Telekomunikacja - Telecommunications

Stacja naziemna w obiekcie łączności satelitarnej w Raisting, Bawaria, Niemcy
Wizualizacja z Projektu Opte różnych tras przez część Internetu

Telekomunikacja to przesyłanie informacji za pomocą różnego rodzaju technologii za pośrednictwem systemów przewodowych , radiowych, optycznych lub innych systemów elektromagnetycznych . Wywodzi się z pragnienia ludzi, by porozumiewać się na odległość większą niż to możliwe ludzkim głosem , ale z podobną skalą celowości; w związku z tym wolne systemy (takie jak poczta ) są wykluczone z pola.

Do nośników transmisji w telekomunikacji ewoluowały przez wiele etapów technologii, z sygnałów nawigacyjnych i innych sygnałów optycznych (takie jak sygnały dymu , semaforów telegrafów , flagi sygnału i optycznych heliographs ), do przewodu elektrycznego i promieniowania elektromagnetycznego , takich jak światło. Takie ścieżki transmisji są często dzielone na kanały komunikacyjne , które mają zalety multipleksowania wielu jednoczesnych sesji komunikacyjnych . Telekomunikacja jest często używana w liczbie mnogiej.

Inne przykłady przednowoczesnej komunikacji na duże odległości obejmowały komunikaty dźwiękowe, takie jak zakodowane uderzenia w bębny , rogi dmuchane w płuca i głośne gwizdki . Technologie XX i XXI wieku służące do komunikacji na duże odległości zazwyczaj obejmują technologie elektryczne i elektromagnetyczne, takie jak telegraf , telefon, telewizja i dalekopis , sieci , radio, transmisja mikrofalowa , światłowody i satelity komunikacyjne .

Rewolucja w komunikacji bezprzewodowej rozpoczęła się w pierwszej dekadzie XX wieku wraz z pionierskimi osiągnięciami w komunikacji radiowej przez Guglielmo Marconiego , który w 1909 roku zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki , oraz innych znaczących pionierów i twórców w dziedzinie telekomunikacji elektrycznej i elektronicznej . Należą do nich Charles Wheatstone i Samuel Morse (wynalazcy telegrafu), Antonio Meucci i Alexander Graham Bell (niektórzy z wynalazców i twórców telefonu, patrz Wynalezienie telefonu ), Edwin Armstrong i Lee de Forest (wynalazcy radia), a także Vladimira K. Zworykina , Johna Logie Bairda i Philo Farnswortha (niektórzy z wynalazców telewizji).

Zgodnie z art 1.3 z rozporządzeniami radiowymi (RR), telekomunikacja jest zdefiniowany jako «dowolnej transmisji , emisji i odbioru znaków, sygnałów, tekstów, obrazów i dźwięków lub inteligencji jakiejkolwiek natury przez drut , radiowych, optycznych lub innych elektromagnetycznych systemów . » Definicja ta jest identyczna z definicjami zawartymi w Aneksie do Konstytucji i Konwencji Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (Genewa, 1992).

Wczesne sieci telekomunikacyjne były tworzone z przewodami miedzianymi jako fizycznym medium do transmisji sygnałów. Przez wiele lat sieci te były wykorzystywane do podstawowych usług telefonicznych, czyli głosu i telegramów. Od połowy lat 90., wraz ze wzrostem popularności internetu, głos był stopniowo wypierany przez dane. Wkrótce pokazało to ograniczenia miedzi w transmisji danych, co skłoniło do rozwoju optyki.

Etymologia

Słowo telekomunikacja jest połączeniem greckiego przedrostka tele (τῆλε), oznaczającego „ odległy” , „ daleko” lub „ daleko” oraz łacińskiego „ communicare” oznaczającego dzielić się . Jego współczesne zastosowanie zostało zaadaptowane z francuskiego, ponieważ jego użycie na piśmie zostało zarejestrowane w 1904 roku przez francuskiego inżyniera i powieściopisarza Édouarda Estaunié . Komunikacja została po raz pierwszy użyta jako angielskie słowo pod koniec XIV wieku. Pochodzi od starofrancuskiego comunicacion (14 w., współczesna komunikacja francuska), z łac. communicationem (mianownik communicatio), rzeczownik działania od imiesłowu czasu przeszłego rdzeń communicare „dzielić, rozdzielać; komunikować, udzielać, informować; łączyć, łączyć, uczestniczyć w”, dosłownie „uwspólniać”, z communis”.

Historia

Latarnie i gołębie

Replika jednej z wież semaforowych Chappe

Gołębie pocztowe były od czasu do czasu wykorzystywane w różnych kulturach. Słup gołębi miał korzenie perskie , a później był używany przez Rzymian do pomocy wojsku. Frontinus powiedział, że Juliusz Cezar używał gołębi jako posłańców w swoim podboju Galii . Do Grecy przenoszone również nazwiska zwycięzców w igrzyskach olimpijskich do różnych miast korzystających gołębi pocztowych. Na początku XIX wieku rząd holenderski używał tego systemu na Jawie i Sumatrze . A w 1849 roku Paul Julius Reuter uruchomił serwis gołębi, aby przenosić ceny akcji między Akwizgranem a Brukselą , usługę, która działała przez rok, dopóki luka w łączu telegraficznym nie została zamknięta.

W średniowieczu łańcuchy radiolatarni były powszechnie używane na szczytach wzgórz jako środek przekazywania sygnału. Wadą łańcuchów beaconów było to, że mogły przekazywać tylko jeden bit informacji, więc znaczenie wiadomości, takie jak „zauważono wroga”, musiało być wcześniej uzgodnione. Jednym z godnych uwagi przypadków ich użycia było podczas hiszpańskiej Armady , kiedy łańcuch radiolatarni przekazał sygnał z Plymouth do Londynu.

W 1792 roku francuski inżynier Claude Chappe zbudował pierwszy stały system telegrafii wizualnej (lub linię semaforową ) między Lille a Paryżem. Jednak semafor cierpiał z powodu zapotrzebowania na wykwalifikowanych operatorów i drogie wieże w odstępach od dziesięciu do trzydziestu kilometrów (sześć do dziewiętnastu mil). W wyniku konkurencji ze strony telegrafu elektrycznego ostatnią linię handlową zlikwidowano w 1880 roku.

Telegraf i telefon

25 lipca 1837 roku angielski wynalazca Sir William Fothergill Cooke i angielski naukowiec Sir Charles Wheatstone zademonstrowali pierwszy komercyjny telegraf elektryczny . Obaj wynalazcy postrzegali swoje urządzenie jako „ulepszenie [istniejącego] telegrafu elektromagnetycznego”, a nie jako nowe urządzenie.

Samuel Morse niezależnie opracował wersję telegrafu elektrycznego, którą bez powodzenia zademonstrował 2 września 1837 roku. Jego kod był ważnym postępem w stosunku do metody sygnalizacji Wheatstone'a. Pierwszy transatlantycki kabel telegraficzny został pomyślnie ukończony 27 lipca 1866 roku, umożliwiając po raz pierwszy transatlantycką telekomunikację.

