数据通信基础

迷南。 2021-09-07 20:24 700阅读 0赞

## 信道 ##

在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。
     （1）物理信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道（空气或者微波），也可以按传输数据类型不同分为数字信道和模拟信道。
     （2）逻辑信道。逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑联系，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑通路可以是有连接的，也可以是无连接的。

## 传输方式 ##

信道传输按信息传送的方向与时间可以分为单工、半双工、全双工三种传输方式。
      （1）单工通信。单工通信就是单向传输。
        (2) 半双工通信。半双工通信就是可以传输两个方向的数据，但是在一段时间内只能接受一个方向的数据传输。（对讲机）
       (3)全双工通信。全双工通信可以分两个方向的传输能够同时进行。

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## 通信方式 ##

并行通信：数字信号以成组的方式在多个并行通信上同时进行传输。优点是传输速度快、收发双方不存在同步问题，缺点是由于多条并行线路，费用高、线路间存在电平干扰。适用于近距离和高速率的通信（计算机内的主要传输方式）。

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串行通信：数据以位流逐位在一条信道上传输。优点是费用低，缺点是传输效率低、收发双方要保证同步。适用于计算机之间通信和远程通信。（传输效率低可以通过增加带宽来改善，同步可以通过同步机制来保障）  
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## 传输指标 ##

在数据通信中，传输指标主要有传输速率、误码率、误位率、信道带宽、信道容量、时延、传播时延带宽积和往返时延等。

## 计算公式 ##

信息传输速率即位率，位/秒（b/s）,也叫比特率，表示每秒中传送的信息量。  
设定码元传输速率为RB，码元传输速率也叫波特率。信息速率为Rb，则两者的关系如下：  
Rb=RB\*log2M  
其中，M为采用的进制。例如对于采用十六进制进行传输信号，则其信息速率就是码元速率的4倍，如果数字信号采用四级电平即四进制，则一个四进制码元对应两个二进制码元（4=2^2）。  
码元：数字通信中对数字信号的计量单位采用码元这个概念，一个码元指的是一个固定时长的数字信号波形，该长度称为码元宽度。  
模拟信号转数字是调制过程。

## 信道带宽 ##

信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，即信道频带，用Hz表示（模拟信号），信道带宽是由信道的物理特性所决定的。  
信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大位数，用位/秒表示。（一般是数字信号）  
数据传输速率是指每秒钟所传输的二进制位数，用位/秒表示。设定T为发送一位所需要的时间，则二进制数据传输速率S=1/T。

## 时延 ##

时延是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延是由以下几个不同的部分组成的。  
（1）传播时延。传播时延是从一个站点开始发送数据到目的站点开始接收数据所需要的时间。传播时延的计算公式是  
传播时延= 信道长度/信号在信道上的传播速率  
信号在物理媒体中传输时间是有变化的。例如，电磁波在光纤、微波信道中的传播速度为每秒300000km，而在一般电缆中的速度约为光速的2/3。  
（2）发送时延。发送时延是发送数据所需要的时间，即从一个站点开始接收数据到数据接收结束所需要的时间。发送时延的计算公式是  
发送时延=需要发送的数据块长度/信道带宽  
(3)处理时延或者叫排队时延。处理时延是数据在交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。处理时延的重要组成部分是排队时延。排队时延是数据在交换节点等候发送在缓存的队列中排队经历的时延。  
（是不可计算的，路由器的接口带宽高，cpu处理能力强，一般是不计算的）  
（4）总时延。数据经历的总时延就是以上三种时延之和，即  
总时延=传播时延+发送时延+排队时延

## 网络性能 ##

网络性能的两个度量传播时延和带宽相乘，就得到一个很有用的度量，传播时延带宽积。它的计算公式如下：  
传播时延带宽积=传播时延\*带宽  
链路的时延带宽积又称为以位为单位的链路长度。  
在计算机网络中，往返时延也是一个重要的性能指标，表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。

## 模拟信号 ##

1.模拟信号  
在电话通信中，电话线上传送的电信号是模拟用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。  
模拟信号的优点就是直观、容易实现，但有两个明显的缺点，即保密性差和抗干扰能力差。电信号在沿线路的传输过程中会受到外界和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。  
2.数字信号  
在电报通信中，例如莫尔斯电码1110101010，这种离散的、不连续的信号，称为数字信号。  
数字信号的优越性主要体现在以下几个方面：  
（1）加强了通信的保密性  
（2）提高了抗干扰能力  
（3）可构建综合数字通信网  
数字信号的主要缺点如下：  
（1）技术要求复杂  
（2）占用频带较宽  
（3）进行A/D(模拟信号转换为数字信号)  
转换时会产生量化误差

## 基带传输 ##

基带传输是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的方式。（模拟信号直接传）  
（1）基带信号。由计算机或终端等数字设备产生的、未经调制的数字数据相对应的原始信号（方波脉冲）。**基带信号过了adc是才数字信号。过adc之前是模拟的低频信号。**  
（2）基带。基带信号所占有的频率范围。  
（3）基带信道。与基带信号频谱相适应的信道。  
主要特点：基带通信是一种最简单、最基本的传输方式，适于传输各种速率要求的数据。基带传输过程**简单**，**设备费用低**。而且在近距离范围内基带信号的功率衰减不大从而信道容量不会发生变化。因此，**在局域网中通常使用基带传输技术**。

## 频带传输 ##

远距离通信信道多为模拟信道，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300~3400HZ）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。频带传输就是先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。**基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。**

## 宽度传输 ##

宽度是指频带宽更宽的频带，利用宽带进行的传输称为宽带传输。能够在同一信道上进行**数字信息和模拟信息**的高速传输。**在局域网中，存在基带传输和宽带传输两种方式**。基带传输的数据速率比宽带传输速率低。**一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道**，宽带传输能把声音、图像、数据等信息综合到一个物理信道上进行传输。**宽带传输采用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。**

## 造成传输差错主要因素 ##

噪声：热噪声，脉冲噪声，串扰（线路之间），内调制杂音（调制解调）  
衰减  
延迟变形（距离太长，导致波形改变）

## 试题一： ##

在相隔2000km的两地间通过电缆4800b/s的速率传送3000b长的数据包，从开始发送到接收完数据需要的时间是（1），如果50kb/s的卫星信道传送，则需要的时间（2）  
A.480ms B.645ms C.635ms D.630ms  
信号在电缆的传播速率2*10^ 8 m/s 光纤3*10^8m/s  
传播时延+发送时延=2000000/200000000+3000/4800=0.625s+0.01s=635ms  
卫星传输的传播时延270ms 发送时延3/50s=60ms 总共330ms

## 试题二 ##

信号传输的通路称为信道，信道按传输信号的类型可分为**模拟信道**和**数字信道**。

## 试题三 ##

在地面上相距1000公里的两地之间通过电缆传输4000比特长的数据包，数据速率为64kb/s，从开始发送到接收完成需要的时间  
A.5ms B.10ms C.62.5ms D.67.5ms  
传播时延+发送时延=1000000/200000000+4/64=5ms+62.5ms=67.5ms

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