Відкритий урок з інформатики
Тема: Передача інформації. Швидкість передачі»
Цілі:
Освітня:
запровадити поняття джерела, приймача та каналу передачі.
швидкість передачі інформації та пропускна здатність каналу;
розв'язання задач на швидкість передачі інформації
Розвиваюча:
розвивати пізнавальний інтерес,
розвиток навички роботи у групі,
Виховує:
виховання акуратності, дисциплінованості, усидливості.
1. Повторення раніше вивченого матеріалу
Поняття інформації
Інформація – у випадку, сукупність відомостей про будь-які події, явища, предмети, одержуваних у результаті взаємодії із зовнішнім середовищем. Формою представлення інформації є повідомлення.
Види та властивості інформації
Основні види інформації щодо її форми подання, способів її кодування та зберігання, що має найбільше значення для інформатики, це:
графічна;
звукова;
текстова;
числова;
Одиниці виміру кількості інформації
- 1 байт = 8 біт,
- 1 кілобайт = 1024 байт,
- 1 мегабайт = 1024 Кбайт,
- 1 гігабайт = 1024 Мбайт,
- 1 терабайт = 1024 Гбайт,
– 1 петабайт = 1024 Тбайт.
2. Введення нового матеріалу
Усі види інформації кодуються у послідовності електричних імпульсів: є імпульс (1), немає імпульсу (0), тобто у послідовності нулів та одиниць. Таке кодування інформації в комп'ютері називається бінарним кодуванням. Відповідно якщо можна дані імпульси зберігати і обробляти за допомогою комп'ютерних пристроїв, значить їх можна і передавати.
Для передачі необхідно:
Джерело інформації- Система з якої інформація передається.
Канал передачі інформації– метод з якого здійснюється передача информации.
Приймач інформації- Система, яка здійснює отримання необхідної інформації.
Перетворення інформації на сигнали, зручні проходження лінії зв'язку, здійснюється передавачем.
У процесі перетворення інформації на сигнал відбувається її кодування. У широкому значенні кодуванням називається перетворення інформації на сигнал. У вузькому значенні кодування - це перетворення інформації на поєднання певних символів. У нашому випадку послідовність 1 і 0.
На приймальній стороні здійснюється зворотний операція декодування, тобто. відновлення прийнятого сигналу переданої інформації.
Декодуючий пристрій (декодер) перетворює прийнятий сигнал до вигляду зручному для сприйняття одержувачем.
Одними з найважливіших властивостей передачі є швидкість передачі і пропускна здатність каналу.
Швидкість передачі даних- швидкість, з якою передається чи приймається інформація у двійковій формі. Зазвичай швидкість передачі вимірюється кількістю біт, переданих за одну секунду.
Мінімальна одиниця вимірювання швидкостіпередачі інформації – 1 біт за секунду (1 біт/сек)
Пропускна здатність каналу зв'язку- максимальна швидкість передачі від джерела до одержувачу.
Обидві величини вимірюються в біт/сек, що часто плутають з Байт/сек і звертаються до постачальників (провайдерів) послуг зв'язку з погіршенням швидкості або невідповідності швидкості передачі інформації.
Розв'язання задач
Розв'язання задач на швидкість передачі практично повністю збігається з розв'язанням задач на швидкість, час і відстань.
S – розмір інформації, що передається
V – швидкість передачі
T - час передачі інформації
Тому формули: справедливі під час вирішення завдань швидкість передачі інформації. Однак слід пам'ятати, що всі величини виміру повинні співпадати. (якщо швидкість в Кбайт/сек, то час у секундах, а розмір у Кілобайтах)
Розглянемо приклад задачі:
Скільки секунд потрібно модему, що передає повідомлення зі швидкістю 28800 біт/сек, щоб передати кольорове зображення розміром 640*480 пікселів, за умови, що колір кожного пікселя кодується 3 байтами.
Рішення:
Визначимо кількість пікселів у зображенні:
640 * 480 = 307200 пікселів
Т.к. кожен піксель кодується 3 байтами, визначимо інформаційний обсяг зображення:
307200*3 = 921600 байт
Зауважимо, що швидкість передачі вимірюється в біт/сек, а інформаційна вага зображення в байтах. Перекладемо швидкість в байт/сек, для зручності підрахунку:
28800: 8 = 3600 байт/сек
Визначаємо час передачі повідомлення, якщо швидкість дорівнює 3600 байт/сек:
921600: 3600 = 256 сек
Відповідь: 256 секунд знадобиться
Завдання:
Швидкість передачі через ADSL-з'єднання дорівнює 64000 біт/сек. Через це з'єднання передають файл розміром 375 Кбайт. Визначте час передачі файлу за секунди.
