Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. Berechnung des Durchsatzes. Wovon hängt die Geschwindigkeit der Internetverbindung ab?
Alle Arten von Informationen sind in einer Folge von elektrischen Impulsen kodiert: Es gibt einen Impuls (1), es gibt keinen Impuls (0), also in einer Folge von Nullen und Einsen. Eine solche Codierung von Informationen in einem Computer wird binäre Codierung genannt, und logische Folgen von Nullen und Einsen werden als Maschinensprache bezeichnet.
Diese Zahlen können als zwei gleichwahrscheinliche Zustände (Ereignisse) angesehen werden. Beim Schreiben einer Binärziffer wird die Wahl zwischen einem von zwei möglichen Zuständen (einer von zwei Ziffern) realisiert und trägt daher eine Informationsmenge von 1 Bit.
Sogar die Einheit zum Messen der Menge der Informationsbits (Bit) hat ihren Namen von dem englischen Ausdruck Binary digit, also einer binären Ziffer.
Es ist wichtig, dass jede Stelle des Binärcodes der Maschine Informationen in 1 Bit enthält. Somit tragen zwei Ziffern Informationen 2 Bits, drei Bits - 3 Bits usw. Die Informationsmenge in Bits entspricht der Anzahl der Stellen des binären Maschinencodes.
Informationsübertragung im Informationssystem.
Das System besteht aus einem Informationssender, einer Kommunikationsleitung und einem Informationsempfänger. Die Nachricht für ihre Übertragung an die entsprechende Adresse muss zunächst in ein Signal umgewandelt werden. Unter einem Signal versteht man eine Veränderung physikalische Größe eine Nachricht anzeigen. Signal- ein materieller Träger einer Nachricht, dh eine sich ändernde physikalische Größe, die die Übertragung von Informationen über eine Kommunikationsleitung gewährleistet. Das physikalische Medium, über das Signale von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden, wird als Kommunikationsleitung bezeichnet.
V Moderne Technologie elektrische, elektromagnetische, leichte, mechanische, akustische, Ultraschallsignale haben Anwendung gefunden. Für die Übertragung von Nachrichten ist es erforderlich, den Träger zu verwenden, der effektiv über die im System verwendete Kommunikationsleitung verteilt werden kann.
Die Umwandlung von Nachrichten in Signale, die für das Durchlaufen der Kommunikationsleitung geeignet sind, wird vom Sender durchgeführt.
Bei der Umwandlung diskreter Nachrichten in ein Signal wird die Nachricht codiert. Codierung ist im weitesten Sinne die Umwandlung von Nachrichten in ein Signal. Codierung im engeren Sinne ist die Darstellung diskreter Botschaften durch Signale in Form bestimmter Symbolkombinationen. Das Gerät, das die Kodierung durchführt, wird als Kodierer bezeichnet.
Signale unterliegen während der Übertragung Störungen. Interferenzen sind alle störenden äußeren Störungen oder Einflüsse (atmosphärische Störungen, der Einfluss von Fremdsignalquellen) sowie Signalverzerrungen im Gerät selbst (Hardwarestörungen), die eine zufällige Abweichung der empfangenen Nachricht (Signal) von der gesendeten verursachen .
Auf der Empfangsseite wird die umgekehrte Decodierungsoperation durchgeführt, d.h. Wiederherstellung aus dem empfangenen Signal der gesendeten Nachricht.
Die dem Empfänger nachgeschaltete Entscheidungseinrichtung verarbeitet das empfangene Signal mit dem Ziel, daraus möglichst vollständig Informationen zu extrahieren.
Ein Decoder (Decoder) wandelt das empfangene Signal in eine für den Empfänger geeignete Form um.
Der Satz von Mitteln zum Übertragen eines Signals wird Kommunikationskanal genannt. Die gleiche Verbindung kann verwendet werden, um Signale zwischen vielen Quellen und Empfängern zu übertragen, d. h. die Verbindung kann mehrere Kanäle bedienen.
Bei der Synthese von Informationsübertragungssystemen müssen zwei Hauptprobleme im Zusammenhang mit der Übertragung von Nachrichten gelöst werden:
Gewährleistung der Störfestigkeit der Nachrichtenübertragung
Sicherstellung einer hohen Effizienz der Nachrichtenübertragung
Störfestigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit von Informationen, den schädlichen Auswirkungen von Interferenzen zu widerstehen. Unter diesen Bedingungen, d.h. für eine gegebene Störung bestimmt die Rauschimmunität die Genauigkeit der Informationsübertragung. Unter Treue wird das Maß für die Übereinstimmung der empfangenen Nachricht (Signal) mit der gesendeten Nachricht (Signal) verstanden.
Die Effizienz des Informationsübertragungssystems wird als die Fähigkeit des Systems verstanden, die Übertragung für gegebene Menge Informationen auf die wirtschaftlichste Art und Weise. Effizienz charakterisiert die Fähigkeit des Systems, die Übertragung einer gegebenen Informationsmenge mit dem geringsten Aufwand an Signalleistung, Zeit und Bandbreite bereitzustellen.
Informationstheorie legt Kriterien zur Bewertung der Störfestigkeit und Effizienz fest Informationssysteme und zeigt auch allgemeine Wege zur Verbesserung der Störfestigkeit und Effizienz auf.
Datenübertragungsrate - die Rate, mit der Informationen in binärer Form übertragen oder empfangen werden. Typischerweise wird die Baudrate durch die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits gemessen.
Bits pro Sekunde - eine Einheit der Informationsübertragungsrate, die der Anzahl der binären Bits entspricht, die vom Kommunikationskanal pro Sekunde übertragen werden, wobei sowohl Nutz- als auch Dienstinformationen berücksichtigt werden.
Die Bandbreite des Kommunikationskanals ist die maximale Datenübertragungsrate von der Quelle zum Ziel.
