數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)技術(shù)與通信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)中主要應(yīng)用的是數(shù)據(jù)通信，因此研究計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，首先要研究數(shù)據(jù)通信。

一、數(shù)據(jù)通信基本概念

在數(shù)據(jù)通信中，概念性的術(shù)語很多，只有弄清楚這些概念術(shù)語，才能真正地掌握數(shù)據(jù)通信的意義。

1、信道：

傳輸信息的必經(jīng)之路稱為“信道"。在計算機(jī)中有所謂物理信道和邏輯信道之分。物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，網(wǎng)絡(luò)中兩個結(jié)點之間的物理通路稱為通信鏈路，物理信道由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成。邏輯信道也是一種通路但在信號收、發(fā)點之間并不存在一條物理上的傳輸介質(zhì)、而是在物理信道基礎(chǔ)上，由結(jié)點內(nèi)部的邊來實現(xiàn)。通常把邏輯信道稱為“連接"。

2、碼元：

碼元是對于網(wǎng)絡(luò)中傳送的二進(jìn)制數(shù)字中每一位的通稱，也常稱作“位"或bit。例如1010101，共有7個位。

3、數(shù)據(jù)：

數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。

模擬數(shù)據(jù)在時間上和幅度取值上都是連續(xù)的，其電平隨時間連續(xù)變化。例如，語音是典型的模擬信號，其他由模擬傳感器接收到的信號如溫度、壓力、流量等也是模擬信號。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在時間上離散的，在幅值上是經(jīng)過量化的，它一般是由0、1的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。在通信系統(tǒng)中，模擬數(shù)據(jù)表示的信號稱做模擬信號，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示的信號稱做數(shù)字信號。二者是可以相互轉(zhuǎn)化的。

4、調(diào)制解調(diào)器：

傳統(tǒng)的電話通信信道是傳輸語音一級的模擬信道，無法直接傳輸計算機(jī)的數(shù)字信號。為了利用現(xiàn)有的模擬線路傳輸數(shù)字信號，必須將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，我們將這一過程稱作調(diào)制（MOdulation）。在另一端，接受到的模擬信號要還原成數(shù)字信號，這個過程稱做解調(diào)（DEModulation）。通常由于數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，因此，每端都需要調(diào)制和解調(diào)，這種設(shè)備稱做調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。

5、數(shù)據(jù)傳輸速率：

指通信線上傳輸信息的速度。有兩種表示方法，即信號速率和調(diào)制速率。

信號速率S：指單位時間內(nèi)所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每秒多少比特數(shù)計，即BPS。

調(diào)制速率B：是脈沖信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，以波特（BAUD）為單位，通常用于表示調(diào)制器之間傳輸信號的速率。

信號速率S與調(diào)制速率B有如下關(guān)系：S=B×log₂N 

其中N 為一個脈沖信號所表示的有效狀態(tài)。在二制中脈沖只有兩種狀態(tài)0或1，即n=2，也就是說，信號速率S與調(diào)制速率B是一致的。

6、誤碼率：

指信息傳輸?shù)腻e誤率，是衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。它以接收信息中比特數(shù)占總傳輸比特數(shù)的比例來度量，通常應(yīng)低于10-6。

7、信息容量：

指信道能傳輸信息的最大能力，一般以單位時間內(nèi)最大可傳送信息的BIT數(shù)表示。實用中，信道容量應(yīng)大于傳輸速率，否則高的傳輸速率得不到充分發(fā)揮利用。

8、基帶傳輸：

指在通信電纜上原封不動地傳輸由計算機(jī)或終端產(chǎn)生的0或1數(shù)字脈沖信號。這樣一個信號的基本頻帶可以從直流成分到數(shù)兆赫，頻帶越寬，傳輸線路的電容電感等對傳輸信號波形衰減的影響越大，傳輸距離一般不超過2公里，超過時則需加中繼器放大信號，以便延長傳輸距離。

9、頻帶傳輸：

在遠(yuǎn)距離通信時，需要將數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號再發(fā)送和傳輸，接收端再將音頻信號解調(diào)成數(shù)字信號。由此可見，采用頻帶傳輸時，要求在發(fā)送和接收端安裝調(diào)制解調(diào)器，這不僅解決了數(shù)字信號可用電話線路傳輸，而且可以實現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。

