一、数据通信系统基本模型
源系统:发送数据的一方,包括源站点(用户计算机、服务器、终端等)、发送器(网卡、调制解调器等)
目的系统:接受数据的乙方,包括目的站点(用户计算机、服务器、终端等)、接收卡(网卡、调制解调器等)
传输系统:在源系统和目的系统之间的部分, 包括传输介质、网络设备构成的复杂网络,也可能仅是一条传输介质
二、数据传输系统类型
根据在进行传输前是否对数字信号进行处理,数字信号传输系统可分为,基带传输系统和频带传输系统
基带传输系统
基带(baseband):没有经过调制的原始电信号所固有的频率带宽
基带信号:没有经过调制的原始型号
基带传输:基带信号不经调制直接在信道中传输
根据传的基带信号类型可分为模拟基带传输和数字基带传输。如近距离的局域网中基本上都采用数字基带传输,如以太局域网、令牌环网等。
编码器/解码器:对原始信号进行编码,将信源输出的编码类型(通常为单极性不归零码NRZ)变为合适于信道传输的码型,在接收端再进行还原
低通滤波器:基带信号未经调制,频率较低,需要在源端和目的端采用低通滤波器进行过滤,消除高频干扰
传输通道:允许基带信号通过的传输介质和网络设备构成的信号传输通道
抽样判决器:在传输特性不理想,或存在噪声的背景下,在规定的时刻(由位定时脉冲控制)对从接收端滤波器的输出波形进行抽样,以恢复或再生基带信号;
位同步器:提取位同步信号,控制抽样判决器再生数字基带信号
频带传输系统
频带(frequencyband):对基带信号调制后所占用的频率带宽
频带信号:调制后的信号
频带传输:频带信号在信道中的传输。信道中同时传输原始信号和调制信号
根据传输的频带信号类型可以分为模拟频带传输和数字频带传输。远距离的广域网中通常采用数字频带传输。在频带传输系统中要采用“调制器/解调器”替代基带传输系统中的“编码器/解码器”,采用“带通滤波器”替代基带传输中的“低通滤波器”
调制器/解调器:不需要对原始信号进行编码,在发送端通过调制器的载波对原始信号进行调制,在接收端通过解调器还原原始信号
带通滤波器:频带传输中的信号频率是由原始信号和调制载波信号频率共同组成,要采用带通滤波器。
三、数据传输方式
串行传输
一个数据单元(如一帧)以一个一个比特位的方式在同一条信道上传输(可以有多条信道,但每个信道传输的是不同的数据单元)
如RS-232C接口连接的串行线路和USB线路,适用于远距离传输,如在广域网的数据通信中
优点:最低仅需要一条传输通道,易于实现,设施成本低
缺点:速度比较慢(不是绝对的,要看技术本身),难以同步(很难区分每一帧,或者每个字符的比特位)
2.并行传输
一个数据单元(如一帧)以一组比特位或整个字符的方式同时在多条信道上 传.主要用于计算机与外部设备(如打印机)的数据传输
优点:速度快(不是绝对的,要看技术本身),容易同步(一次就传输了整个帧或者字符)
缺点::设置成本高,不利于远距离传输
四、数据传输模式
同步传输
一种以数据块为传输单位(通常为帧),以相同的时钟参考(即必须发送和接受同时进行)的数据传输模式。分为“面向字符”、“面相比特”和“面向字节”等几种同步模式
特点:在数据块的开始和结尾部分都有一个用于数据帧同步的特殊字符、特定的字节或特定的帧。“面向字符”的同步传输中,每个数据块的起始部分包含一组同步字符(一般是1~2个字节),用于通知接收方的一个帧已经到达。
在传送完一个数据帧的最后一部分包含一个帧结束标记(一般是1个字节),用于标识在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了
采用同步传输技术的代表有SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字系列)、STM(Synchronous Transfer Module,同步传输模块)和HDLC(High level Data Link Control,高级数据链路控制)等
优点:无需为每个字符单独加起始、停止比特位,编码利用率高;缺点:接收端要同时接收
异步传输
异步传输是通信双方没有相同的时钟参考(==收发端不需要同时开始接收)的传输模式
特点:
以字符为单位进行传输
在每一字符袋面前面均加上一个“起始位”信号(为1比特的0),用以标记一个字符的开始
在一个字符代码的最后也加上一个“停止位”信号(为1或2比特的1),用以标记一个字符的结束
优点:实现简单,收发双方的时钟信号不需要严格同步
缺点:每一个字符都需要加入“起、止”码元,传输效率低
五、单工模式
数据通信双工模式是针对一条传输线路(如一条双绞线芯线或一条光缆)而言的。。分为单工、半双工、全双工三种
单工模式是在一条线路中,任何时候数据只能有一个方向的信道进行数据传输,相当于单箱单车道。目前这种模式基本不见了,除非是固定了发送端和接收端的情况下
六、半双工模式
半双工模式是在一条传输线路中,同一时刻只能进行单项数据传输,但 在不同时刻可以进行另一个方向的数据传输,相当于潮汐单车道。
七、全双工模式
全双工模式实在一条传输线路中,任何时刻都可以同时进行双向数据传输。相当于双向多车道
八、数据传输速率
数据传输速率是指在一条信道中单位时间内传输的信息量,用“比特率”(针对数字数据)或“波特率”来表示
比特率
“比特率”是指单位时间内 传输的二进制基带信号代码的有效位(bit)数,用Rb表示,转换成Kbit/s、Mbit/s,Gbit/s时为千进制,不是用1024来进行换算的
公式:Rb=1/T,T为发送每1比特数据所需要的时间
【示例】如果在通信信道上发送1bit0或1信号所需要的时间是0.001m那么根据公式可计算出信道的数据传输速率为1000 000b/s = 1Mb/s
波特率
波特率(Baud rate)是指一个数字信号在被调制后,数字信号对载波的调制速率,即单位时间内载波参数(如频率、相位等)变化的次数,单位为B,是针对经过调制后的数字信号传输速率
波特率也可以理解为在单位时间内传输的码元数。码元可以是二进制的,也可以是多进制的,1个码元不一定等于1比特。比特率(Rb)与波特率(RB)的关系:Rb=RB X log2M(b/s),M为信息编码所采用的进制类型,如二进制、八进制、十六进制。如果调制的是二进制数,波特率与比特率是相等的
九、数据传输带宽
传输带宽是指信道中每秒钟传输的最大信息量,也就是信道的最大数据传输速率,基本单位是“位/秒”(b/s或bps)“带宽”是一种理想状态(不收任何干扰,没有任何衰减)下的信道传输速率,而“数据传输速率”是指当前实际的传输速率,具体计算方法可依据奈奎斯特准则和香浓采样定理进行