Zeichen pro Sekunde ist eine Maßeinheit für die Übertragungsrate (nur) von nützlichen Informationen.
Umzug in größere Einheiten
Es gibt keine Beschränkungen hinsichtlich der maximalen Leistung des Alphabets, aber es gibt ein Alphabet, das (im gegenwärtigen Stadium) als ausreichend angesehen werden kann, um mit Informationen zu arbeiten, sowohl für eine Person als auch für technische Geräte... Es enthält: das lateinische Alphabet, das Alphabet der Landessprache, Zahlen, Sonderzeichen - insgesamt etwa 200 Zeichen. Aus der obigen Tabelle können wir schließen, dass 7 Bit Informationen nicht ausreichen, es werden 8 Bit benötigt, um ein beliebiges Zeichen eines solchen Alphabets zu codieren, 256 = 28,8 Bit bilden 1 Byte. Das heißt, 1 Byte wird verwendet, um ein Computeralphabetzeichen zu codieren. Die Vergrößerung der Maßeinheiten von Informationen ist ähnlich wie in der Physik - sie verwenden die Präfixe "Kilo", "Mega", "Giga". Es sollte daran erinnert werden, dass die Basis nicht 10, sondern 2 ist.
1 KB (Kilobyte) = 210 Byte = 1024 Byte,
1 MB (Megabyte) = 210 KB = 220 Byte usw.
Die Fähigkeit, die Informationsmenge in einer Nachricht abzuschätzen, hilft dabei, die Geschwindigkeit des Informationsflusses durch Kommunikationskanäle zu bestimmen. Die maximale Geschwindigkeit der Informationsübertragung über einen Kommunikationskanal wird als Bandbreite des Kommunikationskanals bezeichnet. Die fortschrittlichsten Kommunikationsmittel sind heute optische Fasern. Die Informationen werden in Form von Lichtimpulsen übertragen, die von einem Laser-Emitter gesendet werden. Diese Kommunikationsmittel haben eine hohe Störfestigkeit und einen Durchsatz von mehr als 100 Mbit/s.
allgemeine Informationen
In den meisten Fällen werden in Netzwerken Informationen sequentiell übertragen. Datenbits werden abwechselnd über einen Kommunikationskanal, Kabel oder drahtlos übertragen. 1 zeigt eine Bitfolge, die von einem Computer oder einer anderen digitalen Schaltung übertragen wird. Dieses Datensignal wird oft als das Originalsignal bezeichnet. Die Daten werden durch zwei Spannungspegel dargestellt, beispielsweise entspricht eine logische Eins einer Spannung von +3 V und eine logische Null entspricht +0,2 V. Es können auch andere Pegel verwendet werden. Im Non-Return-to-Zero (NRZ)-Codeformat (Abbildung 1) kehrt das Signal nicht nach jedem Bit in den neutralen Zustand zurück, im Gegensatz zum Return-to-Zero (RZ)-Format.
Bitrate
Die Datenrate R wird in Bits pro Sekunde (Bit/s oder bps) ausgedrückt. Geschwindigkeit ist eine Funktion der Bitdauer oder Bitzeit (T B) (Abbildung 1):
Diese Rate wird auch Kanalbreite genannt und mit dem Buchstaben C bezeichnet. Bei einer Bitzeit von 10 ns wird die Datenübertragungsrate bestimmt als
R = 1/10 × 10 - 9 = 100 Mbit / s
Diese wird in der Regel mit 100 MB/s aufgezeichnet.
Service-Bits
Die Bitrate bezieht sich im Allgemeinen auf die tatsächliche Datenübertragungsrate. In den meisten seriellen Protokollen sind Daten jedoch nur ein Teil eines komplexeren Rahmens oder Pakets, das Quelladresse, Zieladresse, Fehlererkennungs- und Codekorrekturbits und andere Informations- oder Steuerbits enthält. Im Protokollrahmen werden die Daten aufgerufen nützliche Informationen(Nutzlast). Bits, die keine Daten sind, werden Overhead-Bits genannt. Manchmal kann die Anzahl der Overhead-Bits signifikant sein - von 20% bis 50%, abhängig von der Gesamtzahl der über den Kanal übertragenen Nutzbits.
Ein Ethernet-Frame kann beispielsweise je nach Nutzlast bis zu 1542 Byte oder Oktette umfassen. Die Nutzlast kann zwischen 42 und 1500 Oktetts betragen. Bei der maximalen Anzahl nützlicher Overhead-Oktetts werden es nur 42/1542 oder 2,7% sein. Es wären mehr, wenn es weniger nützliche Bytes gäbe. Dieses Verhältnis, auch als Protokolleffizienz bekannt, wird normalerweise als Prozentsatz der Nutzlast über der maximalen Rahmengröße ausgedrückt:
Protokolleffizienz = Nutzlast / Framegröße = 1500/1542 = 0,9727 oder 97,3%
Normalerweise wird die tatsächliche Leitungsgeschwindigkeit um einen Faktor erhöht, der vom Overhead abhängt, um die wahre Netzwerkdatenrate anzuzeigen. Bei One Gigabit Ethernet beträgt die tatsächliche Leitungsgeschwindigkeit 1,25 Gb/s, während die Datenübertragungsrate 1 Gb/s beträgt. Für 10-Gbit/s-Ethernet sind diese Werte 10,3125 Gbit/s bzw. 10 Gbit/s. Konzepte wie Bandbreite, Nutzlastrate oder effektive Datenrate können auch verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung über ein Netzwerk abzuschätzen.
Baudrate
Der Begriff „Baud“ leitet sich vom Nachnamen des französischen Ingenieurs Emile Baudot ab, der den 5-Bit-Fernschreibercode erfand. Die Baudrate gibt an, wie oft sich ein Signal oder Symbol in einer Sekunde ändert. Ein Symbol ist eine von mehreren Spannungs-, Frequenz- oder Phasenänderungen.
