数据通信基础

数据通信基础

【数据(Data) 】：传递（携带）信息的实体（描述物体的数字、字母或符号），信息(Information)则是数据的内容或解释。

【模拟(Analog)数据】是指在某个区间内连续变化的值。例如：声音和视频

【数字(Digital)数据】在某个区间内是离散的值。例如：文本和整数

【信号(Signal) 】：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。

【模拟信号】是随时间连续变化的电流、电压或电磁波。

【数字信号】是指利用其某个参量（如幅度、频率或相位等）的变化来表示数据【信源】:通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。

【信宿】:通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。

【信道】:信源和信宿之间的通信线路（或通路）是传输信号的通路，由传输线路及相应的附属设备组成。同一条传输线路上可以有多个信道。例如：一条光缆可以同时供几千人通话，有几千条电话信道。

【信号带宽】是指信号的频率范围；

【信道带宽】是指信道上能够传输信号的最大频率范围。信号带宽不能大于信道带宽，否则无法实现通信。

实例：传输线路和信道之间的关系可以看作马路与车道之间的关系，一条马路可以划分成一车道，也可以划分成多车道；信号带宽和信道带宽之间的关系可以看作汽车宽度与车道宽度之间的关系，汽车宽度不能大于车道宽度，否则交通无法实现

【带宽(Bandwidth) 】：信号或信道占据的频率范围

【信道容量(Channel capacity) 】：信道的最大数据率

带宽是指信道能传送的信号的频率宽度，也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差。信道的带宽由传输介质、接口部件、传输协议，以及传输信息的特性等因素所决定，它在一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的一个重要指标。信道的容量、传输速率和抗干扰性等均与带宽有着密切的联系。一般地说，信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。

【比特率(Bit Rate) 】：数据传输速率(bps，b/s)是单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为bps或b/s 。

【波特率(Baud) 】：即信号传送速率是单位时间内所传送的信号的个数（码元数），单位为baud(波特) 。

1 Baud = （log2M）bps

一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。

【误码率(Bit error rate) 】：信道传输可靠性指标

P= 错误的位数/ 传输的总位数

【信息编码】：将信息用二进制数表示的方法。

【数据编码】：将数据用物理量表示的规则。

通信系统的构成

◆数据传输系统：

1）传输线路（包括传输介质和中继设备）

2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等

◆数据处理系统：主要是指计算机。

【数据传输速率】--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。

【信号传输速率】--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud

【信道容量】表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)

信道容量与数据传输速率的区别是，前者（信道容量）表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者（数据传输速率）是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。

实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。

【数字信道】：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。

【模拟信道】：以连续模拟信号形式传输数据的信道。

【模拟信号】：时间上连续，包含无穷多个值

【数字信号】：时间上离散，仅包含有限数目的预定值

【周期信号】：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）

【非周期信号】：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。

【并行传输方式】，可以一次传输多位数据。相应地，从发送端到接收端的信道需要若干根传输线。例如，计算机的并行口常用于连接打印机，每次并行输出8位数据

【串行传输】是一位一位地传送的，从发送端到接收端只要一根传输线即可

串行数据通信又有三种不同的方向性结构：单工、半双工和全双工

【单工】：数据单向传输（无线电广播）

【半双工】：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）

【全双工】：数据可同时双向传输（电话）

【基带传输】：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。

例如：以太网

【频带传输】：调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调

例如：通过电话模拟信道传输（利用模拟信道实现数字信号传输的方法）【宽带传输】比音频带宽（200~3400HZ）更宽的频带，包括大部分电磁波频道。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统允许在同一信道上进行数字信息和模拟信息服务。

计算机局域网的数据传输系统使用基带传输和宽带传输两种方式，它们的主要区别在于数据传输速率不同。基带数据传输速率为0Mbps~10Mbps，更典型的是1Mbps~2.5Mbps；宽带数据传输速率为0Mbps~400Mbps，常用的是5Mbps~10Mbps。而且一个宽带信道能被划分为多个逻辑信道，这样就能把声音、图像和数据信息的传输综合在一个物理信道中进行。

【数据同步方式】目的是使接收端与发送端在时间基准上一致(包括开始时间、位边界、重复频率等)。

有两种同步方法：

●同步传输不是以字符为单位而是以数据块（一组字符）为单位传输的。在每个数据块前后加上起始和结束标志，使接收和发送建立同步。

【面向字符的同步传输】是一次传送由若干字符组成的数据块，并规定十个特殊字符作为数据块的起始和结束标志以及整个传输过程的控制信息。

【面向比特的同步传输】所传的一帧数据是任意位，起止标志由约定的位模式来标志。

●异步传输以字符为单位实现字符的同步接收，每个字符前需加一位起始位，以表示一个字符的开始，字符后加一位校验位，以便接收方进行错误校验，然后再加1，1.5，2个停止位，以表示一个字符结束。这种方式主要用于低速设备，如键盘和某些打印机等。【复用】——多个信息源共享一个公共信道

●FDM (频分复用)原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一

个频率通道。频率通道之间留有防护频带（适用于模拟信号的场合）。例如，双绞线的带宽是100KHz,每一路电话信号需要300Hz~3kHz,因此，利用频分多路复用技术，可以在同一根双绞线上同时传输多达24路电话信号。