Konwencjonalny telefon został opatentowany przez Alexandra Bella w 1876 roku. Elisha Gray również złożyła zastrzeżenie dla niego w 1876 roku. Gray porzucił swoje zastrzeżenie, a ponieważ nie zakwestionował pierwszeństwa Bella, egzaminator zatwierdził patent Bella 3 marca 1876 roku. Gray złożył zastrzeżenie dla telefonu o zmiennym oporze, ale Bell jako pierwszy zapisał pomysł i jako pierwszy przetestował go w telefonie.[88] Antonio Meucci wynalazł urządzenie, które umożliwiało elektryczną transmisję głosu przez linię prawie trzydzieści lat wcześniej, w 1849 roku, ale jego urządzenie miało niewielką wartość praktyczną, ponieważ opierało się na efekcie elektrofonicznym, wymagającym od użytkowników umieszczenia odbiornika w ustach, aby „słyszeć” . Pierwsze komercyjne usługi telefoniczne zostały utworzone przez Bell Telephone Company w 1878 i 1879 roku po obu stronach Atlantyku w miastach New Haven i Londynie.

Radio i telewizja

Począwszy od 1894 r. włoski wynalazca Guglielmo Marconi zaczął rozwijać komunikację bezprzewodową, wykorzystując nowo odkryte zjawisko fal radiowych , pokazując w 1901 r., że mogą one być przesyłane przez Ocean Atlantycki. To był początek bezprzewodowej telegrafii radiowej. Głos i muzyka zostały zademonstrowane w 1900 i 1906 roku, ale odniosły niewielki sukces.

Komunikacja fal milimetrowych została po raz pierwszy zbadana przez bengalskiego fizyka Jagadisha Chandrę Bose'a w latach 1894-1896, kiedy w swoich eksperymentach osiągnął niezwykle wysoką częstotliwość do 60 GHz . Wprowadził także zastosowanie półprzewodnikowych skrzyżowaniach do wykrywania fal radiowych, kiedy opatentowany radia detektor kryształu w 1901 roku.  

I wojna światowa przyspieszyła rozwój radia dla łączności wojskowej . Po wojnie komercyjne nadawanie radiowe AM rozpoczęło się w latach dwudziestych i stało się ważnym środkiem masowego przekazu rozrywki i wiadomości. II wojna światowa ponownie przyspieszyła rozwój radia na potrzeby wojennej łączności lotniczej i lądowej, radionawigacji i radaru. Rozwój stereofonicznego nadawania radia FM odbywał się od lat 30. w Stanach Zjednoczonych i wyparł AM jako dominujący standard komercyjny w latach 60. i 70. w Wielkiej Brytanii.

25 marca 1925 roku John Logie Baird zademonstrował transmisję ruchomych obrazów w londyńskim domu towarowym Selfridges . Urządzenie Bairda opierało się na dysku Nipkowa i dlatego stało się znane jako telewizja mechaniczna . Stanowiło podstawę eksperymentalnych audycji prowadzonych przez British Broadcasting Corporation począwszy od 30 września 1929 roku. Jednak większość telewizorów XX wieku była zależna od kineskopu wynalezionego przez Karla Brauna . Pierwsza obiecująca wersja takiego telewizora została wyprodukowana przez Philo Farnswortha i zademonstrowana jego rodzinie 7 września 1927 roku. Po II wojnie światowej przerwano eksperymenty w telewizji, która stała się także ważną audycją domowej rozrywki. średni.

Zawory termionowe

Typ urządzenia znany jako rura termionowa lub zawór termionowy wykorzystuje zjawisko emisji elektronów z rozgrzanej katody i jest używany do szeregu podstawowych funkcji elektronicznych, takich jak wzmacnianie sygnału i prostowanie prądu .

Typy nietermiczne , takie jak fototuby próżniowe, osiągają jednak emisję elektronów poprzez efekt fotoelektryczny i są wykorzystywane m.in. do wykrywania poziomów światła. W obu typach elektrony są przyspieszane od katody do anody przez pole elektryczne w rurze.

Najprostsza lampa próżniowa, dioda wynaleziona w 1904 roku przez Johna Ambrose Fleminga , zawiera tylko rozgrzaną katodę emitującą elektrony i anodę. Elektrony mogą przepływać przez urządzenie tylko w jednym kierunku – od katody do anody. Dodanie jednej lub więcej siatek kontrolnych w rurze pozwala na kontrolowanie prądu pomiędzy katodą a anodą przez napięcie na siatce lub siatkach. Urządzenia te stały się kluczowym elementem obwodów elektronicznych w pierwszej połowie XX wieku. Były one kluczowe znaczenie dla rozwoju radia, telewizji, radaru, nagrywania dźwięku i reprodukcji , sieci telefonicznych długodystansowych oraz analogowych i cyfrowych wcześnie komputerów . Chociaż niektóre aplikacje wykorzystywały wcześniejsze technologie, takie jak nadajnik iskiernikowy dla komputerów radiowych lub mechanicznych do komputerów, to wynalazek termionowej lampy próżniowej sprawił, że te technologie stały się powszechne i praktyczne oraz stworzyły dyscyplinę elektroniki .

W 1940 wynalazek półprzewodnikowych stało się możliwe wytwarzanie półprzewodnikowych urządzeń, które są mniejsze, bardziej skuteczne, niezawodne i trwałe i tańsze niż rury termokatodą. Od połowy lat 60. lampy termionowe zastępowano wówczas tranzystorem . Lampy termionowe nadal mają pewne zastosowania dla niektórych wzmacniaczy wysokiej częstotliwości.

Era półprzewodników

Współczesny okres w historii telekomunikacji od 1950 roku określany jest mianem ery półprzewodników , ze względu na szerokie zastosowanie urządzeń półprzewodnikowych w technice telekomunikacyjnej. Rozwój technologii tranzystorowej i przemysłu półprzewodnikowego umożliwił znaczne postępy w technologii telekomunikacyjnej i doprowadził do odejścia od państwowych sieci wąskopasmowych z komutacją łączy do prywatnych szerokopasmowych sieci z komutacją pakietów . Technologie półprzewodników tlenkowych (MOS), takie jak integracja na dużą skalę (LSI) i RF CMOS ( komplementarne częstotliwości radiowe MOS ), wraz z teorią informacji (taką jak kompresja danych ), doprowadziły do ​​przejścia z przetwarzania sygnałów analogowych na cyfrowe , wraz z wprowadzeniem telekomunikacji cyfrowej (takiej jak telefonia cyfrowa i media cyfrowe ) oraz komunikacji bezprzewodowej (takiej jak sieci komórkowe i telefonia komórkowa ), co doprowadziło do szybkiego rozwoju branży telekomunikacyjnej pod koniec XX wieku.

Tranzystory

Rozwój technologii tranzystorowej ma fundamentalne znaczenie dla nowoczesnej telekomunikacji elektronicznej . Pierwszy tranzystor, A tranzystor ostrzowy , został opracowany przez John Bardeen i Walter Houser Brattain w Bell Labs w 1947. MOSFET (metal-tlenek krzemu tranzystor polowy), znany również jako tranzystor MOS, później wynalazł Mohamed M. Atalla i Dawon Kahng w Bell Labs w 1959 roku. MOSFET to element konstrukcyjny lub „wół roboczy” rewolucji informacyjnej i ery informacji , a także najszerzej produkowane urządzenie w historii. Technologia MOS , w tym układy scalone MOS i MOSFETy mocy , napędza infrastrukturę komunikacyjną nowoczesnej telekomunikacji. Oprócz komputerów inne istotne elementy nowoczesnej telekomunikacji zbudowane z tranzystorów MOSFET to urządzenia mobilne , transceivery , moduły stacji bazowych , routery , wzmacniacze mocy RF , mikroprocesory , układy pamięci i obwody telekomunikacyjne .

