Будь-який сигнал можна розглядати як функцію часу, або як функцію частоти. У першому випадку ця функція показує, як міняються згодом параметри сигналу, наприклад, напруга або струм. Якщо ця функція має безперервний характер, то говорять про безперервний  сигнал. Якщо ця функція має дискретний вигляд, то говорять про дискретний сигнал.

Частотне подання функції засноване на тім факті, що будь-яка функція може бути представлена у вигляді ряду Фур'є

g(t)=         (1),

де f= - частота, a_n ,b_n – амплітуди n-ой гармоніки.

Характеристику каналу, що визначає спектр частот, які фізичне середовище, з якого зроблена лінія зв'язку, що утворить канал, пропускає без істотного зниження потужності сигналу, називають смугою пропуcкання.

Максимальну швидкість, з якої канал здатний передавати дані, називають пропускною здатністю каналу або бітовою швидкістю.

В 1924 Найквист відкрив взаємозв'язок між пропускної здатностью каналу й  шириною його смуги пропущення.

Теорема Найквиста

V_{max data rate} = 2H log₂M біт/сек,

де V_{max data rate} – максимальна швидкість передачі H - ширина смуги пропускання каналу, виражена в Гц, М - кількість рівнів сигналу, що використовуються при передечі. Наприклад, із цієї формули твиходить, що канал зі смугою 3 КГц не може передавати дворівневі сигнали швидше 6000 біт/сек.

Ця теорема також показує, що, наприклад, безглуздо сканувати лінію частіше, ніж подвоєна ширина смуги пропускання. Дійсно, всі частоти вище цієї відсутні в сигналі, а тому вся інформація, необхідна для відновлення сигналу буде зібрана при такому скануванні.

Однак, теорема Найквиста не враховує шум у каналі, що вимірюється як відношення потужності корисного сигналу до потужності шуму: S/N. Ця величина виміряється в децибелах: 10log₁₀(S/N) dB. Наприклад, якщо відношення S/N дорівнює 10, то говорять про шум в 10 dB, якщо відношення дорівнює 100, то - 20 dB.

На випадок каналу із шумом є теорема Шенона, по якій максимальна швидкість передачі даних по каналу із шумом дорівнює:

H log₂ (1+S/N) біт/сек,

де S/N - співвідношення сигнал-шум у каналі.

Тут уже не важлива кількість рівнів у сигналі. Ця формула встановлює теоретичну межу, яка рідко досягається на практиці. Наприклад, по каналу зі смугою пропущення в 3000 Гц і рівнем шуму 30 dB (це характеристики телефонної лінії) не можна передати дані швидше, ніж зі швидкістю 30 000 біт/сек.

Методи доступу і їхня класифікація.

Метод доступу (access method) – це набір правил, що регламентують спосіб одержання в користування ("захвату”) середовища передачі. Метод доступу визначає, яким образом вузли одержують можливість передавати дані.

Виділяють наступні класи методів доступу:

-         селективні методи,

-         змагальні методи (методи випадкового доступу),

-         методи, засновані на резервуванні часу,

-         кільцеві методи.

Всі методи доступу, крім змагальних, утворюють групу методів детермінованого доступу. При використанні селективних методів для того, щоб вузол міг передавати дані, він повинен одержати дозвіл. Метод називається опитуванням (polling), якщо дозволи передаються всім вузлам по черзі спеціальним мережним устаткуванням. Метод називається передачею маркера (token passing), якщо кожен вузол по завершенні передачі передає дозвіл наступному.

Методи випадкового доступу (random access methods) засновані на "змаганні” вузлів за одержання доступу до середовища передачі. Випадковий доступ може бути реалізований різними способами: базовим асинхронним, з тактовою синхронізацією моментів передачі кадрів, із прослуховуванням каналу перед початком передачі ("слухай, перш ніж говорити”), із прослуховуванням каналу під час передачі ("слухай, поки говориш”). Можуть бути використані одночасно кілька способів з перерахованих.

Методи, засновані на резервуванні часу, зводяться до виділення інтервалів часу (слотів), які розподіляються між вузлами. Вузол одержує канал у своє розпорядження на всю тривалість виділених йому слотів. Існують варіанти методів, що враховують пріоритети - вузли з більше високим пріоритетам одержують більшу кількість слотів.

Кільцеві методи використовуються у ЛВМ із кільцевою топологією. Кільцевий метод вставки регістрів полягає в підключенні паралельно до кільця одного або декількох буферних регістрів. Дані для передачі записуються в регістр, після чого вузол очікує межкадрового проміжку. Потім уміст регістра передається в канал. Якщо під час передачі надходить кадр, він записується в буфер і передається після своїх даних.

Розрізняють клієнт-серверні й однорангові методи доступу.

Клієнт-Серверні методи доступу припускають наявність у мережі центрального вузла, що управляє всіма іншими. Такі методи розпадаються на дві групи: з опитуванням і без опитування.

