数据通信与计算机网络数据通信基础知识.
数据通信基础知识
数据通信基础知识数据通信是现代社会中不可或缺的一部分，它依赖于各类不同的网络技术、传输媒介以及各种通信设备来实现信息的传输。
数据通信作为计算机网络的一个分支领域，在信息技术的发展历史中，一直扮演着至关重要的角色。
因此，对于数据通信的基础知识的掌握，对于从事计算机行业的人员来说显得格外重要。
一、数据通信的基本概念数据通信指的是通过各种可以传输数据的设备或网络工具将数据以特定的格式从一处传输到另一处的通信过程。
数据本身是以二进制编码方式来存储和传输，这种编码方式只包括数字0和1。
在数据通信领域，每一个0和1被定义为一个比特，也就是二进制信息位。
数据通信是实现计算机之间连接的基础，我们是通过数据通信技术将计算机与其他设备和网络连接起来。
二、数据通信的主要组成部分1.信源：信源指的是产生和发送信息的物理设备。
比如计算机、手机等都是信源的代表。
信源产生的数据信号可能是按照数字或者模拟信号来产生。
2.编码器：在数据信号经过信源后，信源产生的信号不一定是经过处理的二进制码流，因此需要对信源产生的信号进行编码操作，将原始信号转换为正确的数码形式，这就要用到编码器。
3.信道：信道就是传输信息信号的传输媒介，信道的种类很多，例如：电缆、光纤、无线电波等等。
4.解码器：按照收发双方协议规定，收到的信息信号需要进行解码操作，将数码形式转换为指定的信号形式并还原原始信息。
5.信宿：信宿是指接收信息的物理设备，例如计算机、手机等。
三、数据通信的传输模式在数据通信中有两种主要的传输模式：串行传输和并行传输。
串行传输：串行传输是指每一个二进制数位依次流动地发出，它的传输速度比并行传输要慢很多，但是传输的反差强度高。
串行传输通常应用在一些要求传输距离较远、传输速度较慢但是信号质量要求比较高的场合，如电子标签、传感器等。
并行传输：并行传输就是将多个二进制数同时传输，它的传输速度比串行传输要快，但受到电磁干扰的影响也比串行传输严重。
数据通信与计算机网络课程
数据通信与计算机网络课程数据通信与计算机网络课程是计算机科学与技术、电子信息工程等专业中重要的必修课程之一。
这门课程主要讲解计算机网络的原理、分类、运作机制、协议以及安全等方面的知识。
下面将详细介绍数据通信与计算机网络课程的内容和必要性，以及如何学好这门课程。
一，数据通信与计算机网络课程的内容1. 计算机网络的发展历程计算机网络的发展历程是计算机网络课程中的基础部分，主要介绍计算机网络的发展与演变，使学生对计算机网络的演化有一个清晰的理解。
2. 数据通信技术数据通信技术是计算机网络课程中的核心内容，主要介绍数据传输的原理、调制解调、信道编码、错误控制等技术，学生通过数据通信技术的学习，可以深入了解数据传输的原理与技术，并了解现代调制解调技术和信道编码技术。
3. 计算机网络体系结构计算机网络体系结构是计算机网络课程中的关键内容，主要介绍计算机网络的体系结构、层次结构、协议栈等基础知识，学生可以通过学习这门课程，了解计算机网络的组成和结构，进而深入了解各类协议和各层次的功能。
4. 网络互联技术网络互联技术是计算机网络课程中的高级内容，主要介绍网络互联技术的原理、路由协议、网络地址转换技术等知识，学生可以通过学习这门课程深入了解网络互连技术的原理和实现方法，进而深入了解现代网络的构建。
5. 网络安全技术网络安全技术是计算机网络课程中的重点内容，主要介绍网络攻击与防御、网络安全设备、加密与解密技术等方面的知识，学生可以通过学习这门课程了解网络安全的重要性和现代网络中常见的安全攻击方式，进而了解网络安全的可行解决方案。
二，数据通信与计算机网络课程的必要性1. 全面了解计算机网络计算机网络的演化历程和组成成分非常复杂，数据通信与计算机网络课程可以帮助学生全面了解计算机网络的结构和功能，进而对计算机网络有更加深入的了解。
2. 解决卡顿和延时的问题现代人类生活中对于网速的要求日益提高，数据通信与计算机网络课程可以让学生了解网络传输的原理和优化方案，进而解决卡顿和延时的问题，提高网络传输效率。
完整版数据通信与网络重点总结
《数据通信与计算机网络》复习要点第1章概述1.以数字信号来传送消息的通信方式称为数字通信，而传输数字信号的通信方式称为数字通信系统。
2.数据通信包括数据传输、数据交换和数据处理。
3.数据通信网络按照覆盖的物理范围可分为广域网、局域网和城域网。
4.计算机网络是通信技术与计算机技术密切结合的产物。
5.计算机网络已经历了由单一网络向互联网发展的过程。
6.计算机网络具有三个主要的组成部分（三大组成要素），即①能向用户提供服务的若干主机；②由一些专用的通信处理机（即通信子网中的结点交换机）和连接这些结点的通信链路所组成的一个或数个通信子网；③为主机与主机、主机与通信子网，或者通信子网中各个结点之间通信而建立的一系列协议。
7.计算机网络按通信方式分为广播网络和点到点网络。
8.计算机网络主要性能指标，包括速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积和利用率。
9. OSI模型有七个层次，分别是：（7）应用层；（6）表示层；（5）会话层；（4）运输层；（3）网络层；（2）数据链路层；（1）物理层10.因特网使用的TCP/IP参考模型的四个层次是：应用层、传输层、互联网层、网络接入层。