Według prawa Edholm za The przepustowość od sieci telekomunikacyjnych została podwaja się co 18 miesięcy. Postępy w technologii MOS, w tym skalowanie MOSFET (zwiększające liczbę tranzystorów w tempie wykładniczym, jak przewiduje prawo Moore'a ), były najważniejszym czynnikiem przyczyniającym się do szybkiego wzrostu przepustowości w sieciach telekomunikacyjnych.

Sieci komputerowe i Internet

W dniu 11 września 1940 roku George Stibitz przesłał zadania do swojego kalkulatora liczb zespolonych w Nowym Jorku za pomocą dalekopisu i otrzymał obliczone wyniki z powrotem w Dartmouth College w New Hampshire . Ta konfiguracja scentralizowanego komputera ( mainframe ) ze zdalnymi terminalami głupimi pozostała popularna do lat siedemdziesiątych. Jednak już w latach sześćdziesiątych naukowcy zaczęli badać przełączanie pakietów , technologię, która asynchronicznie wysyła wiadomość w porcjach do miejsca docelowego bez przepuszczania jej przez scentralizowany komputer mainframe . Cztero- węzeł sieci pojawiły się w dniu 5 grudnia 1969, stanowiący początki ARPANET , która od 1981 roku wzrosła do 213 węzłów. ARPANET ostatecznie połączył się z innymi sieciami, tworząc Internet. Podczas gdy rozwój Internetu był przedmiotem zainteresowania Internet Engineering Task Force (IETF), który opublikował serię dokumentów Request for Comments , inne postępy w sieci pojawiły się w laboratoriach przemysłowych , takie jak rozwój sieci lokalnej (LAN) Ethernet (1983) i Token Pierścień (1984).

Telekomunikacja bezprzewodowa

Rewolucja bezprzewodowy rozpoczęła się w 1990, wraz z pojawieniem się cyfrowych sieciach bezprzewodowych prowadzących do rewolucji społecznej, i zrywa z przewodowej do bezprzewodowej technologii, w tym proliferacji komercyjnych technologii bezprzewodowych, takich jak telefony komórkowe , telefonia komórkowa , pagery , bezprzewodowej komputera sieci , sieci komórkowe , Internet bezprzewodowy oraz komputery przenośne i podręczne z połączeniami bezprzewodowymi. Rewolucja bezprzewodowa została wywołana postępami w dziedzinie częstotliwości radiowych (RF) i inżynierii mikrofalowej oraz przejściem z technologii analogowej na cyfrową. Postępy w technologii tranzystorów polowych typu metal-tlenek-półprzewodnik (MOSFET lub MOS tranzystor), kluczowego elementu technologii RF, która umożliwia tworzenie cyfrowych sieci bezprzewodowych, były kluczowe dla tej rewolucji, w tym urządzeń MOS, takich jak MOSFET mocy , LDMOS i RF CMOS .

Cyfrowe media

Praktyczna dystrybucja i przesyłanie strumieniowe multimediów cyfrowych były możliwe dzięki postępowi w kompresji danych , ze względu na niepraktycznie wysokie wymagania dotyczące pamięci, przechowywania i przepustowości nieskompresowanych multimediów. Najważniejszą techniką kompresji jest dyskretna transformata kosinusowa (DCT), algorytm kompresji stratnej , który został po raz pierwszy zaproponowany jako technika kompresji obrazu w 1972 roku. Realizacja i demonstracja, 29 października 2001 roku, pierwszej w Europie cyfrowej transmisji kinowej drogą satelitarną pełnometrażowy film Bernarda Pauchona, Alaina Lorentza, Raymonda Melwiga i Philippe'a Binanta.

Wzrost zdolności przesyłowych

Efektywna zdolność wymiany informacji na całym świecie za pośrednictwem dwukierunkowych sieci telekomunikacyjnych wzrosła z 281 petabajtów (pB) optymalnie skompresowanych informacji w 1986 r., do 471 pB w 1993 r., do 2,2 eksabajtów (eB) w 2000 r. i 65 eB w 2007 r. jest ekwiwalentem informacyjnym dwóch stron gazet na osobę dziennie w 1986 r. i sześciu całych gazet na osobę dziennie do 2007 r. Biorąc pod uwagę ten wzrost, telekomunikacja odgrywa coraz większą rolę w światowej gospodarce, a globalny przemysł telekomunikacyjny wyniósł około 4,7 USD biliona w sektorze w 2012 r. Przychody z usług globalnego przemysłu telekomunikacyjnego oszacowano na 1,5 bln USD w 2010 r., co odpowiada 2,4% światowego produktu krajowego brutto (PKB).

Koncepcje techniczne

Nowoczesna telekomunikacja opiera się na szeregu kluczowych koncepcji, które doświadczyły progresywnego rozwoju i udoskonalenia w okresie ponad stu lat.

Podstawowe elementy

Technologie telekomunikacyjne można przede wszystkim podzielić na metody przewodowe i bezprzewodowe. Ogólnie rzecz biorąc, podstawowy system telekomunikacyjny składa się z trzech głównych części, które zawsze występują w takiej czy innej formie:

Na przykład w stacji radiowej nadajnikiem jest duży wzmacniacz mocy stacji; a antena nadawcza jest interfejsem między wzmacniaczem mocy a „kanałem wolnej przestrzeni”. Kanał wolnej przestrzeni jest medium transmisyjnym; a antena odbiornika jest interfejsem między kanałem wolnej przestrzeni a odbiornikiem. Następnie odbiornik radiowy jest miejscem docelowym sygnału radiowego i tam jest przekształcany z energii elektrycznej na dźwięk, aby ludzie mogli go słuchać.

Czasami systemy telekomunikacyjne to systemy „duplex” (systemy dwukierunkowe) z pojedynczą skrzynką elektroniki pracującą zarówno jako nadajnik i odbiornik, jak i transceiver . Na przykład telefon komórkowy jest urządzeniem nadawczo-odbiorczym. Elektronika transmisyjna i elektronika odbiornika w transceiverze są w rzeczywistości całkiem niezależne od siebie. Można to łatwo wytłumaczyć faktem, że nadajniki radiowe zawierają wzmacniacze mocy, które działają z mocą elektryczną mierzoną w watach lub kilowatach, ale odbiorniki radiowe radzą sobie z mocami radiowymi mierzonymi w mikrowatach lub nanowatach . Dlatego nadajniki-odbiorniki muszą być starannie zaprojektowane i zbudowane, aby odizolować od siebie obwody dużej mocy i obwody małej mocy, aby nie powodować zakłóceń.

Telekomunikacja za pośrednictwem linii stacjonarnych nazywana jest komunikacją punkt-punkt, ponieważ odbywa się między jednym nadajnikiem a jednym odbiornikiem. Telekomunikacja za pośrednictwem transmisji radiowych nazywana jest komunikacją rozgłoszeniową, ponieważ odbywa się między jednym potężnym nadajnikiem a wieloma wrażliwymi odbiornikami radiowymi o małej mocy.

Telekomunikacja, w której zaprojektowano wiele nadajników i wiele odbiorników do współpracy i współdzielenia tego samego kanału fizycznego, nazywamy systemami multipleksowymi . Współdzielenie kanałów fizycznych z wykorzystaniem multipleksacji często daje bardzo duże redukcje kosztów. Systemy multipleksowe są rozmieszczane w sieciach telekomunikacyjnych, a zmultipleksowane sygnały są przełączane w węzłach do właściwego docelowego odbiornika końcowego.