Скільки секунд знадобиться модему, що передає повідомлення зі швидкістю 28800 біт/сек, щоб передати 100 сторінок тексту в 30 сток по 60 символів кожна, за умови, що кожен символ кодується одним байтом.
Швидкість передачі через модемне з'єднання дорівнює 56 Кбіт/сек. Передача текстового файлу через з'єднання зайняла 12 сек. Визначте, скільки символів містив переданий текст, якщо відомо, що він був представлений у кодуванні UNICODE.
Модем передає дані зі швидкістю 56 Кбіт/сек. Передача текстового файлу зайняла 4,5 хвилин. Визначте, скільки сторінок містить переданий текст, якщо відомо, що він був представлений у кодуванні Unicode, а на одній сторінці – 3072 символи.
Середня швидкість передачі за допомогою модему дорівнює 36 Кбіт/сек. Скільки секунд потрібно модему, щоб передати 4 сторінки тексту в кодуванні КОІ8, якщо вважати, що на кожній сторінці в середньому 2304 символи?
Розвідник Бєлов повинен передати повідомлення: «Місце зустрічі змінити не можна. Юстас. пеленгатор визначає місце передачі, якщо вона триватиме не менше 2 хвилин. З якою швидкістю (біт/сек) повинен передавати радіограму розвідник?
Завдання:
Відомо, що тривалість безперервного підключення до Інтернету за допомогою модему для деяких АТС не перевищує 10 хв. Визначте максимальний розмір файлу (Кбайт), який може бути переданий за час такого підключення, якщо модем передає інформацію в середньому зі швидкістю 32 Кбіт/сек.
Визначаємо час підключення за секунди:
10 хв * 60 = 600 сік.
Визначаємо розмір файлу, що передається модемом за 600 с,
600 сек * 32 К біт/сек = 19200 К біт
Перекладаємо в Кбайти, як потрібно за умовою завдання:
19200 Кбіт/8 = 2400 Кбайт.
Відповідь: 2400 Кбайт
7. Швидкість передачі даних через ADSL-з'єднання дорівнює 64 000 біт/сек. Через це з'єднання передають файл розміром 375 Кбайт. Визначте час передачі файлу за секунди.
Перекладаємо розмір файлу в біти:
375 Кбайт * 8 * 1024 = 3072000 біт
Визначаємо час передачі файлу за секунди:
3072000 біт/64000 біт/сек = 48 сек.
Відповідь: 48 сек
8. Скільки секунд знадобиться модему, що надсилає повідомлення зі швидкістю 28800 біт/сек, щоб передати 100 сторінок тексту в 30 сток по 60 символів кожна, за умови, що кожен символ кодується одним байтом.
Визначаємо кількість символів на одній сторінці тексту:
30 рядків * 60 символів = 1800 символів.
Визначаємо інформаційний обсяг всього тексту за умови, що один символ = 1 байту.
1800 симв * 100 стор = 180000 байт = 1440000 біт
Визначаємо час передачі повідомлення:
1440000 біт/28800 біт/сек = 50 сек.
Відповідь: 50 сек
9. Швидкість передачі через модемне з'єднання дорівнює 56 Кбіт/сек. Передача текстового файлу через з'єднання зайняла 12 сек. Визначте, скільки символів містив переданий текст, якщо відомо, що він був представлений у кодуванні UNICODE.
Визначаємо інформаційний обсяг переданого тексту:
56 Кбіт/сек * 12 сек = 672 Кбіта
Перекладаємо в байти:
672 Кбіта * 1024/8 = 86016 байт
Оскільки при використанні кодування Unicode один символ кодується 2 байтами, знаходимо кількість символів:
86016 байт/2 = 43008 символів
Відповідь: 43008 символів
10. Модем передає дані зі швидкістю 56 Кбіт/сек. Передача текстового файлу зайняла 4,5 хвилин. Визначте, скільки сторінок містить переданий текст, якщо відомо, що він був представлений у кодуванні Unicode, а на одній сторінці – 3072 символи.
Перекладаємо хвилини на секунди:
4,5 хв = 4 * 60 +30 = 270 сек.
Визначаємо обсяг переданого файлу:
270 сек * 56 Кбіт/сек = 15120 Кбіт = 1935360 байт
Одна сторінка тексту містить 3072 символи*2 байта = 6144 байт інформації.
Визначаємо кількість сторінок у тексті:
1935360 байт/6144 байт = 315 сторінок
Відповідь: 315 сторінок
11. Середня швидкість передачі даних за допомогою модему дорівнює
36 Кбіт/сек. Скільки секунд потрібно модему, щоб передати 4 сторінки тексту в кодуванні КОІ8, якщо вважати, що на кожній сторінці в середньому 2304 символи?