Das NRZ-Binärformat hat zwei Zeichen, die durch Spannungspegel dargestellt werden, jeweils eines für 0 oder 1. In diesem Fall ist die Baud- oder Symbolrate die gleiche wie die Bitrate. Es ist jedoch möglich, mehr als zwei Symbole in einem Übertragungsintervall zu haben, wobei für jedes Symbol mehrere Bits zugewiesen werden. In diesem Fall können Daten auf jedem Kommunikationskanal nur moduliert übertragen werden.
Wenn das Übertragungsmedium das ursprüngliche Signal nicht verarbeiten kann, tritt die Modulation in den Vordergrund. Natürlich reden wir über drahtlose Netzwerke... Die ursprünglichen Binärsignale können nicht direkt übertragen werden, sie müssen auf den HF-Träger übertragen werden. Einige Kabelprotokolle verwenden auch Modulation, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Dies wird als „Breitbandübertragung“ bezeichnet.
Oben: Basisbandsignal, Originalsignal
Unter Verwendung von zusammengesetzten Zeichen können in jedem mehrere Bits übertragen werden. Wenn die Symbolrate beispielsweise 4800 Baud beträgt und jedes Symbol aus zwei Bits besteht, beträgt die Gesamtbaudrate 9600 bps. Normalerweise wird die Anzahl der Zeichen durch eine Potenz von 2 dargestellt. Wenn N die Anzahl der Bits in einem Zeichen ist, dann beträgt die Anzahl der erforderlichen Zeichen S = 2N. Die Gesamtbaudrate beträgt also:
R = Baudrate × log 2 S = Baudrate × 3,32 log 1 0 S
Wenn die Baudrate 4800 beträgt und pro Zeichen zwei Bits zugewiesen werden, beträgt die Anzahl der Zeichen 22 = 4.
Dann ist die Bitrate:
R = 4800 × 3,32 log (4) = 4800 × 2 = 9600 bps
Bei einem Symbol pro Bit, wie beim NRZ-Binärformat, sind die Bitraten und Baudraten gleich.
Mehrstufige Modulation
Mit vielen Modulationsverfahren kann eine hohe Bitrate erreicht werden. Beispielsweise verwendet Frequenzumtastung (FSK) typischerweise zwei verschiedene Frequenzen, um logische Nullen und Einsen in jedem Symbolschlitz darzustellen. Hier ist die Bitrate gleich der Baudrate. Wenn jedoch jedes Symbol zwei Bits repräsentiert, dann sind vier Frequenzen erforderlich (4FSK). Bei 4FSK beträgt die Bitrate das Doppelte der Baudrate.
Ein weiteres gängiges Beispiel ist die Phasenumtastung (PSK). In binärer PSK steht jedes Zeichen für 0 oder 1. Binär 0 steht für 0 ° und binär 1 für 180 °. Bei einem Bit pro Zeichen entspricht die Bitrate der Baudrate. Das Verhältnis der Anzahl von Bits zu Zeichen ist jedoch nicht schwer zu erhöhen (siehe Tabelle 1).
| Tabelle 1. | Binäre Phasenumtastung. | ||||||||||
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Bei Quadratur-PSK gibt es beispielsweise zwei Bits pro Symbol. Bei dieser Struktur und zwei Bits pro Baud beträgt die Bitrate das Doppelte der Baudrate. Bei drei Bits pro Baud wird die Modulation als 8PSK bezeichnet, und acht verschiedene Phasenverschiebungen repräsentieren drei Bits. Und bei 16PSK repräsentieren 16 Phasenverschiebungen 4 Bit.
Eine der einzigartigen Formen der geschichteten Modulation ist die Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM). QAM verwendet eine Kombination verschiedener Amplitudenpegel und Phasenverschiebungen, um Symbole zu erzeugen, die mehrere Bits darstellen. 16QAM codiert beispielsweise vier Bits pro Symbol. Symbole sind eine Kombination verschiedener Amplitudenpegel und Phasenverschiebungen.
Um die Amplitude und Phase des Trägers für jeden Wert des 4-Bit-Codes zu visualisieren, wird ein Quadraturdiagramm verwendet, das auch den romantischen Namen "Konstellation" trägt (Abbildung 2). Jeder Punkt entspricht einer bestimmten Trägeramplitude und Phasenverschiebung. Insgesamt werden 16 Symbole mit vier Bits pro Symbol codiert, was zu einer Bitrate führt, die das 4-fache der Baudrate beträgt.
Warum mehrere Bits pro Baud?
Durch die Übertragung von mehr als einem Bit pro Baud können Sie Daten mit hoher Rate über einen schmaleren Kanal senden. Es sei daran erinnert, dass die maximal mögliche Datenübertragungsrate durch die Bandbreite des Übertragungskanals bestimmt wird.
