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1、软件水平考试网络管理员教程汇总网络管理员教程之数据通信的基本概念1.1.1数据通信的基本概念1. 数据信号数据可分为模拟数据与数字数据两种。在通信系统中，表示模拟数据的信号称作模拟信号，表示数字数据的信号称作数字信号，二者是可以相互转化的。模拟信号在时间上和幅度取值上都是连续的，其电平随时间边境连续变化，如图1-1(a)所示。例如，语音是典型的模拟信号，其他由模拟传感器接收的信号如温度、压力、流量等也是模拟信号。数字信号在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，它一般是由二进制代码 0、1 组成的数字序列，如图 1-1(b)所示。例如，计算机中传送的是典型的数字信号。传统的电话通信信道是传输音频
2、的模拟信道，无法直接传输计算机中的数字信号。为了利用现有的模拟线路传输数字信号，必须将数字信号转化为模拟信号，这一过程称作调制(Modulation )。 在另 一端 , 接 受到的 模 拟 信号要 还 原 成数字 信 号 ,这个 过 程 称作解 调(Demodulation)。通常由于数据的传输是双向的，因此，每端都需要调制和解调，这种设备称作调制解调器(Modem)。模拟信号的数字化需要3个步骤：采样、量化和编码。采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来的时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的
3、有一定间隔的离散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流，这样得到的数字信号可以通过电缆、光纤、微波干线、卫星通道等数字线路传输，在接收端则与上述模拟信号数字化过程相反，经过滤波又恢复成原来的模拟信号，上述数字化的过程又称为脉冲编码调制。2. 信道要进行数据终端设备之间的通信当然要有传输电磁波信号的电路，这里所说的电路既包括有线电路，也包括无线电路。信息传输的必经之路称为“信道”.信道有物理信道和逻辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中有两个结点之间的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也是一种
4、通路，但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质，而是在物理信道基础上，由结点内部或结点之间建立的连接来实现的。通常把逻辑信道称为“连接”.信道和电路不同，信道一般都是用来表示向某个方向传送数据的媒体，一个信道可以看成是电路的逻辑部件，而一条电路至少包含一条发送信道或一条接收信道。3. 数据通信模型图1-2所示的是数据通信系统的基本模型。远端的数据终端设备(DTE,Data TerminalEquipment)通过数据电路和计算机系统相连。数据电路由通信信道和数据通信设备(DCE,Data Communication Equipment)组成。如果通信信道是模拟信道，DCE 的作用就是把
5、 DTE 送来的数据信号变换为模拟信号再送往信道，信号到达目的结点后，把信道送来的模拟信号变换成数据信号再送到 DTE;如果通信信道是数字信道，DCE 的作用就是实现信号码型与电平的转换、信道特性的均衡、收发时钟的形成与供给以及线路的接续控制等。数据通信和传统的电话通信的重要区别之一是，电话通信必须有人直接下来参加，摘机拨号，接通线路，双方都确认后才开始通话。在通话过程中有听不清楚的地方还可要求对方再讲一遍。在数据通信中也必须解决类似的问题，才能进行有效的通信。但由于数据通信没有人直接参加，就必须对传输过程按一定的规程进行控制，以便使双方能协调可靠地工作，包括通信线路的连接，收发双方的同步，工
6、作方式的选择，传输差错的检测与校正，数据流的控制，数据交换过程中可能出现的异常情况的检测和恢复，这些都是按双方事先约定的传输控制规程来完成的，具体工作由图 1-2 中的通信控制器来完成。4. 数据通信方式根据所允许的传输方向，数据通信方式可分成以下 3 种。(1)单工通信：数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的。如图1-3(a)所示。(2)半双工通信：允许数据沿两个方向传输，但在任一时刻信息只能在一个方向传输。如图 1-3(b)所示。(3)双工通信：允许信息同时沿两个方向传输，这是计算机通信常用的方式，可大大提高传输速率。如图1-3(c)所示。网络管理员教程之数据传输1.1.2数据传输1.
