Digital Communication의 기본 시스템 및 데이터 전송 프로토콜

디지털 통신 시스템이란?

디지털 통신 시스템은 현대 연결 세계의 기반 인프라를 형성합니다. 연속 신호를 사용하는 아날로그 시스템과 달리 디지털 시스템은 0s 및 1s의 정량으로 정보를 전달합니다. 이 이 이진 표현은 중요한 장점을 제공합니다 : 소음, 효율적인 오류 보정, 쉬운 데이터 압축 및 음성, 비디오 및 데이터 통합 기능을 단일 네트워크로 제공합니다. 모든 텍스트 메시지, 비디오 통화, 웹 페이지로드 및 IoT 센서 읽기는 디지털 통신 시스템에 의존하고 수천 킬로미터의 정보를 전송하고 전송하고 전송하고 수천 킬로미터의 정보를 전달합니다.

Digital Communication System의 핵심 구성 요소

모든 디지털 통신 시스템은 필수 빌딩 블록의 작은 집합으로 끊을 수 있습니다. 이러한 구성 요소가 상호 작용하는 것이 더 큰 시스템의 행동을 파악하는 것이 핵심이 무엇인지 이해하는 데 이해하십시오.

전송기

송신기의 역할은 원시 데이터를 변환하는 것입니다. 예를 들어 사진 또는 이메일을 나타내는 비트는 선택된 매체에 대한 전파에 적합한 신호로 사용됩니다. 이 과정은 일반적으로 세 가지 단계가 포함됩니다.

출처 코딩: 압축 알고리즘은 정보, 대역폭 효율 향상을 위해 필요한 비트 수를 줄입니다. 일반적인 예로는 오디오용 이미지 및 MP3에 JPEG가 포함되어 있습니다.
채널 코딩: Redundancy는 전송 중에 도입된 오류에 대해 보호하는 데이터 스트림에 추가됩니다. 복잡한 코드, 터보 코드, 낮은 밀도 패리티 체크(LDPC) 코드와 같은 기술이 널리 사용됩니다.
Modulation: 인코딩된 디지털 스트림은 진폭, 주파수, 또는 단계 (또는 그와 조화)을 다루기 위해 캐리어 파에 감탄합니다. 예를 들어, 옵티컬 주파수 디비전 멀티싱 (OFDM)을 사용하여 라디오 채널에 높은 데이터 속도를 달성합니다.

전송 채널

채널은 송신기에서 수신기로 신호를 운반하는 물리적 매체입니다. 각 채널 유형은 시스템 설계에 영향을 미치는 명백한 특성을 가지고 있습니다.

Wired 채널 (가장된 쌍, 동축 케이블, 광섬유])은 높은 신뢰성과 제어 환경을 제공합니다. 특히, 광케이블은 엄청난 대역폭과 낮은 신호 손실, 글로벌 인터넷 인프라의 백본 형성을 제공합니다.
무선 채널 (라디오, 전자 레인지, 적외선)은 방해, 다방사 퇴색 및 경로 손실에서 고통. 다양성 응접, 동등, 적응형 조음과 같은 기술은 통신 품질을 유지하기 위해 필요합니다.
광선 채널 (Free-space Optics, 수중 광학 링크)는 물리적 케이블이 실제적인 응용 프로그램에 사용됩니다.

수신자 부담

수신기는 송신기의 작업을 반전합니다. 그것은 먼저 수신 신호를 수신하여 인코딩 된 디지털 스트림을 복구합니다. 그런 다음 오류 수정 알고리즘을 적용하여 소음이나 방해에 의해 도입 된 비트 오류를 식별하고 수정합니다. 마지막으로 소스 디코딩은 원래 형태로 데이터를 다시 압축합니다. 수신기는 또한 동기화를 처리해야합니다 – 송신기의 시계를 정렬 – 채널 왜곡에 대한 보상과 동등화.

인코더/Decoder

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데이터 전송 프로토콜: 도로의 규칙

합의 된 ‐ ‐ 룰없이 디지털 통신 시스템은 혼란스럽습니다. 프로토콜은 포맷, 전송, 수신 및 acknowledging 데이터를 위한 정확한 절차를 정의합니다. 그들은 다른 제조업체에서 장치가 상호 운용 할 수 있으며 그 데이터는 그대로 도착합니다. 프로토콜은 통신 스택의 모든 수준에서 존재하며, 전자 메일 첨부 파일의 세균성에 케이블의 전기 전압 수준에서.

OSI 모델: 계층화된 접근

Open Systems Interconnection (OSI) 모델은 7개의 레이어로 네트워크 통신을 분할하는 개념적인 프레임 워크입니다. OSI 모델는 데이터가 전송될 때 문제가 발생하는 엔지니어가 격리하는 데 도움이 됩니다. 아래에서 상단으로 레이어는 다음과 같습니다.

Physical layer (1):]는 물리적 매체에 익지않는 비트 스트림을 전달합니다. 전기 신호, 연결관 및 케이블 유형에 대한 거래.
데이터 링크 레이어 (2): 프레임은 패킷으로 비트를 비트화하고, 오류 검출(CRC를 통해 유지)을 수행하고 공유 매체에 액세스할 수 있습니다(예: Ethernet의 CSMA/CD).
Network layer (3): 경로 패킷은 여러 네트워크에서 동작한다. IP (Internet Protocol)는 여기에 동작한다.
Transport layer (4):은 신뢰할 수 있는 end-to‐end 통신, 유량 제어 및 오류 복구를 제공합니다. TCP (Transmission Control Protocol)는 가장 잘 알려진 예입니다.
Session layer (5): 세션 관리 – 응용 프로그램 간의 연결 설정, 유지 및 종료.
Presentation layer (6):는 데이터 번역, 암호화, 압축을 처리하여, 이 응용 프로그램은 데이터를 독립적으로 해석할 수 있습니다.
Application layer (7):은 사용자 애플리케이션(HTTP, FTP, SMTP 등)에 직접 네트워크 서비스를 제공합니다.