У кодуванні КОІ-8 кожен символ кодується одним байтом.
Визначаємо обсяг повідомлення:
4 стор. * 2304 симв. = 9216 знаків = 9216 байт = 9216 * 8/1024 = 72 Кбіта.
Визначаємо час передачі:
72 Кбіта/36 Кбіт/сек = 2 сек
Відповідь: 2 сек
12. Розвідник Бєлов повинен передати повідомлення: «Місце зустрічі змінити не можна. Юстас. пеленгатор визначає місце передачі, якщо вона триватиме не менше 2 хвилин. З якою швидкістю (біт/сек) повинен передавати радіограму розвідник?
Визначаємо інформаційний обсяг повідомлення: «Місце зустрічі змінити не можна. Юстас. – містить 37 символів, тобто 37 байт = 296 біт.
Час передачі повинен бути менше 2 хвилин або 120 секунд.
При цьому швидкість передачі має бути більшою, ніж 296 біт/120 сек = 2,5 біт/сек. Округлюємо у велику сторону і отримуємо
3 біт/сек.
Відповідь: 3 біт/сек
Кількість інформації, що передається по каналу в одиницю часу, називають швидкістю передачі інформації.
Швидкість передачі інформації каналами зв'язку оцінюється числом біт інформації, що передаються її одержувачу протягом однієї секунди ( біт/с).
Зауважимо, що на перших етапах розвитку електрозв'язку кожна зміна інформаційного параметра несучого сигналу давала одержувачу один біт інформації та швидкість передачі оцінювалася в бодах(наприклад, вона використовувалася з метою оцінки швидкості передачі телеграфних даних, у яких кожен «елементарний» сигнал переносив один біт інформації). Сьогодні ж швидкість передачі оцінюють у біт/сек, Так як кожна зміна інформаційного параметра сигналу сучасних засобів передачі може переносити інформацію в кілька біт.
Якщо від джерела Вканалом зв'язку передається sсимволів в одиницю часу, а середня кількість інформації на один символ дорівнює H(B), то швидкість передачі: С = s H(B).
У разі цифрових сигналів (за умови їх рівноймовірності та незалежності) максимум ентропії для джерела Віз числом символів алфавіту m визначається формулою H(B) max = log 2 m .
Максимально можливу швидкість передачі називають пропускною здатністюканал зв'язку. Вона визначатиметься величиною
G = C max = s log 2 m.
Змінні формули пропускної спроможності залежать від низки фізичних характеристик лінії зв'язку, потужності джерела повідомлень та шумів у каналі зв'язку.
Пропускна здатність визначається не тільки фізичними характеристиками провідного середовища (симетричні, коаксіальні або волоконно-оптичні кабелі, кручена пара та ін.), а й спектром сигналів, що передаються. До найважливіших фізичних характеристик ліній зв'язку відносять згасання і смугу пропускання .
Параметри ліній зв'язку зазвичай оцінюють стосовно сигналів синусоїдальної форми. Якщо подати однією кінець лінії зв'язку (що має підсилювачів) синусоїдальний сигнал фіксованої частоти і амплітуди, то іншому кінці ми отримаємо ослаблений сигнал, тобто. має меншу амплітуду.
Згасанняхарактеризує зменшення амплітуди або потужності сигналу при проходженні лінії зв'язку сигналу певної частоти або діапазону частот. Для провідних кабелів вимірюється в децибелах на метр і обчислюється за такою формулою:
А=10 lg 10 P вих /Р вх,
де P вих і Р вх - відповідно потужність сигналу на вході та виході лінії в 1 м.
Згасання залежить від частоти сигналу. На рис. 113 показана типова форма амплітудно-частотної характеристики, що характеризує згасання сигналів різної частоти. Чим нижче модуль загасання, тим якісніша лінія зв'язку (логарифм числа менше 1 завжди негативне число).
Згасання - найважливіший параметр для ліній зв'язку в обчислювальних мережах, причому стандарти встановлюють стандартні значення величини загасання для різних типів кабелів, що застосовуються під час прокладання обчислювальних мереж. Так, кабель у вигляді кручений пари 5 категорії для внутрішньої проводки повинен мати загасання не нижче -23,6 дБ, а 6 категорії – не нижче 20,6 на частоті 100 мГц при довжині лінії 100 м. Типові значення величини загасання кабелів на основі оптоволокна : від 0,15 до 3 дБ на 1000 м
Смуга пропуску- Безперервний діапазон частот, для кожної з яких відношення амплітуди вихідного сигналу до амплітуди вхідного не менше деякої величини. Часто це ставлення беруть рівним 0,5 (див. рис. 1.13). Вимірюється у герцах (Гц). Різниця значень крайніх частот діапазону називають шириною смуги пропускання.