Angesichts schlimmsten Fall Verschachteln von Nullen und Einsen im Datenstrom, dann beträgt die maximale theoretische Bitrate C für eine gegebene Bandbreite B:
Oder Bandbreite bei maximaler Geschwindigkeit:
Um ein Signal mit einer Geschwindigkeit von 1 Mb / s zu übertragen, benötigen Sie:
B = 1/2 = 0,5 MHz oder 500 kHz
Bei Verwendung von Multilevel-Modulation mit mehreren Bits pro Symbol beträgt die maximale theoretische Datenrate:
Dabei ist N die Anzahl der Zeichen in einem Zeichenintervall:
log2 N = 3,32 log10N
Die Bandbreite, die erforderlich ist, um die gewünschte Geschwindigkeit für eine bestimmte Anzahl von Ebenen bereitzustellen, wird wie folgt berechnet:
Beispielsweise kann die Bandbreite, die erforderlich ist, um eine Übertragungsrate von 1 Mbit/s bei zwei Bits pro Symbol und vier Ebenen zu erreichen, definiert werden als:
log 2 N = 3,32 log 10 (4) = 2
B = 1/2 (2) = 1/4 = 0,25 MHz
Die Anzahl der Zeichen, die erforderlich ist, um die gewünschte Datenrate in einer festen Bandbreite zu erhalten, kann wie folgt berechnet werden:
3,32 log 10 N = C / 2B
Log 10 N = C / 2B = C / 6,64B
N = log-1 (C/6,64B)
Anhand des vorherigen Beispiels wird die Anzahl der Symbole, die erforderlich sind, um mit 1 Mb/s über einen 250-kHz-Kanal zu übertragen, wie folgt bestimmt:
log 10 N = C / 6,64B = 1 / 6,64 (0,25) = 0,60
N = log-1 (0,602) = 4 Zeichen
Diese Berechnungen gehen davon aus, dass kein Rauschen im Kanal vorhanden ist. Um das Rauschen zu berücksichtigen, müssen Sie das Shannon-Hartley-Theorem anwenden:
C = B log 2 (S / N + 1)
C ist die Kanalbandbreite in Bits pro Sekunde,
B - Kanalbandbreite in Hertz,
S / N - Signal-Rausch-Verhältnis.
In dezimaler Logarithmusform:
C = 3,32B log 10 (S / N + 1)
Was ist die maximale Rate auf einem 0,25-MHz-Kanal mit 30 dB S/N? 30 dB entsprechen 1000. Daher beträgt die maximale Geschwindigkeit:
C = 3,32B log 10 (S / N + 1) = 3,32 (0,25) log 10 (1001) = 2,5 Mb / s
Das Shannon-Hartley-Theorem besagt nicht speziell, dass eine Mehrebenenmodulation angewendet werden muss, um dieses theoretische Ergebnis zu erzielen. Mit dem vorherigen Verfahren können Sie herausfinden, wie viele Bits pro Zeichen benötigt werden:
log 10 N = C / 6,64B = 2,5 / 6,64 (0,25) = 1,5
N = log-1 (1,5) = 32 Zeichen
Die Verwendung von 32 Zeichen impliziert fünf Bits pro Zeichen (25 = 32).
Beispiele für Baudratenmessungen
Fast alle Hochgeschwindigkeitsverbindungen verwenden eine Form der Breitbandübertragung. In Wi-Fi verwenden Modulationsschemata mit orthogonalem Frequenzmultiplex (OFDM) QPSK, 16QAM und 64QAM.
Das gleiche gilt für WiMAX und Technologie Mobilfunkkommunikation Langzeitentwicklung (LTE) 4G. Signalübertragung von analogen und digitales Fernsehen in Systemen des Kabelfernsehens und des Hochgeschwindigkeits-Internetzugangs basiert auf 16QAM und 64QAM, während sie in der Satellitenkommunikation QPSK und . verwenden verschiedene Versionen QAM.
Für die öffentliche Sicherheit mobiler Landfunksysteme wurden kürzlich 4FSK-Sprach- und Datenmodulationsstandards übernommen. Diese Bandbreiten-Tapering-Technik wurde entwickelt, um die Bandbreite von 25 kHz pro Kanal auf 12,5 kHz und schließlich auf 6,25 kHz zu reduzieren. Dadurch können mehr Kanäle für andere Radiosender im gleichen Spektralbereich platziert werden.
Fernseher hochauflösend in den Vereinigten Staaten verwendet eine Modulationstechnik, die achtstufiges Restseitenband (8-stufig teilweise unterdrückte Seitenbandsignalisierung) oder 8VSB genannt wird. Dieses Verfahren weist drei Bits pro Symbol bei 8 Amplitudenstufen zu, wodurch 10.800 Symbole pro Sekunde übertragen werden können. Bei 3 Bit pro Zeichen beträgt die Vollrate 3 × 10.800.000 = 32,4 MB/s. In Kombination mit VSB, das nur ein volles Seitenband und einen Teil des anderen überträgt, können hochauflösende Video- und Audiodaten über einen 6-MHz-Fernsehkanal übertragen werden.
Stichworte:
Datenübertragungsrate
Bits pro Sekunde
Die Datenübertragungsrate ist das wichtigste Merkmal der Kommunikationsleitung. Nach Abschluss dieses Absatzes erfahren Sie, wie Sie Probleme im Zusammenhang mit der Datenübertragung über ein Netzwerk lösen.
Einheiten
Erinnern wir uns daran, in welchen Einheiten die Geschwindigkeit in uns bereits bekannten Situationen gemessen wird. Bei einem Auto ist die Geschwindigkeit die pro Zeiteinheit zurückgelegte Strecke; Geschwindigkeit wird in Kilometer pro Stunde oder Meter pro Sekunde gemessen. Bei Flüssigkeitstransferanwendungen wird die Geschwindigkeit in Litern pro Minute (oder pro Sekunde pro Stunde) gemessen.
Es überrascht nicht, dass wir bei Datenübertragungsproblemen Geschwindigkeit die pro Zeiteinheit (meistens pro Sekunde) über das Netzwerk übertragene Datenmenge nennen.
Die Datenmenge kann in jeder Einheit der Informationsmenge gemessen werden: Bits, Bytes, Kbytes usw. In der Praxis wird die Datenübertragungsrate jedoch am häufigsten in Bits pro Sekunde (Bit / s) gemessen.
In Hochgeschwindigkeitsnetzen kann die Datenaustauschrate Millionen und Abermilliarden Bits pro Sekunde betragen, daher werden mehrere Einheiten verwendet: 1 kbit/s (Kilobit pro Sekunde), 1 Mbit/s (Megabit pro Sekunde) und 1 Gbit/s (Gigabit pro Sekunde).
| 1 kbps = 1.000 bps 1 Mbps = 1.000.000 bps 1 Gbps = 1.000.000.000 bps |
Bitte beachten Sie, dass hier die Präfixe „Kilo-“, „Mega-“ und „Giga-“ (wie im internationalen Einheitensystem der SI) eine Zunahme um genau das Tausend-, Millionen- und Milliardenfache bezeichnen. Denken Sie daran, dass in traditionellen Maßeinheiten Menge an Informationen„Kilo-“ bedeutet eine Erhöhung um das 1024-fache, „Mega-“ – um 1024 2 und „Giga-“ – um 1024 3.
