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データ通信は、データの送信とデータの受信を含み、ポイントツーポイントまたはポイントツーマルチポイントの通信チャネルを介して送受信されるデータの転送です。このようなチャネルの例には、銅線、光ファイバー、無線スペクトルを使用した無線通信、ストレージメディア、コンピュータバスなどがあります。データは、電圧、電波、マイクロ波、赤外線信号などの電磁信号として表されます。
アナログ伝送は、振幅、位相、またはその他の特性が変数に比例して変化する連続信号を使用して、音声、データ、画像、信号、またはビデオ情報を伝送する方法です。メッセージは、ライン コードによるパルスのシーケンス(ベースバンド伝送) によって表されるか、デジタル変調方式を使用して、連続的に変化する波形の限定セット (パスバンド伝送)。パスバンド変調と対応する復調は、モデム機器によって実行されます。
デジタル通信は、デジタル送信とデジタル受信を含め、デジタル化されたアナログ信号またはデジタルで生成された ビットストリームのいずれかを転送するものです。[1]最も一般的な定義によれば、ベースバンドとパスバンドの両方のビットストリーム成分はデジタル信号の一部と見なされます。別の定義では、ベースバンド信号のみをデジタルと見なし、デジタルデータのパスバンド送信をデジタルからアナログへの変換の一形態と見なします。
関連する主題の区別
データ伝送[1]だけでなく、 デジタル伝送[2] [3]やデジタル通信[4] [5]の分野のコースや教科書も同様の内容を持っています。
デジタル伝送またはデータ伝送は、伝統的に電気通信および電気工学に属します。データ伝送の基本原理は、コンピュータサイエンスまたはコンピュータエンジニアリングのデータ通信のトピック内でも扱われる場合があります。これには、ルーティング、スイッチング、プロセス間通信などのコンピュータネットワーキングアプリケーションと通信プロトコルも含まれます。伝送制御プロトコル(TCP) は伝送に関係しますが、TCP およびその他のトランスポート層プロトコルはコンピュータネットワーキングでカバーされていますが、データ伝送に関する教科書やコースでは説明されてい ません。
ほとんどの教科書では、アナログ伝送という用語は、非変調ベースバンド信号またはAMや FM などのアナログ変調方式を使用したパスバンド信号として、アナログ信号によるアナログメッセージ信号（デジタル化なし）の伝送のみを指します。また、パルス幅変調などのアナログオーバーアナログパルス変調ベースバンド信号も含まれる場合があります。コンピュータネットワーク関連のいくつかの書籍では、アナログ伝送はFSK 、 PSK 、 ASKなどのデジタル変調方式を使用したビットストリームのパスバンド伝送も指しています。これらの方法は、たとえばデジタル伝送やデータ伝送という名前の教科書で取り上げられていることに注意してください。[1]
データ伝送の理論的側面は、情報理論と符号理論によってカバーされています。
プロトコル層とサブトピック
データ伝送分野のコースや教科書では、通常、次のOSI モデルプロトコル層とトピックを扱います。
- レイヤー1、物理層:
- レイヤー2、データリンク層:
- レイヤー6、プレゼンテーションレイヤー:
これら3つのレイヤーのクロスレイヤー設計を扱うことも一般的です。[7]
アプリケーションと歴史
通信の出現以来、データ（主に情報データですが、それだけではありません）は非電子的手段（光学、音響、機械など）で送信されてきました。アナログ信号データは、電話の出現以来電子的に送信されています。しかし、近代における最初のデータ電磁伝送アプリケーションは、電気電信（1809年）とテレタイプライター（1906年）であり、どちらもデジタル信号です。20世紀初頭のハリー・ナイキスト、ラルフ・ハートリー、クロード・シャノンらによるデータ伝送と情報理論の基礎理論的研究は、これらのアプリケーションを念頭に置いて行われました。
1960年代初頭、ポール・バランは、低コストの電子機器であるスイッチを使用して音声メッセージをデジタル通信するための分散適応型メッセージブロックスイッチングを発明しました。 [8] [9] ドナルド・デイヴィスは、1965年から1967年にかけて、パケットスイッチング、高速ルーター、通信プロトコル、階層型コンピュータネットワーク、エンドツーエンドの原則の本質を含む現代のデータ通信を発明し、実装しました。[10] [11] [12] [13]バランの研究には、ソフトウェアスイッチと通信プロトコルを備えたルーターや、ネットワーク自体ではなくユーザーが信頼性を提供するという考えは含まれていませんでした。[14] [15] [16]どちらもコンピュータネットワークの発展に影響を与えた重要な貢献でした。[17] [18]
データ伝送は、コンピュータのバス内で、またRS-232（1969年）、FireWire（1995年）、USB （1996年）などのパラレルポートやシリアルポートを介した周辺機器との通信に利用されています。データ伝送の原理は、1951年以来、エラー検出と訂正のためにストレージメディアにも利用されています。デジタルコードを使用して受信機がデータを正確に受信するという問題を克服した最初の実用的な方法は、ロナルドヒューバーカーが1952年に発明し、1953年に公開したバーカーコードでした。 [19]データ伝送は、モデム（1940年）、ローカルエリアネットワーク（LAN）アダプタ（1964年）、リピータ、リピータハブ、マイクロ波リンク、ワイヤレスネットワークアクセスポイント（1997年）などの コンピュータネットワーク機器で利用されています。
