一、數據通信的概念
1.1 概念
廣義概念：把消息由一地向另一地或多地進行消息的有效傳輸稱為數據通信。
狹義概念：利用電磁波、電子技術、光電手段，借助電信號或光信號實現把消息從一地向另一地或多地進行消息地有效傳輸和交換的過程稱為數據通信。
通信的實質就是實現信息的有效傳輸，它不僅要將有用的信息進行無失真、高效的傳輸，而且還要在傳輸的過程中減少或消除無用信息和有害信息。
1.2 數據通信術語
1.2.1 數據和信號
數據是運送信息的實體，而信號則是數據的電氣表現形式。無論數據或信號，都既可以是模擬的也可以是數字的，所謂“模擬信號”就是連續變化的，而“數字信號”就是離散數值。
1.2.3 信道
信道一般用來表示向某個方向傳送信息的媒介，因此，一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接收信道。從通信雙方信息交互的方式看，可以有三種基本方式：
（1）單工通信
單工通信指只有一個方向的通信而沒有反方向的交互，僅需要一條信道，無線電廣播、電視廣播就屬於這種類型。
（2）半雙工通信
半雙工通信即通信的雙方可以交替的發送信息，但不能同時發送，僅需要一條信道，典型設備是集線器、對講機、WIFI。
（3）全雙工通信
全雙工通信即通信的雙方可以同時發送和接收信息，通常需要兩條信道，典型設備是交換機、電話。
1.2.4 碼元
數字通信中對數據信號的計量單位采用碼元這個概念。一個碼元指的是一個固定時長的數字信號波形，該時長稱為碼元寬度。
1.2.5 傳輸速率
數字通信系統的有效傳輸可以用碼元傳輸速率和信息傳輸速率來描述。
1）碼元傳輸速率
碼元傳輸速率又可稱為碼元速率，符號速率、波形速率等，它表示單位時間內數字通信系統所傳輸的碼元個數，單位是波特（Baud），1波特表示數字通信系統每秒傳輸1個碼元。
2）信息傳輸速率
信息傳輸速率又可稱為比特速率，它表示單位時間內數字通信系統傳輸的二進制碼元個數，單位是比特/秒（bps）。
1.2.6 抖動
抖動指在噪聲因素的影響下，數字信號有效瞬間相對於應生成理想時間位置的短時偏離，是數字通信系統中數字信號傳輸的一種不穩定現象，即數字信號在傳輸過程中，造成的脈沖信號在時間間隔上不再是等間隔的，而是隨時間變化的。由於噪聲、定時恢復電路調諧不准、系統復用設備的復用和分路過程中引入的時間誤差，以及傳輸信道質量變化等多種因素引起的。
二、速率性能指標
與速度有關的指標有速率、帶寬、吞吐量。
2.1 速率
2.1.1 什么是比特（數據傳輸的單位）就是0/1。
數據的速率：連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送的數據位。單位是b/s,Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。
速率單位
1kb/s = 10^3b/s
存儲單位
1Byte = 8bit
1KB = 2^10B = 1024B = 1024 * 8b
2.2 帶寬：指某個信號具有的頻帶寬度，即最高頻率與最低頻率之差，單位是赫茲（Hz）。
2.2.1 網絡帶寬
計算機網絡中，網絡帶寬指單位時間內從一端到另一端能通過的“最高數據率”，單位是“比特每秒”。（可以理解為網絡設備所支持的最高發送速度），當帶寬越寬線路所支持的最高發送數率越高。
時間的換算
1s = 1,000 毫秒（ms）
1s = 1,000,000微秒（us）
1s = 1,000,000,0000納秒（ns）
1s = 1,000,000,000,000,000皮秒（ps）
鏈路帶寬 = 1Mb/s，即在1us內可向鏈路發1bit數據，而不影響數據在鏈路上的傳播速度。
注意：發送速率和傳播速率。
2.3 吞吐量
在單位時間內通過某個網絡、信道、接口的實際數據量，單位是b/s,Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。
吞吐量受網絡帶寬或網絡額定速度的限制。
三、傳輸時間性能指標
傳輸時間性能指標有時延、往返時延RTT。
3.1 時延
指數據（指文/分組/比特流）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。也叫延遲或遲延。單位是s。
時延包括：發送時延，傳播時延，排隊時延，處理時延。
發送時延：指從發送分組的第一個比特算起，到該分組的最后一個比特發送完畢所需的時間。
發送時延 = 數據長度 / 信道帶寬
傳播時延：指電磁波在信道上傳播一定的距離所花費的時間。
傳播時延 = 信道長度 / 電磁波在信道上的傳播速度
注：電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0 × 10 ^8 m/s，在銅線中的傳播速率為2.3 × 10 ^8 m/s，在光纖中傳播速率為2 × 10 ^8 m/s。
