【理论笔记】网工基础知识 2 —— 数据通信基础知识

提示：学习网络工程师基础理论知识 数据通信基础知识：包含数据通信的概述（基本概念、信息、数据、信号）和通信系统模型的组成部分及其作用；以及数据通信的方式（单工、半双工、全双工、同步传输和异步传输、串行通信和并行通信、基带传输和频带传输）和数据通信的性能指标（码元速率和信息速率、误码率和误比特率）

一、数据通信的概述

1、数据通信的基本概念

数据通信是按照一定的通信协议，在两个实体间进行数据传输和数据交换的通信过程；通俗的讲就是：在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程

2、信息

信息的载体可以是文字、语音、图形或图像。计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合

3、数据

在计算机网络中，数据通常被广义地理解为存储、处理和传输的二进制编码；数据分为模拟数据和数字数据

3.1 模拟数据

模拟数据：是指在一段时间内具有连续变化的值，例如，温度、压力、声音、视频图像等连续变化的数据

3.2 数字数据

数字数据：是指模拟数据经量化后得到的离散的值，在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据

4、信号

信号是数据在传输过程中的表现形式，分为模拟信号和数字信号两种类型；模拟信号可以通过采样、编码等步骤变成数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤恢复为模拟信号

4.1 模拟信号

模拟信号：是指波高和频率（每秒的波数）是连续变化的信号；常见的模拟信号：电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等

4.2 数字信号

数字信号：是指离散的信号，通常以数字“1”和“0”表示两个离散的状态

二、通信系统模型

1、通信系统模型基本概念

通信系统是指通信中所需要的一切技术设备和传输介质构成的总体，通信系统模型由信源、信源编码器、信道编码器、传输介质、噪声源、信道解码器、信源解码器和信宿组成

2、信源

通信中产生和发送信息的一端称为信源，信源产生的信息可以采用多种形式，如文字、语音、图形、图像、视频、数据等

3、信源编码器

信源编码器的作用是进行模/数转换，即将文字、语音、数据、图形、视频等转换为数字信号或模拟信号；信源编码器发出的信号通常是基本频带信号（基带信号）

4、信道编码器

信道编码器的作用是将信号转换为合适的形式，对传输介质进行数据传输

5、信道

信源和信宿之间的通信线路称为信道，信道可以是模拟或数字方式

5.1 信道的分类

① 有线信道和无线信道：有线信道指以有线传输介质的信道，主要包括双绞线、同轴电缆和光缆等；无线信道指以电磁波在空间传播的方式传送信息的信道称，主要包括长波信道、短波信道和微波信道等

② 物理信道和逻辑信道：物理信道指网络中两个节点之间用来传送信号或数据的物理通路；逻辑信道指一般是指人为定义的信息传输通路，即在信号收、发点之间并不存在一条物理传输介质

③ 数字信道和模拟信道：数字信道指传输离散数字信号的信道；模拟信道指传输模拟信号的信道称

6、噪声源

通信系统中，噪声的特点及强弱是影响系统传输性能的重要因素

7、信道解码器

信道编码器的作用是将传输介质和传输数据转换为接收信号

8、信源解码器

信源解码器的作用就是进行数/模转换，即将数字信号或模拟信号转换为文字、语音、数据、图形、视频等

9、信宿

接收信息的一端称为信宿

三、数据通信的方式

1、数据通信方式的分类

① 按照消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为： 单工 （Simplex ） 、 半双工 （ Half-duplex ） 、 全双工 （ Full-duplex ）

② 按照数据传输中采用的同步技术可分为：同步传输和异步传输

③ 按照数据通信中使用的信道数量可分为：串行通信和并行通信

④按照传输信号是否调制可分为：基带传输和频带传输

2、单工、半双工、全双工

2.1 单工

单工通信中，通信的信道是单向的，信息的流向只能由一方指向另一方，发送端与接收端也是固定的。即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息

常见的单工通信：广播、传统的模拟电视

2.2 半双工

半双工通信中，可以实现双向的通信，信息的流向也是双向的，但信息不能同时在两个方向上传递

常见的半双工通信：对讲机

2.3 全双工

全双工通信中，信息可以同时在两个方向上传递

常见的半双工通信：电话

3、同步传输和异步传输

3.1 同步传输

同步传输是一次传输若干个字符码或若干个二进制位组成的数据块

3.2 异步传输

异步传输是字符同步方式，又称起止式同步。在异步传输中，在每个要传送的字符码（7或8位）前面，都要加上一个字符起始位，用以表示字符码的开始，在字符码或字符校验码之后加上1个、1.5个或2个终止位，用以表示该字符的结束

4、串行通信和并行通信

4.1 串行通信

串行通信是指构成字符的二进制代码在一条信道上以位（码元）为单位，按时间顺序逐位传输的方式

4.2 并行通信

并行通信是指数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输

5、基带传输和频带传输

5.1 基带传输

基带传输是指数字信号不加任何改变直接在信道中进行传输的过程；数字信号是用高、低电平表示比特“0”和比特“1”的矩形脉冲信号

5.2 频带传输

频带传输是指数字信号经过调制后在信道中传输的过程

四、数据通信的性能

1、数据通信性能的主要指标

影响数据通信性能的因素有很多，包括：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性等，其中最主要的是有效性和可靠性指标

1.1 有效性

数字通信系统的有效程度可以用码元传输速率和信息传输速率来表示

1.1.1 码元速率

码元速率：即单位时间内载波参数（相位、振幅、频率等）变化的次数，单位是波特（Baud，B）

1.1.2 信息速率

信息速率是指每秒钟所传输的信息量，单位是比特/秒（bit/s）

1.2 可靠率

可靠性指标主要用差错率来表示，差错率一般用误码率和误比特率来表示

1.2.1 误码率

误码率是指数据传输过程中，出现差错的码元数占传输总码元数的比率

1.2.2 误比特率

误比特率（也称误信率）是指数据传输过程中，出现差错的比特数占传输总比特数的比率

五、说明

个人学习笔记，仅供参考

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