數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)（一） 一、 基本概念 a) 數(shù)據(jù)通信：依照通信協(xié)議、利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。是計(jì)算機(jī)與通信相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式和通信業(yè)務(wù)，包括兩方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)傳輸前后的處理 二、 通信信號：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼。 a) 信號：信息的表現(xiàn)形式，具有確定的物理描述——電信號或光信號 b) 數(shù)字信號：是一種離散信號 c) 模擬信號：是一段連續(xù)改變的信號 三、 通信模型 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路與分布于遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。主要設(shè)備包括：信源、變換器、信道、反變換器、信宿和噪聲源 數(shù)據(jù)終端設(shè)備：即數(shù)據(jù)的生成者和運(yùn)用者，它依據(jù)協(xié)議限制通信的功能——常見的是微機(jī)或打印機(jī) 通信限制器：除了進(jìn)行通信狀態(tài)的連接、監(jiān)控和拆除等操作外，還可以接收來自多個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備的信息，并轉(zhuǎn)換信息格式。有異步通信適配器（UART）、數(shù)字基帶網(wǎng)中的網(wǎng)卡 通信信道：信息在信號變換器之間傳輸?shù)耐ǖ?。有電話線路模擬通信信道、DDN專業(yè)數(shù)字通信信道 信號變換器：將通信限制器供應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合通信信道要求的信號形式，或?qū)⑿诺乐袀鱽淼男盘栟D(zhuǎn)換成可供數(shù)據(jù)終端設(shè)備運(yùn)用的數(shù)據(jù)，最大限度地保證傳輸指令。有調(diào)制解調(diào)器、光電轉(zhuǎn)化器，他們和其他網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）,為用戶設(shè)備供應(yīng)入網(wǎng)的連接點(diǎn) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵性問題： 傳輸系統(tǒng)利用率：有效的運(yùn)用設(shè)備 接口規(guī)范：是發(fā)送端產(chǎn)生的信號特征能適應(yīng)信道的傳輸，以及在接收端能對數(shù)據(jù)做正確說明 同步：接收端要按發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)頻率和起止時(shí)間來接收數(shù)據(jù)，使自己的時(shí)鐘與發(fā)送端一樣，實(shí)現(xiàn)同步接收 交換管理：在兩個(gè)實(shí)體通信期間的各種協(xié)調(diào)管理 差錯(cuò)檢測和校正 尋址和路由：確定信號到達(dá)目標(biāo)的最有路徑 復(fù)原：在系統(tǒng)由于某種緣由被破壞或中斷后，對系統(tǒng)進(jìn)行必要的復(fù)原 報(bào)文格式：兩個(gè)對話實(shí)體須要進(jìn)行協(xié)商，是報(bào)文格式一樣 平安：保證正確地、完整地、不被泄露地將數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳輸至接收端 網(wǎng)絡(luò)管理： 四、 信道分類 a) 從概念上：廣義信道（通信線路+兩端連接設(shè)備）和狹義信道（僅有通信線路） b) 按傳輸媒體分： i. 有線信道：性能穩(wěn)定、外界干擾小、維護(hù)便利。但工程量大、一次性投資較大 ii. 無線信道：利用無線電波在空間進(jìn)行信號傳輸，通信成本低、建立敏捷、可移植性大，受環(huán)境氣候影響較大，保密性差 c) 按允許通過的信號類型分： i. 模擬信道：傳輸模擬信號，比較便利，但簡單受干擾而失真 ii. 數(shù)字信道：傳輸二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號，效率高，質(zhì)量好，當(dāng)信號衰減時(shí)，可運(yùn)用中繼器來識別和還原數(shù)字信號 五、 數(shù)據(jù)通信中的幾個(gè)主要指標(biāo) a) 比特率：是數(shù)據(jù)傳輸速率，指在有效的帶寬上，單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位（bit）數(shù) b) 波特率：一種調(diào)制速率，指數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的速率，即調(diào)制后每秒改變的次數(shù) c) 帶寬：指物理信道的頻帶寬度，即信道允許的最高頻率和最低頻率之差 d) 信道容量：指物理信道上能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大實(shí)力 e) 誤碼率：指二進(jìn)制編碼在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯(cuò)的概率 f) 吞吐量：指數(shù)值上大于等于信道在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量 六、 通信介質(zhì)：指通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理鏈路 a) 雙絞線：4對雙絞線構(gòu)成雙絞線電纜，即可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數(shù)字信號，連接器一般運(yùn)用RJ-45接頭，有兩類非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP），STP增加一個(gè)屏蔽層，能有效地防止電磁干擾 b) 同軸電纜：由一根空心的圓柱形導(dǎo)體圍圍著單根內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成的。連接器可以采納BNC或T連接器。50歐姆的同軸電纜可以用于數(shù)字信號發(fā)送，稱為基帶同軸電纜，75歐姆的同軸電纜可用于頻分多路轉(zhuǎn)換的模擬信號發(fā)送，稱為寬帶同軸電纜 c) 光纖：由纖芯、包層和護(hù)套組成，一般運(yùn)用光纖收發(fā)器進(jìn)行連接，有兩種SC和ST. i. 有較大的帶寬，通信容量大 ii. 傳輸速率高，能達(dá)到甚至超過千兆位/秒 iii. 傳輸衰減小，連接的范圍廣 iv. 不受外界電磁波的干擾 v. 無串音干擾，不易被竊聽和截取數(shù)據(jù) d) 無線傳輸介質(zhì)：無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)，有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信 七、 數(shù)據(jù)傳輸模式：指數(shù)據(jù)在通信信道上傳送所實(shí)行的方式。 