته شده است:

• تشخیص و اصلاح: بررسی و یا CRC در هر بسته اجازه می دهد تا گیرنده صداقت را تأیید کند.
• کنترل کم: گیرنده می تواند فرستنده را به کند کند کند اگر بافر آن کامل است، TCP از پنجره های کشویی و تایمر های شناخته شده برای جلوگیری از از از دست دادن بسته از ازدحام استفاده می کند.
• کنترل تحرک: الگوریتم های TCP مانند Reno یا CUBIC از دست دادن بسته (نشانه ای از ازدحام) و کاهش نرخ انتقال به این ترتیب، کمک به حفظ پایدار شبکه برای همه کاربران.
• رمزگذاری داده: پروتکل هایی مانند TLS (که در HTTPS استفاده می شود) و IPsec بارهای رمزنگاری را رمزگذاری می کنند تا حتی اگر یک مهاجم داده ها را ثبت کند، نمی توانند آن را بخوانند.این برای تجارت الکترونیکی، بانکداری و ارتباطات خصوصی ضروری است.

چرا پروتکل های انتقال داده در عمل اهمیت دارند

اهمیت پروتکل ها را نمی توان بدون آنها به تعویق انداخت، اینترنت همانطور که می دانیم این یک آشفتگی آشفته از سیگنال های ناسازگار است، در اینجا سه مزیت کلیدی وجود دارد:

• قابلیت تعامل: یک لپ تاپ ساخته شده در ژاپن می تواند با یک روتر ساخته شده در سوئد و یک سرور میزبانی شده در برزیل ارتباط برقرار کند زیرا همه آنها همان پروتکل های استاندارد را پیاده سازی می کنند.این سازگاری جهانی است که ارتباطات جهانی را ممکن می سازد.
• امنیت و حریم خصوصی: پروتکل ها تعریف می کنند که چگونه کلید های رمزگذاری مبادله می شوند، گواهی نامه ها و اینکه چگونه داده ها از اصلاح محافظت می شوند.
• سرعت و عملکرد: پروتکل های لایه اجازه می دهد شبکه ها از چند گره به میلیاردها بدون طراحی مجدد کل سیستم رشد کنند. [CIDR] و پروتکل های مسیریابی (BGP) کار را به طور موثر توزیع می کنند.

برنامه های کاربردی real-World Application

سیستم های ارتباطی دیجیتال و پروتکل های آنها نامرئی اما ضروری هستند، یک ویدیو 4K را در Netflix پخش می کنند: فایل ویدئویی با استفاده از H.265 (کد منبع)، به بسته ها، رمزگذاری شده با TLS، از طریق ده ها روتر با استفاده از IPIP، و TCP در تلویزیون خود با خطا جمع آوری شده است. همه این اتفاق در میلی ثانیه به دلیل میلیون ها دستگاه های طرفدار همان اتوماسیون، به طور مشابه با استفاده از پروتکل های کنترل نور دیجیتال، در حالی که به پروتکل های کنترل نور دیجیتال مانند پروتکل های کنترل نور واقعی مانند MCAT وابسته هستند، همه چیز وابسته است.

نتیجه گیری

درک اصول سیستم های ارتباطی دیجیتال و پروتکل های انتقال داده برای هر کسی که با تکنولوژی مدرن کار می کند ضروری است - چه شما یک بنیاد شبکه یادگیری دانش آموز هستید، یک آموزش دهنده طراحی یک برنامه درسی، یا یک برنامه کاربردی شبکه حرفه ای شبکه ای حرفه ای است که ترکیب اجزای سخت افزاری قوی (انتقال دهنده ها، کانال ها، گیرنده ها) و پروتکل های نرم افزار هوشمند (TCP / IP، HTTP، بلوتوث) توسعه یکپارچه ای از فن آوری های طراحی، به همان پروتکل های مهندسی و سیستم های اصلاحی، و پروتکل های مهندسی ارتباطات، و سیستم های مهندسی ارتباطات، ادامه می دهد.