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数据通信的基本概念

数据通信

数据通信是指通过系统将数据以某种信号的方式从一处安全可靠地传输到另一边，包括数据的传输及传输前后的处理

信息

信息是对客观事物的运动状态的描述，其形式有数字、文字、图形、图像等

数据（Data）

数据是传递信息的实体

模拟数据

随着时间连续变化的数据源

数字数据

不连续变换量的数据

信号

是数据在传输中的电磁波表示

模拟信号

是一种连续变化的信号，可以表示成一种连续的正弦波

数字信号

是一种离散信号，最常见的数字信号是二进制信号，用数字1,0表示，其波是一种不联续方波

信道

信道是传输信号的通道，由传输介质及相应的附属信号设备组成

逻辑信道

物理信道

带宽

信号传送时，信号的能量成功率的主要部分集中的频率范围成为信号宽带

数据通信系统的基本结构

模拟通信系统

以模拟信号进行通信的方式叫做通信模拟，实现模拟通信的通信系统为模拟通信系统

模拟通信通常由信源（发）、调制器、信道、解调器、信宿（收）及噪音源（干扰源）

传统的电话、广播、电视都属于模拟通信系统

数字通信系统

用数字信号作为载体来传输信息或用数字信号对载波进行数字调制后在输出的通信方式叫数字通信，实现数字通信的通信系统称为数字通信系统

数字通信系统通常由信源、解码器、信道、解码器、新宿、噪音源组成

计算机通信，数字电话，数字电视系统

数据通信系统的性能指标

有效性指标的具体表述

传输速率快

数字通信系统打有效性可以数据传输速率来衡量，数据传输速率越高，系统的有效性越好

<b>码元速率</b>又称波特率或调制速率，是每秒传送的码元数，单位为波特（Bd）、B=1/T（Bd）

<b>信息速率</b>又称为比特率，他反映出一个数字通信系统每秒实际传输的信息量单位为（bis/s）

log2M一个码元所处的离散值个数、M等于几进制、

信号带宽

信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，单位为（HZ）

可靠性指标的具体表述

误码率

误比特率

子主题

数据编码与调试技术

数据的编码类型

模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示和传输

模拟数据——放大调制器——模拟信号

模拟数据——PCM编码器——数字信息

数字数据——调制器——模拟信号

数字数据——数字编码器——数字信息

数据的调制技术

若模拟数据或数字数据采用模拟信号传输，则需采取调制解调技术

模拟数据的调制

数字数据的调制

调制

为了利用模拟语音通信的传统电话网实现计算机之间的远程通信，必须将发送端的数字信号转换成能够在公共电话网上传输的模拟信号，这个过程叫调制

解调

经传输后在接收端将语音信号逆转换成对应的数字信号，这个过程叫解调

调制解调

实现数字信号与模拟信号互换的设备叫做调制解调

数据的编码技术

脉冲编码调制（PCM）

在数字化的电话交换和传输系统中，通常需要将模拟数据编码转换成数字信号后再进行传输。常用的一种为脉冲编码调制

采样

以采样频率把模拟信号的值采出

量化

使连续模拟信号变为时间轴的离散值

编码

将离散值变为一定位数的二进制码

数字数据的编码

不归零码

曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码

数据传输

信道通信的工作方式

单工通信

单向信道，仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接后方只能接送不能发送

半双工通信

沿两个方向传输，只能交替进行，不能同时进行

全双工通信

可以同时沿反方向的两个方向进行双向传输，互不影响

数据源的传输方式

串行通信

串行通信传输时，数据一位一位地在通信线路上传输

计算机（并）——（串）串转换硬件——接收设备

并行通信

并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输

接收设备可同时接收到这些数据，不需要作呕无任何转换

优点：传输速率快，处理简单

缺点：需要铺设多条线路，不适合长距离传输

同步技术

在数据通信中，定时的因素称为同步

异步方式

每传送一个字符（7-8位）都早在前面加一个起始位，表示字符代码的开始

在字符代码校验码后加一或两个停止符

同步方式

不需要附加起始位或停止位，而是在一组字符或数据块之前发一个同步字符SYN或一个同步字节

通信网络中节点的连接方式

点对点连接