11.协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
协议的语法定义了所交换信息的结构或格式；协议的语义定义了源端和目的端所要完成的操作。
12.服务指同一开放系统中某一层向它的上一层提供的操作，但不涉及这些操作的具体实现。
13.面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。
14.标准是由标准化组织、论坛以及政府管理机构共同合作制订的。
标准可分为两大类：法定标准和事实标准。
一 .数据通信网络由哪些部分组成？答：从系统设备级的构成出发，可以认为数据通信系统由下面三个子系统组成：（1）终端设备子系统，由数据终端设备及有关的传输控制设备组成。
（2）数据传输子系统，由传输信道和两端的数据电路终接设备组成。
（3）数据处理子系统，指包括通信控制器在内的电子计算机。
网络基础与数据通信基础
这种信号的自变量用整数表示，因变量用
有限数字中的一个数字来表示。在计算机中
，数字信号的大小常用有限位的二进制数表
示。数字信号难实现，难干扰。
网络通信基础
调制、解调、载波调制、编码
1：调制技术 将数字信号转换成模拟信号。 实现技术：ASK，FSK，PSK，DPSK
不同调制技术，码元种类不同。1个码元就是一个 脉冲信号，一个脉冲信号有可能携带1bit、2bit、 4bit等数据量。 1bit码元种类为2（0、1） 2bit码元种类为4（00、01、10、11），依次类推。
网络通信基础
应用型编码： 1 曼彻斯特编码： 用低到高的电平转换表示0，用高到低的电平转换表 示1，常用于以太网。降0升1（降1升0），编码效率 50%。 2 差分曼彻斯特编码： 差分曼彻斯特编码是在曼彻斯特编码的基础上加上 了翻转特性，遇1翻转，遇0不变，常用于令牌环网。 编码效率50%。
网络通信基础
网络通信基础
（4）mB/nB编码：就是将m位编码成n波特，相对于 曼彻斯特编码，效率高。 4B/5B：编码效率80%，用于百兆快速以太网 8B/10B：编码效率80%，用于千兆以太网 64B/66B：编码效率97%，用于万兆以太网
网络基础与数据通信基础
课程目录
1：计算机网络基本概念 2：计算机网络分类与模型 3：网络通信基本单位 4：网络通信基础
计算机网络基本概念
计算机网络是通过通信线路和通信设备连接的许多的分 散独立工作的计算机系统，遵从一定的协议用软件实现 资源共享的系统。计算机网络组成分为硬件、软件、协 议三部分。协议为计算机网络中进行数据交换而建立的 规则、标准或约定的集合。
计算机网络分类与模型
网络按照拓扑结构分类：总线型、环形、星型、树形、网状型
数据通信与计算机网络
数据通信与计算机网络
数据通信与计算机网络是计算机科学中的两个重要领域。
它们用于计算机可以组织起来并且能够通过网络交换信息的方式。
一、数据通信
数据通信指的是在通信信道中传输数据的技术。
它可以通过电缆、红外线、无线电、卫星等多种传播手段进行，也可以组合多种传播手段来传输数据。
2、主要功能
数据通信的主要功能是传输数据，从而实现服务器之间的通信以及远程控制和远程操作。
数据通信还可以用于设备状态监测，实时文件传输，报警信息发送，远程操作等应用。
3、重要性
数据通信对于信息时代至关重要，广泛应用于国家外交、电信运营、网络安全、智能家居等。
它使得人们可以方便地与世界各地的朋友进行交流或远程操作，也让传统业务变得更加高效和便捷。
二、计算机网络
1、定义
计算机网络是由一组计算机和其它网络设备组成的物理衔接的集群，它们可以通过网络或网络设备进行互联。
有效的实现信息、数据和通讯服务的传输、存储。
2、组成
计算机网络主要由计算机、网络设备、网络软件等组成。
其中，计算机是结构最复杂的网络节点，用于实现高级处理功能；网络设备是结合完成网络功能的服务
器，例如交换机、路由器等；网络软件主要用于网络管理和应用，如协议栈、中间件等。
3、应用
计算机网络在国际组织、政府机构、企事业单位、学术机构、居民家庭等普遍应用，它可以为用户提供多种服务，如资源共享、跨地点通信，实时多媒体传输、视频会议等。
计算机网络为传统企业的实时营销、全球通讯、数据安全等提供便利和帮助。
计算机网络数据通信的基础知识
2.1 数据通信的基本概念
4. 通信系统模型
通信的三个要素：信源、信宿和信道
信源：一次通信中产生和发送信息的一端
信宿：一次通信中接收信息的一端 信道：信源和信宿之间传送信息的通道，以通信线路为物质基础
2022/4/6 2022/4/6
第五页，共五5十三页。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信系统的主要构成
2.1 数据通信的基本概念
1. 数据传输系统（通信子网）的组成：
传输线路：信息的传输路径（包括传输介质和中继设备）
传输介质：有线的（如同轴电缆、光纤，双绞线等），无线 的（微波、无线电、红外线等）
中继设备：信号在传输过程中有衰减，每隔一定距离需要对 传输信号放大、恢复信号幅度和相位后继续传送
调制解调器
