零.簡介
1.數據通信是以信息處理技術和計算機技術為基礎等通信方式，為計算機網絡的應用和發展提供了技術支持和可靠的通信環境。
一.數據通信的基本概念
1.信息、數據與信號：
(1).信息：通信的目的是交換信息。一般認為信息是人們對現實世界事物存在方式或運動狀態的某種認識。信息的載體可以是數值、文字、圖形、聲音、圖像以及動畫等。任何事物的存在都伴隨着相應信息的存在，信息不僅能夠反映事物的特征、運動和行為，還能夠借助媒體傳播和擴散。這里把“事物發出的消息、情報、數據、指令、信號等當中包含的意義”定義為信息。
(2).數據：數據是指把事件的某些屬性規范化后的表現形式，可以被識別，也可以被描述。數據可分為模擬數據和數字數據兩種。模擬數據：在時間和幅度上都是連續的，其取值隨時間連續變化。數字數據：在時間上是離散的，在幅值上是經過量化的。一般是由“0”、“1”二進制代碼組成的數字序列。
(3).信號：信號是數據的具體物理表現，是信息(數據)的一種電磁編碼，具有確定的物理描述。信號中包含了所要傳遞的信息。信號一般為自變量，以表示信息(數據)的某個參量為因變量。信息一般是用數據來表示的，而表示信息的數據通常要轉變為信號進行傳遞。
2.模擬信號和數字信號
(1).模擬信號是指波高和頻率是連續變化的信號。在模擬線路上，模擬信號是通過電流和電壓的變化進行傳輸的。
(2).數字信號是指離散的信號，如計算機所使用的由“0”和“1”組成的信號。數字信號在通信線路上傳輸時要借助電信號的狀態來表示二進制代碼的值。
3.基帶信號和寬帶信號：(1).基帶信號是指將計算機發送的數字信號“0”或“1”用兩種不同的電壓表示后直接送到通信線路上傳輸的信號。(2).寬帶信號是指基帶信號經過解調后形成的頻分復用模擬信號。
4. 信道及其分類：傳輸信息的必經之路稱為信道，包括傳輸介質和通信設備。信道可以按不同的方法進行分類，常見的分類有：(1).有線信道和無線信道；(2).物理信道和邏輯信道；(3).數字信道和模擬信道。
5.數據通信的技術指標：理論分析證明，信道容量和信道帶寬成正比，所以，有時用“帶寬”來表示信道容量。
(1).傳輸速率：指信道上信息傳送的速度，是描述數據傳輸的重要技術指標。一般有兩種表示方式：信號速率(比特/秒)和調制速率(波特/秒)。
(2).信道帶寬：信道中傳輸的信號在不失真的情況喜愛所占用的頻率范圍(赫茲)。
(3).信道容量：單位時間內信道上所能傳輸的最大比特數。
6.通信方式：是指通信雙方的信息交互的方式。在設計一個通信系統時，需要考慮以下三個問題：
(1).單工、半雙工還是全雙工？
(2).串行還是並行？
(3).同步還是異步？
二.傳輸介質的主要特性和應用
1.傳輸介質：網絡上數據的傳輸需要有“傳輸媒體”，就像車輛必須在公路上行駛一樣。道路質量的好壞會影響到行車的安全舒適。同樣，網絡傳輸介質的質量好壞也會影響數據傳輸的質量。
2.傳輸介質的主要類型：常用的網絡傳輸介質可分為兩類：一類是有線的，一類是無線的。有線傳輸介質主要有雙絞線(Twisted Pair，包括屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線)、同軸電纜(Coaxial Cable)及光纖(Optical Fiber)，無線傳輸介質有無線電和微波等。
