数据通信的基本概念

   数据通信技术基本概念

   信息、数据和信号

   信息是客户事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式或运动状态。数据是信息的载体，是信息的表现形式。信号是数据在传输过程的具体物理表示形式，具有确定的物理描述。传输介质是通信中传送信息的载体，又称为信道。

   模拟通信和数字通信

   通信系统主要由5个基本系统元件构成，信源、转换器、信道、反转换器、信宿

   源系统将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号形式，通过信道传输到目的系统，目的系统再将信号反变换为具体的信息。通过系统的传输的信号一般有模拟信号和数字信号两种表达方式。模拟信号是一个连续变化的物理量，即在时间特性上幅度（信号强度）的取值是连续的，一般用连续变化的电压表示。数字信号是离散的，即在时间特性上幅度的取值是有限的离散值，一般用脉冲序列来表示。数字信号比模拟信号可靠性高，数字信号比较容易存储、处理和传输。

   数据通信的技术指标

   1、信道带宽

   是描述信道传输能力的技术指标，它的大小是由信道的物理特性决定的。

   信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带度

   2、数据传输速率

   称为比特率，是指信道每秒钟所能传输的二进制比特数，记为bps，常见的单位有Kbps、Mpbs、Gbps等，数据传输速率的高低，由每位数据所占的时间决定，一位数据所占用的时间宽度越小，则传输速率越高

   3、信道容量：

   信道的传输能力是有一定限制的，信道传输数据的速率的上限，称为信道容量，一般表示单位时间内最多可传输的二进制数据的位数

   C=Wlog2（1+S/N）

   C为信道容量；W为信道带宽；N为噪声功率；S为信号功率

   S/N称为信噪比，用来描述信道的质量，噪声小的系统信噪比高，信噪比S/N通常用10lg（S/N）来表示，其单位为分贝。

   无噪声离散信道容量公式为C=2Wlog2L （L为传输二进制信号）

   4、波特率：

   是传输的信号值每秒钟变化的次数，如果被传输的信号周期为T，则波特率Rb=1/T.Rb称为波形速率或调制速率。

   R=Rblog2V

   V表示所传输信号所包含的离散电平数

   5、信道延迟

   信号沿信道传输需要一定的时间，就是信道延迟，信道延迟时间的长短，主要受发送设备和接收设备的响应时间、通信设备的转发和等待时间、计算机的发送和接收处理时间、传输介质的延迟时间等的影响。

   信道延迟=计算机的发送和接收处理时间+传输介质的延迟时间+发送设备和接收设备的响应时间+通信设备的转发和等待时间

   6、误码率：

   是指接收的错误码元数占传送总码元数的比例，即码元在传输系统中被传错的概率。

   Pc=Ne/N

   Ne表示单位时间内接收的错误码元数；N表示单位时间内系统接收的总码元数

   误码率越低，通信系统的可靠性越高，通信质量越好。

   数据的传输

   串/并行通信

   数据的传输方式有串行通信和并行通信两种，并行通信用于较低距离的数据传输，串行通信用于较远距离的数据传输

   1、串行通信

   串行通信在传输数据时，数据是一位一位地在通信上传输的

   USB指串行总线。网卡负责串行数据和并行数据的转换工作。

   2、并行通信

   是指要传输的数据中多个数据位同时在两个设备中传输，发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位校验位。接收设备可同时接收到这些数据，而且无需变换就可以直接使用

   并行通信特点：传输速度快，处理简单

   通信线路的连接方式

   1、点对点连接方式

   指在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。

   2、多点连接方式

   指各个站点通过一条公共的通信线路或集线器连接起来

   信道的通信方式

   1、单工通信

   在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传输方向。

   2、半双工通信

   信号可以双向传送，但必须交替进行，在任一时刻只能向一个方向传送。

   3、全双工通信

   信号可以双向传送数据，通信效率高，适合于计算机与计算机之间的通信

   信号的传输方式

   基带传输指按照它们的原样进行传输

   频带传输是利用它们调制载荷的高频载波信号进行传输。根据载波信号的不同又可分为模拟传输和数字传输

   1、基带传输

   把矩形脉冲信号的固有频带称做基带，把矩形脉冲信号叫做基带信号。在数据通信信道上直接传输数据基带信号的通信方式称为基带传输

   发送端要通过编码器将信源的数据变换为直接传输的数字基带信号，在接收端通过译码进行解码，恢复发送端的原始数据

   基带传输的优点是无需调制就可以传送数字信号，从而简化了通信处理过程，提高了传输速度。基带传输不适合远距离传输

   2、频带传输

   是将数字信号调制成模拟信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。需要使用调制解调器

   3、宽带传输

   宽带是指比音频更宽的频带，包括大部分电磁波频谱，利用宽带进行的数据传输称为宽带传输。宽带传输可容纳全部的广播信号，可以把声音、图像及数据等信息综合到一个物理信道进行高速数据传输，采用频分多路复用的形式进行数据传输。

   宽带传输优点是传输距离远，可达几十千米，技术复杂，传输系统的成本相对较高

   数据传输的同步技术

   常用的同步技术有两种：异步传输方式和同步传输方式

   1、异步传输

   每传送一个字符，都要在字符前加1个起始位，表示字符的开始，在字符代码和检验码后面加1或2个停止位，表示字符的结束。接收方根据起始位或停止位判断一个字符开始或结束，从而起到通信双方的同步作用。

   特点：

   （1）每个字符作为一个独立的整体进行传送

   （2）字符之间的时间间隔是任意的

   （3）每传输一个字符都需要多使用2-3个二进制位，增加了通信的开销，适合于低速通信

   2、同步传输

   是数据块为单位进行传输，在数据块之前先发送一个或多个同步字符SYN，用于接收方进行同步检测，从而使通信双方进行同步状态。在同步字符之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送完毕，再使用同步字符来标识整个发送过程结束。

   特点：

   传输效率高，对传输设备要求高