表示。 ➢ 当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
➢ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号能力的重要参数。
“带宽”同“速率”之间关系如何？
由于信道带宽总是有限的，以及信道干扰的存在，信道的数据 传输速率总会有一个上限，并且和带宽有相应关系。
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22 第二十二页，共五22十三页。
频带，单位用赫兹（Hz）表示。 信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率
范围在300～3400Hz，则它的信道带宽300～3400Hz ；
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21 第二十一页，共2五1十三页。
2.2 信道及其主要特征
2.信道容量（信道最大数据传输速率 ）：
➢ 单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）
0 100 10 1 A B
码元 信息比特
计算机数据通信基础知识及体系结构
图2-2 通信信道连接类型 (a) 点对点式连接；(b) 点对多点式连接
*
3．数据通信系统的主要技术指标 比特(bit)是二进制(Binary Digit)的缩写，即计算机中常用的术语“位”，在数据通信中用它来度量消息的信息量。 “码元”是对计算机网络中传送的二进制数字中每一位的通称，或称为“码位”。二进制数字1000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”，在7位ASCII码中，这个码字就是字母A。
*
2.1.2 数据传输 1．数据传输方式 1) 并行传输与串行传输 (1) 并行传输。 如图2-3所示，两数据设备之间一次传输n位并行数据，每条连线对应一条信道，用于传输代码的对应位，n条信道组成了n位并行信号。
*
图2-3 并行传输方式
*
(2) 串行传输。串行传输时，数据一位一位地在一条信道上传输。如图2-4所示，数据发送端向数据接收端发出了“01001101”的串行数据。
*
显然，模拟信号的取值可以有无限多个，图2-1 (a) 表示话音声压随时间连续变化的消息，图2-1(b) 表示与之相应的电流幅度随时间变化的电信号。数字信号是一种离散信号，它的取值是有限个，比如计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号。
*
图2-1 模拟信号
*
任何通信信道都不是理想的，由于信道带宽的限制及信道干扰的存在，信道的数据传输速率总会有一个上限。1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出在具有理想低通矩形特性信道情况下的最高码元传输速率公式：理想低通信道每赫兹带宽的最高码元传输速率是2Baud每秒，我们称为奈氏准则。例如，话音电路的带宽为4kHz，则其最高码元传输速率是8000Baud每秒；假设1Baud携带3 bit的信息，则最高传输速率为24000b/s。对于具有理想带通矩形特性的信道，奈氏准则变为理想低通信道每赫兹带宽的最高码元传输速率是1Baud每秒。
计算机网络基础(数据通信基础)课件
• 数据通信概述 • 数据传输方式 • 数据交换技术 • 数据链路控制 • 数据通信协议 • 数据通信网络安全
01 数据通信概述
数据通信的基本概念
01
02
03
数据通信定义
数据通信是实现计算机与 计算机之间、计算机与终 端之间以及终端与终端之 间信息交换的技术。
数据加密技术可以分为对称加密和公钥加密两种类型， 各有其适用的场景和优缺点。
防火墙技术
防火墙技术是用于防止未经授权的访问和恶意攻击的一种 安全技术。
防火墙可以阻止来自外部网络的非法访问和攻击，同时也 可以限制内部网络用户对外部网络的访问。
防火墙技术可以分为包过滤防火墙和应用层网关防火墙两 种类型。
IP协议通过IP地址来标识网络中的每个设备， 并使用路由算法来确定数据传输的最佳路径。
IP协议还提供了数据报文分片和重组功能，以 适应不同大小的数据报文在网络中传输。
06 数据通信网络安 全
数据通信网络安全概述
01
数据通信网络安全是确保数据在传输和存储过程中的机密性、完整性和可用性 的过程。
02
01
02
它采用全双工通信方式，支持流量控制和差错控制等功能。
HDLC协议具有简单、高效和可靠的特点，被广泛应用于数据通
03
信领域。
05 数据通信协议
数据通信协议的基本概念
数据通信协议是一组规则和标准，用于规范数据在计算机网络中的传输和交换。
它规定了数据如何在不同的设备之间传输，包括数据的格式、传输方式、传输顺序 以及控制信息等。
数据链路控制协议包 括物理层、数据链路 层和网络层协议。
它负责建立、维持和 终止通信链路，确保 数据的可靠传输。
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t2 1 2 P x(t ) dt t2 t1 t1
周期信号在一个周期内的平均功
x (t ) dt
