第6章网络技术基础(1)

第6章网络技术基础(1)

本章将从通信技术入手，分别介绍与通信相关的交换技术、同步技术、多路复用技术，为后面章节的内容奠定基础。在本章后半部分，将介绍物理传输介质，即不同种类的通信线路。【本章主要内容】

数据通信的理论基础，主要包括通信系统模型、数据通信和信道的技术指标。

数据传输技术，包括信号的调制、多路复用技术、数据交换技术和通信方式。

传输介质，包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质。

2.1数据通信基础知识

一台计算机是如何把信息传递给另一台计算机的？利用什么规则或技术？需要什么设备和线路？要解决什么问题？我们知道，电话系统中的信息以正弦或余弦波形的信号连续传输；然而我们也知道，根据计算机的基本原理，在计算机中数据是以0和1的形态存在的，是以脉冲信号传输的，那么计算机中发送的信号是如何通过电话线传递给远方的计算机呢？

2.1.1数据和信号

1.数据

数据是对客观事物的描述，是把事物的某些属性规范化、抽象化后的表现形式，它能够被识别，也可以被描述，例如十进制数、二进制数、字符等。数据具有以下特性：

（1）数据不仅指狭义的数值数据，也是对客观事物的描述。它是信息的载体和具体表现形式。

（2）数据的表现形式多种多样，不仅有我们熟知的数字和文字，还有图形、图像和声音等形式。

（3）数据有模拟数据和数字数据两种形式，模拟数据是连续的，例如，正弦函数描述的数据是模拟的，整数是离散的数字数据。

2.信号

信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。数据传递总是依赖于一定的物理信号。例如，演奏笛子时，用嘴发出的声音其实是用声波信号传递的信息。当数据在计算机通信网络中传输时，通信线路上传输的是一个二进制值（0或1）的电压序列信号，如果用光纤传输的话，则是以光信号的形式传输数据。

信号有模拟信号和数字信号两种。利用载波仪器去检测，模拟信号是连续的波形，而数字信号是脉冲的波形。

3.信号与数据的编码分类

根据信号和数据的类型，存在四种编码分类：

（1）模拟数据利用模拟信号传输。例如，语音在电话网中传输。

（2）模拟数据利用数字信号传输。例如，语音在局域网中传输。

（3）数字数据利用模拟信号传输。例如，从计算机发送的数据在电话网中传输。

（4）数字数据利用数字信号传输。例如，局域网中一台计算机的数据传输到另一台计算机。

4.频带信号和基带信号

（1）计算机中的信号是脉冲式的数字信号，如果没有经过调制，则称为基带信号。这种信号的频率范围很小，一般在局域网中的信号都是基带信号。

（2）电话网中的信号是模拟信号，模拟信号频带范围分布较宽。

（3）为了在一条线路上传输更多通讯对（通讯的双方）的信号，通常的做法是将基带信号调制成不同频率范围的频带信号，即占用不同的“信道”。显然，频率范围越大，可以容纳的调制在不同区域的通讯对就越多。

（4）接收信号的一方将信号还原成基带信号，这个过程称为解调。

5.码元

在时间轴上信号的编码单元是码元。例如，如果在一个时间周期内，包括两个不同的编码状态，则码元为2。周期内码元的多少直接反映信号的变化频率，也反映传输信息的容量。

例如，一个周期内有8个状态，那么码元数为8，需要3位二进制（23）数才能描述出来；如果一个周期内有4个状态，码元数为4，需要两位二进制数就足够了。显然，两者之间存在传输位数的差异，后者在同样的时间内少传输一位，传输速度较慢。

可以说，码元的多少与传输速率成正比。码元的速率被称为波特率，将在后续章节中介绍。

2.1.2通信系统模型和数据通信

1.通信系统模型

下面对其中的一些概念进行说明。

（1）信源

信源是产生原始数据信号的设备，例如计算机或电话机。

（2）信宿

信宿是将复原的原始信号转换成相应的数据的设备，例如计算机或电话机。

（3）发送设备

发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，将信源产生的原始信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。例如，将电话线以adsl方式接入到互联网所使用的调制解调器。

（4）接收设备

接收设备的功能与发送设备相反，是用来进行解调、译码、解码的，它可从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始信号。

（5）信道

信道是传输信息的通道，也是常说的传输线路。信道可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含连接信道的某些设备。前者称为物理信道，通常是指一条物理连接。为了提高效率将物理信道共享给多个通讯对，即每个通讯对与其他通信对共同使用某一信道，而不是独占。对于每个通讯对来说，这时的信道就是逻辑的信道。

（6）噪声源

噪声源是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其他各处噪声的集合，是产生数据传输错误的一个来源。

2.模拟通信系统

利用模拟信号传递消息的方式被称为模拟通信，普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信，该系统由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。在传输系统中，调制和解调设备是成对配备的。在模拟通信系统中，信道上所传输的信号是模拟信号。

调制器是用发送的消息对载波的某个参数进行调制的设备。例如对载波信号进行连续的振幅调制、频率调制或相位调制。解调器是实现上述过程可逆变换的设备。

3.数字基带传输系统