Aufgaben
Lassen Sie die Datenübertragungsrate über ein Netzwerk v Bit / s. Dies bedeutet, dass in einer Sekunde v Bits und für T Sekunden - v × t Bits.
Aufgabe 1... Kommunikationsgeschwindigkeit 80 Bit / s. Wie viele Bytes werden in 5 Minuten übertragen?
Lösung... Wie Sie wissen, berechnet sich die Informationsmenge nach der Formel ich = v × t... V dieser Fall v= 80 bps und T= 5 Minuten Aber die Geschwindigkeit wird in Bits angegeben in gib mir eine Sekunde und die Zeit ist um Protokoll Um die richtige Antwort zu erhalten, müssen Sie die Minuten in Sekunden umrechnen:
T= 5 × 60 = 300 s
und erst dann die Multiplikation. Zuerst erhalten wir die Informationsmenge in Bits:
ich= 80 Bit / s × 300 s = 24000 Bit
Dann übersetzen wir es in Bytes:
ich= 24000: 8 Byte = 3000 Byte
Antworten: 3000 Byte.
Aufgabe 2... Die Kommunikationsgeschwindigkeit beträgt 100 Bit / s. Wie viele Sekunden dauert die Übertragung einer 125-Byte-Datei?
Lösung... Wir kennen die Baudrate ( v= 100 Bit/s) und die Informationsmenge ( ich= 125 Byte). Aus der Formel ich = v × t wir bekommen
T= ich: V.
Aber die Geschwindigkeit ist eingestellt Bits pro Sekunde und die Informationsmenge - in Bytes... Um Maßeinheiten "zuzuordnen", müssen Sie daher zunächst die Informationsmenge in Bits (oder die Geschwindigkeit in Bytes pro Sekunde!) umrechnen:
ich= 125 × 8 Bit = 1000 Bit.
Jetzt finden wir die Übertragungszeit:
T= 1000 : 100 = 10 s .
Antworten: 10 Sekunden.
Aufgabe 3... Wie hoch ist die durchschnittliche Datenübertragungsrate (in Bits pro Sekunde), wenn eine 200-Byte-Datei in 16 Sekunden übertragen wurde?
Lösung... Wir kennen die Menge an Informationen ( ich= 200 Byte) und Datenübertragungszeit ( T= 16s). Aus der Formel ich = v × t wir bekommen
v= ich: T.
Aber die Dateigröße ist eingestellt in Bytes, und die Übertragungsgeschwindigkeit muss in Bits pro Sekunde. Daher übersetzen wir zunächst die Informationsmenge in Bits:
ich= 200 × 8 Bit = 1600 Bit.
Jetzt finden wir die Durchschnittsgeschwindigkeit
v= 1600 : 16 = 100 bps .
Bitte beachten Sie, dass es sich um die durchschnittliche Übertragungsrate handelt, da diese sich während des Datenaustauschs ändern kann.
Antworten: 100 bps.
1. In welchen Einheiten wird die Datenübertragungsrate gemessen in Computernetzwerke?
2. Was bedeuten die Präfixe „Kilo-“, „Mega-“ und „Giga-“ in Bezug auf die Datenübertragungsrate? Warum stimmen diese Präfixe Ihrer Meinung nach nicht mit der Informationsmenge überein?
3. Welche Formel wird verwendet, um Probleme mit der Datenübertragungsgeschwindigkeit zu lösen?
4. Was denkst du ist Hauptgrund Fehler bei der Lösung solcher Probleme?
1. Wie viele Informationsbytes werden in 24 Sekunden über eine Kommunikationsleitung mit einer Geschwindigkeit von 1500 Bits pro Sekunde übertragen?
2. Wie viele Informationsbytes werden in 15 Sekunden über eine Kommunikationsleitung mit einer Geschwindigkeit von 9600 bps übertragen?
3. Wie viele Informationsbytes werden in 16 Sekunden über eine Kommunikationsleitung mit einer Geschwindigkeit von 256.000 Bits pro Sekunde übertragen?
4. Wie viele Sekunden dauert die Übertragung einer 5-KB-Datei über eine 1024 bps-Kommunikationsleitung?
5. Wie viele Sekunden dauert die Übertragung einer 800-Byte-Datei über eine 200-bps-Kommunikationsleitung?
6. Wie viele Sekunden dauert die Übertragung einer 256-KB-Datei über eine Kommunikationsleitung mit einer Geschwindigkeit von 64 Bytes pro Sekunde?
7. Das Buch, in dem 400 Seiten Text (jede Seite enthält 30 Zeilen zu je 60 Zeichen) ist in 8-Bit-Kodierung kodiert. Wie viele Sekunden wird es dauern, dieses Buch über eine 5-kbps-Kommunikationsleitung zu übertragen?
8. Wie viele Bits pro Sekunde werden über die Kommunikationsleitung übertragen, wenn eine 400-Byte-Datei in 5 Sekunden übertragen wurde?
9. Wie viele Bits pro Sekunde werden über die Kommunikationsleitung übertragen, wenn eine 2-KByte-Datei in 8 Sekunden übertragen wurde?
