データ通信

パインヒル展望台の無線塔

データ通信とは、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。データ通信はデータの送信と受信で構成され、アナログ伝送とデジタル通信に分類できます。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

アナログデータ通信は、音声、データ、画像、信号、またはビデオ情報を、振幅、位相、またはその他の特性が変化する連続信号を用いて伝送します。ベースバンドアナログ伝送では、メッセージはラインコードを用いてパルス列で表現されます。一方、パスバンドアナログ伝送では、デジタル変調方式を用いて、連続的に変化する波形の限られたセットで伝送されます。パスバンドの変調と復調はモデム機器によって行われます。

デジタル伝送とデジタル受信は、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の転送です。[ 1 ]ベースバンドデジタル伝送はデジタル信号の一部を構成するものと見なされますが、デジタルデータのパスバンド伝送は、デジタルからアナログへの変換の一形態と見なされることもあります。

データ通信チャネルには、銅線、光ファイバー、無線スペクトルを用いた無線通信、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、赤外線などの電磁信号として表現されます。

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の分野に属しています。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分野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ク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）は伝送に関与しますが、TCPや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クで扱われていますが、データ伝送に関する教科書や講義では取り上げられ 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、アナログ信号（デジタル化なし）によるアナログメッセージ信号の伝送のみを指し、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用いたパスバンド信号のいずれかを指します。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書籍の中には、FSK、PSK、ASKなどのデジタル変調方式を用いたビットストリームのパスバンド伝送もアナログ伝送と呼んでいるものもあります。[ 1 ]

データ伝送の理論的側面は、情報理論と符号化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。

これら3つの層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（主に情報的なものだが、それだけではない）は非電子的（例えば、光、音響、機械）な手段で送信されてきた。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きた。しかし、近代における最初の電磁気的データ伝送の応用は、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ある。20世紀初頭、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、これらの応用を念頭に置いて行われた。

1960年代初頭、ポール・バランは、低価格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67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アイデア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、コンピュータバス内のコンピュータや、 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、記憶媒体のエラー検出と訂正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、無線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 ケーブルで多くの通話を転送するためにデジタル通信が使用されています(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り、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網(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、Fibre-To-The-Building (FTTB)、Fibre-To-The-Home (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伝送することで、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するエラーを検出し、修正できることを意味します。また、デジタル信号は継続的に監視するのではなく、サンプリングすることも可能です。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。こうした利点に加え、コンピュータデータの伝送に対する膨大な需要と、それを実現するデジタル通信の能力、そして近年の広帯域通信チャネルと固体電子機器の進歩により、エンジニアがこれらの利点を十分に活用できるようになったことから、デジタル通信は急速に発展しました。

デジタル革命は、データ伝送の原理を応用した多くのデジタル通信アプリケーションを生み出しました。例としては、第2世代（1991年）以降の携帯電話、ビデオ会議、デジタルテレビ（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とは、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転送を指します。このようなチャネルの例としては、銅線、光ファイバー、無線通信チャネル、記憶媒体、コンピュータバスなどが挙げられます。データは、電圧、電波、マイクロ波、赤外線などの 電磁信号として表現されます。

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を介して伝送するのに対し、デジタル通信は離散的なメッセージをデジタルまたはアナログチャネルを介して伝送するものです。メッセージは、ラインコードを用いたパルス列（ベースバンド伝送）またはデジタル変調方式を用いた連続的に変化する波形の限定されたセット（パスバンド伝送）で表されます。パスバンド変調とそれに対応する復調（検波とも呼ばれます）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では、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-アナログ変換の一形態と見なします。

伝送されるデータは、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、電話の通話やビデオ信号などのアナログ信号が、パルス符号変調（PCM）やより高度な情報源符号化（アナログ-デジタル変換およびデータ圧縮）方式を用いてビットストリームにデジタル化された場合もあります。この情報源符号化と復号化は、コーデック装置によって実行されます。

シリアル伝送とパラレル伝送

電気通信において、シリアル伝送とは、文字やその他のデータ要素を表す信号要素群を連続的に伝送することです。デジタルシリアル伝送は、単一の線、周波数、または光路を介してビットを連続的に送信します。パラレル伝送よりも信号処理が少なく、エラーの可能性も低いため、各パスの転送速度が速くなる場合があります。これは長距離伝送に使用でき、チェックディジットやパリティビットをデータと共に容易に送信できます。

パラレル伝送とは、関連する信号要素を2つ以上の別々の経路で同時に伝送する方式です。複数のビットを同時に伝送できる複数の電線を使用することで、シリアル伝送よりも高いデータ転送速度を実現します。この方式は、通常、コンピュータ内部（例えば内部バス）で使用されますが、プリンタなどの外部機器にも使用されることがあります。これらのシステムでは、タイミングスキューが重大な問題となる可能性があります。パラレルデータ伝送では、配線の特性が必然的にわずかに異なるため、一部のビットが他のビットより先に到達し、メッセージが破損する可能性があります。この問題は伝送距離が長くなるにつれて悪化する傾向があり、パラレルデータ伝送の長距離伝送の信頼性は低下します。