●TDM (时分复用)原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时

隙），每个用户占用一个通道传输数据（适用于数学信号的场合）。各个终端用户轮流分时地占有整个信道。这样，从宏观上看，是在同时利用一条传输线路进行通信，并都拥有整个信道带宽。由于时间片极小，所以用户感觉不出其他人也在使用线路。

●STDM(统计时分复用) 统计时分多路复用与TDM相似，唯一不同之处是，在TDM

中，不管每个通信设备的状态如何，均分配给它一个时间片；而STDM只把时间片分配给传输数据的通信设备，所以线路不会轮空，效率高。

●WDM (波分复用)原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一

个波长范围来进行传输。（波分复用就是不同波长的光载波同在一根光纤上传输，它的本质就是光纤上频分复用技术，每个通路通过的频域的分割实现，每个通路占用一段光纤的带宽。）

?同步时分多路复用，在同步时分多路复用中，采用固定时隙分配方式,时间片是

预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对应，而不管

此时是否有信息发送。在接收端，根据时间片序号可判断出是哪一路信号。

?异步时分多路复用，允许动态分配信道的时间片，以实现按需分配。如果某路

信号源没有信息发送，则允许其他信号源占用这个时间片，这样可大大提高信

道的利用率。

【数据交换】网络中所有设备都直接两两相连是不现实的，通常要经过中间节点将数据从信源逐点传送到信宿，从而实现两个互连设备之间的通信。这些中间节点并不关心数据内容，它的目的只是提供一个交换设备，把数据从一个节点传送到另一个节点，直至到达目的地。通常将数据在各节点间的数据传输过程称为数据交换。

?电路交换：交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。

?存储转发交换，其中存储转发交换技术又可分为报文交换和分组交换。

?报文交换发送方将传送信息分为多个报文正文,在报文头部加上发/收站

地址及其他控制信息(即报头)形成完整报文,在交换网络中传送, 在交换

过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一

级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。

?分组交换（包交换）将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存

储转发。

?帧中继交换方式：针对信道质量差、误码率高，分组交换技术采用帧校验、

接收确认和流量控制等措施来提高传输的可靠性。但同时也严重地限制了

帧的的传输速率。帧中继是在分组交换（X.25）的基础上，简化了差错控

制（包括检测、重发和确认）、流量控制和路由选择功能而形成的一种新

型的交换技术。帧中继以帧为单位进行交换，传输速率可达2.048Mbps。

帧中继的通信子网只有物理层和数据链路层，没有网络层，差错控制仅在

源和目的端进行，并在数据链路层通过永久虚电路的映射来进行路由选择。

信元交换方式：信元是比帧更小的信息单元，由信头和信息段组成，传输系统通过信头识别通路。在ATM中，信元规定为53字节，前5个字节为

信头，其余48个字节为信息段。这样，每一个信元都花费同样的传输时间。

从而可以把信道的时间划分为一个时间片序列，每个时间片用来传输一个

信元。当交换机有信元发送时，便逐个时间片地把信元投入信道；接收时，

若信道不空，也将逐个时间片地取得信元，时间片和信元一一对应。这种

对应关系可大大简化对信元的传输控制，便于采用高速硬件对信头进行识

别和交换处理。在异步传输模式（ATM）中，只要信道空闲，便将

信元投入信道，有利于提高信道的利用率。由于发送无固定周期，因而称

异步传输模式。

二种同轴电缆

基带同轴电缆：50Ω的电缆，只用于数字信号发送，称为基带同轴电缆；

宽带同轴电缆：用于频分多路复用FDM的模拟信号发送，阻抗为75Ω的电缆，

称为宽带同轴电缆。

通信标准化组织：

【ISO国际标准化组织】这是一个自发的非条约组织，其成员是参加国的指定标准化机构。例如，美国在ISO中的成员是美国全国标准协会ANSI。ISO委员会已建立了一个计算机通信体系结构模式。这一模式正在被计算机软件和硬件制造商所广泛采纳。

【CCITT 国际电报电话咨询委员会】这是一个联合国条约组织，主要由成员国的邮政、电报和电话当局组成。美国在这一委员会的成员是国务院。这一组织涉及许多通信领域的标准化工作，但主要从事通信协议标准和接口的标准化工作。（CCITT标准的实例如X.25和X.400等）。CCITT与ISO密切合作。

【ECMA 欧洲计算机制造商协会】这是由欧洲供应计算机的制造商（其中包括某些美国公司的欧洲分公司）组成的一个组织。它致力于制定适用于计算机技术的各种标准。ECMA 在CCITT和ISO中是一个无权表决的成员，但也有自己的标准。

【ANSI 美国全国标准协会】这是一个非营利的非政府部门机构，由制造商、用户、通信公司和其他有关团体组成。ANSI是美国自发制订的各种与计算机工业有关的标准的国家交换机构。ANSI标准的一个例子就是X.34，即ASCII代码标准。

【IEEE 电气和电子工程师协会】这是一个专业协会，负责考虑数据通信的物理层和数据链路层。IEEE组成制定局域网标准的802委员会。IEEE是ANSI的成员。

【EIA 电子工业协会】这是一个电子公司贸易协会，它是ANSI成员。其主要成就是建立了数据终端设备和数据通信设备之间的接口标准（RS232C标准）。