10. Wie viele Bytes pro Sekunde werden über die Kommunikationsleitung übertragen, wenn eine 100-KB-Datei in 16 Sekunden übertragen wurde?
| Am wichtigsten in Kapitel 1: · Die Informatik beschäftigt sich mit einem breiten Themenspektrum im Zusammenhang mit der automatischen Datenverarbeitung. · Ein Mensch erhält mit Hilfe der Sinne Informationen über die Welt. · Daten sind aufgezeichnete (kodierte) Informationen. Computer arbeiten nur mit Daten. · Signal ist eine Änderung der Eigenschaften des Informationsträgers. Eine Nachricht ist eine Folge von Signalen. Basic Informationsprozesse Ist die Übermittlung und Verarbeitung von Informationen (Daten). · Die kleinste Maßeinheit für die Informationsmenge ist ein Bit. Dies ist der Name der Informationsmenge, die mit einer Binärziffer ("0" oder "1") kodiert werden kann. · Mit der Hilfe ich Bits können codiert werden 2 ich verschiedene Optionen. · 1 Byte enthält 8 Bit. · In Maßeinheiten der Informationsmenge werden binäre Präfixe verwendet: 1 KB = 2 10 Byte = 1024 Byte 1 MB = 2 20 Byte 1 GB = 2 30 Byte · Der Informationsumfang des Textes wird durch die Länge von . bestimmt der Text und die Macht des Alphabets. Je mehr Zeichen das Alphabet enthält, desto größer ist der Informationsumfang eines Zeichens (und des gesamten Textes). Die meisten Zeichnungen sind in Computern kodiert Rasterformat, also in Form eines Satzes von Punkten unterschiedlicher Farbe (Pixel). Ein Pixel ist das kleinste Element in einem Bild, für das Sie eine eigene Farbe festlegen können. · Der Informationsgehalt des Bildes wird durch die Anzahl der Pixel und die Anzahl der verwendeten Farben bestimmt. Je mehr Farben im Bild verwendet werden, desto größer ist die Informationsmenge eines Pixels (und des Bildes insgesamt). · Die Baudrate wird normalerweise in Bits pro Sekunde (bps) gemessen. Dezimalpräfixe werden in Baudrateneinheiten verwendet: 1 kbps = 1.000 bps 1 Mbps = 1.000.000 bps 1 Gbps = 1.000.000.000 bps |
Anstelle von 0 und 1 können Sie natürlich auch zwei beliebige Zeichen verwenden.
englisches Wort Bit Ist eine Abkürzung für den Ausdruck Binärzahl, "Binärzahl".
Es gibt eine andere Art von Sprache, die Chinesisch, Koreanisch und Japanisch umfasst. Sie benutzen Hieroglyphen, von denen jedes ein separates Wort oder Konzept bezeichnet.
englisches Wort Pixel Kurzform für Bildelement, Bildelement.
Zur Beurteilung der Qualität von Datenübertragungskanälen können folgende Merkmale herangezogen werden:
Datenübertragungsrate über den Kommunikationskanal;
Bandbreite des Kommunikationskanals;
Zuverlässigkeit der Informationsübertragung;
die Zuverlässigkeit des Kommunikationskanals.
Baudrate... Unterscheiden Sie zwischen Baud (Modulation) und Informationsraten (Bitrate). Informationsrate - wird durch die Anzahl der Bits bestimmt, die pro Sekunde über den Kommunikationskanal übertragen werden, Bit / s, die in der englischen Version als bps bezeichnet wird.
Die Baudrate wird in Baud (Baud) gemessen. Diese Geschwindigkeitseinheit hat ihren Namen vom Namen der französischen Erfinderin des Telegrafenapparates Emilie Baudot - E. Baudot. Baud ist die Anzahl der Zustandsänderungen des Übertragungsmediums pro Sekunde (oder die Anzahl der Signalwechsel pro Zeiteinheit). Es ist die Baudrate, die durch die Leitungsbandbreite bestimmt wird. Eine Informationsübertragungsrate von 2400 Baud bedeutet, dass sich der Zustand des übertragenen Signals 2400 Mal pro Sekunde ändert, was einer Frequenz von 2400 Hz entspricht.
Um diese Konzepte zu veranschaulichen, wenden wir uns der Übertragung digitaler Daten über herkömmliche Telefonkommunikationskanäle zu. In den frühesten Modemmodellen waren diese beiden Geschwindigkeiten gleich. Moderne Modems codieren mehrere Datenbits in einer einzigen Zustandsänderung Analogsignal und es ist offensichtlich, dass die Datenübertragungsrate und die Kanalbetriebsrate in diesem Fall nicht übereinstimmen. Wenn im Baudintervall (zwischen benachbarten Signaländerungen) N Bits übertragen werden, beträgt die Anzahl der Werte des modulierten Trägerparameters (Träger) 2 N. Wenn beispielsweise die Anzahl der Abstufungen 16 beträgt und die Baudrate 1200 beträgt, entspricht ein Baud 4 Bit / s und die Informationsrate beträgt 4800 Bit / s, d. die Bit/s-Rate überschreitet die Baudrate. Insbesondere übertragen Modems für 2.400 und 1.200 bps 600 Baud, und Modems für 9.600 und 14.400 bps übertragen 2.400 Baud.
In analogen Telefonnetzen wird die Datenübertragungsrate durch den Protokolltyp bestimmt, der von beiden an der Verbindung beteiligten Modems unterstützt wird. So arbeiten moderne Modems unter den Protokollen V.34+ mit einer Geschwindigkeit von bis zu 33600 bps oder mit dem asymmetrischen Datenaustauschprotokoll V.90 mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 56 Kbps.
Mit dem V.34+-Standard können Sie über Telefonleitungen fast jeder Qualität arbeiten. Die Erstverbindung der Modems erfolgt über eine asynchrone Schnittstelle mit einer Mindestgeschwindigkeit von 300 bps, wodurch sie auf den schlechtesten Leitungen arbeiten können. Nach dem Testen der Leitung werden die Hauptübertragungsparameter ausgewählt (Trägerfrequenz 1,6-2,0 kHz, Modulationsverfahren, Übergang in den Synchronmodus), die anschließend ohne Unterbrechung der Verbindung dynamisch geändert werden können, um sich der Änderung der Qualität der Leitung anzupassen.