Фактично, смуга пропуску– це інтервал частот, що використовується даним каналом зв'язку передачі сигналів. Для різних розрахунків важливо знати максимальне значення частоти з даної смуги (n m), оскільки саме визначається можлива швидкість передачі інформації по каналу.
Передавачі сигналів, що посилають сигнали до лінії зв'язку (наприклад, адаптер або модем) характеризуються потужністю. Рівень потужності сигналу визначається в децибелах на 1 мВт за формулою (таку одиницю потужності позначають - дБм):
p=10 lgP (дБм), де Р-потужність мВт.
Важливою характеристикою провідних ліній зв'язку (наприклад, для коаксіального кабелю) є хвильовий опір. Це повний (комплексний) опір, який зустрічає електромагнітна хвиля певної частоти, що розповсюджується по кабелю. Вимірюється в омах. Для зниження згасання треба щоб вихідний хвильовий опір передавача був приблизно рівний хвильовому опору лінії зв'язку.
Рис.1.13. Амплітудно-частотна характеристика каналу зв'язку
Відомо, що сигнал будь-якої форми можна отримати, підсумувавши кілька сигналів синусоїдальної форми з різною частотою та амплітудою. Набір частот, які треба підсумувати, щоб отримати сигнал, називають спектром сигналу. Якщо якісь частоти із спектра сильно загасають, це відбивається на формі сигналу. Вочевидь, якість передачі сигналів залежить від лінії пропускання. Так, згідно зі стандартами для якісної передачі телефонних розмов лінія зв'язку повинна мати смугу пропускання не менше ніж 3400 Гц.
Існує зв'язок між смугою пропускання та максимальною пропускною здатністю, яку встановив К. Шеннон:
G = F log 2 (1 + P c / P ш) біт/сек, де
G – максимальна пропускна спроможність, F – ширина смуги пропускання у Гц, P с – потужність сигналу, Р ш – потужність шуму.
Визначення потужності сигналу та шуму досить складне завдання. Однак існує інша формула, отримана Найквістом для випадку дискретних сигналів, яку можна застосувати, коли відома кількість станів інформаційного параметра:
G =2 F log 2 М (біт/сек),
де F – ширина смуги пропускання Гц, М – число можливих станів інформаційного параметра. З цієї формули випливає, що при М=2 (тобто коли кожна зміна параметра сигналу несе один біт інформації) пропускна здатність дорівнює подвоєного значення смуги пропускання.
При вплив перешкод (шумів) на символи, що передаються, деякі з них можуть спотворюватися. Тоді, з урахуванням раніше наведених формул для ентропії, кількість інформації, що отримується, і, відповідно, пропускна здатність каналу зв'язку зменшаться.
Для випадку передачі рівноймовірних цифрових символів та однакових ймовірностей заміни при передачі значень 1(0) на помилкові 0(1) максимальна пропускна здатність C макс = s×=s×, де P ош –імовірність помилки.
Графік, що ілюструє форму залежності відношення C макс /s (тобто кількості інформації, що передається на символ) від Р ош, представлений на рис.1.14.
Рис.1.14. Залежність пропускної спроможності від помилок у каналі зв'язку
Усі види інформації кодуються у послідовності електричних імпульсів: є імпульс (1), немає імпульсу (0), тобто у послідовності нулів та одиниць. Таке кодування інформації в комп'ютері називається двійковим кодуванням, а логічні послідовності нулів та одиниць – машинною мовою.
Ці цифри можна розглядати як два рівноймовірні стани (події). При запису двійкової цифри реалізується вибір одного з двох можливих станів (однієї з двох цифр) і, отже, вона несе кількість інформації, що дорівнює 1 біту.
Навіть сама одиниця виміру кількості інформації біт (bit) одержала свою назву від англійського словосполучення Binary digit, тобто двійковий розряд.
Важливо, що кожна цифра двійкового машинного коду несе інформацію в 1 біт. Таким чином дві цифри несуть інформацію 2 біти, три розряди – 3 біти тощо. Кількість інформації в бітах дорівнює кількості цифр двійкового машинного коду.
Передача інформації в інформаційну систему.
Система складається з відправника інформації, лінії зв'язку та одержувача інформації. Повідомлення для передачі його у відповідну адресу має бути попередньо перетворено на сигнал. Під сигналом розуміється фізична величина, що змінюється, що відображає повідомлення. Сигнал– матеріальний переносник повідомлення, тобто фізична величина, що змінюється, що забезпечує передачу інформації по лінії зв'язку. Фізичне середовище, яким відбувається передача сигналів від передавача до приймача, називається лінією зв'язку.