7、数据传输的方式1) 并行传输与串行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。常用的就是将构成一个字符代码的几位二进制码，分别在几个并行信道上进行传输。例如，采用8单位代码的字符，可以用8个信道并行传输，一次传送一个字符，因此收、发双方不存在字符的同步问题，不需要另加“起”、“止”信号或其他同步信号来实现收、发双方的字符同步，这是并行传输的主要优点。但是，并行传输必须有并行信道，这往往带来的设备上或实施条件上的限制，因此，实际应用受限。串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。一个字符的8个二进制代码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起
8、来形成串行数据流传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前采用的一种主要传输方式。但是串行传输存在一个收、发双方如何保持码组或字符同步的问题，这个问题不解决，接收方就不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个字符来，因而传输将失去意义。如何解决码组或字符的同步问题，目前有两种不同的解决办法，即异步传输方式和同步传输方式。2) 民间步传输与同步传输异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每一字符代码时，前面均加上一个“起”信号，其长度规定为1个码元，极性为“0”,即空号的极性;字符代码后面均加上一个“止”信号，其长度为 1 或 2 个码元，极性皆为“1”,即与信号
9、极性相同，加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的“字符”,也就是实现了串行传输收、发双方码组或字符的同步。这种传输方式的优点是同步实现简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步，缺点是对每一字符都需加入“起、止”码元，使传输效率降低，故适用于1200bps 以下的低速数据传输。同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的(即同步的)。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个人信号码元，首先必须建立准确的时钟信号。数据原发送一般以组(帧)为单位，一组灵敏据包含水量多个字符收发之间的码组或帧同步，是通过传输特定的传输控制字符或同步序列
10、来完成的，传输效率较高。2.数据传输的形式1) 基带传输在信道上直接传输基带信号，称为基带传输，它是指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的 0 或 1 数字脉冲信号。这样一个信号的基本频带可以从直流成分到数兆赫兹，频带越宽，传输线路的电容电感等对传输出信号波形衰减的影响越大，传输距离一般不超过2km,超过时则需加中继器加大信号，以便延长传输距离。基带信号绝大部分是数字信号，计算机网络内往往采用基带传输。2) 频带传输将基带信号转换为频率表示的模拟信号来传输，称为频带传输。便如，使用电话线进行远距离数据通信，需要将数字信号调制成音频信号再发送和传输，接收端再将音频信号解调成数字信号。由
11、此可见，采用频带传输时，要求在发送和接收端安装调制解调器，这不仅解决了数字信号可用电话线路传输，而且可以实现多路复用，从而提高了信道利用率。3) 宽带传输将信道分成多个字信道，分别传送间频、视频和数字信号，称为宽带传输。它是一种传输介质的频带宽度较宽的信息传输，通常在300400MHz左右。系统设计时将此频带分割成几个子频带，采用“多路复用”技术。一般来说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途;一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加;宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率愈高，
12、能够传输的距离愈短。3.数据传输速率1) 比特率比特率指单位时间内所传送的二进制码元的有效位数，以每秒多少比特数计，即 bps.例如一个数字通信系统，它每秒传输 800 个二进制码元，它的比特率是 800 比特/秒(bps)。码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作“位”或bit.例如1010101,共有 7 位或 7bit。2) 波特率波特率是脉冲信号经过调制后的传输速率，它是指单位时间(秒)内传输的码元数目，以波特(Baud)为单位，通常用于表示调制器之间传输信号的速率。这里的码元可以是二进制的，也可以是多进制的。波特率N和比特率R的关系为R=Nlog2M,当码元为二进制时
13、，M为2;码元为四进制时，M为 4,依此类推。如果波特率为 600Baud,在二进制时，比特率为 600bps,在八时制时为 1800bps.3) 误码率误码率指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标。它以接收信息中错误比特数占总传输比特数的比例来度量，通常应低于 10 -6。网络管理员教程之数据编码1.1.3数据编码在计算机中数据以离散的二进制比特流方式表示的，称其为数字数据。计算机数据在网络中传输，通信信道无外乎两种类型，模拟信道和数字信道。计算机数据在不同的信道中传输要采用不同的编码方式，也就是说，在模拟信道中传输时，要把计算机中的数字信号，转换成模拟信道能够识别的模拟信号;在数字信道
14、中传输时，要把计算机的数字信号，转换成网络媒体能够识别的，利于网络传输的数字信号。1. 模拟数据编码将计算机中的数字数据在网络中用模拟信号表示，要进行调制，也就是进行波行变换，或者更严格地讲，是进行频谱变换，将数字信号的频谱变换成适合于在模拟信道中传输的频谱。最基本的调制方法有以下 3 种：1) 调幅(AM,Amplitude Modulation)调幅即载波的振幅随着基带数字信号而变化，例如数字信号1用有载波输出表示，数字信号 0 用无载波输出表示，如图 1-4(a)所示。这种调幅的方法又叫幅移键控(ASK,AmplitudeShift Keying)，其特点是信号容易实现，技术简单，但抗干
15、扰能力差。2) 调频(FM,Frequency Modulation)调频即载波的频率随着基带数字信号而变化，例如数字信号 1 用频率 f1 表示，数字信号0用频率 f2 表示，如图 1-4(b)所示。这种调频的方法又叫频移键控(FSK,Frequency ShiftKeying)，其特点是信号容易实现，技术简单，抗干扰能力较强。3) 调相(PM,Phase Modulation)调相即载波的初始相位随着基带数字信号而变化，例如数字信号 1 对应于相位 180?,数字信号 0 对应于相位 0?,如图 1-4(c)所示。这种调相的方法又叫相移键控(PSK,Phase ShiftKeying)，其特点是抗干扰能力较强，但信号实现的技术比较复杂。2. 数字数据编码在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数这信号重新编码进行基带传输。在基带传输中，数字信号的编码方式主要有以下几种。1)不归零编码 NRZ(Non-Return-Zero)不归零编码用低电平表示二进制 0,用高电平表示二进制 1,如图 1-5(a)所示。NRZ码的缺点是无法判断每一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方同步，必须在发送 NRZ 码的同时，用另一个信道同时传送同步信号。2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding)曼彻斯特编码不同电平的高
