Сети и системы передачи информации

МИНИCTEPCTBO НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 

СЕТИ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ 

ИНФОРМАЦИИ 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 

 (КУРС ЛЕКЦИЙ) 

 

Направление подготовки 10.03.01 Информационная безопасность 

Направленность (профиль)  

«Организация и технологии защиты информации» 

Квалификация выпускника – бакалавр 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ставрополь 

2021 

 
 

УДК 004.71 (075.8)
ББК 32.973.202 я73

С 33

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального 

университета

 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, проф., засл. работник высшей школы  

В. П. Пашинцев, 

канд. техн. наук, доцент А. М. Трошков 

(Ставропольский государственный аграрный университет) 

 

Жук, А. П.  

С 33 Сети и системы передачи информации : учебное пособие 

(курс лекций) / А. П. Жук, Г. И. Линец, Д. В. Орёл, Е. П. Жук. – 
Ставрополь : Изд-во СКФУ, 2021. – 157 с. 
 
В 
пособии 
рассмотрены 
технические 
аспекты 
построения 

современных систем и сетей передачи информации, состав их элементов 
и 
особенности 
функционирования; 
уделено 
внимание 
методам 

формирования, 
преобразования, 
передачи 
и 
приёма 
сигналов, 

используемых в телекоммуникационных системах и сетях при передаче, 
приеме и распределении информации. 

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 

подготовки 
10.03.01 
Информационная 
безопасность, 
профилю 

подготовки «Организация и технология защиты информации»; может 
быть использовано в учебном процессе других специальностей при 
изучении курсов, связанных с изучением процессов, происходящих в 
телекоммуникационных сетях и системах.  

УДК 004.71 (075.8) 
ББК 32.973.202 я73 

 

Авторы: 

канд. техн. наук, профессор А. П. Жук, 

д-р техн. наук, доцент Г. И. Линец, 
канд. техн. наук, доцент Д. В. Орёл, 

Е. П. Жук 

 
 
© ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский 
федеральный университет», 2021

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Предисловие ……………………………………………………

1. История возникновения и современные тенденции 
развития систем и сетей передачи информации………………

2. Общие принципы построения телекоммуникационных 
систем и сетей передачи информации…………………………

3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ……

4. Введение в теорию сигналов ……………………………….

5. Методы аналого-цифрового и цифро-аналогового 
преобразования сигналов ………………………………………

6. Принципы цифровой передачи информации ………………

7. Помехи в каналах связи. Регенерация дискретных
цифровых сигналов …………………………………………….

8. Кодирование информации в системах связи ………………

9. Принципы распространения и использования радиоволн…

Заключение ……………………………………………………..

Лтература ……………………………………………………….

4

7

18

36

58

74

91

112

124

138

155

156

 

 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Бурное развитие средств телекоммуникаций, произошедшее за 

последнее время, в том числе и в военной сфере, не могло не отразиться на развитии систем и сетей передачи информации. Роль 
техники передачи различных сообщений в настоящее время трудно переоценить, поскольку в последние десятилетия наметилась 
устойчивая тенденция к росту объемов передаваемой информации 
и увеличению видов услуг электросвязи. Применение техники передачи дискретных сообщений позволяет обеспечивать эффективное использование электронных вычислительных машин (ЭВМ) и 
реализовывать новые информационные технологии в процессе 
управленческой и профессиональной деятельности.  

Учебное пособие посвящено рассмотрению основ теории и 

техники цифровых систем передачи и распределения информации, 
а также основных тенденций развития систем и сетей передачи 
информации Российской Федерации. С учетом взятого курса в 
России на тотальную цифровизацию во многих сферах появляются 
новые угрозы безопасности информации, которых раньше не было. Данный аспект приобретает особый смысл для целевой аудитории данного учебного пособия. 

Поскольку целью изучения дисциплины «Сети и системы пе
редачи информации» является формирование набора профессиональных компетенций будущего бакалавра по направлению подготовки 10.03.01 «Информационная безопасность», а также теоретических знаний и практических навыков по основным принципам 
построения различных телекоммуникационных систем и сетей, по 
основам информационного обмена в системах и сетях передачи 
информации, то учебное пособие может быть использовано при 
проведении лекционных занятий и самостоятельной работы по 
данной дисциплине. 

В первой теме рассмотрены краткая история возникновения и 

современные тенденции развития систем и сетей передачи информации, понятия информация, сообщения, сигналы и другие основные понятия и определения. 

Во второй теме рассмотрены общие принципы построения те
лекоммуникационных систем и сетей передачи информации, даны 
их основные виды и характеристики.  

В третьей теме рассмотрена эталонная модель взаимодействия 

открытых систем, раскрыты понятия протокола и интерфейса, дана 
характеристика основных уровней эталонной модели взаимодействия открытых систем. 

