第二章 数据通信基础

这个是关于数据通信基础的思维导图。内容包括数据通信系统的基本概念、数据通信系统、数据编码方式、多路复用技术、数据传输方式、数据交换技术、数据通信的主要技术指标、差错控制。

数据通信基础

• 数据通信系统的基本概念
  • 信息
    • 信息是人脑对客观物质的反映；信息的载体可以是符号、数字、文字、声音、图形、动画和视频等等。
  • 数据
    • 数字化的信息称为数据。数据是信息的载体。
      • 模拟数据
        • 在某个区间内连续变化量的数据。
      • 数字数据
        • 在某个区间内不连续变化（离散）的量。
  • 信号
    • 信号是数据的具体物理表现，且有确定的物理描述。在计算机中，信息是用数据表示并转换成信号进行传送的。
      • 模拟信号
      • 数字信号
  • 信道
    • 定义 ：传输信号的通道
      • 分类
        • 物理信道
        • 逻辑信道
      • 按传输介质分类
        • 有线信道
        • 无线信道
      • 按传输信号的种类分类
        • 模拟信道
        • 数字信道
      • 按使用权限分类
        • 专用信道
        • 公用信道
  • 信道容量
    • 信道传输信息的最大能力，通常用传输速率来表示。
  • 码元
    • 构成信息编码的最小单位。一个数字脉冲称为一个码元，计算机网络中 ，一位二进制数字称为码元。
  • 码字
    • 7个码元组成的二进制数字序列称为码字
• 数据通信系统
  • 数据终端设备DTE
    • 用于处理用户数据的设备，是数据通信系统的信源和信宿
  • 数据线路端接设备DCE
    • 数据通信设备，介于DTE与传输介质之间，如MODEM
  • 通信线路
    • 及传输信道
• 数据编码方式
  • 信道编码
    • 不归零码
    • 曼彻斯特编码
    • 差分曼彻斯特编码
  • 信源编码
    • 奈奎斯特采样定理
  • 调制
    • 幅移
    • 频移
    • 相移
• 多路复用技术
  • 一个信道同时传输多路信号。
    • 频分多路复用（FDM）
      • 按频谱划分信道
    • 时分多路复用（TDM）
      • 按照一定的时间间隔分割
    • 波分多路复用（WDM）
      • 按波长不同划分信道
    • 码分多路复用（CDM）
      • 按编码序列不同划分信道
• 数据传输方式
  • 按数据传输顺序分类
    • 并行通信
      • 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
      • 特点：传输速率高，多用于实时、快速的场合；传输成本高；适用于短距离通信；计算机内部通信
    • 串行通信
      • 数据以串行方式在一条信道上传输。
      • 特点：适合远程通信；传输效率低；收发双发需要同步措施；
  • 按数据传输方向分类
    • 单工通信
      • 信息只能在一个方向上传送（单向），广播；电视节目；
    • 半双工通信
      • 数据在两个方向上传输（双向但不同时），航空的无线电对讲机；计算机与终端的通信；
    • 全双工通信
      • 数据同时在两个方向上传输，具有双向传送信息的能力（双向且同时）手机；计算机网络
  • 按数据传输方式分类
    • 同步传输
      • 以报文或分组为单位进行传输。
        • 码元之间的相对位置都是固定的
    • 异步传输
      • 以字符为传输单位的。传输效率低。
        • 字符之间的间隔是任意的
  • 按数据传输信号分类
    • 基带传输
      • 在数字信道上直接传输基带信号。一条线路只能传输一路基带信号，线路利用率低。
      • 典型案例：计算机网络数据传输
    • 频带传输
      • 将二进制信号通过调制解调器变换成模拟数据信号在电话线等通信线路上传输，适合远距离通信。
      • 典型案例：电话线路
    • 宽带传输
      • 既可以进行数字信息服务，可以进行模拟信息服务。数据传输效率高。
      • 典型案例：IP互动电视
• 数据交换技术
  • 电路交换
    • 过程：电路建立；数据传输；拆除电路；
    • 特点：结点交换；物理连接；通道专用，通信速率较高，线路利用率低；时延很小；速率一致，连接两端的计算机必须同时工作；
    • 典型应用：电话系统；
  • 报文交换
    • “存储-转发”方式；以报文为单位；
    • 特点：不独占线路，线路利用率高；收发双方无须同时工作；同时向多个目的站发送同一报文；能够实现报文的差错控制和纠错处理；能进行速度和代码转换；网络时延较大，不适合实时通信或交互式应用场合。
    • 典型应用：电子邮件系统（E-Mail)；电报；
  • 分组交换
    • 也称为包交换，属于“存储-转发”交换方式，以分组为单位。分类：
      • 数据报
        • 每一组报文的传输路径可能会不同。
        • 每组报文到达目的主机的时间不同
        • 目的主机必须对所接收到的报文分组进行排序才能拼接出原来的信息。
        • 优点：对于短报文数据，通信传输速率比较高，对网络故障的适应能力强。
        • 缺点：传输时延较长，时延离散度大。
        • 适用：适用于短报文和具有灵活性的报文。
      • 虚电路
        • 发送接收数据前，需要通过通信网络建立逻辑上的连接。
        • 用户发送的数据将按顺序通过新建立的数据通路到达终点
        • 虚电路是一条逻辑信道，不是一条物理线路；
        • 优点：对于数据量较大的通信传输速率高，分组传输时延短，且不容易产生数据分组丢失。
        • 缺点：对网络的依赖性较大。
        • 适用：适用于大批量数据交换和减轻各站的处理负担。
    • 特点
      • 采用“存储——转发”方式，不需要物理线路
      • 分组是长度受限的报文分组
      • 要对分组编号，加上源地址和目的地址及约定的头和尾等其他控制信息
    • 典型应用：
      • 计算机网络数据传输系统
  • 信元交换
    • 概念：
      • 信元交换技术是指异步传输模式（ATM），是一种面向连接的交换技术。是分组交换和电路交换相结合的产物。
    • 基本传输单位：
      • 信元（信元长度固定，是53B，由48B的数据和5B的信元头构成。语音，视频和数据都可以由信元的信息域传输）
    • 典型应用：
      • 1、对带宽要求高和对服务质量要求高的应用
      • 2、广域网主干线
• 数据通信的主要技术指标
  • 数据传输速率
    • 即比特率，单位时间内信道传输的信息量；或单位时间内所传送的二进制代码的有效位数。单位是位/秒（bps，b/s，bit/s）或千比特每秒（kbps）。
      • bps=bits per second=b/s bit称为比特 B称为字节 1B=8bit 1KB=1024B 1MB=1024KB
  • 调制速率
    • 及波特率，也称波形速率，码元速率；表示单位时间内信号波形的变换次数；或通过信道传输的码元个数。单位为波特（baud）
  • 误码率
    • 数据通信系统在正常工作情况下信息传输的错误率。是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠性的指标。
  • 吞吐量
    • 单位时间内整个网络能够处理的信息总量
  • 信道的传播延迟
    • 信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要的时间。
  • 带宽
    • 信道所能传送的信号的频率宽度，代表信道传输信息的能力。
      • 模拟信道中，带宽指：
        • 传输信道的最高频率和最低频率的差，单位为HZ
      • 数字信道中，带宽指：
        • 通常用数据传输速率（比特率）表示信道的传输能力。单位为bps
• 差错控制
  • 差错控制方法
    • 前向纠错
    • 自动请求重发
    • 混合方式
  • 常见检错码
    • 奇偶校验
    • 行列监督
    • 循环冗余检验