數(shù)據(jù)通信知識(shí)　

所有計(jì)算機(jī)之間之間通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信都涉及由傳輸介質(zhì)傳輸某種形式的數(shù)據(jù)編碼信號(hào)。 傳輸介質(zhì)在計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間起互連和通信作用，為數(shù)據(jù)信號(hào)提供從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理通路。 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)可分為有線和無(wú)線傳輸介質(zhì)兩大類。
　　一、有線傳輸介質(zhì)(Wired Transmission Media)
　　有線傳輸介質(zhì)在數(shù)據(jù)傳輸中只作為傳輸介質(zhì)，而非信號(hào)載體。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流行使用的有線傳輸介質(zhì)(Wired Transmission Media)為：銅線和玻璃纖維。

　　1. 銅線
　　銅線(Copper Wire)由于具有較低的電阻率、價(jià)廉和容易安裝等優(yōu)點(diǎn)因而成為最早用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸介質(zhì)，它以介質(zhì)中傳輸?shù)碾娏髯鳛閿?shù)據(jù)信號(hào)的載體。為了盡可能減小銅線所傳輸信號(hào)之間的相互干涉(Interference)，我們使用兩種基本的銅線類型：雙絞線和同軸電纜。
　　(1)雙絞線
　　雙絞線(Twisted Pair)是把兩條互相絕緣的銅導(dǎo)線紐絞起來(lái)組成一條通信線路，它既可減小流過(guò)電流所輻射的能量，也可防止來(lái)自其他通信線路上信號(hào)的干涉。雙絞線分屏蔽和無(wú)屏蔽兩種，其形狀結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。雙絞線的線路損耗較大，傳輸速率低，但價(jià)格便宜，容易安裝，常用于對(duì)通信速率要求不高的網(wǎng)絡(luò)連接中。
　　(2)同軸電纜
　　同軸電纜(Coaxial Cable)由一對(duì)同軸導(dǎo)線組成。同軸電纜頻帶寬，損耗小，具有比雙絞線更強(qiáng)的抗干擾能力和更好的傳輸性能。按特性阻抗值不同，同軸電纜可分為基帶(用于傳輸單路信號(hào))和寬帶(用于同時(shí)傳輸多路信號(hào))兩種。同軸電纜是目前LAN局域網(wǎng)與有線電視網(wǎng)中普遍采用的比較理想的傳輸介質(zhì)。

　　2.玻璃纖維
　　目前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中十分流行使用易彎曲的石英玻璃纖維來(lái)作為傳輸介質(zhì)，它以介質(zhì)中傳輸?shù)墓獠?光脈沖信號(hào))作為信息載體，因此我們又將之稱為光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱光纖(Optical Fiber)或光纜(Optical Cable)。
　　光纜由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維(纖芯)，外加包層（硅橡膠）和保護(hù)層構(gòu)成。在光纜一頭的發(fā)射器使用LED光發(fā)射二極管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)來(lái)發(fā)射光脈沖，在光纜另一頭的接收器使用光敏半導(dǎo)體管探測(cè)光脈沖。

　　模擬數(shù)據(jù)通信與數(shù)字數(shù)據(jù)通信

一、通信信道與信道容量(Communication Channel Channel Capacity)
　　通信信道(Communication Channel)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，在?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中信道分為物理信道和邏輯信道。物理信道指用于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的物理通路，它由傳輸介質(zhì)與有關(guān)通信設(shè)備組成；邏輯信道指在物理信道的基礎(chǔ)上，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信號(hào)的雙方通過(guò)中間結(jié)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的邏?quot;聯(lián)系，由此為傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)形成的邏輯通路。邏輯信道可以是有連接的，也可以是無(wú)連接的。 物理信道還可根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同而分為有線信道和無(wú)線信道，也可按傳輸數(shù)據(jù)類型的不同分為數(shù)字信道和模擬信道。 信道容量(Channel Capacity)指信道傳輸信息的最大能力：對(duì)于數(shù)字信道一般用單位時(shí)間可以傳輸?shù)淖畲蠖M(jìn)制位(比特bit)數(shù)來(lái)表示，對(duì)于模擬信道則由信道的帶寬表示。信道容量的大小還受信道質(zhì)量和可使用時(shí)間的影響，當(dāng)信道質(zhì)量較差時(shí)，實(shí)際傳輸速率將降低。

二、模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 (Analog Data Communication Digital Data Communication)
1.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)
　　我們一般將數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。
　　模擬數(shù)據(jù)(Analog Data)是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無(wú)線電和電視廣播中的聲音和圖像。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(Digital Data)則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。目前，ASCII美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼(American Standard Code for Information Interchange)已為ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和CCITT國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)所采納，成為國(guó)際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼，使用7位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一個(gè)英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)或控制符號(hào)；圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)則可分別采用多種編碼格式。