У сучасної техніки знайшли застосування електричні, електромагнітні, світлові, механічні, звукові, ультразвукові сигнали. Для передачі повідомлень необхідно прийняти той переносник, який здатний ефективно розподілятися по лінії лінії зв'язку, що використовується.
Перетворення повідомлень у сигнали, зручні для проходження лінією зв'язку, здійснюється передавачем.
У процесі перетворення дискретних повідомлень сигнал відбувається кодування повідомлення. У широкому значенні кодуванням називається перетворення повідомлень на сигнал. У вузькому сенсі кодування – це відображення дискретних повідомлень сигналами як певних поєднань символів. Пристрій, що здійснює кодування, називається кодером.
При передачі сигнали зазнають впливу перешкод. Під перешкодами маються на увазі будь-які заважають зовнішні обурення або впливу (атмосферні перешкоди, вплив сторонніх джерел сигналів), а також спотворення сигналів у самій апаратурі (апаратурні перешкоди), що викликають випадкове відхилення прийнятого повідомлення (сигналу) від переданого.
На приймальній стороні здійснюється зворотний операція декодування, тобто. відновлення по прийнятому сигналу надісланого повідомлення.
Вирішальний пристрій, поміщений після приймача, здійснює обробку прийнятого сигналу з метою повного вилучення з нього інформації.
Декодуючий пристрій (декодер) перетворює прийнятий сигнал до вигляду зручному для сприйняття одержувачем.
Сукупність засобів, призначених передачі сигналу, називається каналом зв'язку. Одна й та лінія зв'язку може використовуватися передачі сигналів між багатьма джерелами і приймачами, тобто лінія зв'язку може обслуговувати кілька каналів.
При синтезі систем передачі доводиться вирішувати дві основні проблеми, пов'язані з передачею повідомлень:
Забезпечення перешкодостійкості передачі повідомлень
Забезпечення високої ефективності передачі повідомлень
Під перешкодостійкістю розуміється здатність інформації протистояти шкідливому впливу перешкод. За цих умов, тобто. при заданій перешкоді, стійкість до перешкод визначає вірність передачі інформації. Під вірністю розуміється міра відповідності прийнятого повідомлення (сигналу) переданому повідомленню (сигналу).
Під ефективністю системи передачі розуміється здатність системи забезпечувати передачу заданої кількості інформації найбільш економічним способом. Ефективність характеризує здатність системи забезпечити передачу цієї кількості інформації з найменшими витратами потужності сигналу, часу та смуги частот.
Теорія інформації встановлює критерії оцінки завадостійкості та ефективності інформаційних систем, а також вказує загальні шляхи підвищення завадостійкості та ефективності.
Швидкість передачі - швидкість, з якою передається чи приймається інформація у двійковій формі. Зазвичай швидкість передачі вимірюється кількістю біт, переданих за одну секунду.
Біти в секунду - одиниця швидкості передачі інформації, що дорівнює кількості двійкових розрядів, що пропускаються каналом зв'язку в 1 секунду з урахуванням корисної та службової інформації.
Пропускна здатність каналу зв'язку - максимальна швидкість передачі від джерела до одержувача.
Символи за секунду - одиниця виміру швидкості передачі (тільки) корисної інформації.
Перехід до більших одиниць виміру
Обмеження на максимальну потужність алфавіту не існує, але є алфавіт, який можна вважати достатнім (на сучасному етапі) для роботи з інформацією як для людини, так і для технічних пристроїв. Він включає: латинський алфавіт, алфавіт мови країни, числа, спецсимволи - всього близько 200 знаків. За наведеною вище таблиці можна зробити висновок, що 7 біт інформації недостатньо, потрібно 8 біт, щоб закодувати будь-який символ такого алфавіту, 256 = 28. 8 біт утворюють 1 байт. Тобто кодування символу комп'ютерного алфавіту використовується 1 байт. Укрупнення одиниць виміру інформації аналогічно до фізики - використовують приставки «кіло», «мега», «гіга». У цьому слід пам'ятати, що основа не 10, а 2.
1 Кб (кілобайт) = 210 байт = 1024 байт,
1 Мб(мегабайт) = 210 Кб = 220 байт тощо.
Вміння оцінювати кількість інформації у повідомленні допоможе визначити швидкість інформаційного потоку каналами зв'язку. Максимальну швидкість передачі по каналу зв'язку називають пропускною здатністю каналу зв'язку. Найдосконалішим засобом зв'язку сьогодні є оптичні світловоди. Інформація передається у вигляді світлових імпульсів, що посилаються лазерним випромінювачем. У цих засобів зв'язку висока стійкість до перешкод і пропускна здатність більше 100Мбіт/с.
