Các cơ bản của hệ thống thông tin kỹ thuật số và giao thức truyền dữ liệu

Hệ thống liên lạc kỹ thuật số là gì?

Hệ thống liên lạc số này tạo cơ sở cơ sở nền tảng cho thế giới kết nối hiện đại. Khác với hệ thống tương tự dùng tín hiệu liên tục, hệ thống kỹ thuật số truyền thông tin như giá trị nhị phân riêng lẻ — chuỗi số 0 và 1. Biểu diễn nhị phân này đưa ra những lợi thế đáng kể: miễn nhiễm với nhiễu, sửa chữa lỗi, nén dữ liệu dễ dàng, và khả năng kết hợp giọng nói, video và dữ liệu vào một mạng đơn lẻ. Mỗi thông điệp, video, chương trình video, tải trang mạng, và cảm biến IoT đều dựa trên hệ thống truyền tải, và giải mã thông tin từ khoảng cách tới hàng ngàn km.

Thành phần lõi của hệ thống thông tin liên lạc số

Mỗi hệ thống thông tin liên lạc kỹ thuật số có thể được chia thành một bộ nhỏ gồm những khối kiến trúc cần thiết, và hiểu cách các thành phần này tương tác là chìa khóa để nắm bắt hành vi của hệ thống lớn hơn.

Người truyền tin

Vai trò của máy phát tín hiệu là chuyển đổi dữ liệu thô — chẳng hạn, những mảnh đại diện cho một bức ảnh hoặc một email — thành một tín hiệu thích hợp để truyền bá trên một phương tiện được chọn.

Mô phỏng: thuật toán nén giảm số bit cần thiết để đại diện thông tin, cải thiện hiệu suất băng thông. Ví dụ phổ biến bao gồm JPEG cho ảnh và MP3 cho âm thanh.
Mã hóa đại diện: Tính năng tự động thêm vào luồng dữ liệu để bảo vệ chống lỗi đã được đưa ra trong quá trình truyền. Kỹ thuật hóa như mã tiến hóa, mã phóng đại, và mã phân hạch thấp (DDDPC) được sử dụng rộng rãi.
Mô phỏng: ) Dòng điện số đã mã hóa được gây ấn tượng trên một sóng truyền thông bởi tần số, tần số khác nhau, tần số, hay giai đoạn (hay tổ hợp của nó). Ví dụ, WiGultalFi dùng tần số hay division-divisioning (FDM) để đạt được tỷ lệ dữ liệu cao trên kênh radio.

Kênh truyền tin

Kênh này là phương tiện vật lý mang tín hiệu từ máy phát đến bộ nhận tín hiệu.

kênh có dây ) (bộ phận kết nối, dây cáp, ) bộ phận quang học ) cung cấp môi trường đáng tin cậy và kiểm soát cao.
kênh không có phụ nữ (radio, vi sóng, tia hồng ngoại) phải chịu đựng sự can thiệp, bị mờ dần đa chiều và mất đường.
kênh (những đường kính quang học không gian tự do, dưới nước) được dùng trong các ứng dụng chuyên biệt nơi mà cáp vật lý không thực tế.

Người nhận

Người nhận đảo ngược hoạt động của máy phát, trước tiên họ giải mã tín hiệu đến để phục hồi luồng điện tử đã mã hóa, rồi áp dụng thuật toán sửa chữa lỗi để xác định và sửa chữa một phần lỗi được đưa ra bởi nhiễu hoặc nhiễu. Cuối cùng, mã hóa dữ liệu để giải mã hình dạng ban đầu.

Trình thêm / Phân phối

Bộ mã hóa và giải mã không phải là riêng biệt các thiết bị vật lý trong mỗi hệ thống; thay vào đó, chúng đại diện cho việc xử lý thông tin hợp lý để truyền tải toàn bộ. [FLT: 0] Trình phát hiện và sửa là một trong những chức năng quan trọng nhất. Một trong những tổng kiểm tra kiểm tra kiểm tra lại ngẫu nhiên (CRCs) có thể phát hiện lỗi, trong khi nhiều mật mã phức tạp như mã Hamming hay ReedSolo mã tự động sửa chữa một số lỗi hạn chế. Không có những cơ chế này, thậm chí một chút bị lật đổ, có thể phá vỡ cả tập tin hoặc một đoạn video.