Das V.90-Protokoll wurde im Februar 1998 von der International Telecommunication Union (ITU) übernommen. Nach diesem Standard können die vom Benutzer installierten Modems Daten vom Netzanbieter (Downstream) mit einer Geschwindigkeit von 56 Kbps empfangen und senden ( - Upstream) - mit Geschwindigkeiten von bis zu 33,6 Kbps. Dies wird dadurch erreicht, dass die Daten auf einem mit einem digitalen Kanal verbundenen Netzknoten nur einer digitalen Codierung und nicht einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen werden, die immer Abtast- und Quantisierungsrauschen einführt. Auf Anwenderseite findet aufgrund der „letzten analogen Meile“ sowohl eine Digital-Analog-Wandlung (im Modem) als auch eine Analog-Digital-Wandlung (in der TK-Anlage) statt, so dass die Geschwindigkeitssteigerung nicht möglich ist. Offensichtlich kann ein solches Schema nur angewendet werden, wenn eines der Modems Zugriff auf einen digitalen Kanal hat. Tatsächlich kann nur ein Internet-Provider mit einem digitalen Kanal an die PBX des Benutzers angeschlossen werden.
Für Teilnehmer-zu-Teilnehmer-Verbindungen über das öffentliche Telefonwählnetz ist die neue Technologie ungeeignet und der Betrieb ist nur mit Geschwindigkeiten von nicht mehr als 33,6 Kbit/s möglich.
Die Übertragungsraten digitaler Informationen für verschiedene LAN-Typen sind in Tabelle 2.1 aufgeführt, und für globale Netzwerke in Tabelle 2.2.
Tabelle 2.1
|
Netzwerktyp (Data-Link-Protokoll) |
Datenleitungstyp | |
|
Dickes Koaxialkabel (10Base-5) Schlankes Koaxialkabel (10base-2) Ungeschirmt verdrilltes Paar UTP-Kategorie 3 (10Base-T) Glasfaser (10Base-F) | ||
|
Glasfaser (100Base-FX) | ||
|
Gigabit Ethernet |
Multimode-Glasfaser (1000Base-SX) Singlemode-Faser (1000Base-LX) Twinaxialkabel (1000Base-CX) | |
|
Token-Ring (High-Speed-Token-Ring) |
Glasfaser | |
|
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) |
Glasfaser |
Tabelle 2.2
Geschwindigkeitshierarchie digitale Kanäle globale Netzwerke
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Netzwerkart |
Schnittstellentyp und Datenleitung |
Datenübertragungsrate, Mbit/s |
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|
T1 / E1, Twisted-Pair-Kabel T2/E2-Koaxialkabel T3/E3-, Koaxial- und optische Kabel oder Mikrowellen-Funkverbindungen | |||
|
STS-3, OC-3 / STM-1 STS-9, OC-9 / STM-3 STS-12, OC-12 / STM-4 STS-18, OC-18 / STM-6 STS-24, OC-24 / STM-8 STS-36, OC-36 / STM-12 STS-48, OC-48 / STM-16 | |||
|
BRI (Grundkenntnisse) PRI (speziell) | |||
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Teilnehmernetzwerk (Upstream) Teilnehmernetzwerk (Downstream) |
Auf faseroptischen Kommunikationsleitungen wurden Rekordgeschwindigkeiten bei der Datenübertragung erreicht. In Versuchsanlagen mit der Methode des Multiplexing mit Aufteilung der Kanäle nach Wellenlängen (WDM - Wavelengths Division Multiplexing) wurde eine Geschwindigkeit von 1100 Gbit / s in einer Entfernung von 150 km erreicht. In einem der bestehenden WDM-basierten Systeme erfolgt die Übertragung mit einer Geschwindigkeit von 40 Gbit/s über Entfernungen von bis zu 320 km. Beim WDM-Verfahren werden mehrere Trägerfrequenzen (Kanäle) zugewiesen. Im letztgenannten System gibt es also 16 solcher Kanäle in der Nähe einer Frequenz von 4 * 10 5 GHz, die um 10 3 GHz voneinander beabstandet sind, in jedem Kanal wird eine Geschwindigkeit von 2,5 Gbit / s erreicht.
Die maximal mögliche Informationsrate, DurchsatzC (Bandbreite) ist mit der Bandbreite F (genauer gesagt mit der oberen Frequenz der Bandbreite) des Kommunikationskanals durch die Hartley-Shannon-Formel verbunden. Sei N die Anzahl der möglichen diskreten Signalwerte, beispielsweise die Anzahl der verschiedenen Werte des modulierten Parameters. Dann gibt es für eine Änderung der Größe des Signals gemäß der Hartley-Formel nicht mehr als I = log 2 N Informationsbits.
Die maximale Informationsübertragungsrate kann definiert werden als
С = log 2 N / t,
wobei t die Dauer von Übergangsprozessen ist, ungefähr gleich (3-4) Т В und Т В = 1 / (2πF). Dann
Bit / s,(2.1)
Bei einem verrauschten Kanal sollte die Anzahl der unterscheidbaren Werte des modulierten Signals N ≤ 1 + A betragen, wobei A das Verhältnis von Signalleistung zu Interferenz ist.
Für Benutzer von Computernetzwerken zählen nicht abstrakte Bits pro Sekunde, sondern Informationen, deren Maßeinheit Bytes oder Zeichen sind. Daher ist eine bequemere Kanalcharakteristik seine reale oder effektive Geschwindigkeit, die durch die Anzahl der über den Kanal pro Sekunde übertragenen Zeichen (Zeichen) geschätzt wird (cps, Zeichen pro Sekunde), ohne Overhead (z. B. Bits des Anfangs und Endes eines Blocks, Blockheader und Prüfsummen).