Серед методів доступу з опитуванням найпоширеніш "опитування із зупинкою й очікуванням” і "безперервний автоматичний запит на повторення” (ARQ). У кожному разі первинний вузол послідовно передає вузлам дозвіл на передачу даних. Якщо вузол має дані для передачі, він видає їх у середовище передачі, якщо немає - або видає короткий пакет даних типу "даних нема”, або просто нічого не передає.

При використанні однорангових методів доступу всі вузли рівноправні. Мультіплексна передача з тимчасовим поділом - найбільш проста однорангова система без пріоритетів, що використовує твердий розклад роботи вузлів. Кожному вузлу виділяється інтервал часу, протягом якого вузол може передавати дані, причому інтервали розподіляються нарівно між всіма вузлами.

Метод доступу з контролем несучої й визначенням колізій

Множинний доступ з контролем несучої й визначенням колізій (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) - найпоширеніший метод випадкового доступу, що застосовуються в локальних мережах. Всі вузли мережі постійно прослуховують канал (контроль несучої). Якщо вузол має дані для передачі, він чекає тиші в каналі й починає передачу. При цьому може виявитися так, що інший вузол теж виявив, що канал вільний і теж початків передачу. Така ситуація називається колізією. Оскільки всі вузли, передаючи дані, продовжують прослуховувати канал, вони можуть виявити накладення сигналів від різних джерел. При виявленні колізії передавальні вузли видають у канал спеціальну послідовність бітів - "затор”, що служить для оповіщення інших вузлів про колізію. Потім всі передавальні вузли припиняють передачу й планують її на більше пізніше час. Величина паузи вибирається випадковим образом.

Маркерні методи доступу

Метод передачі маркера відноситься до селективних детермінованих однорангових методів доступу. Мережі із шинною топологією, що використовують передачу маркера, називаються мережами типу "маркерна шина” (token bus), а кільцеві мережі -  мережами типу "маркерне кільце” (token ring).

У мережах типу "маркерна шина” маркер являє собою кадр, що містить поле адреси, у яке записується адреса вузла, який надається право доступу до середовища передачі. Після передачі кадру даних вузол, що передає, записує в маркер адресу наступного вузла й видає маркер у канал.

Мережі типу "маркерне кільце”, будучи мережами з кільцевою топологією, мають послідовну конфігурацію: кожна пара вузлів зв'язана окремим каналом, а для функціонування мережі необхідне функціонування всіх вузлів. У таких мережах маркер не містить адреси вузла, якому дозволена передача, а містить тільки поле зайнятості, що може містити одне із двох значень: "зайнятий” і "вільний”. Коли вузол, що має дані для передачі, одержує вільний маркер, він міняє стан маркера на "зайнятий”, а потім передає в канал маркер і свій кадр даних. Станція-одержувач, розпізнавши свою адресу в кадрі даних, зчитує призначені їй дані, але не міняє стану маркера. Змінює стан маркера на "вільний” (після повного оберту маркера з кадром даних по кільцю) той вузол, що його зайняв. Кадр даних при цьому видаляється з кільця. Вузол не може повторно використовувати маркер для передачі іншого кадру даних, а повинен передати вільний маркер далі по кільцю й дочекатися його одержання після одного або декількох обертів.

Рівнорангові пріоритетні системи включають пріоритетні слотові системи, системи з контролем несучої без колізій і системи з передачею маркера із пріоритетами.

Пріоритетні слотові системи подібні до систем з мультиплексною передачею з тимчасовим поділом, але видача слотів відбувається з урахуванням пріоритетів вузлів. Критеріями для встановлення пріоритетів можуть бути: попереднє володіння слотом, час відповіді, обсяг переданих даних і ін.

Системи з контролем несучої без колізій (CSMA/CA, Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) відрізняються від систем з виявленням колізій наявністю у вузлів таймерів, що визначають безпечні моменти передачі. Тривалості таймерів установлюються залежно від пріоритетів вузлів: станції з більше високим пріоритетом мають меншу тривалість таймера.

Пріоритетні системи з передачею маркера визначають пріоритети вузлів таким чином, що чим менше номер вузла, тим вище його пріоритет. Маркер при цьому містить поле резервування, у яке вузол, що збирається передавати дані, записує своє значення пріоритету. Якщо в кільці зустрінеться вузол з більш високим пріоритетом, що теж має дані для передачі, цей вузол запише своє значення пріоритету в поле резервування, чим перекриє попередню заявку (зберігши старе значення поля резервування у своїй пам'яті). Якщо маркер, що надійшов на вузол, містить у поле резервування значення пріоритету даного вузла, даний вузол може передавати дані. Після оберту маркера по кільцю і його звільнення вузол, що передавав, повинен відновити в маркері значення поля резервування, збережене в пам'яті.