Giao thức truyền dữ liệu: Quy tắc của con đường

Một hệ thống liên lạc số mà không có sự đồng ý của các quy tắc trên sẽ rất hỗn loạn. giao thức định nghĩa chính xác các thủ tục định dạng, truyền, nhận và nhận dữ liệu. Họ đảm bảo rằng các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau có thể kết nối và có thể được bảo vệ nguyên vẹn. giao thức tồn tại ở mọi tầng của chồng giao tiếp, từ cấp điện áp trên cáp đến ngữ của một email đính kèm.

Mô hình hệ điều hành: Một phương pháp tiếp cận lớp

Mô hình « Hệ thống Mở tương tác » là một khung khái niệm chia mạng liên lạc thành bảy lớp. [FLT: 0] Nằm dưới mô hình [FLT: 1] giúp các kỹ sư cô lập khi dữ liệu không thể truyền.

Lớp cơ bản (1): phát ra luồng nguyên trên môi trường vật lý. Đối phó với tín hiệu điện, kết nối và kiểu cáp.
Lớp linkta (2): khung thành gói, thực hiện phát hiện lỗi (thường xuyên qua CRC), và quản lý truy cập vào môi trường chung (v. d., CNMA/CD trong Ethernet).
Lớp Mạng (3):) Đường dẫn gói tin qua mạng nhiều mạng. IP ( giao thức mạng) hoạt động ở đây.
Lớp xuất bản (4):) cung cấp một kết thúc đáng tin cậy để kết nối, điều khiển lưu lượng và phục hồi lỗi. TCP (giao thức điều khiển) là ví dụ tốt nhất mà người ta biết.
Lớp tăng cường ) quản lý các phiên chạy — thiết lập, duy trì và chấm dứt kết nối giữa các ứng dụng.
Lớp phát âm [FLT: 1] quản lý dịch dữ liệu, mã hóa và nén để ứng dụng có thể giải mã dữ liệu một cách độc lập.

Lớp ứng dụng (7): ) Cung cấp dịch vụ mạng trực tiếp cho ứng dụng người dùng (HTTP, FTP, SMSP, etc.)

Bộ điều khiển giao thức thông thường và vai trò của họ

Trong khi mô hình hệ thống này là một công cụ dạy dỗ, thế giới thực được chi phối bởi bộ luật TCP/P, kết hợp nhiều lớp, hãy xem xét một số giao thức thiết yếu:

[FLT: 1] [FLT:] [FLT:] [FLT:] [FLT:] [FLT: 0] [FLT:] [FLT: 1]] [FLT:] [FLT:]] [FLT:]] [FP đảm bảo dữ liệu đó không có lỗi, và theo thứ tự chính xác, chuyển gói bị mất khi cần thiết. Cùng nhau, chúng hiệu lực mọi thứ từ duyệt qua tập tin chuyển đổi.

[FLT: 0] HTTP / HTTPS: [FLT: 1] Giao thức truyền tải siêu văn bản (và phiên bản bảo mật của nó, HTTPS) định nghĩa cách các trình duyệt web và máy phục vụ trao đổi tài liệu siêu văn bản. HTTPS thêm mật mã hệ thống mật mã khiến cho dữ liệu bị nghe trộm và thay đổi.

[FLT: 0] Giao thức truyền tập tin là một phương pháp đơn giản để tải lên và tải tập tin trên mạng. Nó dùng khả năng điều khiển và kết nối dữ liệu riêng.

[FLT: 0] Xanh da trời: Một giao thức không dây thấp, ngắn gọn không dây không dây không dây để kết nối thiết bị cá nhân như tai nghe, bàn phím, và đồng hồ nhìn thông minh. Nó dùng tần số lan truyền phổ biến để giảm nhiễu.
Nữ dịch vụ điện thoại (IEE 802.11): Một tập hợp các giao thức cho mạng không dây. Các phiên bản hiện đại cung cấp nhiều tốc độ đa chiều bằng cách sử dụng mô- đun cao và kỹ thuật ăng-ten.