З часом технічного прогресу розширилися і можливості інтернету. Однак для того, щоб користувач міг ними скористатися повною мірою, необхідне стабільне та високошвидкісне з'єднання. Насамперед воно залежить від пропускної спроможності каналів зв'язку. Тому необхідно з'ясувати, як виміряти швидкість передачі даних та які фактори на неї впливають.
Що таке пропускна спроможність каналів зв'язку?
Для того щоб ознайомитися і зрозуміти новий термін, потрібно знати, що є каналом зв'язку. Якщо говорити простою мовою, канали зв'язку – це пристрої та засоби, завдяки яким здійснюється передача на відстані. Наприклад, зв'язок між комп'ютерами здійснюється завдяки оптоволоконним та кабельним мережам. Крім того, поширений спосіб зв'язку по радіоканалу (комп'ютер, підключений до модему або мережі Wi-Fi).
Пропускною ж здатністю називають максимальну швидкість передачі за одну певну одиницю часу.
Зазвичай для позначення пропускної спроможності використовують такі одиниці:
Вимірювання пропускної спроможності
Вимірювання пропускної спроможності – досить важлива операція. Вона здійснюється для того, щоб дізнатися про точну швидкість інтернет-з'єднання. Вимірювання можна здійснити за допомогою таких дій:
- Найбільш просте - завантаження об'ємного файлу та відправлення його на інший кінець. Недоліком є те, що неможливо визначити точність виміру.
- Також можна скористатися ресурсом speedtest.net. Сервіс дозволяє виміряти ширину інтернет-каналу, що «веде» до сервера. Однак для цілісного виміру цей спосіб також не підходить, сервіс дає дані про всю лінію до сервера, а не про конкретний канал зв'язку. Крім того, об'єкт, що піддається вимірюванню, не має виходу в глобальну мережу Інтернет.
- Оптимальним рішенням для виміру стане клієнт-серверна утиліта Iperf. Вона дозволяє виміряти час, кількість переданих даних. Після завершення операції програма надає користувачеві звіт.
Завдяки перерахованим вище способам, можна без особливих проблем виміряти реальну швидкість інтернет-з'єднання. Якщо показання не задовольняють поточні потреби, то, можливо, необхідно подумати про зміну провайдера.
Розрахунок пропускної спроможності
Щоб знайти і розрахувати пропускну спроможність лінії зв'язку, необхідно скористатися теоремою Шеннона-Хартлі. Вона говорить: знайти пропускну здатність каналу (лінії) зв'язку можна, розрахувавши взаємний зв'язок між потенційною пропускною спроможністю, а також смугою пропускання лінії зв'язку. Формула для розрахунку пропускної спроможності виглядає так:
I=Glog 2 (1+A s /A n).
У цій формулі кожен елемент має своє значення:
- I- Позначає параметр максимальної пропускної спроможності.
- G- Параметр ширини смуги, призначеної для пропускання сигналу.
- A s/ A n- Співвідношення шуму та сигналу.
Теорема Шеннона-Хартлі дозволяє сказати, що для зменшення зовнішніх шумів або збільшення сили сигналу найкраще використовувати широкий кабель для передачі даних.
Способи передачі сигналу
На сьогоднішній день існує три основні способи передачі сигналу між комп'ютерами:
- Передача радіомережами.
- Передача даних з кабелю.
- Передача даних через оптоволоконні з'єднання.
Кожен із цих способів має індивідуальні характеристики каналів зв'язку, про які піде нижче.
До переваг передачі інформації через радіоканали можна віднести: універсальність використання, простоту монтажу та налаштування такого обладнання. Як правило, для отримання та способом використовується радіопередавач. Він може бути модемом для комп'ютера або Wi-Fi адаптер.
Недоліками такого способу передачі можна назвати нестабільну і порівняно низьку швидкість, більшу залежність від наявності радіовеж, а також дорожнечу використання (мобільний інтернет практично вдвічі дорожчий за «стаціонарний»).
Плюсами передачі даних по кабелю є: надійність, простота експлуатації та обслуговування. Інформація передається за допомогою електричного струму. Умовно кажучи, струм під певною напругою переміщається з пункту А в пункт Б. А потім перетворюється на інформацію. Проводи відмінно витримують перепади температур, згинання та механічну дію. До мінусів можна віднести нестабільну швидкість, а також погіршення з'єднання через дощ або грозу.
Мабуть, найдосконалішою на даний момент технологією передачі даних є використання оптоволоконного кабелю. У конструкції каналів зв'язку мережі каналів зв'язку застосовуються мільйони найдрібніших скляних трубок. А сигнал, що передається по них, є світловим імпульсом. Оскільки швидкість світла в кілька разів вища за швидкість струму, дана технологія дозволила в кілька сотень разів прискорити інтернет-з'єднання.