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2
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
功率频谱密度S(f)
S( f )
i
| x | ( f if )
数字编码
数字
数字数据，模拟信号
数字
1010
模拟数据，模拟信号
话音 模拟
模拟 Modem
模拟传输
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
2.2 功率谱密度和带宽
信号的有效带宽
是指包含信号大部分功率的那部分频谱的宽度
采用功率谱密度的频域描述方法来对随机信号下的通
信系统进行频域分析。 时间域中的功率：
13
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
（3）信号的希尔伯特(Hilbert)变换 定义x(t)的希尔伯特变换是：
1 1 ˆ (t ) * x(t ) x t
x( ) d t
滤
对一个信号作希尔伯特变换相当于作一次滤波，
波因子h(t)为1/t，其滤波频谱H(j)为：
21
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
2. 串行传输和并行传输
串行传输： 数据在一个信道上按位依次传输的方式
并行传输： 数据在多个信道上同时传输的方式
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
串行传输
特点：
所需的线路少，线路利 用率高，投资小 发送和接收端需分别进 行并/串和串/并转换 收发之间必须实施同步 措施
模拟数据 数字数据 本书中，数据通常是指具有数字形式的数据。
信息→数据→信号→在介质上传输→信号→数据→信息
8
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
2.1.3 信号
1.
信号的分类
是数据的具体表现形式。 在通信中，传输的主体是信号，各种电路、设备都
是为实施这种传输对信号进行各种处理而设置的。 信号的分类：
希尔伯特变换的反变换公式为：
一个信号经希尔伯特变 换后，会产生900的相 移
1 1 ˆ (t ) x(t ) * x t
ˆ (t ) x dt t
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
对一个实因果信号，它的傅立叶变换的实部和虚部，
幅频响应及相频响应之间存在着Hilbert变换关系。 利用Hilbert变换，可以结构出相应的解析信号，使其 仅含正频率部分，从而可降低信号的抽样率。 实信号x(t)的解析信号为：
y(t ) x(t ) h(t )
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
（2）频域分析法
基本方法是利用傅立叶变换将信号分解为各种不同
频率的等幅正弦波，求出各正弦波激励系统锁产生 的响应，再利用傅立叶反变换将响应叠加转换为输 出的总响应。 频域中激励和响应的关系为：
Y ( j ) X ( j ) H ( j )
2.3.1 传输方式
1. 基带传输和频带传输
根据数据传输系统在传输由终端形成的数据信号
的过程中是否搬移数据信号的频谱，即是否进行 调制划分为：
基带传输
是一种不搬移数据信号频谱的传输体制。 适用于短距离的数据传输 例如：局域网中采用基带同轴电缆作为传输介质进行数据传输
频带传输
是一种利用调制解调器搬移数据信号频谱的传输体制。 例如：通过电话模拟信道传输
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
28
SYN SYN
STX
ETX
同步字符
帧内容
帧起始字符
帧结束字符
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
异步传输与同步传输的区别主要在于：
（1）异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向
比特的传输。 （2）异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。 （3）对于异步传输，发送器和接收器是不同步的（即 异步传输无需传输时钟脉冲），对于同步传输，两个时 钟是同步的。 （4）异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同 步的机会，而同步传输则是从数据中抽取同步信息（或 在收发之间采用单独的时钟同步信息）。 （5）异步传输相对于同步传输效率较低。
2 i 0
对于连续取值函数S(f)，包含有 f f f 频带范围的功率是： 1 2
P 2 S ( f )df
f1
功率谱密度的物理意义：在以f为中心的单位频谱宽度内，信号x(t)的频率
f2
分量对功率的贡献
半功率带宽：
功率谱密度S(f)跌落至最大功率值的一半，或峰值以下的