電話ネットワークでは、パルス符号変調(PCM) と時分割多重化(TDM)の組み合わせにより、同じ銅線または光ファイバー ケーブルで多数の通話を転送するためにデジタル通信が利用されています(1962 年)。電話交換機はデジタル化され、ソフトウェア制御になったため、多くの付加価値サービスが容易になりました。たとえば、最初のAXE 電話交換機は 1976 年に発表されました。総合デジタル通信サービス(ISDN) サービスを使用したエンド ユーザーへのデジタル通信は、1980 年代後半に利用可能になりました。1990 年代末以降、ADSL、ケーブル モデム、ファイバー トゥ ザ ビルディング(FTTB)、ファイバー トゥ ザ ホーム(FTTH) などのブロードバンド アクセス技術が、小規模オフィスや家庭に広まりました。現在の傾向は、従来の電気通信サービスをIP テレフォニーやIPTVなどのパケット モード通信に置き換えることです。
アナログ信号をデジタルで送信すると、信号処理能力が向上します。通信信号を処理できるということは、ランダムなプロセスによって発生したエラーを検出して修正できることを意味します。デジタル信号は、継続的に監視する代わりにサンプリングすることもできます。複数のデジタル信号の多重化は、アナログ信号の多重化に比べてはるかに簡単です。これらすべての利点、コンピューター データを送信したいという大きな需要と、それを実現するデジタル通信の機能、そして最近の広帯域 通信チャネルとソリッド ステート エレクトロニクスの進歩により、エンジニアがこれらの利点を十分に実現できるようになったことから、デジタル通信は急速に成長しました。
デジタル革命により、データ伝送の原理が応用されたデジタル通信アプリケーションも数多く生まれました。例としては、第 2 世代(1991 年) 以降の携帯電話、ビデオ会議、デジタル TV (1998 年)、デジタルラジオ(1999 年)、テレメトリなどが挙げられます。
データ伝送、デジタル伝送、またはデジタル通信は、ポイントツーポイントまたはポイントツーマルチポイントの通信チャネルを介したデータの転送です。このようなチャネルの例には、銅線、光ファイバー、無線通信チャネル、ストレージ メディア、コンピューター バスなどがあります。データは、電圧、電波、マイクロ波、赤外線などの 電磁信号として表されます。
アナログ伝送は連続的に変化するアナログ信号をアナログ チャネルで転送するのに対し、デジタル通信は離散メッセージをデジタルまたはアナログ チャネルで転送する。メッセージは、ライン コードによるパルスのシーケンス (ベースバンド伝送) またはデジタル変調方式を使用した連続的に変化する波形の限定セット (パスバンド伝送) で表されます。パスバンド変調と対応する復調 (検出とも呼ばれる) はモデム機器によって実行されます。デジタル信号の最も一般的な定義によると、ビット ストリームを表すベースバンド信号とパスバンド信号の両方がデジタル伝送と見なされますが、別の定義では、ベースバンド信号のみをデジタルと見なし、デジタル データのパスバンド伝送をデジタルからアナログへの変換形式と見なします。[引用が必要]
送信されるデータは、コンピュータやキーボードなどのデータ ソースから発信されるデジタル メッセージである場合があります。また、パルス コード変調 (PCM) やより高度なソース コーディング (アナログからデジタルへの変換とデータ圧縮) 方式などを使用してビット ストリームにデジタル化された、電話の通話やビデオ信号などのアナログ信号である場合もあります。このソース コーディングとデコードは、コーデック装置によって実行されます。
シリアルおよびパラレル伝送
電気通信において、シリアル伝送は、文字またはデータの他のエンティティを表すグループの信号要素を連続的に伝送することです。デジタル シリアル伝送は、単一のワイヤ、周波数、または光パスを介してビットを連続的に送信します。並列伝送よりも必要な信号処理が少なく、エラーの可能性も少ないため、各パスの転送速度が速くなる可能性があります。これは長距離で使用でき、チェック ディジットまたはパリティ ビットをデータとともに簡単に送信できます。
パラレル伝送は、関連する信号要素を 2 つ以上の別々のパスで同時に伝送することです。複数の電線を使用して複数のビットを同時に伝送できるため、シリアル伝送よりも高いデータ転送速度を実現できます。この方法は、通常、内部バスなどのコンピューター内部で使用されますが、プリンターなどの外部で使用されることもあります。パラレル データ伝送の配線は必然的にわずかに異なる特性を持つため、一部のビットが他のビットより先に到着し、メッセージが破損する可能性があるため、タイミングスキューはこれらのシステムで重大な問題となる可能性があります。この問題は距離が長くなるにつれて悪化する傾向があり、長距離ではパラレル データ伝送の信頼性が低下します。
コミュニケーションチャネル
通信チャネルの種類には次のようなものがあります。
非同期および同期データ転送
非同期シリアル通信では、スタートビットとストップビットを使用して送信の開始と終了を示します。[20]この伝送方法は、データが連続したストリームではなく断続的に送信される場合に使用されます。
同期伝送では、クロック信号を使用して、伝送の受信側と送信側の両方で伝送速度を同期します。クロックは、別の信号である場合もあれば、データに埋め込まれている場合もあります。その後、2 つのノード間で連続的なデータ ストリームが送信されます。スタート ビットとストップ ビットがないため、データ転送速度がより効率的になる可能性があります。
参照
参考文献
- ^ abc AP Clark、「デジタルデータ伝送の原理」、Wiley 社、1983 年発行