2.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
　　(1)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)
　　不同的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)才能進(jìn)行傳輸：模擬數(shù)據(jù)一般采用模擬信號(hào)(Analog Signal)，例如用一系列連續(xù)變化的電磁波(如無(wú)線電與電視廣播中的電磁波)，或電壓信號(hào)(如電話傳輸中的音頻電壓信號(hào))來(lái)表示；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則采用數(shù)字信號(hào)(Digital Signal)，例如用一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖(如我們可用恒定的正電壓表示二進(jìn)制數(shù)1，用恒定的負(fù)電壓表示二進(jìn)制數(shù)0)，或光脈沖來(lái)表示。 當(dāng)模擬信號(hào)采用連續(xù)變化的電磁波來(lái)表示時(shí)，電磁波本身既是信號(hào)載體，同時(shí)作為傳輸介質(zhì)；而當(dāng)模擬信號(hào)采用連續(xù)變化的信號(hào)電壓來(lái)表示時(shí)，它一般通過(guò)傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸線路(例如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng))來(lái)傳輸。 當(dāng)數(shù)字信號(hào)采用斷續(xù)變化的電壓或光脈沖來(lái)表示時(shí)，一般則需要用雙絞線、電纜或光纖介質(zhì)將通信雙方連接起來(lái)，才能將信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
　　(2)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換
　　模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間可以相互轉(zhuǎn)換：模擬信號(hào)一般通過(guò)PCM脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號(hào)，即讓模擬信號(hào)的不同幅度分別對(duì)應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號(hào)量化為2^8=256個(gè)量級(jí)，實(shí)用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號(hào)一般通過(guò)對(duì)載波進(jìn)行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，目前在計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)中實(shí)際傳送的則既有二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，也有由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換而得的模擬信號(hào)。但是更具應(yīng)用發(fā)展前景的是數(shù)字信號(hào)。

3.模擬數(shù)據(jù)通信與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信
(1)模擬數(shù)據(jù)通信
　　路來(lái)傳輸模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。例如目前我們廣泛使用公用電話線路來(lái)傳輸語(yǔ)音或計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，我們也可以使用公共有線電視網(wǎng)來(lái)傳輸視頻和計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)；而微波與衛(wèi)星通信傳輸?shù)囊部梢允悄M數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)。
為了用模擬數(shù)據(jù)通信的方法實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，我們一般不直接傳輸模擬信號(hào)(包括由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)的模擬信號(hào))，而是在發(fā)送方使用某一頻率的電磁波作為載波(Carrier)，然后用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制(Modulation)，調(diào)制后的載波信號(hào)(為模擬信號(hào))占有以該載波頻率為中心的一段頻譜，并能在適于該載波頻率的介質(zhì)上傳輸；而在接收方則通過(guò)解調(diào)制(Demodulation)還原疊加于載波上的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。我們將可同時(shí)完成調(diào)制和解調(diào)的裝置稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。
(2)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信
　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信(Digital Data Communication)指直接利用數(shù)字傳輸技術(shù)在數(shù)字設(shè)備之間傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。由于計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，因而計(jì)算機(jī)與其外部設(shè)備之間，以及計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)大多直接采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。此外，目前北美采用的24路PCM脈碼調(diào)制(速率為1.544Mpbs)，以及歐洲和我國(guó)采用的30路PCM脈碼調(diào)制(速率為2.048Mbps)電話系統(tǒng)均是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
由于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信傳送的是離散的數(shù)字信號(hào)，即逐位傳送二進(jìn)制數(shù)字代碼，因此要求系統(tǒng)應(yīng)能確知傳輸線上正在傳送的數(shù)位是0還是1。
(3)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的優(yōu)點(diǎn)
　　與模擬數(shù)據(jù)通信相比較，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信具有下列優(yōu)點(diǎn)：
　　a. 來(lái)自聲音、視頻和其他數(shù)據(jù)源的各類數(shù)據(jù)均可統(tǒng)一為數(shù)字信號(hào)的形式，并通過(guò)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸
　　b. 以數(shù)據(jù)幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)檢錯(cuò)編碼和重發(fā)數(shù)據(jù)幀來(lái)發(fā)現(xiàn)與糾正通信錯(cuò)誤，從而有效保證通信的可靠性
　　c. 在長(zhǎng)距離數(shù)字通信中可通過(guò)中繼器放大和整形來(lái)保證數(shù)字信號(hào)的完整及不累積噪音
　　d. 使用加密技術(shù)可有效增強(qiáng)通信的安全性
　　e. 數(shù)字技術(shù)比模擬技術(shù)發(fā)展更快，數(shù)字設(shè)備很容易通過(guò)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，并與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，而由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字設(shè)備的體積與成本的下降速度大大超過(guò)模擬設(shè)備，性能/價(jià)格比高
　　f. 多路光纖技術(shù)的發(fā)展大大提高了數(shù)字通信的效率。
　　需要指出，鑒于傳統(tǒng)公用電話網(wǎng)已在世界范圍普及，目前家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)用戶大都通過(guò)電話線路與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連；此外，隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展，高容量、高寬帶的多路復(fù)用傳輸也大大提高了模擬通信的傳輸效率。但是，如果在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的通信線路之間，只有部分電路采用數(shù)字通信，則數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)并不能充分地得到發(fā)揮。因此，為了提高通信效率，有條件的用戶應(yīng)安裝數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信專線，或直接接入局域網(wǎng)；此外，應(yīng)大力發(fā)展陸上和海底的洲際光纜。 近20年來(lái)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信技術(shù)已開始發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用。目前，數(shù)字通信已開始在長(zhǎng)距離話音和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)領(lǐng)域逐漸替代傳統(tǒng)的模擬通信。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，則大大推動(dòng)了數(shù)字通信技術(shù)的迅速發(fā)展?？梢灶A(yù)言，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最終將取代模擬數(shù)據(jù)通信。