Komunikacja analogowa kontra cyfrowa

Sygnały komunikacyjne mogą być przesyłane sygnałami analogowymi lub cyfrowymi . Istnieją systemy komunikacji analogowej i systemy komunikacji cyfrowej . W przypadku sygnału analogowego sygnał jest zmieniany w sposób ciągły w odniesieniu do informacji. W sygnale cyfrowym informacja jest zakodowana jako zbiór wartości dyskretnych (na przykład zbiór jedynek i zer). Podczas propagacji i odbioru informacje zawarte w sygnałach analogowych będą nieuchronnie degradowane przez niepożądany szum fizyczny . (Wyjście nadajnika jest wolne od szumów dla wszystkich praktycznych celów.) Zwykle szum w systemie komunikacyjnym może być wyrażony jako dodawanie lub odejmowanie od pożądanego sygnału w całkowicie losowy sposób . Ta forma szumu nazywana jest szumem addytywnym , przy założeniu, że szum może być ujemny lub dodatni w różnych momentach czasu. Hałas, który nie jest hałasem addytywnym, jest o wiele trudniejszą sytuacją do opisania lub analizy, a te inne rodzaje hałasu zostaną tutaj pominięte.

Z drugiej strony, o ile dodatkowe zakłócenia szumowe nie przekroczą pewnego progu, informacje zawarte w sygnałach cyfrowych pozostaną nienaruszone. Ich odporność na zakłócenia stanowi kluczową przewagę sygnałów cyfrowych nad sygnałami analogowymi.

Kanały komunikacji

Termin „kanał” ma dwa różne znaczenia. W jednym znaczeniu kanał jest fizycznym medium, które przenosi sygnał między nadajnikiem a odbiornikiem. Przykładami tego są atmosfera do komunikacji dźwiękowej, szklane światłowody do niektórych rodzajów komunikacji optycznej , kable koncentryczne do komunikacji za pomocą napięć i prądów elektrycznych w nich oraz wolna przestrzeń do komunikacji wykorzystującej światło widzialne , fale podczerwone , światło ultrafioletowe , i fale radiowe . Typy kabli koncentrycznych są klasyfikowane według typu RG lub „radioprzewodnika”, terminologii wywodzącej się z II wojny światowej. Różne oznaczenia RG są używane do klasyfikowania konkretnych zastosowań transmisji sygnału. Ten ostatni kanał nazywa się „kanałem wolnej przestrzeni”. Wysyłanie fal radiowych z jednego miejsca do drugiego nie ma nic wspólnego z obecnością lub brakiem atmosfery między nimi. Fale radiowe przemieszczają się w doskonałej próżni tak łatwo, jak przechodzą przez powietrze, mgłę, chmury lub jakikolwiek inny rodzaj gazu.

Inne znaczenie terminu „kanał” w telekomunikacji jest widoczne w wyrażeniu kanał komunikacyjny , który jest podpodziałem medium transmisyjnego tak, że może być używany do jednoczesnego wysyłania wielu strumieni informacji. Na przykład jedna stacja radiowa może nadawać fale radiowe w wolną przestrzeń na częstotliwościach w pobliżu 94,5  MHz (megaherców), podczas gdy inna stacja radiowa może jednocześnie nadawać fale radiowe na częstotliwościach w pobliżu 96,1 MHz. Każda stacja radiowa transmitowałaby fale radiowe w paśmie częstotliwości około 180  kHz (kiloherc), wyśrodkowane na częstotliwościach takich jak powyższe, które są nazywane „częstotliwościami nośnymi” . Każda stacja w tym przykładzie jest oddzielona od sąsiednich stacji o 200 kHz, a różnica między 200 kHz a 180 kHz (20 kHz) jest inżynierską poprawką na niedoskonałości systemu komunikacyjnego.

W powyższym przykładzie „kanał wolnej przestrzeni” został podzielony na kanały komunikacyjne zgodnie z częstotliwościami , a każdemu kanałowi przypisano oddzielne pasmo częstotliwości, w którym emitowane są fale radiowe. Ten system dzielenia medium na kanały według częstotliwości nazywany jest „ multipleksowaniem z podziałem częstotliwości ”. Innym terminem dla tej samej koncepcji jest „ multipleksowanie z podziałem długości fali ”, które jest częściej używane w komunikacji optycznej, gdy wiele nadajników współdzieli to samo medium fizyczne.

Innym sposobem podziału medium komunikacyjnego na kanały jest przydzielenie każdemu nadawcy powtarzającego się odcinka czasu („przedziału czasowego”, na przykład 20 milisekund z każdej sekundy) i umożliwienie każdemu nadawcy wysyłania wiadomości tylko w swoim własnym czasie otwór. Ta metoda podziału medium na kanały komunikacyjne nazywana jest „ multipleksowaniem z podziałem czasu ” ( TDM ) i jest stosowana w komunikacji światłowodowej. Niektóre systemy komunikacji radiowej wykorzystują TDM w przydzielonym kanale FDM. Dlatego systemy te wykorzystują hybrydę TDM i FDM.

Modulacja

Kształtowanie sygnału do przekazywania informacji jest znane jako modulacja . Modulacja może być wykorzystana do przedstawienia cyfrowego komunikatu jako analogowego kształtu fali. Jest to zwykle nazywane „kluczowania” -a termin pochodzi od starszych stosowania Morse'a w istnieje telekomunikacją i różne techniki blokującą (są to kluczowania przesunięcia fazowego , przesuwem częstotliwości i amplitudy zmiany biegów Keying ). Na przykład system „ Bluetooth ” wykorzystuje kluczowanie z przesunięciem fazowym do wymiany informacji między różnymi urządzeniami. Ponadto istnieją kombinacje kluczowania z przesunięciem fazy i kluczowania z przesunięciem amplitudy, które jest nazywane (w żargonie branżowym) „ kwadraturową modulacją amplitudy ” (QAM), które są stosowane w cyfrowych systemach łączności radiowej o dużej przepustowości.

Modulacja może być również wykorzystywana do przesyłania informacji o sygnałach analogowych o niskiej częstotliwości na wyższych częstotliwościach. Jest to pomocne, ponieważ sygnały analogowe o niskiej częstotliwości nie mogą być skutecznie przesyłane przez wolną przestrzeń. Dlatego informacje z sygnału analogowego o niskiej częstotliwości muszą zostać przetworzone na sygnał o wyższej częstotliwości (znany jako „ fala nośna ”) przed transmisją. Dostępnych jest kilka różnych schematów modulacji, aby to osiągnąć [dwa najbardziej podstawowe to modulacja amplitudy (AM) i modulacja częstotliwości (FM)]. Przykładem tego procesu jest odcisk głosu disc jockeya w fali nośnej 96 MHz przy użyciu modulacji częstotliwości (głos byłby wówczas odbierany w radiu jako kanał „96 FM”). Ponadto modulacja ma tę zaletę, że może wykorzystywać multipleksowanie z podziałem częstotliwości (FDM).

Sieci telekomunikacyjne

Sieć telekomunikacyjna to zbiór nadajników, odbiorników i kanałów komunikacyjnych, które przesyłają do siebie wiadomości. Niektóre sieci komunikacji cyfrowej zawierają jeden lub więcej routerów, które współpracują ze sobą w celu przesyłania informacji do właściwego użytkownika. Analogowa sieć komunikacyjna składa się z co najmniej jednego przełącznika, który nawiązuje połączenie między dwoma lub większą liczbą użytkowników. W przypadku obu typów sieci wzmacniacze mogą być konieczne do wzmocnienia lub odtworzenia sygnału, gdy jest on przesyłany na duże odległości. Ma to na celu zwalczanie tłumienia, które może sprawić, że sygnał będzie nie do odróżnienia od szumu. Kolejną zaletą systemów cyfrowych nad analogowymi jest to, że ich wyjście jest łatwiejsze do przechowywania w pamięci, tj. dwa stany napięciowe (wysoki i niski) są łatwiejsze do zapamiętania niż ciągły zakres stanów.