点对点的连接就是发送端和接收端之间采用一条线路连接

分支式

通常是一台主计算机与多台终端机通过一条主线路连接

集线式

使用集中器先将这些终端集中起来，再通过高速线路与中心线相连

数据传输的基本形式

基带传输

是指在路上直接传输基带信号或对信号进行略加整形后进行传输

在基带传输中，整个信道只传输一种信号，因此通信信道利用率低

基带传输是一种最简单、最基本的传输方式

频带传输

远距离通信信道多为模拟信道

计算机网络的远距离通信采用的是频带传输

宽带传输

宽带是指比音频带宽还要宽的频带

数据的交换技术

电路交换

也称线路交换，是数据通信淋领域最早使用的交换方法

需要通过中心交换节点在两个站点之间建立一条专用通信链路

（1）建立电路

（2）传输数据

（3）拆除电路

特点：（1）在开始前必须先设置一条专用的通路，采用面向连接的方法

（2）一旦电路建立，用户就可以固定的速率传输，中间节点不对数据进行其他缓冲和处理

（2）传输实时性好，透明性好，数据传输可靠、迅速，数据不易丢失且保持原来的顺序

（3）即使没有数据传输也要占有电路，因此线路利用率低

（4）建立线路延迟较大，对于突发式的通信，电路交换率不高

（5）电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号

报文交换

报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可以改变

在交换过程中，交换设备将收到的报文先存储，待信道空闲时再转发给下一节点，一级一级中专，直到目的地。（存储——转发）

特点（1）在传送中，一个时刻仅占用一段通道，可大大提高线路利用率

（2）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地

（3）可以建立报文的优先权，优先级高的报文在节点中可以有先转发

（4）报文大小不一，因此存储管理较为复杂

（5）大报文造成存储转发的时延过长，对存储量要求较高

（6）出错后真个报文必须全部重发

（7）报文交换只适合用于传输数字信号

分组交换

分组交换又称包交换

特点（1）采用“存储——转发”方式

（2）具有报文交换的优点

（3）加速了数据在网络中的传输

（4）简化了存储管理

（5）减小了出错概率和重发数据量

（6）由于分组短小，更适合用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据

分组交换

数据报

在数根报分组交换中，每组自身携带足够的地址信息，独立地确定路由

虚电路

为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间要建立一条逻辑通路

特点（1）虚电路可以看做采用了电路交换思想的分组交换

（1）采用虚电路进行数据传输和电路交换一样需要3个过程:建立连接、传输数据、拆除连接

（2）虚电路的路由表是由路径上的所有交换机中的路由表定义的。

（3）虚电路的路由在建立时确定，传输数据时不再需要，由虚电路号标识。

（4）数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路号进行传输，类似于“数字管道”

（5）虚电路能够保证分组按序到达

（6）虚电路提供的是“面向连接”的服务

（7）虚电路又分为永久虚电路(Permanent Virtual Circuit，PVC)和交换虚电路 (Switched Vitual Circuit，SVC)两种

（8）虚电路分组交换的主要特点如下:在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路

信道复用技术

频分多路信号

在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分成若干个与传输单个信号贷款相同的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路服用（FDM）

时分多路复用

同步时分多路服用技术按照信号的路数划分时隙，每一路信号都具有相同大小的时隙且预先制定，类似于对号入座

优点是控制简单，实现起来容易；缺点是无论输入端是否传输数据，都占用相应的时隙，造成了通信资源的浪费

波分多路复用

在同一跟光纤中同时让两个或两个以上的光播信号通过不同光信道各自传输信息，这种方式称为光波复分技术，通常称为波分多路复用

码分多路复用

码分多路复（ADM）用的常用名是码分多址（CDMA）

码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统

抗干扰能力强