衛星信道的時延大約為270ms（來回雙向的延遲）
排隊時延 ：指等待輸入輸出鏈路可用需要等侍的時間。（在設備緩存等侍處理的時間）
處理時延 ：指的是設備處理數據所花費的時間。
注：發送時延的提高只會影響數據發送到數據鏈路的速度，並不會直接影響數據的傳送速度，即跟傳播時延沒有任何關系。
·
因此，數據經歷的總時延就是以上幾種時延之和：
總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 排隊時延 + 處理時延
3.2 往返時間RTT
往返時延RTT：指發送方發送數據開始，到發送方收到接收方的確認，總共經歷的時延。（數據在信道上的往返時間和未端設備處理數據的時間，並不包括發送端數據發上信道的時間，注：ping命令就是這個原理）
RTT包括 = 往返傳播時延 × 2 + 末端的處理時間
3.3 時延帶寬積
時延帶寬積 = 傳播時延 × 帶寬
帶寬（發送速率）：指發送端在發送數據時所能到達的最高數據率，單位是 b/s。
傳播時延：指電磁波在信道上傳播一定的距離所花費的時間，單位是s。
時延帶寬積：將進程之間的信道看成一條空的管道，時延相當於管道的長度，帶寬相當於管道的直徑，時延帶寬積就是管道的容積，即信道能容納的比特數。
3.4 利用率
信道利用率 = 有數據通過信道時間 / （有 + 無）數據通過信道時間
注：信道利用率與時延的關系。
3.5 誤碼率
指在一定統計時間內，數字信號在傳輸過程中發生錯誤的碼元位數與傳輸總碼元數據的比值，一般網絡要求誤碼率低為10-6。
四、數字傳輸與模擬傳輸
按承載消息的電信號形式的不同，通信可分為模擬傳輸和數字傳輸。
模擬傳輸是指以模擬信號來傳輸消息的通信方式。
數字傳輸是指用數字信號來傳送消息的通信方式。
不論是數字數據還是模擬數據，都可以采用兩種傳輸方式之一進行傳輸。
注：關於數字信號與模擬信號的轉換，請參看數字信號或模擬信號的編碼與調制章節。
五、基帶傳輸與頻帶傳輸
基帶傳輸是指信號沒有經過調制而直接送到信道中去傳輸的一種方式，采用這種信號傳輸技術的通信系統稱為基帶傳輸通信系統，簡稱基帶系統。
頻帶傳輸是指信號經過調制后再送到信道中傳輸的一種方式，接收端要進行相應的解調才能恢復原來的信號，采用這種信號傳輸技術的通信系統稱為頻帶傳輸能信系統，簡稱頻帶系統。
六、傳輸損害
由於傳輸過程中的各種因素，造成通信系統接收到的信號和發送的信號會有所不同。對模擬信號而言，各種隨機改變降低了信號的質量。對數字信號而言，引起位串錯誤，比特1變為比特0或比特0變成比特1，傳輸損害包括衰減、延遲變形和噪聲。
衰減
在任何傳輸介質上信號強度將隨着距離延伸而減弱。對有線類傳輸介質，強度減弱或衰減一般具有對數函數性，對無線類傳輸介質，衰減則是距離和大氣組成所構成的復合函數。
衰減的三個問題是:（1）接收到的信號必須有足夠的強度，接收器的電子電路才能辯別、解釋信號。（2）信號需比接收到的噪聲維持一個更高的電平，以避免出錯。（3）針對模擬信號，衰減是頻率的增量函數，所以接收到的信號會扭曲。
解決衰減的辦法：針對（1）（2）問題可以增加信號強度、設置放大器或中繼器來解決，針對（3）問題，可以使用技術手段在某個頻帶內的頻率衰減趨於相等。對於語音電話線來說，通常使用在線路上加載線圈以改變線路的電氣屬性，使衰減趨於平滑，另一種方法是使用高頻放大器將高頻放大。
延遲變形
延遲變形是有線傳輸介質獨有的現象，這種變形是由有線介質上信號傳輸速率隨着頻率變化所引起的。在一個有限的信號頻帶中，中心頻率附近的信號速度最高，而頻帶兩邊的信號速度較低，這樣，信號的各種頻率成分將在不同的時間到達接收器。
由於信號中各種成分延遲使得接收到的信號變形的這種效果稱為延遲變形。延遲變形尤其對數字信號來說影響重大，一個位元的信號成分可能溢出到其他的位元，引起信號內部的相互串擾，這將限制傳輸控制上的位速率。
噪聲
因傳輸系統造成的各種失真，以及在傳輸和接收之間的某處插入不必要的信號產生噪聲，噪聲可分為熱噪聲、內調制雜音、串擾、脈沖噪聲4種。
熱噪聲是導體中電子的熱振動引起的，它出現在所有電子設備和傳輸介質中，且是溫度的函數，熱噪聲在所有頻譜中以相同的形態分布，所以常稱為白噪聲，它是不能消除的，因此對通信系統性能構成了上限。
內調制雜音是不同頻率的信號共享同一傳輸介質時，可能導致內調制雜音。雜調制雜音的結果往往產生一些新的信號，它們的頻率是某兩個頻率和、差或倍數，這些信號可能對正常信號產生影響，當發送器、接收器或介入的傳輸設備里有一些非線性問題時，將會產生內調制雜音。
串擾是信號通路之間產生了不必要的耦合，一般在鄰近的的雙絞線之間因電耦合而產生，在極少數的情況下也可能在運載多個信號的同軸電纜中產生。
脈沖噪聲是非連續的且不可預測的。在短時間里，它可具有不規則的脈沖或噪聲峰值，並且振幅較大，它產生的原因包括各種意外的電磁干擾，如閃電，以及通信系統的故障，脈沖噪聲對模擬信號一般僅是小麻煩，但對數字信號是出錯的主要原因。