Die effektive Geschwindigkeit hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter nicht nur die Datenübertragungsrate, sondern auch das Übertragungsverfahren und die Qualität des Kommunikationskanals sowie dessen Betriebsbedingungen und die Struktur der Nachrichten. Da beispielsweise bei einem asynchronen Verfahren der Datenübertragung durch ein Modem im Durchschnitt alle 10 übertragenen Bits 1 Byte oder 1 Nachrichtensymbol entsprechen, dann ist 1 cps = 10 bps. Um die effektive Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen, werden verschiedene Methoden der Informationskomprimierung verwendet, die sowohl von den Modems selbst als auch von der Kommunikationssoftware implementiert werden.
Ein wesentliches Merkmal jedes Kommunikationssystems ist die Zuverlässigkeit der übertragenen Informationen. Zuverlässigkeit der Informationsübertragung oder Fehlerrate(Error Ratio) wird entweder als Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Übertragung eines Datenblocks geschätzt oder als Verhältnis der Anzahl der irrtümlich übertragenen Bits zur Gesamtanzahl der übertragenen Bits (Einheit: Anzahl der Fehler pro Vorzeichen - Fehler / Vorzeichen ) Zum Beispiel entspricht eine Wahrscheinlichkeit von 0,999 1 Fehler pro 1000 Bit (sehr schlechter Kanal). Das erforderliche Vertrauensniveau sollte sowohl durch die Kanalausrüstung als auch durch den Zustand der Kommunikationsleitung bereitgestellt werden. Es ist unpraktisch, teure Geräte zu verwenden, wenn die Kommunikationsleitung nicht die notwendigen Anforderungen an die Störfestigkeit erfüllt.
Bei der Übertragung von Daten in Computernetzwerken sollte dieser Indikator im Bereich von 10 -8 -10 -12 Fehler / Vorzeichen liegen, d.h. Pro 100 Millionen übertragenen Bits ist nicht mehr als ein Fehler zulässig. Zum Vergleich: Die zulässige Fehlerzahl in der Telegrafenkommunikation beträgt ca. 3 · 10 -5 pro Zeichen.
Schließlich wird die Zuverlässigkeit eines Kommunikationssystems entweder durch den Anteil der Betriebszeit an der Gesamtbetriebszeit oder durch die durchschnittliche Betriebszeit in Stunden bestimmt. Mit dem zweiten Merkmal können Sie die Zuverlässigkeit des Systems besser beurteilen.
Für Computernetzwerke sollte die MTBF groß genug sein und mindestens mehrere tausend Stunden betragen.
Die Internetgeschwindigkeit ist die Menge an Informationen, die ein Computer über einen bestimmten Zeitraum empfängt und überträgt. Nun wird dieser Parameter meistens in Megabit pro Sekunde gemessen, aber dies ist nicht der einzige Wert, es können auch Kilobit pro Sekunde verwendet werden. Gigabit wird im Alltag noch nicht genutzt.
Dabei wird die Größe der übertragenen Dateien in der Regel in Bytes gemessen, die Zeit wird jedoch nicht berücksichtigt. Beispiel: Byte, MB oder GB.
Es ist sehr einfach, die Zeit zu berechnen, die zum Herunterladen einer Datei aus dem Netzwerk benötigt wird mit einfache Formel... Es ist bekannt, dass die geringste Menge an Informationen ein bisschen ist. Dann kommt ein Byte, das 8 Bit Informationen enthält. Somit können Sie mit einer Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde (10/8 = 1,25) 1,25 Megabyte pro Sekunde übertragen. Nun, 100 Mbit/s - 12,5 Megabyte (100/8).
Sie können auch berechnen, wie lange es dauert, eine Datei einer bestimmten Größe aus dem Internet herunterzuladen. Zum Beispiel kann ein 2 GB großer Film, der mit einer Geschwindigkeit von 100 Megabit pro Sekunde heruntergeladen wurde, in 3 Minuten heruntergeladen werden. 2 GB sind 2048 Megabyte, was durch 12,5 geteilt werden sollte. Wir erhalten 163 Sekunden, was etwa 3 Minuten entspricht.
Leider sind nicht alle mit den Einheiten vertraut, in denen Informationen üblicherweise gemessen werden, daher erwähnen wir die wichtigsten Einheiten:
1 Byte ist 8 Bit
1 Kilobyte (KB) entspricht 1024 Byte
1 Megabyte (MB) entspricht 1024 KB
1 Gigabyte (GB) entspricht jeweils 1024 MB
1 Terabyte - 1024 GB
Was beeinflusst die Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit, mit der das Internet auf dem Gerät funktioniert, hängt in erster Linie von folgenden Faktoren ab:
Von Tarifplan vom Anbieter bereitgestellt
Von der Bandbreite des Kanals. Der Anbieter stellt den Abonnenten oft die Gesamtgeschwindigkeit zur Verfügung. Das heißt, der Kanal ist in alle unterteilt, und wenn alle Benutzer das Netzwerk aktiv nutzen, kann sich auch die Geschwindigkeit verringern.
Vom Standort und den Einstellungen der Site, auf die der Benutzer zugreift. Einige Ressourcen haben Einschränkungen und erlauben es nicht, einen bestimmten Schwellenwert beim Laden zu überschreiten. Außerdem kann sich die Site auf einem anderen Kontinent befinden, was sich ebenfalls auf das Laden auswirkt. 
In einigen Fällen wird die Datenübertragungsrate sowohl von externen als auch internen Faktoren beeinflusst, darunter:
Standort des Servers, auf den zugegriffen wird
Anpassung und Breite WLAN-Kanal Router, wenn die Verbindung "over the air" ist
Auf dem Gerät ausgeführte Anwendungen
Antiviren und Firewalls
Betriebssystem- und PC-Setup