До недоліків можна віднести крихкість оптоволоконних кабелів. По-перше, вони не витримують механічні пошкодження: трубки, що розбилися, не можуть пропускати через себе світловий сигнал, також різкі перепади температур призводять до їх розтріскування. Ну а підвищене радіаційне тло робить трубки каламутними - через це сигнал може погіршуватися. Крім того, оптоволоконний кабель важко відновити у разі розриву, тому доводиться його повністю змінювати.
Вищесказане наводить на думку про те, що з часом канали зв'язку та мережі каналів зв'язку вдосконалюються, що призводить до збільшення швидкості передачі даних.
Середня пропускна здатність ліній зв'язку
Зі сказаного вище можна зробити висновок про те, що канали зв'язку різні за своїми властивостями, які впливають на швидкість передачі інформації. Як говорилося раніше, канали зв'язку можуть бути провідними, бездротовими та заснованими на використанні оптоволоконних кабелів. Останній тип створення мереж передачі найефективніший. І його середня пропускна спроможність каналу зв'язку – 100 мбіт/c.
Що таке біт? Як вимірюється швидкість у бітах?
Бітова швидкість – показник вимірювання швидкості з'єднання. Розраховується в бітах, найменших одиницях зберігання інформації, на 1 секунду. Вона була властива каналам зв'язку в епоху раннього розвитку інтернету: на той момент у глобальному павутинні в основному передавалися текстові файли.
Наразі базовою одиницею виміру визнається 1 байт. Він, у свою чергу, дорівнює 8 бітам. Користувачі-початківці дуже часто роблять грубу помилку: плутають кілобіти і кілобайти. Звідси виникає і подив, коли канал з пропускною здатністю 512 кбіт/с не виправдовує очікувань і видає швидкість лише 64 КБ/с. Щоб не плутати, потрібно запам'ятати, що якщо для позначення швидкості використовуються біти, запис буде зроблено без скорочень: біт/с, кбіт/с, kbit/s або kbps.
Чинники, що впливають на швидкість інтернету
Як відомо, від пропускної спроможності каналу зв'язку залежить кінцева швидкість інтернету. Також на швидкість передачі інформації впливають:
- Способи з'єднання.
Радіохвилі, кабелі та оптоволоконні кабелі. Про властивості, переваги та недоліки цих способів з'єднання говорилося вище.
- Завантаженість серверів.
Чим більше завантажений сервер, тим повільніше приймає або передає файли і сигнали.
- Зовнішні перешкоди.
Найбільш сильно перешкоди впливають на з'єднання, створене за допомогою радіохвиль. Це викликано стільниковими телефонами, радіоприймачами та іншими приймачами та передавачами радіосигналу.
- Стан мережного устаткування.
Безумовно, способи з'єднання, стан серверів і перешкод відіграють важливу роль у забезпеченні швидкісного інтернету. Однак навіть якщо перераховані вище показники в нормі, а інтернет має низьку швидкість, то справа ховається в мережному обладнанні комп'ютера. Сучасні мережеві карти здатні підтримувати інтернет-з'єднання зі швидкістю до 100 Мбіт на секунду. Раніше карти могли максимально забезпечувати пропускну здатність 30 і 50 Мбіт на секунду відповідно.
Як збільшити швидкість інтернету?
Як було сказано раніше, пропускна здатність каналу зв'язку залежить від багатьох факторів: способу з'єднання, працездатності сервера, шумів і перешкод, а також стану мережного обладнання. Для збільшення швидкості з'єднання в побутових умовах можна замінити мережеве обладнання більш досконале, а також перейти на інший спосіб з'єднання (з радіохвиль на кабель або оптоволокно).
На закінчення
Як підбиття підсумків варто сказати про те, що пропускна здатність каналу зв'язку і швидкість інтернету - це не одне й те саме. Для розрахунку першої величини необхідно скористатися законом Шеннона-Хартлі. Згідно з ним, шуми можна зменшити, а також збільшити силу сигналу за допомогою заміни каналу передачі на ширший.
Збільшення швидкості інтернет-з'єднання також можливе. Але воно здійснюється шляхом зміни провайдера, заміни способу підключення, удосконалення мережного обладнання, а також огородження пристроїв для передачі та прийому інформації від джерел, що викликають перешкоди.
Ми живемо в епоху цифрових технологій, що стрімко розвиваються. Сучасну реальність вже важко уявити без персональних комп'ютерів, ноутбуків, планшетів, смартфонів та інших електронних гаджетів, які функціонують не ізольовано один від одного, а об'єднані у локальну мережу та підключені до глобальної мережі
Важливою характеристикою всіх цих пристроїв є пропускна здатність мережного адаптера, що визначає швидкість передачі в локальній або глобальній мережі. Крім цього, мають значення швидкісні характеристики каналу передачі. В електронних пристроях нового покоління можливе не тільки читання текстової інформації без збоїв та зависань, але й комфортне відтворення мультимедійних файлів (картинки та фотографії у високій якості, музика, відео, онлайн-ігри).