a) 按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)囊来畏譃椋翰⑿袀鬏敽痛袀鬏? i. 串行：數(shù)據(jù)以串行方式在一條信道上傳輸，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，適于長距離傳輸 ii. 并行：數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，速度快，設(shè)備困難，成本高，適于短距離傳輸 b) 按數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞椒譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏? i. 同步傳輸：接收端按發(fā)送端的每個(gè)碼元的起止時(shí)間及重復(fù)頻率來接收數(shù)據(jù)，并且要校準(zhǔn)自己的時(shí)鐘以便與發(fā)送端的發(fā)送取得一樣，實(shí)現(xiàn)同步接收，有字符同步和位同步。適用于同一個(gè)時(shí)鐘協(xié)調(diào)通信雙方，傳輸速率較高 ii. 異步傳輸：發(fā)送端可以在隨意時(shí)刻發(fā)送字符，字符之間的時(shí)間間隔可以隨意改變。他將字符看做一個(gè)獨(dú)立的傳送單元，每個(gè)字符的前后各加入1-3位信息作為字符的起先和結(jié)束標(biāo)記位，以便于在每一個(gè)字符起先時(shí)接收端和發(fā)送端同步一次，從而在一串字符中可以將每個(gè)字符識別出來 c) 按數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚍譃閱喂?、雙工和全雙工 i. 單工：通信雙方傳送的數(shù)據(jù)是一個(gè)方向，不能反向傳送，實(shí)際中采納兩根線，一根正向，一根反向。無線電廣播和電視信號傳播采納單工通信 ii. 半雙工：可進(jìn)行雙向通信，但不能同時(shí)進(jìn)行，雙方公用一個(gè)數(shù)據(jù)線路 iii. 權(quán)雙工：雙方可同時(shí)雙向傳輸 d) 按被傳聞的數(shù)據(jù)信號特點(diǎn)分為I基帶傳輸、斌帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 i. 基帶傳輸：終端設(shè)備將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號干脆傳送，用于短距離 ii. 頻帶傳輸：將數(shù)字信號通過調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)化成具有肯定頻帶范圍的模擬信號進(jìn)行傳輸，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸 iii. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號的一種方式，效率高，質(zhì)量好 八、 數(shù)據(jù)交換方式 a) 電路交換：通過網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站之間建立一條專用的通信線路，是兩個(gè)站之間一個(gè)實(shí)際的物理連接。一旦建立連接，連接的通信線路就成為他們之間的臨時(shí)專用通路，別的用戶不能運(yùn)用該通道，直到通信結(jié)束才拆除連接。三個(gè)階段：電路建立、數(shù)據(jù)傳送、線路拆除。適應(yīng)于實(shí)時(shí)傳輸，但線路利用率低，簡單引起堵塞 b) 報(bào)文交換：源站在發(fā)送報(bào)文時(shí)添加目的信息，然后報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳至另一個(gè)站點(diǎn)。利用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，具有以下特點(diǎn)： i. 線路利用率高 ii. 源和宿無需同時(shí)工作 iii. 可能會(huì)延時(shí)但不會(huì)堵塞 iv. 可以發(fā)到多個(gè)目的地 v. 利用報(bào)文優(yōu)先級，優(yōu)先傳送重要報(bào)文 vi. 能進(jìn)行速度和代碼轉(zhuǎn)換 vii. 缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)延時(shí)長、波動(dòng)范圍大、不適于聲音連接、不適于交互式終端到計(jì)算機(jī)的連接 c) 分組交換：采納存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，將報(bào)文裁成若干個(gè)較短的、規(guī)格化了的“分組”進(jìn)行交換和傳遞。和報(bào)文的區(qū)分在于傳輸數(shù)據(jù)單元的大小，報(bào)文長度隨機(jī)，分組長度受限 i. 數(shù)據(jù)報(bào)方式：每個(gè)分組被稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，若干個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成一次要傳送的報(bào)文或數(shù)據(jù)塊，位每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)選擇一條路徑，使他們的目的地相同，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都有相應(yīng)的發(fā)送依次信息 ii. 虛電路方式：建立一條邏輯上的鏈接，邏輯連接路徑上哥哥節(jié)點(diǎn)都有緩沖裝置，依據(jù)邏輯連接的方向和接收的次序進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) iii. 分組與報(bào)文比較有一下優(yōu)點(diǎn) 1. 削減了時(shí)間延遲 2. 有利于提高結(jié)點(diǎn)存儲資源的運(yùn)用效率 3. 削減了每次傳輸發(fā)生的錯(cuò)誤率以及重傳信息的數(shù)量 4. 易于重新傳輸 九、 多路復(fù)用技術(shù)：在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)源共享同一個(gè)公共傳輸介質(zhì) a) 頻分多路復(fù)用（FDM）：一種按頻率來劃分信道的復(fù)用方式 b) 時(shí)分多路復(fù)用（TDM）：將一條物理線路按時(shí)間分成一個(gè)個(gè)互不重疊的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片常稱為一幀，幀再分為若干時(shí)隙，輪換地為多個(gè)信號所運(yùn)用。分為同步和異步兩種，同步指安排給每個(gè)用戶的時(shí)隙是固定的，異步允許動(dòng)態(tài)地安排時(shí)隙 c) 波分多路復(fù)用（WDM）：和頻分技術(shù)原理一樣，不同的是波分采納光纖作為通信介質(zhì)。