数据通讯基本概念

数据通讯基本概念

一、数据及计算机通信术语

●数据(Data)：传递(携带)信息的实体。

●信息(Information)：是数据的内容或解释。

●信号(Signal)：数据的物理量编码(通常为电编码)，数据以信号的形式传播。

●模拟信号与数字信号

●基带(Base band)与宽带(Broad band)

●信道(Channel)：传送信息的线路(或通路)

●比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。

●码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元

●同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始。同步脉冲也可位于码元的中部，一个码元也可有多个同步脉冲相对应。（如图1所示）

●波特(Baud)：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数(即信号传送速率)。

1 Baud = log2M (bit/s)

其中M是信号的编码级数。也可以写成:Rbit = Rbaud log2M

上式中：Rbit-比特率，Rbaud-波特率。

一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。

例如，M=16，波特率为9600时，数据传输率为38.4kbit/s

●误码率：信道传输可靠性指标，是概率值

信息编码：将信息用二进制数表示的方法。

数据编码：将数据用物理量表示的方法。

例如：字符‘A’的ASCII编码(是信息编码的一种)为01000001

●带宽:带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。

在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s 或bps) 作为带宽的计量单位。主要单位：Kb/s，Mb/s，Gb/s，一个以太局域网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。

●时延

△信息从网络的一端传送到另一端所需的时间

△时延之和=处理时延+排队时延 +发送时延+传播时延

△处理时延=分组首部和错误校验等处理（微秒）

△排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间

△发送时延=数据位数/信道带宽

△传播时延=d/s（毫秒）d:距离 s:传播速度≈光速

●时延带宽乘积：某一链路所能容纳的比特数。

时延带宽乘积=带宽×传播时延。例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。（如图2所示）

●往返时延 (Round-Trip Time ，RTT)

从信源发送数据开始，到信源收到信宿确认所经历的时间RTT≈2×传播时延，传输可靠性两个含义：

1、数据能正确送达

2、数据能有序送达(当采用分组交换时)

二、信息通信系统传输

1、把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地。信息和数据(0,1比特)一般不能直接在介质上传输。

●编码：数据?适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错

●调制：数字信号?适合传输的形式——按频率、幅度、相位

●解调：接收波形?数字信号

●解码：数字信号?原始数据

2、数据通信基本过程

包含两项内容：数据传输和通信控制

过程与打电话的对比

△建立物理连接拨号，拨通对方

△建立逻辑连接互相确认身份

△数据传送互相通话

△断开逻辑连接互相确认要结束通话

△断开物理连接双方挂机

3、信道及其主要特征：数字信道和模拟信道

●数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。

●模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。

模拟信号和数字信号

●模拟信号：时间上连续，包含无穷多个信号值

●数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的信号值

周期信号和非周期信号

●周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）

●非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。

3、数字数据的传输方式

●基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网

●宽带传输：数字信号需调制成频带模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输。例如：闭路电视的信号传输。

4、数据同步方式：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 (包括开始时间、位边界、重复频率等)。

有三种同步方法：位同步、字符同步、帧同步。

●位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，有下面两种方式：

△外同步——发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

△自同步——通过特殊编码(如曼彻斯特编码)，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。

●字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。每个字符的传输需要：1个起始位、5～8个数据位、1，1.5，2个停止位。（如图3所示）

●字符同步的性能评估：

△频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步。

△每两个字符之间的间隔时间不固定。

△增加了辅助位，所以效率低。例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其效率为8/11＜72％。

●帧同步：识别一个帧的起始和结束。

△帧(Frame)数据链路中的传输单位——包含数据和控制信息的数据块。

△面向字符的——以同步字符(SYN，16H)来标识一个帧的开始，适用于数据为字