- ^ David R. Smith、「Digital Transmission Systems」、Kluwer International Publishers、2003年、ISBN 1-4020-7587-1。目次を参照。
- ^ Sergio Benedetto、Ezio Biglieri、「デジタル伝送の原理：ワイヤレスアプリケーション」、Springer 2008、ISBN 0-306-45753-9、ISBN 978-0-306-45753-1。目次を参照
- ^ Simon Haykin、「デジタル通信」、John Wiley & Sons、1988年。ISBN 978-0-471-62947-4 。目次を参照。
- ^ John Proakis、「デジタル通信」、第 4 版、McGraw-Hill、2000 年。ISBN 0-07-232111-3。目次を参照してください。
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基本的にすべての作業は1961年までに定義され、1962年に具体化されて正式な文書化されました。ホットポテトルーティングのアイデアは1960年後半にさかのぼります。
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のパケット交換の発明とコンピュータ通信ネットワークの設計は、インターネットにつながる発展の基礎となった。
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データ通信の文脈でプロトコルという用語が初めて印刷されたのは、このときです... 次のハードウェア タスクは、端末デバイスとスイッチング コンピュータ間のインターフェイスの詳細設計と、高速回線上でデータ パケットを確実に送信するための準備でした。
- ^ Davies, Donald; Bartlett, Keith; Scantlebury, Roger; Wilkinson, Peter (1967 年 10 月)。リモート端末で迅速な応答を提供するコンピューター向けデジタル通信ネットワーク(PDF) 。ACM Symposium on Operating Systems Principles。2022年 10 月 10 日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2020年 9 月 15 日閲覧。「ネットワークのすべてのユーザーは、何らかのエラー制御を自ら提供することになる」
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Paul Baran ... は、ルーティング手順と、過酷な環境における分散通信システムの存続可能性に焦点を当てていましたが、現在理解されているような形でのリソース共有の必要性については焦点を当てていませんでした。実際、彼の研究にはソフトウェア スイッチの概念はありませんでした。
- ^ Pelkey, James L. 「6.1 通信サブネット: BBN 1969」。起業家資本主義とイノベーション: 1968-1988 年のコンピュータ通信の歴史。Kahn
の回想によると: ... Paul Baran の貢献 ... また、Paul は音声に関する考慮によってほぼ完全に動機付けられていたと思います。彼の書いたものを見ると、彼は低コストの電子機器であるスイッチについて語っていました。強力なコンピュータをこれらの場所に配置するというアイデアは、コスト効率が良いとは彼には思い浮かばなかったのです。そのため、コンピュータ スイッチのアイデアは存在していませんでした。プロトコルという概念自体が当時は存在していませんでした。そして、コンピュータ間の通信というアイデアは、実際には二次的な関心事でした。
- ^ウォルドロップ 、 M.ミッチェル（2018年）。『ドリームマシン』。ストライププレス。p.286。ISBN 978-1-953953-36-0バラン氏は、
コンピューター通信よりもデジタル音声通信に重点を置いていました。
- ^ 「インターネットがいかにして脆弱になったかの本当の話」ワシントンポスト。2015年5月30日時点のオリジナルからアーカイブ。 2020年2月18日閲覧。
歴史家たちは、ウェールズの科学者ドナルド・W・デイヴィスとアメリカのエンジニア、ポール・バランに重要な洞察力があるとしている。
- ^ ARPANET の歴史: 最初の 10 年間(PDF) (レポート)。Bolt、Beranek & Newman Inc. 1981 年 4 月 1 日。183 ページ中 13、53 ページ (印刷版では III-11)。2012 年 12 月 1 日にオリジナルからアーカイブ。
通信回線でコンピュータを相互接続する技術的な問題とは別に、コンピュータ ネットワークの概念は、理論的な観点からさまざまな場所で検討されてきました。特に注目すべきは、1960 年代初頭に Rand Corporation の Paul Baran らが行った「分散通信について」という研究です。また、1960 年代半ばにイギリスの国立物理学研究所で Donald Davies らが行った研究も注目に値します。... ARPANET の開発に影響を与えた初期のもう 1 つの主要なネットワーク開発は、イギリスのミドルセックスにある国立物理学研究所で DW Davies のリーダーシップの下で行われました。
- ^ Barker, RH (1953).バイナリデジタルシステムのグループ同期. 通信理論: Butterworth. pp. 273–287.
- ^ 「非同期伝送とは何か? - Techopedia の定義」Techopedia.com 。 2017 年 12 月 8 日閲覧。