Wpływ społeczny

Telekomunikacja ma znaczący wpływ społeczny, kulturowy i ekonomiczny na współczesne społeczeństwo. Według szacunków w 2008 r. przychody branży telekomunikacyjnej wyniosły 4,7 biliona USD, czyli prawie trzy procent produktu światowego brutto (oficjalny kurs wymiany). Kilka kolejnych rozdziałów omawia wpływ telekomunikacji na społeczeństwo.

Mikroekonomia

W skali mikroekonomicznej firmy wykorzystały telekomunikację do budowy globalnych imperiów biznesowych. Jest to oczywiste w przypadku sklepu internetowego Amazon.com, ale według naukowca Edwarda Lenerta nawet konwencjonalny sprzedawca detaliczny Walmart skorzystał na lepszej infrastrukturze telekomunikacyjnej w porównaniu do swoich konkurentów. W miastach na całym świecie właściciele domów używają swoich telefonów do zamawiania i organizowania różnych usług domowych, od dostaw pizzy po elektryków. Zauważono, że nawet stosunkowo biedne społeczności wykorzystują telekomunikację na swoją korzyść. W Bangladeszu „s Norszinhdi , samodzielnie Wieśniacy używać telefonów komórkowych mówić bezpośrednio do hurtowni i zorganizować lepszą cenę dla swoich towarów. Na Wybrzeżu Kości Słoniowej plantatorzy kawy dzielą się telefonami komórkowymi, aby śledzić godzinowe wahania cen kawy i sprzedawać po najlepszej cenie.

Makroekonomia

W skali makroekonomicznej Lars-Hendrik Röller i Leonard Waverman zasugerowali związek przyczynowy między dobrą infrastrukturą telekomunikacyjną a wzrostem gospodarczym. Niewielu kwestionuje istnienie korelacji, chociaż niektórzy twierdzą, że postrzeganie związku jako przyczynowego jest błędne.

Ze względu na korzyści ekonomiczne płynące z dobrej infrastruktury telekomunikacyjnej narastają obawy o nierówny dostęp do usług telekomunikacyjnych w różnych krajach świata – zjawisko to jest znane jako przepaść cyfrowa . Badanie przeprowadzone w 2003 r. przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU) ujawniło, że w przybliżeniu jedna trzecia krajów ma mniej niż jeden abonament telefonii komórkowej na każde 20 osób, a jedna trzecia krajów ma mniej niż jeden abonament na telefon stacjonarny na każde 20 osób. Jeśli chodzi o dostęp do Internetu, w przybliżeniu w połowie wszystkich krajów mniej niż jedna na 20 osób ma dostęp do Internetu. Na podstawie tych informacji, a także danych edukacyjnych, ITU był w stanie skompilować indeks, który mierzy ogólną zdolność obywateli do dostępu i korzystania z technologii informacyjnych i komunikacyjnych. Korzystając z tego środka, Szwecja, Dania i Islandia uzyskały najwyższą pozycję, podczas gdy kraje afrykańskie – Nigeria, Burkina Faso i Mali – otrzymały najniższą pozycję.

Wpływ społeczny

Telekomunikacja odegrała znaczącą rolę w relacjach społecznych. Niemniej jednak urządzenia takie jak system telefoniczny były pierwotnie reklamowane z naciskiem na praktyczne wymiary urządzenia (takie jak możliwość prowadzenia działalności gospodarczej czy zamawiania usług domowych) w przeciwieństwie do wymiaru społecznego. Dopiero pod koniec lat 20. i 30. społeczny wymiar urządzenia stał się ważnym tematem w reklamach telefonicznych. Nowe promocje zaczęły odwoływać się do emocji konsumentów, podkreślając wagę rozmów towarzyskich i pozostawania w kontakcie z rodziną i przyjaciółmi.

Od tego czasu coraz ważniejsza staje się rola, jaką telekomunikacja odgrywa w stosunkach społecznych. W ostatnich latach drastycznie wzrosła popularność serwisów społecznościowych . Strony te pozwalają użytkownikom komunikować się ze sobą, a także publikować zdjęcia, wydarzenia i profile, aby inni mogli je zobaczyć. Profile mogą zawierać informacje o wieku, zainteresowaniach, preferencjach seksualnych i statusie związku danej osoby. W ten sposób witryny te mogą odgrywać ważną rolę we wszystkim, od organizowania spotkań towarzyskich po zaloty .

Zanim pojawiły się portale społecznościowe, technologie takie jak obsługa krótkich wiadomości (SMS) i telefon również miały znaczący wpływ na interakcje społeczne. W 2000 roku grupa badawcza Ipsos MORI poinformowała, że ​​81% użytkowników SMS-ów w wieku od 15 do 24 lat w Wielkiej Brytanii korzystało z usługi w celu koordynowania ustaleń społecznych, a 42% do flirtu.

Rozrywka, wiadomości i reklama

Preferencje Amerykanów dotyczące źródeł wiadomości w 2006 r.
Telewizja lokalna 59%
telewizja krajowa 47%
Radio 44%
Lokalna gazeta 38%
Internet 23%
Gazeta krajowa 12%
Ankieta pozwoliła na wiele odpowiedzi

W kategoriach kulturowych telekomunikacja zwiększyła publiczny dostęp do muzyki i filmu. Dzięki telewizji ludzie mogą oglądać filmy, których wcześniej nie widzieli we własnym domu, bez konieczności podróżowania do sklepu wideo lub kina. Dzięki radiu i Internetowi ludzie mogą słuchać muzyki, której wcześniej nie słyszeli, bez konieczności podróżowania do sklepu muzycznego.

Telekomunikacja zmieniła również sposób, w jaki ludzie odbierają wiadomości. W badaniu przeprowadzonym w 2006 roku (prawa tabela) wśród nieco ponad 3000 Amerykanów, przeprowadzonym przez organizacje non-profit Pew Internet i American Life Project w Stanach Zjednoczonych, większość wskazała telewizję lub radio nad gazetami.

Równie istotny wpływ na reklamę miała telekomunikacja. TNS Media Intelligence poinformował, że w 2007 r. 58% wydatków reklamowych w Stanach Zjednoczonych wydano na media zależne od telekomunikacji.

Wydatki na reklamę w USA w 2007 r.
Średni Wydatki
Internet 7,6% 11,31 miliarda dolarów
Radio 7,2% 10,69 miliarda dolarów
Telewizja kablowa 12,1% 18,02 miliarda dolarów
Konsorcjalna telewizja 2,8% 4,17 miliarda dolarów
Spot TV 11,3% 16,82 miliarda dolarów
Telewizja sieciowa 17,1% 25,42 miliarda dolarów
Gazeta 18,9% 28,22 miliarda dolarów
Czasopismo 20,4% 30,33 miliarda dolarów
Na wolnym powietrzu 2,7% 4,02 miliarda dolarów
Całkowity 100% 149 miliardów dolarów

Rozporządzenie

Wiele krajów uchwaliło przepisy zgodne z Międzynarodowymi Przepisami Telekomunikacyjnymi ustanowionymi przez Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU), który jest „wiodącą agencją ONZ ds. technologii informacyjnych i komunikacyjnych”. W 1947 r. na konferencji Atlantic City ITU postanowił „udzielić międzynarodowej ochrony wszystkim częstotliwościom zarejestrowanym na nowym międzynarodowym wykazie częstotliwości i używanym zgodnie z rozporządzeniem radiowym”. Zgodnie z Regulaminem Radiokomunikacyjnym ITU przyjętym w Atlantic City, wszystkie częstotliwości wymienione w Międzynarodowej Radzie Rejestracji Częstotliwości , zbadane przez radę i zarejestrowane na Międzynarodowej Liście Częstotliwości „mają prawo do międzynarodowej ochrony przed szkodliwymi zakłóceniami”.

