数据通信基础


数据通信

基本概念

什么是数据通信:把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地

  • 通信的三个要素 : 信源、信宿和信道
  • 数据通信系统由传输线路传输设备组成
  • 信号 是 数据的 电磁波表示形式
  • 信息 是 数据的 集合(含义)

数字信号、模拟信号

模拟信号:信号的参量取值连续,包含无穷多个值。信号强度变化是平滑的。
数字信号:信号的参量取值是离散、有限种。一个时间段,信号强度保持某个常量值,下一个时间段有变化到另一个常量值

常见的两种通信系统:模拟通信系统 数字通信系统

模拟信号

通过模拟信号传送模拟信号的通信系统 :信源->调制器->信道->解调器->信宿

  • 调制:调制为适合信道传输的信号形式
  • 解调:将调制过的信号还原

数字信号

通过数字通信系统传送数字信号的通信系统:

信源->编码器->调制器->信道->解调器->解码器->信宿

  • 调制:将数字基带信号->频带信号
  • 解调:将频带信号 ->数字基带信号

基带、频带

基带信号就是没有调制过的信号;频带信号就是调制过的信号,也就是射频信号,带通信号。频带信号就是高频的信号,便于传输

基带传输不经过数字调制,只进行简单的码型变化就开始传输
频带传输:对基带信号进行数字调制,对载波波形参量进行控制。调制信号数字基带信号,调制后称为已调信号

载波:用来载送数据的信号,采用高频正弦作为载波

​ 行参量重点考察,幅度,频率

信道与介质

物理信道:传送信号或数据 由传输及附属设备组成逻辑信道:在物理信道基础上,由节点设备内容连接实现

码元时间轴上的一个信号编码单元一个码包含一个比特,四进制编码,1个码元含2个比特

  • 信道中 信号传输速率:码元/秒 称为 波特(码元传输速率的单位)
  • 波特率 线路上每秒传送的波形个数,也叫传输方向(baud)

吞吐率:信道容量 x 信道效率,时间内处理的信息量

Nyquist(奈奎斯特)- 理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud即每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。

  • 理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。

信道中 数据传输速率: 比特/秒 比特率 指每秒传输的二进制位数

bit/s=bps=b/s

  • 衡量信道质量好坏的参数是信噪比(越大越优)
  • 信噪比就是信号平均功率与噪声平均功率的之比,常记为S/N;
  • 香农公式表明,信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的**极限数据传输速率就越高**。
  • 香农公式表明,要想提供信息的传输速率,必须设法提高传输线路的带宽,或者必须设法提高所传信号的信噪比,此外没有其他任何办法

数据传输模式(通信方式)

  • 单工:数据单向传输(无线电广播)

  • 半双工:数据可以双向传输,但不能在同一时刻双向传输(对讲机)

  • 全双工:数据可同时双向传输(电话)

传输媒体

(传输媒介,传输介质)是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路

非导型传输媒体(无线),导引型传输媒体(有线):双绞线,同轴电缆,光纤

双绞线分为*屏蔽双绞线**(STP)非屏蔽双绞线(UTP)

同轴电缆

​ 基带同轴电缆(50欧):一条电缆只用于一个信道,用于数字传输
​ 宽带同轴电缆(75欧):一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号,用于模拟传输

光纤

依靠光波承载信息

  • 速率高,通信容量大
  • 尺寸更小且重量更轻
  • 传输损耗小,适合长距离传输
  • 抗干扰性能极好,保密性好
  • 常见的波长有 1550nm
  • 传输距离:2km(100M带宽)

光纤的两种常见传输模式:多模光纤单模光纤

组网与路由

  • 最少使用3个卫星就可以覆盖全球
  • 分组交换 产生于60年初 ARPA网络

分组交换

  • 即使少数结点或链路被摧毁,整个网络仍保持畅通。
  • 这种新型的计算机网络就是采用分组交换的、基于存储转发计算机网络

异步传输模式

  • ​ 使用分组交换技术时,在数据传送前可以不必先建立连接(无连接模式)
  • 分组交换也可以使用面向连接的方式(广域网的X.25网络和ATM网)

异步传输交换网 ATM

路由器是实现分组交换的关键构件:其任务是转发收到的分组这是网络核心部分最重要的功能
路由器分组的过程:

  1. 暂存
  2. 查找转发表
  3. 分组到端口并转发

物理层在数据通信的作用

  • 物理层的功能是为它的服务用户(数据链路层实体)在具体的物理媒体上发送和接收比特流。

DTE

  • (Data Terminal Equipment)是数据终端设备,是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。

DCE

  • (数据电路端接设备) DTE虽具有一定的发送接收能力,但它所发出的信号通常不能直接送到传输介质上,而必须在数据处理设备和传输介质之间,加上一个中间设备

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