В четвертой теме представлено введение в теорию сигналов, 

дано понятие энергетического, амплитудного и фазового спектра 
сигналов, рассмотрены их примеры для основных видов сигналов. 

В пятой теме рассмотрены методы аналого-цифрового и циф
ро-аналогового преобразования сигналов, а также устройства их 
реализующие. 

В шестой теме рассмотрены принципы цифровой передачи 

информации, устройства их реализующие, а также основные методы модуляции сигналов и спектры модулированных сигналов. 

В седьмой теме рассмотрены помехи в каналах связи, их нега
тивное влияние на процесс передачи информации и классификация; вопросы регенерации дискретных цифровых сигналов и 
принцип работы регенераторов. 

В восьмой теме рассмотрено кодирование информации в си
стемах связи, понятие первичных и помехоустойчивых кодов, их 
основные характеристики; представлены примеры помехоустойчивого кодирования и принцип обнаружения ошибок при декодировании. 

В девятой теме рассмотрены принципы распространения и 

использования радиоволн, их классификация и основные свойства 
радиоволн различных диапазонов. 

Представленный материал является одним из основных ком
понентов учебно-методического комплекса дисциплины «Сети и 
системы передачи информации» и способствует активному формированию компетенций: 

ОПК-7 – способность определять информационные ресурсы, 

подлежащие защите, угрозы безопасности информации и возможные пути их реализации на основе анализа структуры и содержания информационных процессов и особенностей функционирования объекта защиты;  

ПК-1 – способность выполнять работы по установке, настрой
ке и обслуживанию программных, программно-аппаратных (в том 
числе криптографических) и технических средств защиты информации; 

ПК-12 – способность принимать участие в проведении экспе
риментальных исследований системы защиты информации.  

В основу учебного пособия положены лекционные курсы, чи
таемые авторами в Северо-Кавказском федеральном университете, 
а также учебные материалы, накопленные авторами в процессе 
профессиональной и преподавательской деятельности.  

Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам д-ру 

техн. наук, профессору В. П. Пашинцеву, канд. техн. наук, доценту 
А. М. Трошкову за ценные замечания и дополнения, высказанные 
в ходе рецензирования учебного пособия.  
 
 

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ  

И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ  

И СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 

 
План 
1.1. Цели и задачи дисциплины «Сети и системы передачи информа
ции». 

1.2. Краткая история развития систем и сетей передачи информации. 
1.3. Современные тенденции развития систем и сетей передачи ин
формации. 

1.4. Основные понятия и определения. 
 
1.1. Цели и задачи дисциплины «Сети и системы  
передачи информации» 
 
Целью изучения дисциплины «Сети и системы передачи ин
формации» является формирование набора профессиональных 
компетенций будущего бакалавра по направлению подготовки 
10.03.01 Информационная безопасность, а также теоретических 
знаний и практических навыков по основным принципам построения различных телекоммуникационных систем и сетей, по основам 
информационного обмена в системах и сетях передачи информации.  

Дисциплина «Сети и системы передачи информации» имеет 

также целью содействовать фундаментализации образования, 
формированию научного мировоззрения и развитию системного 
мышления. Дисциплина «Сети и системы передачи информации» в 
соответствии с государственными образовательными стандартами 
является базовой дисциплиной для направления подготовки 
10.03.01 «Информационная безопасность». 

Дисциплина «Сети и системы передачи информации» базиру
ется на знаниях дисциплин «Теория информации», «Физика», 
«Электротехника», «Электроника и схемотехника», «Физические 
основы защиты информации», «Метрология, стандартизация и 
сертификация». 

Знания и практические навыки, полученные из курса «Сети и 

системы передачи информации», используются обучаемыми студентами 
при 
изучении 
других 
дисциплин: 
«Программно
аппаратные средства защиты информации», «Защита информации 

в системах беспроводной связи», «Технические средства защиты 
информации», «Разработка и эксплуатация защищённых информационных систем», дисциплин по выбору, при разработке курсовых 
работ и выпускной квалификационной работы, а также непосредственно в дальнейшей профессиональной деятельности. 

Задачи дисциплины: 
 изучение методов формирования, преобразования, переда
чи и приёма сигналов, используемых в телекоммуникационных 
системах и сетях при передаче, приеме и распределении информации; 

– получение практических навыков проведения исследований 

основных процессов, происходящих в современных системах и 
сетях передачи информации, а также оценки качества их функционирования. 