Z perspektywy globalnej toczyły się debaty polityczne i ustawodawstwo dotyczące zarządzania telekomunikacją i nadawaniem. Historia nadawania omówiono niektóre debaty w odniesieniu do wyważania konwencjonalnego komunikacyjnych, takich jak drukowanie i telekomunikacyjnych, takich jak radiofonii. Początek II wojny światowej przyniósł pierwszą eksplozję propagandy międzynarodowej radiofonii i telewizji. Kraje, ich rządy, rebelianci, terroryści i milicjanci używają technik telekomunikacyjnych i nadawczych do promowania propagandy. Patriotyczna propaganda ruchów politycznych i kolonizacji rozpoczęła się w połowie lat 30. XX wieku. W 1936 r. BBC nadawała propagandę do świata arabskiego, aby częściowo przeciwdziałać podobnym audycjom z Włoch, które miały również interesy kolonialne w Afryce Północnej.

Współcześni rebelianci, tacy jak ci podczas ostatniej wojny w Iraku , często używają zastraszających rozmów telefonicznych, SMS-ów i rozpowszechniania wyrafinowanych filmów wideo z ataku na oddziały koalicji w ciągu kilku godzin po operacji. „Sunniccy powstańcy mają nawet własną stację telewizyjną Al-Zawraa , która mimo zakazu przez rząd iracki, nadal nadaje z Erbilu , irackiego Kurdystanu, mimo że naciski koalicji zmusiły ją do kilkukrotnej zmiany hostów satelitarnych”.

10 listopada 2014 r. prezydent Obama zalecił Federalnej Komisji Łączności przeklasyfikowanie szerokopasmowego Internetu jako usługi telekomunikacyjnej w celu zachowania neutralności sieci .

Nowoczesne media

Sprzedaż sprzętu na całym świecie

Według danych zebranych przez Gartner i Ars Technica sprzedaż głównego sprzętu telekomunikacyjnego konsumenckiego na całym świecie w milionach sztuk wyniosła:

Sprzęt / rok 1975 1980 1985 1990 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Komputery 0 1 8 20 40 75 100 135 130 175 230 280
Telefony komórkowe Nie dotyczy Nie dotyczy Nie dotyczy Nie dotyczy Nie dotyczy Nie dotyczy 180 400 420 660 830 1000

Telefon

Światłowód zapewnia tańszą przepustowość do komunikacji na duże odległości.

W sieci telefonicznej dzwoniący jest połączony z osobą, z którą chce rozmawiać, za pomocą przełączników w różnych centralach telefonicznych . Przełączniki tworzą połączenie elektryczne między dwoma użytkownikami, a ustawienie tych przełączników jest określane elektronicznie, gdy dzwoniący wybiera numer. Po nawiązaniu połączenia głos dzwoniącego jest przekształcany na sygnał elektryczny za pomocą małego mikrofonu w słuchawce dzwoniącego . Ten sygnał elektryczny jest następnie przesyłany przez sieć do użytkownika na drugim końcu, gdzie jest przekształcany z powrotem w dźwięk przez mały głośnik w słuchawce tej osoby.

Od 2015 r. telefony stacjonarne w większości domów są analogowe — to znaczy głos mówiącego bezpośrednio określa napięcie sygnału. Chociaż połączenia na krótkie odległości mogą być obsługiwane od końca do końca jako sygnały analogowe, coraz częściej dostawcy usług telefonicznych w sposób przezroczysty przekształcają sygnały na sygnały cyfrowe w celu transmisji. Zaletą tego jest to, że cyfrowe dane głosowe mogą być przesyłane obok danych z Internetu i mogą być doskonale odtwarzane w komunikacji na duże odległości (w przeciwieństwie do sygnałów analogowych, na które nieuchronnie wpływa szum).

Telefony komórkowe miały znaczący wpływ na sieci telefoniczne. Na wielu rynkach abonamenty na telefony komórkowe przewyższają liczbę abonamentów stacjonarnych. Sprzedaż telefonów komórkowych w 2005 r. wyniosła 816,6 mln, przy czym liczba ta została podzielona prawie równo na rynki Azji/Pacyfiku (204 mln), Europy Zachodniej (164 mln), CEMEA (Europa Środkowa, Bliski Wschód i Afryka) (153,5 mln). , Ameryka Północna (148 m) i Ameryka Łacińska (102 m). Pod względem liczby nowych subskrypcji w ciągu pięciu lat od 1999 r. Afryka wyprzedziła inne rynki z 58,2% wzrostem. Coraz częściej telefony te są obsługiwane przez systemy, w których treść głosowa jest przesyłana cyfrowo, takie jak GSM lub W-CDMA, a wiele rynków decyduje się na wycofanie systemów analogowych, takich jak AMPS .

Za kulisami nastąpiły również dramatyczne zmiany w komunikacji telefonicznej. Począwszy od eksploatacji TAT-8 w 1988 roku, w latach 90. upowszechniły się systemy oparte na światłowodach. Zaletą komunikacji ze światłowodami jest to, że oferują one drastyczny wzrost pojemności danych. Sam TAT-8 był w stanie wykonać 10 razy więcej rozmów telefonicznych niż ostatni ułożony wówczas kabel miedziany, a dzisiejsze kable światłowodowe są w stanie wykonać 25 razy więcej rozmów telefonicznych niż TAT-8. Ten wzrost pojemności danych wynika z kilku czynników: Po pierwsze, światłowody są fizycznie znacznie mniejsze niż konkurencyjne technologie. Po drugie, nie występują w nich przesłuchy, co oznacza, że ​​kilkaset z nich można łatwo połączyć w jeden kabel. Wreszcie, ulepszenia w multipleksowaniu doprowadziły do ​​wykładniczego wzrostu pojemności danych pojedynczego światłowodu.

Wspomaganiem komunikacji w wielu nowoczesnych sieciach światłowodowych jest protokół znany jako tryb transferu asynchronicznego (ATM). Protokół ATM pozwala na transmisję danych side-by-side, o której mowa w akapicie drugim. Nadaje się do publicznych sieci telefonicznych, ponieważ ustanawia ścieżkę danych przez sieć i wiąże z nią umowę o ruchu . Kontrakt ruchu jest zasadniczo umową między klientem a siecią dotyczącą sposobu, w jaki sieć ma obsługiwać dane; jeśli sieć nie może spełnić warunków umowy o ruchu, nie akceptuje połączenia. Jest to ważne, ponieważ rozmowy telefoniczne mogą negocjować umowę, aby zagwarantować sobie stałą przepływność, co zapewni, że głos rozmówcy nie zostanie częściowo opóźniony lub całkowicie odcięty. Istnieją konkurenci dla ATM, tacy jak Multiprotocol Label Switching (MPLS), którzy wykonują podobne zadanie i mają zastąpić ATM w przyszłości.