3.雙絞線：雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似於電話線的傳輸媒體，每根銅線的絕緣層都有顏色標記。
4.RJ-45和集線器：使用雙絞線組網時，必須要使用RJ-45水晶頭，同時還需要使用集線器。
5.同軸電纜：同軸電纜外層是金屬絲編織的網狀屏蔽層，里面是金屬芯線，二者之間用絕緣體隔開。
6.光纖：纖由纖芯、包層和保護層組成。光束在玻璃纖維內傳輸，防磁防電，傳輸穩定，質量高。由於可見光的頻率大約是10^14Hz，因而光傳輸系統可使用的帶寬范圍極大，多適用於高速網絡和骨干網。
7.有線介質性能比較
三.無線與衛星通信技術
1.電磁波譜
2.頻率和帶寬的關系
3.無線通信：無線通信是指信號通過空間傳輸，不被約束在一個物理導體內。典型的無線傳輸系統包括無線電、微波和衛星通信等。無線電波的傳輸特性與頻率有關。
4.微波通信：微波通信是利用無線電波在對流層的視距范圍內進行信息傳輸的一種通信方式，使用頻率范圍一般在2～400GHz。
5.衛星通信：衛星通信是在地球站之間利用36,000km的同步衛星作為中繼器的一種微波接力通信。通信衛星就是太空中無人值守的用於微波通信的中繼器。
四.數據交換技術
1.數據交換技術：通信子網是由若干網絡節點和鏈路，按照異地過的拓撲結構到連起來的網絡。通信子網為所有進入子網的數據提供一條完整的傳輸路徑的通路。實現這種數據通路的技術就稱為數據交換技術。按照通信子網中的網絡節點對進入子網的數據所實施的轉發方式不同，可以將數據交換方式分為電路交換和存儲轉發交換兩大類。常用的交換技術有：電路交換、報文交換和分組交換3種。
2.電路交換：兩台計算機通過通信子網交換數據之前，首先要在通信子網中通過交換設備間的線路連接，建立一條實際的物理線路。電路交換方式最重要的特點是在一對主機之間建立起一條專用的數據通路。通信過程包括線路建立、數據傳輸和線路釋放三個過程。
3.存儲轉發交換：存儲轉發交換是指網絡節點(交換設備)先將途徑的數據按傳輸單元接收並存儲下來，然后選擇一條適當的鏈路轉發出去。根據轉發的數據單元的不同，存儲轉發交換又分為報文交換和分組交換。
4.報文交換：報文交換是指網絡中的每一個節點(交換設備)先將整個報文完整地接收並存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉發到下一個節點。每個節點都對報文進行存儲轉發，最終到達目的地。
5.分組交換：分組交換又稱包交換。在分組交換網中，計算機之間要交換的數據不是作為一個整體進行傳輸，而是划分成大小相同的許多數據分組來進行傳輸，這些分組稱為“包”。在分組交換中，根據網絡中傳輸控制協議和傳輸路徑不同，可分為兩種方式：數據報文分組交換和虛電路分組交換。
6.數據報文分組交換：
7.虛電路分組交換：
五.數據傳輸技術
1.基帶傳輸技術：基帶傳輸是指在通信線路上原封不動地傳輸由計算機或終端產⽣的“0”或“1”數字脈沖信號。基帶傳輸是⼀種最簡單的傳輸⽅式，近距離通信的局域⽹⼀般都采⽤這種⽅式。基帶傳輸系統的優點是安裝簡單、成本低；缺點是傳輸距離較短(⼀般不超過2km)，傳輸介質的整個帶寬都被基帶信號占⽤，並且任何時候只能傳輸⼀路基帶信號，信道利⽤率低。
2.頻帶傳輸技術：頻帶傳輸也稱為寬帶傳輸，是指將數字信號調制成⾳頻信號后在發送和傳輸，到達接收端時再把⾳頻信號解調成原來的數字信號。將這種利⽤模擬信道傳輸數字信號的⽅法稱為頻帶傳輸技術。