У чому вимірюється швидкість передачі?
Щоб визначити цей параметр, треба знати час, за які були передані дані, та кількість переданої інформації. З часом все зрозуміло, а що така кількість інформації та як її можна виміряти?
У всіх електронних пристроях, що є по суті комп'ютерами, інформація, що зберігається, обробляється і передана кодується в двійковій системі нулями (немає сигналу) і одиницями (є сигнал). Один нуль або одна одиниця - це один біт, 8 біт складають один байт, 1024 байт (два в десятому ступені) - один кілобайт, 1024 кілобайти - один мегабайт. Далі йдуть гігабайти, терабайти і більші одиниці виміру. Дані одиниці зазвичай використовуються для визначення обсягу інформації, що зберігається та обробляється на якомусь конкретному пристрої.
Кількість переданої від одного пристрою до іншого інформації вимірюють в кілобітах, мегабітах, гігабітах. Один кілобіт – це тисяча біт (1000/8 байт), один мегабіт – тисяча кілобіт (1000/8 мегабайт) тощо. Швидкість, з якою передаються дані, прийнято вказувати в кількості інформації, що проходить за одну секунду (число кілобіт за секунду, мегабіт за секунду, гігабіт за секунду).
Швидкість передачі даних по телефонній лінії
В даний час для підключення до глобальної мережі телефонної лінії, яка спочатку була єдиним каналом підключення до Інтернету, використовується переважно модемна технологія ADSL. Вона здатна перетворити аналогові телефонні лінії на засоби високошвидкісної передачі даних. Інтернет-з'єднання досягає швидкості 6 мегабіт за секунду, а максимальна швидкість передачі даних по телефонній лінії за стародавніми технологіями не перевищувала 30 кілобіт за секунду.
Швидкість передачі в мобільних мережах
Стандарти 2g, 3g та 4g використовуються в мобільних мережах.
2g прийшов на заміну 1g у зв'язку з необхідністю переходу аналогового сигналу на цифровий на початку 90-х років. На мобільних телефонах, що підтримували 2g, можна було пересилати графічну інформацію. Максимальна швидкість передачі даних 2g перевищила показник 14 кілобіт на секунду. У зв'язку з появою мобільного інтернету було створено мережу 2,5g.
У 2002 році в Японії було розроблено мережу третього покоління, але масове виробництво мобільних телефонів з підтримкою 3g почалося значно пізніше. Максимальна швидкість передачі даних по 3g виросла на порядки та досягла 2 мегабіт на секунду.
Власники найновіших смартфонів мають можливість користуватися всіма перевагами мережі 4g. Її удосконалення продовжується досі. Вона дозволить людям, які проживають у малих населених пунктах, вільно отримувати доступ в Інтернет і зробить його значно вигіднішим за підключення зі стаціонарних пристроїв. Максимальна швидкість передачі даних 4g просто величезна - 1 гігабіт на секунду.
До того ж поколінню, як і 4g, належать мережі lte. Стандарт lte є першою, ранньою версією 4g. Отже, максимальна швидкість передачі даних lte істотно нижче і становить 150 мегабіт в секунду.
Швидкість передачі даних по оптоволоконному кабелю
Передача інформації по оптоволоконному кабелю на сьогоднішній день є найшвидшою у комп'ютерних мережах. У 2014 році в Данії вченими було досягнуто максимальної швидкості передачі даних по оптоволокну 43 терабіти в секунду.
Через кілька місяців вчені зі США та Нідерландів продемонстрували швидкість 255 терабіт на секунду. Величина колосальна, але це далеко не межа. У 2020 році планується досягнення показника 1000 терабіт на секунду. Швидкість передачі по оптоволокну мало обмежена.
Швидкість завантаження інформації по Wi-Fi
Wi-Fi – торгова марка, що позначає бездротові комп'ютерні мережі, об'єднані стандартом IEEE 802.11, де інформація передається по радіоканалах. Теоретично максимальна швидкість передачі даних wifi становить 300 мегабіт на секунду, а насправді у кращих моделей роутерів вона не перевищує 100 мегабіт на секунду.
Перевагами Wi-Fi є можливість бездротового підключення до Інтернету за допомогою одного роутера відразу кількох пристроїв та низький рівень радіовипромінювання, що на порядок менше, ніж у стільникових телефонів у момент їх використання.
Завантаження...