Radio i telewizja

Standardy telewizji cyfrowej i ich przyjęcie na całym świecie

W systemie nadawczym centralna wieża nadawcza dużej mocy przesyła falę elektromagnetyczną o wysokiej częstotliwości do wielu odbiorników o małej mocy. Fala wysokiej częstotliwości wysyłana przez wieżę jest modulowana sygnałem zawierającym informacje wizualne lub dźwiękowe. Odbiornik jest następnie dostrajany tak, aby odbierać falę o wysokiej częstotliwości, a demodulator jest używany do odzyskiwania sygnału zawierającego informację wizualną lub dźwiękową. Sygnał rozgłoszeniowy może być albo analogowy (sygnał zmienia się w sposób ciągły w odniesieniu do informacji) albo cyfrowy (informacja jest kodowana jako zestaw wartości dyskretnych).

Przemysł mediów nadawczych jest w krytycznym punkcie zwrotnym w jego rozwoju, ze w wielu krajach przejście z analogowej do transmisji cyfrowej. Ten ruch jest możliwy dzięki produkcji tańszych, szybszych i bardziej wydajnych układów scalonych . Główną zaletą transmisji cyfrowych jest to, że zapobiegają szeregowi skarg typowych dla tradycyjnych transmisji analogowych. W przypadku telewizji obejmuje to eliminację problemów, takich jak zaśnieżone obrazy , zjawy i inne zniekształcenia. Dzieje się tak ze względu na charakter transmisji analogowej, co oznacza, że ​​zakłócenia spowodowane szumem będą widoczne na wyjściu końcowym. Transmisja cyfrowa rozwiązuje ten problem, ponieważ sygnały cyfrowe są redukowane do wartości dyskretnych po odbiorze, a zatem małe zakłócenia nie wpływają na końcowy sygnał wyjściowy. W uproszczonym przykładzie, jeśli wiadomość binarna 1011 zostałaby przesłana z amplitudami sygnału [1,0 0,0 1,0 1,0] i odebrana z amplitudami sygnału [0,9 0,2 1,1 0,9], to nadal dekodowałaby do wiadomości binarnej 1011 — doskonałe odwzorowanie tego, co zostało wysłane. Na tym przykładzie widać również problem z transmisją cyfrową polegający na tym, że jeśli szum jest wystarczająco duży, może znacząco zmienić odkodowaną wiadomość. Korzystając z korekcji błędów do przodu, odbiornik może skorygować kilka błędów bitowych w otrzymanym komunikacie, ale zbyt duży szum doprowadzi do niezrozumiałych danych wyjściowych, a tym samym do awarii transmisji.

W telewizji cyfrowej istnieją trzy konkurencyjne standardy, które prawdopodobnie zostaną przyjęte na całym świecie. Są to standardy ATSC , DVB i ISDB ; dotychczasowe przyjęcie tych standardów przedstawiono na opisanej mapie. Wszystkie trzy standardy używają MPEG-2 do kompresji wideo. ATSC używa Dolby Digital AC-3 do kompresji dźwięku, ISDB używa zaawansowanego kodowania audio (MPEG-2 część 7) a DVB nie ma standardu kompresji dźwięku, ale zwykle używa MPEG-1 część 3 warstwy 2. Wybór modulacji również różni się między schematy. W cyfrowej transmisji dźwięku standardy są znacznie bardziej ujednolicone, a praktycznie wszystkie kraje decydują się na przyjęcie standardu Digital Audio Broadcasting (znanego również jako standard Eureka 147 ). Wyjątkiem są Stany Zjednoczone, które zdecydowały się na przyjęcie HD Radio . Radio HD, w przeciwieństwie do Eureka 147, opiera się na metodzie transmisji znanej jako transmisja w paśmie na kanale, która umożliwia przekazywanie informacji cyfrowych w normalnych transmisjach analogowych AM lub FM.

Jednak pomimo zbliżającego się przejścia na telewizję cyfrową, w większości krajów nadal nadawana jest telewizja analogowa. Wyjątkiem są Stany Zjednoczone, które 12 czerwca 2009 r. zakończyły transmisję telewizji analogowej (przez wszystkie stacje telewizyjne o bardzo małej mocy), po dwukrotnym opóźnieniu terminu przejścia. Kenia zakończyła również transmisję telewizji analogowej w grudniu 2014 r. po wielu opóźnieniach. W przypadku telewizji analogowej były używane trzy standardy nadawania telewizji kolorowej (patrz mapa na temat przyjęcia tutaj ). Są one znane jako PAL (zaprojektowanie niemieckie), NTSC (zaprojektowanie amerykańskie) i SECAM (zaprojektowanie francuskie). W przypadku radia analogowego przejście na radio cyfrowe jest utrudnione przez wyższy koszt odbiorników cyfrowych. Wybór modulacji dla radia analogowego jest zwykle pomiędzy modulacją amplitudy ( AM ) lub modulacją częstotliwości ( FM ). Aby osiągnąć odtwarzanie stereo , podnośna z modulacją amplitudy jest używana dla stereofonicznego FM , a kwadraturowa modulacja amplitudy jest używana dla stereofonicznego AM lub C-QUAM .

Internet

Internet to ogólnoświatowa sieć komputerów i sieci komputerowych, które komunikują się ze sobą za pomocą protokołu internetowego (IP). Każdy komputer w Internecie ma unikalny adres IP, który może być używany przez inne komputery do kierowania do niego informacji. Dlatego każdy komputer w Internecie może wysłać wiadomość do dowolnego innego komputera przy użyciu swojego adresu IP. Wiadomości te niosą ze sobą adres IP komputera, z którego pochodzi, umożliwiając dwukierunkową komunikację. Internet jest zatem wymianą wiadomości między komputerami.

Szacuje się, że 51% informacji przepływających przez dwukierunkowe sieci telekomunikacyjne w 2000 roku płynęło przez Internet (większość pozostałych (42%) przez telefon stacjonarny ). Do 2007 roku Internet wyraźnie zdominował i przejął 97% wszystkich informacji w sieciach telekomunikacyjnych (większość pozostałych (2%) przez telefony komórkowe ). W 2008 r. szacunkowo 21,9% światowej populacji miało dostęp do Internetu z najwyższymi wskaźnikami dostępu (mierzonymi jako odsetek populacji) w Ameryce Północnej (73,6%), Oceanii/Australii (59,5%) i Europie (48,1 %). Pod względem dostępu szerokopasmowego na świecie prym wiodą Islandia (26,7%), Korea Południowa (25,4%) i Holandia (25,3%).

Internet działa częściowo dzięki protokołom, które regulują sposób, w jaki komputery i routery komunikują się ze sobą. Charakter komunikacji w sieci komputerowej nadaje się do podejścia warstwowego, w którym poszczególne protokoły w stosie protokołów działają mniej więcej niezależnie od innych protokołów. Pozwala to na dostosowanie protokołów niższego poziomu do sytuacji w sieci, nie zmieniając przy tym sposobu działania protokołów wyższego poziomu. Praktycznym przykładem tego, dlaczego jest to ważne, jest to, że umożliwia przeglądarce internetowej uruchamianie tego samego kodu niezależnie od tego, czy komputer, na którym działa, jest podłączony do Internetu za pośrednictwem połączenia Ethernet lub Wi-Fi . O protokołach często mówi się w kategoriach ich miejsca w modelu odniesienia OSI (na zdjęciu po prawej), który pojawił się w 1983 roku jako pierwszy krok w nieudanej próbie zbudowania powszechnie przyjętego zestawu protokołów sieciowych.