В результате изучения дисциплины студенты должны  
знать: 
 принципы построения информационных систем;  
 принципы и методы противодействия несанкционирован
ному информационному воздействию на вычислительные Сети и 
системы передачи информации; 

 принципы организации информационных систем в соот
ветствии с требованиями по защите информации; 

 эталонную модель взаимодействия открытых систем, ме
тоды коммутации и маршрутизации, сетевые протоколы; 

 сигналы электросвязи, принципы построения систем и 

средств связи; 

 методы анализа электрических цепей; 
уметь: 
 применять на практике методы анализа электрических цепей; 
владеть: 
 навыками чтения электронных схем; 
 методами анализа и формализации информационных про
цессов объекта и связей между ними; 

 профессиональной терминологией в области систем и се
тей передачи информации. 

 
 
 

1.2. Краткая история развития систем и сетей передачи  
информации 

 

На заре становления человеческого общества общение между 

людьми было очень бедным. Воткнутая в землю ветка указывала 
направление и расстояние людей; специально уложенные камни 
предупреждали о появлении врагов; зарубки на палках или деревьях сообщали об охоте на добычу и т. д. Сообщения, закодированные в виде определенного количества междометий или ударов барабана с переменным ритмом, содержали ту или иную информацию. 

В десятом томе «Всеобщей истории» древнегреческого исто
рика Полибия (ок. 201 – 120 до н. э.) описывается способ передачи 
сообщений на расстояние с помощью факелов (факельный Телеграф), изобретенный александрийскими учеными Клеоксеном и 
Демоклитом. 

 Появлению электрической связи способствовали первые опы
ты и исследования в области электричества. В России исследование электричества начиналось с практических опытов Михаила 
Васильевича Ломоносова (1711–1765) и его коллеги Георга Вильгельма Рихмана (1711–1753), трагически погибшего во время своих опытов с атмосферным электричеством: он был смертельно поражен молнией. 

В 1800 году итальянский ученый А. Вольта создал первый 

химический источник тока. Это изобретение позволило немецкому 
ученому С. Земмерингу в 1809 году построить и представить в 
Мюнхенскую академию наук проект электрохимического телеграфа. Телегра́ф (др.-греч. τῆλε – «далеко» + γρᾰ́φω – «пишу») в современном значении – средство передачи сигнала по проводам, 
радио или другим каналам связи. Телеграф Земмеринга имел много недостатков и не находил практического применения. Понадобилось более 20 лет, чтобы появилась первая практически применимая телеграфная система. Ее автор – выдающийся русский ученый Павел Львович Шиллинг (1786 – 1837). В октябре 1832 года 
состоялась первая публичная демонстрация электромагнитного 
телеграфа.  

В 1841 г. российский академик Борис Семенович Якоби 

(1801 – 1874) создал пригодную конструкцию пишущего теле

графного аппарата и организовал связь между Зимним дворцом и 
Главным штабом в Санкт-Петербурге [1 – 3]. Первый буквопечатающий телеграфный аппарат был также разработан Б. С. Якоби в 
1850 г. Этот аппарат явился прототипом многих других буквопечатающих аппаратов, из которых наибольшее применение получил 
многократный телеграфный буквопечатающий аппарат (1874) 
французского изобретателя Ж. Бодо (1845 – 1903).  

За рубежом также активно разрабатывались различные типы 

телеграфных аппаратов, наиболее удачным из которых был пишущий телеграфный аппарат американского живописца С. Морзе 
(1791 – 1872), который в 1837 г. продемонстрировал его широкой 
общественности. Создание телеграфного алфавита, в котором буквы обозначались комбинацией точек и тире, является заслугой 
С. Морзе. 

В июне 1866 года был проложен кабель через Атлантический 

океан. Европа и Америка были соединены телеграфом. С 1866 года 
телеграфные линии протянулись во все части земного шара, соединяя страны и континенты. 

Рождение телеграфа привело к появлению телефона. С 1837 

года многие изобретатели пытались передавать человеческую речь 
на расстояние с помощью электричества. Почти 40 лет спустя эти 
эксперименты увенчались успехом. В 1876 году американский 
изобретатель А. Г. Белл запатентовал устройство для передачи речи по проводам – телефон. В 1878 году русский ученый М. Махальский сконструировал первый чувствительный микрофон с углеродным порошком, который в модернизированном виде используется во всех современных телефонных аппаратах. 

Сначала телеграфные линии использовались для телефонной 

связи. Но для улучшения качества связи пришлось строить специальные двухпроводные телефонные линии. Такая линия была 
спроектирована в 1895 году между Санкт-Петербургом и Москвой 
профессором Санкт-Петербургского электротехнического института П. Д. Войнаровским и построена в 1898 году. 

Значительный вклад в совершенствование телефона внес рус
ский физик П. М. Голубицкий, который в 1886 году разработал 
новую схему телефонной связи. По этой схеме микрофоны абонентских телефонных аппаратов получали питание от одной (центральной) батареи, расположенной на телефонной станции.