일반적인 프로토콜 스위트 및 역할

OSI 모델은 가르치는 원조이지만, 실제 세계는 여러 레이어를 결합하는 TCP / IP 프로토콜 스위트에 의해 지배된다. 몇 가지 필수 프로토콜을 살펴 보자 :

TCP/IP:] 인터넷의 기초. IP 핸들 주소 및 여정; TCP는 데이터가 오류가 없는지 확인하고 올바른 순서로 전송, 필요한 패킷을 다시 전송하는 것을 보장합니다. 함께 그들은 파일 전송에 웹 브라우징에서 모든 것을 가능하게 합니다.
HTTP / HTTPS: 하이퍼텍스트 전송 프로토콜 (그리고 그것의 안전한 버전, HTTPS) 웹 브라우저와 서버 교환 하이퍼텍스트 문서를 정의합니다. HTTPS는 eavesdropping 및 탬퍼에서 데이터를 보호 TLS 암호화를 추가합니다.
FTP: 파일 전송 프로토콜은 네트워크에 파일을 업로드하고 다운로드하는 데 대한 직선 방법입니다. 그것은 별도의 제어 및 데이터 연결을 사용합니다.
Bluetooth: 헤드폰, 키보드, 스마트워치 등의 개인기기를 연결하는 저전력, 짧 범위 무선 프로토콜. 간섭 최소화하기 위해 주파수 ‐hopping 확산 스펙트럼을 사용합니다.
Wi-Fi(IEEE 802.11): 무선 로컬 영역 네트워킹을위한 프로토콜 세트. 현대 버전은 고급 변조 및 MIMO 안테나 기술을 사용하여 멀티 기가비트 속도를 제공합니다.

프로토콜이 신뢰할 수있는 전송을 보장하는 방법

신뢰성은 다수 층에 의정서로 건축됩니다:

Error detection and Correction:] 각 패킷의 체크섬 또는 CRC는 수신 무결성을 확인합니다. TCP, 예를 들어 헤더와 데이터에 16비트 체크섬을 사용합니다. 체크섬이 일치하지 않으면 패킷이 훼손되고 보낸 사람은 다시 전송해야 합니다.
Flow control: 수신기는 버퍼가 가득하다면 느린 전송기를 신호할 수 있습니다. TCP는 슬라이딩 윈도우와 acknowledgment 타이머를 사용하여 혼잡에서 패킷 손실을 방지합니다.
제네시스 컨트롤:] 레노 또는 CUBIC와 같은 TCP 알고리즘 패킷 손실(소매의 서명)을 감지하고, 모든 사용자에 대해 네트워크 안정을 유지 돕는 전송률을 감소시킨다.
Data Encrypt: TLS와 같은 프로토콜 (HTTPS에서 사용) 및 IPsec은 공격자가 데이터를 캡처 할 때 지불량을 암호화하므로, 그들은 그것을 읽을 수 없습니다. 이것은 전자 상거래, 은행 및 개인 통신에 필수적입니다.

왜 데이터 전송 프로토콜 Matter가 연습에

프로토콜의 중요성은 과실 수 없습니다. 그 외에, 우리가 알고있는 인터넷은 양립한 신호의 혼란이 될 것입니다. 다음은 3 가지 주요 이점입니다.

Interoperability: 일본에 내장된 노트북은 스웨덴과 브라질에서 호스팅되는 서버로 통신할 수 있으므로, 모든 표준 프로토콜을 구현합니다. 이 범용 호환성은 글로벌 통신을 가능하게 하는 것입니다.
Security and privacy: Protocols는 암호화 키가 교환되는 방법을 정의하고, 인증서 인증이 어떻게 수정된지, 데이터가 보호되는지. 예를 들어, TLS Handhake Protocol은 웹 사이트의 인증서가 안전한 세션을 수립하기 전에 유효합니다.
Scalability and performance: 계층화된 프로토콜은 네트워크가 전체 시스템을 재설계하지 않고 몇 노드에서 수십억으로 성장할 수 있도록 합니다. 인터넷의 계층적 주소링(CIDR) 및 라우팅 프로토콜(BGP)는 워크로드를 효율적으로 배포합니다.

Real‐World 응용

디지털 통신 시스템 및 프로토콜은 보이지 않지만 무방합니다. Netflix에서 4K 비디오를 스트리밍하는 것을 고려하십시오. 비디오 파일은 H.265 (source coding)을 사용하여 인코딩되며 패킷으로 끊어지며, TLS로 암호화되며 IP를 사용하여 수십 개의 라우터를 통해 경로를 뚫고 오류 보정을 통해 TV에서 재조정됩니다. 이 모든 것은 동일한 프로토콜에 적합한 수백만의 장치가 있기 때문에 밀리 초에서 발생합니다. 이와 마찬가지로 IoT 센서는 업계 최고의 보안 프로토콜을 사용하여 온도를 측정하는 데 필요한 온도를 측정합니다.