数据通信技术基础

数据通信技术基础（一）一、 基本概念a) 数据通信：依照通信协议、利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。是计算机与通信相结合而产生的一种通信方式和通信业务，包括两方面的内容：数据传输和数据传输前后的处理二、 通信信号：在计算机网络系统中，数据通常理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。a) 信号：信息的表现形式，具有确定的物理描述电信号或光信号b) 数字信号：是一种离散信号c) 模拟信号：是一段连续变化的信号三、 通信模型数据通信系统：以计算机为中心，用通信线路与分布于远地的数据终端设备连接起来，执行数据通信的系统。主要设备包括：信源、变换器、信道、反变换器、信宿和噪声源数据终端设备：即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能常见的是微机或打印机通信控制器：除了进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可以接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式。有异步通信适配器（UART）、数字基带网中的网卡通信信道：信息在信号变换器之间传输的通道。有电话线路模拟通信信道、DDN专业数字通信信道信号变换器：将通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式，或将信道中传来的信号转换成可供数据终端设备使用的数据，最大限度地保证传输指令。有调制解调器、光电转化器，他们和其他网络通信设备统称为数据通信设备（DCE）,为用户设备提供入网的连接点数据通信系统要解决的关键性问题：传输系统利用率：有效的使用设备接口规范：是发送端产生的信号特征能适应信道的传输，以及在接收端能对数据做正确解释同步：接收端要按发送端发送的数据频率和起止时间来接收数据，使自己的时钟与发送端一致，实现同步接收交换管理：在两个实体通信期间的各种协调管理差错检测和校正寻址和路由：决定信号到达目标的最有路径恢复：在系统由于某种原因被破坏或中断后，对系统进行必要的恢复报文格式：两个对话实体需要进行协商，是报文格式一致安全：保证正确地、完整地、不被泄露地将数据从发送端传输至接收端网络管理：四、 信道分类a) 从概念上：广义信道（通信线路+两端连接设备）和狭义信道（仅有通信线路）b) 按传输媒体分：i. 有线信道：性能稳定、外界干扰小、维护便利。但工程量大、一次性投资较大ii. 无线信道：利用无线电波在空间进行信号传输，通信成本低、建立灵活、可移植性大，受环境气候影响较大，保密性差c) 按允许通过的信号类型分：i. 模拟信道：传输模拟信号，比较方便，但容易受干扰而失真ii. 数字信道：传输二进制数字脉冲信号，效率高，质量好，当信号衰减时，可使用中继器来识别和还原数字信号五、 数据通信中的几个主要指标a) 比特率：是数据传输速率，指在有效的带宽上，单位时间内所传输的二进制代码的有效位（bit）数b) 波特率：一种调制速率，指数字信号经过调制后的速率，即调制后每秒变化的次数c) 带宽：指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差d) 信道容量：指物理信道上能够传输数据的最大能力e) 误码率：指二进制编码在数据传输中被传错的概率f) 吞吐量：指数值上大于等于信道在单位时间内传输的总数据量六、 通信介质：指通信网络中发送方和接收方之间的物理链路a) 双绞线：4对双绞线构成双绞线电缆，即可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，连接器一般使用RJ-45接头，有两类非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），STP增加一个屏蔽层，能有效地防止电磁干扰b) 同轴电缆：由一根空心的圆柱形导体围绕着单根内导体构成的。连接器可以采用BNC或T连接器。50欧姆的同轴电缆可以用于数字信号发送，称为基带同轴电缆，75欧姆的同轴电缆可用于频分多路转换的模拟信号发送，称为宽带同轴电缆c) 光纤：由纤芯、包层和护套组成，一般使用光纤收发器进行连接，有两种SC和ST.i. 有较大的带宽，通信容量大ii. 传输速率高，能达到甚至超过千兆位/秒iii. 传输衰减小，连接的范围广iv. 不受外界电磁波的干扰v. 无串音干扰，不易被窃听和截取数据d) 无线传输介质：无线电数字微波通信系统，有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信七、 数据传输模式：指数据在通信信道上传送所采取的方式。a) 按数据代码传输的顺序分为：并行传输和串行传输i. 串行：数据以串行方式在一条信道上传输，易于实现，成本低，适于长距离传输ii. 并行：数据以成组的方式在两条以上的并行信道上同时传输，速度快，设备复杂，成本高，适于短距离传输b) 按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输i. 同步传输：接收端按发送端的每个码元的起止时间及重复频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收，有字符同步和位同步。适用于同一个时钟协调通信双方，传输速率较高ii. 异步传输：发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间的时间间隔可以任意变化。他将字符看做一个独立的传送单元，每个字符的前后各加入1-3位信息作为字符的开始和结束标志位，以便于在每一个字符开始时接收端和发送端同步一次，从而在一串字符中可以将每个字符识别出来c) 按数据传输的流向分为单工、双工和全双工i. 单工：通信双方传送的数据是一个方向，不能反向传送，实际中采用两根线，一根正向，一根反向。无线电广播和电视信号传播采用单工通信ii. 半双工：可进行双向通信，但不能同时进行，双方公用一个数据线路iii. 权双工：双方可同时双向传输d) 按被传说的数据信号特点分为I基带传输、斌带传输和数字数据传输i. 基带传输：终端设备将数字信号转换成脉冲电信号直接传送，用于短距离ii. 频带传输：将数字信号通过调制解调器转化成具有一定频带范围的模拟信号进行传输，可实现远距离传输iii. 数字数据传输：利用数字信道传输数据信号的一种方式，效率高，质量好八、 数据交换方式a) 电路交换：通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路，是两个站之间一个实际的物理连接。一旦建立连接，连接的通信线路就成为他们之间的临时专用通路，别的用户不能使用该通道，直到通信结束才拆除连接。三个阶段：电路建立、数据传送、线路拆除。适应于实时传输，但线路利用率低，容易引起阻塞b) 报文交换：源站在发送报文时添加目的信息，然后报文在网络中从一个结点传至另一个站点。利用存储转发方式，具有以下特点：i. 线路利用率高ii. 源和宿无需同时工作iii. 可能会延时但不会阻塞iv. 可以发到多个目的地v. 利用报文优先级，优先传送重要报文vi. 能进行速度和代码转换vii. 缺点：网络延时长、波动范围大、不适于声音连接、不适于交互式终端到计算机的连接c) 分组交换：采用存储转发方式，将报文裁成若干个较短的、规格化了的“分组”进行交换和传递。和报文的区别在于传输数据单元的大小，报文长度随机，分组长度受限i. 数据报方式：每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据块，位每个数据报选择一条路径，使他们的目的地相同，每个数据报都有相应的发送顺序信息ii. 虚电路方式：建立一条逻辑上的链接，逻辑连接路径上哥哥节点都有缓冲装置，按照逻辑连接的方向和接收的次序进行转发iii. 分组与报文比较有一下优点1. 减少了时间延迟2. 有利于提高结点存储资源的使用效率3. 减少了每次传输发生的错误率以及重传信息的数量4. 易于重新传输九、 多路复用技术：在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个公共传输介质a) 频分多路复用（FDM）：一种按频率