数据通信基础

计算机网络采用数据通信方式传输数据。通信和电话网络中的语音通信不同,也和无线电广播通信不同,它有其自身的规律和特点。



通信的目的是为了传递信息。通信中产生和发送信息的一端叫做信源,接收信息的一端叫做信宿,信源和信宿之间的通信线路称为信道。信息在进入信道时要变换为适合信道传输的形式,在进入信宿时又要变换为适合信宿接收的形式。

通信系统模型

作为一般的通信系统,信源产生的信息可能是模拟数据,也可能是数字数据。模拟数据取连续值,而数字数据取离散值。

如果信源产生的是模拟数据并以模拟信道传输,叫做模拟信道;如果信源产生的是模拟数据且以数字信号的形式传输,那么这种通信方式叫做数字通信。

如果信源发出的是数字数据,当然也是有两种传输方式,但这时无论你是用模拟信号还是以用数字信号传输都叫做数字通信。可以看出,数字通信是专指信源和信宿中数据的形式是数字,在信道中传输时可以根据需要采用模拟信号还是数字信号来传输。

信道带宽

模拟信号的带宽

信道带宽公式:W = f2 - f1,其中,f1是信道能通过的最低频率,f2是信道能通过的最高频率,两者都是有信道的物理特性决定的。当组成信道的电路制成了,信道的带宽就决定了。

注意:信道是有延迟的。卫星延迟:270ms,电缆信道延迟:200m/us(200Km/ms)。通信的单位换算与存储的换算有一些差异,通信(传输)的换算进率为1000,如1G=1000M,而在存储换算进率为1024,如1G = 1024M。

香农定理:C = W\log_2 (1+S/N)

其中,W为信道带宽,S为信号的平均功率,N为噪声平均功率,S/N称为信噪比。由于在实际使用中S和N的比值太大,故常取其分贝值(dB)。分贝与信噪比的关系为dB = 10\lg (S/N)

传输介质

1)双绞线

    双绞线是由粗约1mm的互相绝缘的一对铜导线绞扭在一起组成,对称均匀地绞扭可以减少线对之间的电磁干扰。这种双绞线大量用在传统的电话系统中,适合于短距离传输,若超过几千米,就要加入中继器。

双绞线分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。


2)同轴电缆

同轴电缆的芯线为铜质导线,外包一层绝缘材料,再外面是有细铜丝组层的网状外导体,最外层加一层绝缘塑料保护层。芯线与网状导体同轴,故名同轴电缆。同轴电缆的这种结构,使它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。

在局域网中常用的同轴电缆有两种,一种是特性阻抗为50\Omega 的同轴电缆,用于传输数字信号。粗同轴电缆适用于大型局域网,它的传输距离长,可靠性高。

另一种同轴电缆是特性阻抗为75\Omega 
的CATV电缆,用于传输模拟信号,这种电缆也叫宽带同轴电缆。所谓宽带,在电话行业是值比4kHz更高的频带,而这里泛指模拟传输的电缆网络。宽带系统的优点是传输距离远,可达几十千米,而且可同时提供多个信道。

3)光缆

光缆是有能传送光波的超细玻璃纤维制成,外包一层比玻璃折射率低的材料。进入光线的光波在两种材料的界面上形成全反射,从而不断地向前传播。

光线信道中的光源可以是发光二极管(LED ,Light Emitting Diode)或注入式激光二极管(Injection Laser Diode,ILD)。光波在光导纤维中以多种模式传播,不同的传播模式有不同的电磁场分布和不同的传播路径,这样的光纤叫多模光纤。光波在光纤中以什么模式传播,这与芯线和包层的相对折射率、芯线的直径以及工作波长有关。

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