Giao thức truyền tải đáng tin cậy

Độ bền được xây dựng thành các giao thức ở nhiều lớp:

Trình phát hiện và sửa chữa nghiệm: Một consum kiểm tra hoặc CC trong mỗi gói cho phép người nhận xác nhận sự toàn vẹn. TCP, chẳng hạn, dùng một con bò 16 bit trên đầu và dữ liệu. Nếu con checksum không khớp, gói tài liệu phải bị hủy bỏ và người gửi phải chuyển lại.
Điều khiển chạy chậm: Bộ nhận có thể ra hiệu cho người gửi chạy chậm lại nếu bộ đệm của nó đầy. TCP dùng cửa sổ trượt và đồng hồ đếm giờ để ngăn chặn sự mất mát gói từ tắc nghẽn.
Điều khiển kết nối: thuật toán TCP như Reno hoặc CBRIC phát hiện mất gói (một dấu hiệu tắc nghẽn) và giảm tốc độ truyền cho mọi người dùng.
[FLT: 0] Mã hóa: Giao thức như Tix (dùng trong HTTPS) và IPsec mã hóa mã hóa để ngay cả khi kẻ tấn công lấy dữ liệu, họ không thể đọc nó. Điều này là thiết yếu cho eXMmerce, ngân hàng và cá nhân.

Tại sao giao thức truyền dữ liệu là quan trọng trong thực tế

Không có chúng, internet sẽ là một mớ hỗn loạn của các tín hiệu không tương thích.

[FLT: 0] Khả năng xâm nhập:) Một máy tính xách tay được xây dựng ở Nhật có thể giao tiếp với bộ đánh bạc được xây dựng ở Thụy Điển và máy phục vụ được duy trì ở Brazil vì tất cả đều thực hiện cùng một giao thức tiêu chuẩn. Sự tương thích phổ thông này là điều làm cho giao tiếp toàn cầu có thể.
Tính năng bảo vệ và sự riêng tư: Giao thức xác định cách trao đổi phím mã hóa, cách xác thực các tổ chức, và cách dữ liệu được bảo vệ khỏi sự sửa đổi. Chẳng hạn, giao thức bắt tay kiểu MIME bảo đảm rằng chứng nhận của trang web là hợp lệ trước khi thiết lập phiên chạy bảo mật.
Khả năng tính toán và hiệu suất:) Các giao thức xếp lớp cho phép mạng phát triển từ vài nút lên hàng tỉ mà không cần thiết kế lại toàn bộ hệ thống. Giao thức phân cấp (CIDR) và giao thức xếp hạng (BP) phân phối hiệu quả công việc.

Ứng dụng thế giới thật

Hệ thống liên lạc số và giao thức của họ là vô hình nhưng không thể xảy ra. Xem xét việc truyền tải một video 4K trên Netflix: tập tin video được mã hóa bằng cách sử dụng H. 265 ( Mã hóa mã nguồn), bị chia thành gói, mã hóa với máy định vị TLS, chuyển hướng qua hàng chục bộ định vị bằng IP, và lắp lại tại TV bằng cách sửa lỗi sửa lỗi. Tất cả điều này xảy ra trong phần nghìn giây vì hàng triệu thiết bị bám chặt vào cùng một giao thức. Tương tự, cảm biến IoT thông báo nhiệt độ đọc bằng các giao thức nhỏ như TQTTT, chạy trên đỉnh TP/PPPP, trong khi hệ thống công nghiệp dựa trên các giao thức công nghệ dựa trên các giao thức tự động như hệ thống xác định dạng thực dụng cho hệ thống tự động.

Kết luận

Hiểu được cơ bản của hệ thống thông tin kỹ thuật số và giao thức truyền dữ liệu là thiết yếu cho bất cứ ai làm việc với công nghệ hiện đại — dù bạn là sinh viên học cơ bản mạng, nhà giáo dục thiết kế chương trình học, hoặc một ứng dụng mạng chuyên nghiệp. Sự kết hợp các thành phần cứng mạnh mẽ (các kênh, các giao thức nhận) và các giao thức phần mềm thông minh (TP/IP/ HTTP), tạo ra sự kết nối không liền mạch mà điều khiển thế giới. Khi công nghệ tiến bộ đến 5G, IT, và xa hơn nữa, các nguyên tắc cơ bản của mã hóa, lỗi và các giao thức sẽ tiếp theo mỗi cải tiến. Chủ đề của các khái niệm này mở ra các thiết kế mạng sâu hơn, và kỹ thuật công nghệ điện tử.