信号的时间特性 主要是指信号随时间变化快慢的特性。 其他特性：信号的振幅、周期和相位等 信号随时间的变化包含了信号的全部信息量。 信号的频率特性 可用信号的频谱函数来表示 频谱函数表征信号的各频率成分、及各频率成分的振 幅和相位。 在频谱函数中，也包含了信号的全部信息量。 10
1 I lbp ( si ) lb 1(b) 2
5
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
平均信息量 － 熵
设离散信息源是一个由m个符号组成的集合，每个符号出
现的概率分别为：
p(s1 ) p1 , p(s2 ) p2 ,... p(sm ) pm
当消息的符号数目m足够大时，第i个符号出现npi次，它 具有的信息量是
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图中，起始位与停止位的极性不同，在一段空闲时间后的第一个“1 的变换，被接收器判定为一个新字符的开始。
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
同步传输
收发双方具有相同的时钟，它是把每个完整的数据块（帧）
作为整体来传输的。 为使接收设备能够准确地接收数据块的信息，需要做到；
(1)接收器和发送器之间的比特(位)或时钟同步（每一位上严格同步）
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
并行传输
特点：
在终端装置和线路之间不需要对传输代码作时序变换，因而能简化终端装置的结构 需要M条信道的传输设备，故其成本较高。因而并行传输通常用于要求传输速率高的近 距离数据传输。
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
3. 异步传输与同步传输(按数据传输的同步方式分)
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
异步传输
发送端和接收端的时钟不同步，数据的传输以字符为单
位。 每一个传送的字符都有一个附加的起始位和一个或多个 停止位。 在每一个比特周期的中心对接收的信号采样，接收设备 以此来确定传送字符中每一个比特的状态 优点：
缺点： 效率低、速度慢。 一般用于低速线路中。
npi log pi
整个消息所具有的信息量就是各个符号具有的信息量的总和： m m
I npi log pi n pi log pi
i 1 i 1
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
6
则其中一个符号的平均信息量H为
H
n pi log pi
i 1
m
n
pi log pi
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
3. 信号的分析
时域分析法 把信号看作是时间的函数
频域分析法 把信号看成是频率的函数
信号的希尔伯特（Hilbert）变换
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
（1）时域分析法：
基本手段是把外加的复杂激励信号，在时域中分解
成一系列单元激励信号，然后分别计算各单元信号 通过通信系统的响应，最后在输出端叠加而得到总 的响应。 在时域中激励和响应的关系为：
ˆ (t ) z (t ) x(t ) jx
z(t)的傅立叶变换为：
2 X ( j ), 0 Z ( j ) 0, 0
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
16
4. 数据与信号
数字数据，数字信号
数字
1010
模拟数据，数字信号
模拟 CODEC 数字
第2章 数据通信基础知识
信息、数据和信号 功率谱密度和带宽 传输方式和传输速度
传输质量
通信编码
1
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
2.1 信息、数据和信号
信息 数据 信号
2
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
2.1.1 信息
信息是什么？
有用的消息，消息可能包含信息，但消息并不
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
4. 单工、半双工和全双工传输方式（按照数
据信号在信道上的传送方向与时间的关系划分）
由于不需要在发送和接收之间另外传输定时信号，所以控制简单。
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数据通信与计算机网络——数据通信基础知识
异步传输
传送方向 发送的元素 起始位 线路空闲（或前面 字符的停止位） 1 0 0 1个字符 线路空闲 1 0 0 1 0
停止位
t
接收器检测到新字符 的开始（一个码元）
在每位中心采样
1，1.5或2个码元 0”
1 I log log p p
如果对数以2为底，则信息量的单位是比特(bit或b)；如果
以自然对数e为底，则信息量的单位为奈特（Nat）；如 果以10为底，则信息量的单位是哈特莱（Hartley）。
4
数据通信与计算机网络——数据通信基础知识