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っ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。

同期伝送は、クロック信号を用いて受信側と送信側の両方の伝送速度を同期させます。クロックは独立した信号として使用されるか、データに埋め込まれます。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、データ転送速度はより効率的です。

参照

参考文献

  1. ^ a b c A. P. Clark、「デジタルデータ伝送の原理」、Wiley社、1983年
  2. ^ David R. Smith、「デジタル伝送システム」、Kluwer International Publishers、2003年、 ISBN 1-4020-7587-1。
  3. ^セルジオ・ベネデット、エツィオ・ビリエリ、「デジタル伝送の原理：無線アプリケーション」、Springer 2008、 ISBN 0-306-45753-9、ISBN 978-0-306-45753-1。
  4. ^サイモン・ヘイキン、「デジタル通信」、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、1988年。ISBN 978-0-471-62947-4。
  5. ^ジョン・プロアキス、「デジタルコミュニケーション」、第4版、マグロウヒル、2000年。ISBN 0-07-232111-3。
  6. ^ 「X.225：情報技術 - 開放型システム間相互接続 - コネクション指向セッションプロトコル：プロトコル仕様」。2021年2月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年3月10日閲覧。
  7. ^ F. Foukalas他 「無線モバイルネットワークのクロスレイヤー設計提案：調査と分類」
  8. ^ Baran, Paul (2002). 「パケット交換の始まり：いくつかの基礎概念」（PDF） . IEEE Communications Magazine . 40 (7): 42– 48. Bibcode : 2002IComM..40g..42B . doi : 10.1109/MCOM.2002.1018006 . ISSN 0163-6804 . 2022年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。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年後半に遡ります。 
  9. ^ 「ポール・バランとインターネットの起源」RANDコーポレーション。2020年2月15日閲覧。
  10. ^イェーツ、デイビッド・M. (1997).チューリングの遺産：国立物理学研究所におけるコンピューティングの歴史 1945-1995 . 国立科学産業博物館. pp.  132–4 . ISBN 978-0-901805-94-2デイヴィス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。
  11. ^ノートン、ジョン(2000) [1999]. 『未来の簡潔な歴史』フェニックス社、p. 292. ISBN 9780753810934。
  12. ^ Campbell-Kelly, Martin (1987). 「国立物理学研究所におけるデータ通信 (1965-1975)」 . Annals of the History of Computing . 9 (3/4): 221– 247. doi : 10.1109/MAHC.1987.10023 . S2CID 8172150 .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物に登場した… 次のハードウェア課題は、端末装置と交換機コンピュータ間のインターフェースの詳細設計と、高速回線を介したデータパケットの確実な伝送を確保するための仕組みであった。 
  13. ^ 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」
  14. ^ Kleinrock, L. (1978). 「パケット通信の原理と教訓」. Proceedings of the IEEE . 66 (11): 1320– 1329. doi : 10.1109/PROC.1978.11143 . ISSN 0018-9219 . Paul Baran ... はルーティング手順と、過酷な環境下における分散通信システムの生存性に焦点を当てていましたが、現在私たちが理解し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存在しませんでした。 
  15. ^ 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：コンピュータ通信の歴史 1968–1988』 . Kahn の回想によれば：… Paul Baran の貢献… 私はまた、Paul の動機はほぼ完全に音声に関するものだったと考えています。彼の著作を見ると、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設置するという費用対効果の高いアイデアは、彼には思い浮かばなかったのです。つまり、コンピュータスイッチというアイデアは存在しなかったのです。当時はプロトコルという概念自体が存在しませんでした。そして、コンピュータ間通信というアイデアは、実際には二次的な関心事でした。
  16. ^ウォルドロップ、M.ミッチェル (2018). 『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、コンピュータ通信よりもデジタル音声通信に重点を置いていました。
  17. ^ 「インターネットがいかにして脆弱になったかの真実」ワシントン・ポスト。2015年5月30日時点のオリジナル記事よりアーカイブ。 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、この画期的な洞察の功績を認めている。
  18. ^ ARPANETの歴史：最初の10年間（PDF）（報告書）。Bolt, Beranek & Newman Inc. 1981年4月1日。13ページ、183ページ中53ページ（印刷版ではIII-11）。2012年12月1日時点のオリジナルからのアーカイブ。通信回線によるコンピュータの相互接続という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様々な場所で検討されてきました。特に注目すべきは、1960年代初頭にランド研究所のポール・バランらが行った研究「分散通信について」です。また、1960年代半ばにイギリスの国立物理学研究所のドナルド・デイヴィス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重要なネットワーク開発のもう一つは、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・デイヴィスのリーダーシップの下行われました。
  19. ^ 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：バターワース. pp.  273– 287.
  20. ^ 「非同期伝送とは何か？ - Techopediaからの定義」 Techopedia.com 2017年12月8日閲覧。
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