3.多路復用技術：多路復⽤是指在傳輸系統中，允許兩個或多個數據源共享同⼀個傳輸介質，把若⼲個彼此⽆關的信號合並為⼀個在⼀個共⽤信道上進⾏傳輸。多路復⽤⼀般可分為以下3種基本形式：
(1).頻分多路復⽤(FDM)：
(2).時分多路復⽤(TDM)：
(3).波分多路復⽤(WDM)：
六.數據編碼技術
1.數據編碼的類型：根據數據通信類型的不同，通信信道可分為兩類：模擬信道和數字信道。相應的，數據編碼的⽅法也分為兩類：模擬數據編碼和數字數據編碼。
2.數字數據的模擬信號編碼：為了利⽤公共電話交換⽹實現計算機之間的遠程數據傳輸，就必須把數字數據和模擬信號相互轉換。
3.數字數據的數字信號編碼：
七.差錯控制技術
1.差錯產生的原因：我們通常將發送的數據與通過通信信道后接收到的數據不⼀致的現象稱為傳輸差錯，簡稱為差錯。差錯的產⽣是⽆法避免的。信號在物理信道中傳輸時，線路本身電⽓特性造成的隨機噪聲、信號幅度的衰減、頻率和相位的畸變、電⽓信號在線路上產⽣的反射造成的回⾳效應、相鄰線路間以串擾以及各種外界因素，都會造成信號的失真。
2.錯誤的類型：傳輸中的差錯通常都是由噪聲引起的。噪聲有兩⼤類，即隨機熱噪聲和沖擊噪聲。熱噪聲由傳輸介質導體的電⼦熱運動產⽣，是⼀種隨機噪聲，它引起的差錯通常是孤⽴的，與前后碼元沒有關系。沖擊噪聲是由外界電磁⼲擾引起的，是引起傳輸噪聲的主要原因。它引起的傳輸差錯為突發差錯，且前后碼元的差錯具有相關性。
3.誤碼率的定義：誤碼率是指⼆進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，數值上近似為Pe=Ne/N。誤碼率是衡量傳輸可靠性的參數。數據傳輸系統應根據實際傳輸需求提出誤碼率指標。對於實際傳輸系統，有可能需要進⾏必要的轉換。
4.差錯的控制：差錯控制的⽅法有兩種。第⼀種⽅法是，改善通信線路的性能，使錯碼出現的概率降低到滿⾜系統要求的程度。第⼆種⽅法是采⽤抗⼲擾編碼和糾錯編碼將傳輸中出現的某些錯碼檢測出來，並糾正錯碼。第⼆種⽅法最為常⽤，⽬前⼴泛采⽤的有奇偶校驗碼，⽅塊碼和循環冗余碼等。
(1).差錯的控制-奇偶校驗：奇偶校驗⼜叫字符校驗，其基本原理是：在每個字符編碼的后⾯另外增加⼀個校驗位，主要⽬的是使整個編碼中1的個數成為奇數或偶數。在每個字符的數據位傳輸之前，先檢測並計算奇偶校驗位，根據采⽤的奇偶校驗位是奇數還是偶數，推出⼀個字符包含“1”的數⽬，接收端重新計算收到字符的奇偶校驗位，並確定該字符是否出現傳輸差錯。
(2).差錯的控制-方塊校驗：⽅塊校驗⼜叫報⽂校驗，其基本原理是：在奇偶校驗⽅法的基礎上，在⼀批字符傳送之后，另外再增加⼀個檢驗字符，該檢驗字符的編碼⽅法是使每⼀位縱向代碼中1的個數也成為奇數或偶數。采⽤這種⽅法 可以進⼀步⼤⼤降低數據傳輸的誤碼率，效果⾮常顯著。
(3).差錯的控制-循環冗余校驗：循環冗余碼(Cyclic Redundancy Code，CRC)是使⽤最⼴泛並且檢錯能⼒很強的⼀種檢驗碼。 CRC的⼯作⽅法是：在發送端產⽣⼀個循環冗余碼，附加在信息數據幀后⾯⼀起發送到接收端，接收端收到的信息按發送端形成循環冗余碼同樣的算法進⾏除法運算，若余數為“0”，就表示接收的數據正確，若余數不為“0”，則表明數據在傳輸的過程中出錯，發送端重傳數據。