W przypadku Internetu medium fizyczne i protokół łącza danych mogą zmieniać się kilkakrotnie, gdy pakiety przemierzają kulę ziemską. Dzieje się tak, ponieważ Internet nie nakłada żadnych ograniczeń na to, jaki nośnik fizyczny lub protokół łącza danych jest używany. Prowadzi to do przyjęcia mediów i protokołów, które najlepiej pasują do sytuacji w sieci lokalnej. W praktyce większość komunikacji międzykontynentalnej wykorzystuje protokół Asynchronous Transfer Mode (ATM) (lub nowoczesny odpowiednik) na szczycie światłowodu. Dzieje się tak, ponieważ w przypadku większości komunikacji międzykontynentalnej Internet korzysta z tej samej infrastruktury, co publiczna komutowana sieć telefoniczna.

W warstwie sieci rzeczy stają się ustandaryzowane, dzięki przyjęciu protokołu internetowego (IP) do adresowania logicznego . W przypadku sieci WWW te „adresy IP” pochodzą z formy czytelnej dla człowieka przy użyciu systemu nazw domen (np. 72.14.207.99 pochodzi z www.google.com). Obecnie najczęściej używaną wersją protokołu internetowego jest wersja czwarta, ale nieuchronne jest przejście na wersję szóstą.

W warstwie transportowej większość komunikacji wykorzystuje protokół kontroli transmisji (TCP) lub protokół datagramów użytkownika (UDP). TCP jest używany, gdy jest to niezbędne, każda wysłana wiadomość jest odbierana przez inny komputer, podczas gdy UDP jest używany, gdy jest to po prostu pożądane. W przypadku protokołu TCP pakiety są retransmitowane, jeśli zostaną utracone i uporządkowane, zanim zostaną zaprezentowane wyższym warstwom. W przypadku UDP pakiety nie są porządkowane ani retransmitowane w przypadku utraty. Zarówno pakiety TCP, jak i UDP zawierają numery portów w celu określenia aplikacji lub procesu, przez który pakiet powinien być obsługiwany. Ponieważ niektóre protokoły na poziomie aplikacji korzystają z określonych portów , administratorzy sieci mogą manipulować ruchem w celu dostosowania do określonych wymagań. Przykładami są ograniczanie dostępu do Internetu poprzez blokowanie ruchu przeznaczonego dla określonego portu lub wpływanie na wydajność niektórych aplikacji poprzez przypisywanie priorytetu .

Powyżej warstwy transportowej istnieją pewne protokoły, które są czasami używane i luźno wpasowane w warstwy sesji i prezentacji, w szczególności protokoły Secure Sockets Layer (SSL) i Transport Layer Security (TLS). Protokoły te zapewniają, że dane przesyłane między dwiema stronami pozostają całkowicie poufne. Wreszcie, w warstwie aplikacji jest wiele protokołów, z którymi użytkownicy Internetu są zaznajomieni, takich jak HTTP (przeglądanie stron internetowych), POP3 (poczta e-mail), FTP (przesyłanie plików), IRC (czat internetowy), BitTorrent (udostępnianie plików). i XMPP (wiadomości błyskawiczne).

Protokół Voice over Internet Protocol (VoIP) umożliwia wykorzystanie pakietów danych do synchronicznej komunikacji głosowej. Pakiety danych są oznaczane jako pakiety głosowe i mogą być traktowane priorytetowo przez administratorów sieci, dzięki czemu synchroniczna rozmowa w czasie rzeczywistym jest mniej podatna na rywalizację z innymi rodzajami ruchu danych, które mogą być opóźnione (np. transfer plików lub e-mail) lub buforowane z góry (tj. audio i wideo) bez szkody. Ta priorytetyzacja jest w porządku, gdy sieć ma wystarczającą pojemność dla wszystkich połączeń VoIP odbywających się w tym samym czasie i sieć jest włączona do priorytetyzacji, tj. Prywatna sieć w stylu korporacyjnym, ale Internet nie jest generalnie zarządzany w ten sposób, więc można być duża różnica w jakości połączeń VoIP w sieci prywatnej i w publicznym Internecie.

Sieci lokalne i sieci rozległe

Pomimo rozwoju Internetu, cechy sieci lokalnych (LAN) — sieci komputerowych, które nie przekraczają kilku kilometrów — pozostają odmienne. Dzieje się tak, ponieważ sieci na taką skalę nie wymagają wszystkich funkcji związanych z większymi sieciami, a bez nich są często bardziej opłacalne i wydajne. Gdy nie są połączone z Internetem, mają również zalety prywatności i bezpieczeństwa. Jednak celowy brak bezpośredniego połączenia z Internetem nie zapewnia pewnej ochrony przed hakerami, siłami zbrojnymi lub potęgami gospodarczymi. Zagrożenia te istnieją, jeśli istnieją metody zdalnego łączenia się z siecią LAN.

Sieci rozległe (WAN) to prywatne sieci komputerowe, które mogą rozciągać się na tysiące kilometrów. Po raz kolejny niektóre z ich zalet to prywatność i bezpieczeństwo. Głównymi użytkownikami prywatnych sieci LAN i WAN są siły zbrojne i agencje wywiadowcze, które muszą chronić swoje informacje w tajemnicy.

W połowie lat 80. pojawiło się kilka zestawów protokołów komunikacyjnych, aby wypełnić luki między warstwą łącza danych a warstwą aplikacji modelu referencyjnego OSI . Należą do nich Appletalk , IPX i NetBIOS z dominującym protokołem ustawionym na początku lat 90. ze względu na popularność wśród użytkowników MS-DOS, jakim był IPX . TCP/IP istniał w tym momencie, ale był zwykle używany tylko przez duże instytucje rządowe i badawcze.

W miarę wzrostu popularności Internetu i konieczności kierowania ruchu do sieci prywatnych, protokoły TCP/IP zastąpiły istniejące technologie sieci lokalnych. Dodatkowe technologie, takie jak DHCP , umożliwiły komputerom korzystającym z protokołu TCP/IP samokonfigurację w sieci. Takie funkcje istniały również w zestawach protokołów AppleTalk/IPX/NetBIOS.

Zważywszy, że Asynchronous Transfer Mode (ATM) lub Multiprotocol Label Switching (MPLS) to typowe protokoły łącza danych dla większych sieci, takich jak WAN; Ethernet i Token Ring to typowe protokoły łącza danych dla sieci LAN. Protokoły te różnią się od poprzednich protokołów tym, że są prostsze, np. pomijają takie funkcje, jak gwarancje jakości usług i oferują zapobieganie kolizjom . Obie te różnice pozwalają na bardziej ekonomiczne systemy.

Pomimo skromnej popularności Token Ring w latach 80. i 90., praktycznie wszystkie sieci LAN korzystają obecnie z przewodowych lub bezprzewodowych urządzeń Ethernet. W warstwie fizycznej większość przewodowych implementacji Ethernet wykorzystuje skrętki miedziane (w tym popularne sieci 10BASE-T ). Jednak niektóre wczesne implementacje wykorzystywały cięższe kable koncentryczne, a niektóre najnowsze implementacje (zwłaszcza te o dużej szybkości) wykorzystują światłowody. W przypadku stosowania światłowodów należy rozróżnić włókna wielomodowe i jednomodowe. Włókna wielomodowe można traktować jako grubsze światłowody, które są tańsze w produkcji urządzeń, ale mają mniejszą użyteczną przepustowość i gorsze tłumienie, co oznacza gorszą wydajność na długich dystansach.

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

Zewnętrzne linki