10、寬帶傳輸：

指傳輸介質(zhì)的頻帶寬度較寬的信息傳輸，一般在300-400MHz左右。系統(tǒng)設(shè)計時將此頻帶分割成幾個子頻帶，采用“多路復(fù)用技術(shù)"，在一個信道中間同時傳播聲音圖象和數(shù)據(jù)多種信息，使系統(tǒng)具有多種用途。

11、串行傳輸：

指一位一位地傳送數(shù)據(jù)，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可。優(yōu)點是節(jié)省設(shè)備, 降低費(fèi)用；缺點是傳速慢，網(wǎng)絡(luò)中多采用這種傳輸方式。

12、并行傳輸：

一次可以傳送一個字節(jié)(8位)，發(fā)端到收端用8根線。

目前，計算機(jī)內(nèi)部操作多用并行傳輸，當(dāng)采用串行傳輸時，發(fā)端通過并/串轉(zhuǎn)換設(shè)備將并行數(shù)據(jù)流變?yōu)榇袛?shù)據(jù)流，在接收端又通過串/并行設(shè)備，還原為8位并行數(shù)據(jù)。

13、數(shù)據(jù)交換方式：

在網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)通常是經(jīng)過公用通信傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以提高傳輸設(shè)備的利用率。局域網(wǎng)中的交換方式有線路交換和存儲交換兩大類。存儲交換類中常用報文交換和報文組交換。

14、字符編碼：

在信道上傳送的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制位的形式出現(xiàn)的，如何組合0與1這兩個碼元，使之代表不同的數(shù)據(jù)和信息就叫字符編碼。表1-３是我國1981年由國家標(biāo)準(zhǔn)總局公布的信息處理交換用七位編碼。

15、差錯校正：

字符代碼在傳輸、接收過程中，難免發(fā)生錯誤，如何及時自動檢測差錯并進(jìn)一步自動校正，也是數(shù)字通信系統(tǒng)研究的重要課題，通常的解決辦法采用抗干擾編碼或糾錯編碼，目前常采用的有奇偶校驗碼、方塊碼、循環(huán)冗余碼等。

16、協(xié)議：

即網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)則，它規(guī)定了兩臺計算機(jī)通過一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的方式。

17、同步傳輸：

一種以報文和分組為單位進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。由于報文可包含許多字符，因此可大大減少用于同步的信息量，提高傳輸速率。目前在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中大多采用此種傳輸方式。

18、異步傳輸：

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以字符為單位，而且字符間的發(fā)送時間是異步的，也就是說，后一個字符與前一個字符的發(fā)送時間無關(guān)。

二、物理信道的連接方式

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，終端設(shè)備和計算機(jī)之間需要通信媒介連接起來，這稱做物理信道。物理信道有三種連接方式：

1、點—點連接：

終端與計算機(jī)間通過直接連接或通過調(diào)制解調(diào)器，用線路進(jìn)行連接，可以是撥號線路，也可以是專線。在數(shù)據(jù)通信量比較大時應(yīng)采用這種方式，如圖1。

圖1

2、多點式連接：

為了提高物理信道的利用率，終端與計算機(jī)間通信量不大時，可采用多點連接方式，即幾個終端通過一條公用線路與計算機(jī)相連，如圖2所示。在該方式下，計算機(jī)做為主站，終端作為從站，計算機(jī)控制信息的收和發(fā)，終端不能隨意發(fā)送信息，否則將引起信號沖突。

圖2

3、集中式連接：

當(dāng)終端要求與計算機(jī)通信時，為了節(jié)約信道，可先將終端連接到多路復(fù)用器或集中器上，集中器與計算機(jī)相連，如圖3。

圖3

根據(jù)所允許的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信方式可分成以下三種：

1、單工通信：數(shù)據(jù)只能沿一個固定方向傳輸，即傳輸是單向的。 

2、半雙工通信：允許數(shù)據(jù)沿兩個方向傳輸，但在每一時刻信息只能在一個方向傳輸。

3、雙工通信：允許信息同時沿兩個方向傳輸，這是計算機(jī)通信常用的方式，可大大提高傳輸速率。

表 七位編碼字符集標(biāo)準(zhǔn)