数据通信基础知识

数据通信基础知识2.1数据通信的基本概念数据通信是依据通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息的技术。用于实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。2.1.1数据和数据通信2.1.2码元2.1.3信息传输速率2.1.4信道容量、带宽与误码率2.1.1数据和数据通信通常数据定义为能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。数据根据分类可分为两类，模拟数据与数字数据。数据通信是指远程设备之间收发数据。尽管远程通信一词有更广泛的含义，但是人们还是经常把它与数据通信交替使用。与数据通信相关的另一个术语是远程处理（简写为TP）。远程处理比数据通信的含义更加广泛，它意味着利用数据通信来进行数据处理。2.1.2码元码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作“位”或bit。例如1010101，共有7个位。2.1.3信息传输速率信息传输速率是指通信线路上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率和调制速率。信号速率S：指单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，以每秒多少比特数来计算，即bps。调制速率B：是脉冲信号经过调制后的传输速率，以波特（BAUD）为单位，通常用于表示调制器之间传输信号的速率。信号速率S与调制速率B有如下关系：S=B×log2N。其中N为一个脉冲信号所表示的有效状态。在二进制中脉冲只有0或1两种状态，即N=2，也就是说，信号速率S与调制速率B是一致的。2.1.4信道容量、带宽与误码率信道：传输信息的必经之路称为“信道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个节点之间的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也是一种通路，但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质、而是在物理信道基础上，由节点内部的边来实现。通常把逻辑信道称为“连接”。信道容量：指信道能传输信息的最大能力，一般以单位时间内最大可传送信息的位数表示。实际上，信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率得不到充分利用。带宽：即是信息传输率，以“字节/秒”为单位。误码率：指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标。它以接收信息中比特数占总传输比特数的比例来度量，通常应低于10-6。2.2数据的传输方式数据传输的方式有串行传输和并行传输；单向传输和双向传输；同步和异步传输。2.2.1串行传输和并行传输1.串行通信:计算机中的一个字节由一个8位二进制代码来表示。将准备传输的每个字节的二进制代码按照由低到高位的顺序，依次发送。这种数据传输方式称为串行传输。2.并行传输:指同时传输一组比特，每个比特用一个线路通道。2.2.2单向传输和双向传输根据传输方向与时间的不同，其可以分为三种传输方式：1.单工传输2.半双工传输3.全双工传输2.2.3同步与异步传输1.同步问题的重要性2.异步传输与同步传输2.3数据交换2.3.1电路交换1.电路交换的三个过程2.电路交换的主要特点2.3.2报文交换1.报文交换原理2.报文交换的优点2.3.3分组交换2.4多路复用技术多路复用技术是计算机网络中的一个基本概念，它是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。这种技术由多路复用器和多路分配器两个设备来实现。2.4.1频分多路复用（FDM）2.4.2波分多路复用（WDM）2.4.2波分多路复用（WDM）2.5差错控制技术计算机网络要求高速并且无差错地传递数据信息，但这只是一种比较理想的考虑。因为网络主要由一个个实体构成，而这些实体从制造到装配等一系列的过程是很复杂的，在这个复杂的过程中无法保证各个部分都达到理想的理论值；再加上网络运行所受到的各种影响，任何一个通信系统都不能做到完美无缺。面对这种实际情况，惟一解决问题的办法就是发现并纠正传输中的差错。2.5.1差错控制技术差错控制就是指在数据通信过程中，发现、检测错误，对错误进行纠正，从而把差错限制在数据传输所允许的尽可能小的范围内。1.差错产生的原因及其特点2.差错控制的基本方式2.5.2检错码1.奇偶校验2.循环冗余校验2.5.3纠错码汉明码（也叫海明码）是一种可以纠正一位错的高效率线性分码组。其基本思想是：将待传信息码元分成许多长度为k的组，其后附加r个用于监督的冗余码元（也称校验位），构成长为n=k+r位的分组码。分组码中每个校验位和某几个特定的信息位构成偶检验关系。用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。汉明码是一种具有纠错功能的纠错码，它能将无效码字恢复成距离它最近的有效码字，但不是百分之百正确。两个码字的对应位取值不同的位数称为这两个码字的汉明距离。一个有效编码集中，任意两个码字的汉明距离的最小值称为该编码集的汉明距离。如果要纠正d个错误，则编码集的汉明距离至少应为2d+1。2.6数据传输设备2.6.1传输模型2.6.2传输硬件设备2.6.1传输模型数据的传输主要包含以下五个部分：（1）数据源（DataSource）。（2）发送器（Transmitter）。（3）通信信道（CommunicationChannel）。（4）接收器（Receiver）。（5）数据槽（DataSink）。如图2-1所示为数据传输的模型。其中各部分含义如下：数据通信设备（DCE：DataCommunicationEquipment）：“发送器”与“接收器”。通过通信通道建立通信双方的实体网络连接。数据终端设备（DTE：DataTerminalEquipment）：“数据源”与“数据槽”。根据数据传输时DTE之间的同步形式，数据传输又可以分为同步传输和异步传输；根据通信线路的复用手段，又可以分为频分多路复用FDM和时分多路复用TDM等。图2-1