數據通信是計算機網絡發展的前提，沒有數據通信的發展就沒有計算機網絡的今天
計算機內部的數字數據通過數據編碼技術轉換為數字信號在信道上傳輸，之后為了遠距離的傳輸和提高傳輸的容量用調制器（調制解調技術）將數字信號轉換為基帶信號，通常用帶寬來形容某條信道的某通道傳送數據的能力，然而信號的傳輸必定伴隨著時延，通過傳播時延和帶寬還可以計算出某條鏈路所能容納的最多比特數，?另外信道極限傳輸速率有相關的兩個公式，既然有極限傳輸速率，一旦當遇上需要快速傳輸大量信號的情況下就可以采用并行傳輸（打印機），當接收端收到信號之后，為了保證正確?還要進行同步，差錯檢測等，為了提高效率又有多路復用（是在同一傳輸媒體上，同時傳輸多個不同來源的信息）
1.通信相關的基本概念
2.基帶信號與寬帶信號
3.數字通信方式分類，按照不同的分類方法：a.單工通信、半雙工通信和全雙工通信b.串行通信和并行通信c.異步通信和同步通信
4.帶寬
5. 帶寬，時延，時延帶寬乘積（某一鏈路所能容納的比特數），往返時延RTT?
6.?信道極限傳輸速率的兩個公式
7.數據通信方式-并行傳輸與串行傳輸
8.數據同步方式
9.傳輸媒體
10.數據編碼技術
11.數據交換技術
12.多路復用
13.差錯控制
1.基本概念
數據(Data)：運送信息的實體。（這張圖片的二進制編碼或者其他最底層的編碼就是數據）
數據又可以分為模擬數據和信號數據，文章一下會介紹
信息(Information)：是數據的內容或解釋。（你想通過網絡下載一張圖片，這張圖片就是信息）
信號(Signal)：數據的物理量編碼(通常為電磁編碼)，數據以信號的形式傳播。（該圖片的編碼在傳播時的形式）
模擬信號:是連續變化的電磁波，它可以在各種媒體上傳輸與頻率有關。即連續的信號，如話音信號和廣播電視信號。
數字信號:是一串相繼的電壓脈沖，它能在導線上傳播。即離散的信號，如計算機通信所用的二進制代碼1和0組成的信號。
信道(channel):一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。
一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接收信道。一個信道可以看成是一條電路的邏輯部件。
信道上傳送的信號有基帶信號和寬帶信號之分。
基帶(Base band)與寬帶(Broad band)
基帶(baseband)信號:就是將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。
寬帶(broadband)信號:則是將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。基帶信號進行調制后，其頻譜搬移到較高的頻率處。由于每一路基帶信號的頻譜被搬移到不同的頻段，這樣做就可以在一條電纜中同時傳送許多路的數字信號，因而提高了線路的利用率。
基帶信號就是把數字信號不經過調制，直接進行傳輸，由于基帶信號包含較多的低頻成分甚至有直流成分，所以很多信道不能直接傳輸這種信號，因此就要對基帶信號進行調制成寬帶信號，在接受端在對此信號進行解調為基帶信號，這樣既解決了基帶信號傳輸的難題，還提高了線路的利用率
數據通信系統
數據通信——發送方將要發送的數據轉換成信號通過物理信道傳送到數據接收方的過程就稱為是數據通信。
為完成通信任務所需要的一切技術設備和傳輸介質所構成的總體，就稱為數據通信系統。任何一個通信系統都可以看作是由發送設備、傳輸信道和接收設備三大部分組成。我們來看一個簡化了的通信系統模型：
2.通信的雙方信息交互的方式
?單向通信(單工通信):只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。（無線電廣播）
雙向交替通信(半雙工通信):通信的雙方都可以發送信息，但不能同時發送(也不能同時接收)。（對講機）
雙向同時通信(全雙工通信):通信的雙方可以同時發送和接收信息。（電話）
3.帶寬
在計算機網絡中，帶寬用來表示某通道傳送數據的能力，因此網絡帶寬表示在單位時間內網絡中某信道所能通過的“最高數據率”，單位是bit/s(bps)，kbit/s，Mbit/s，Gbit/s
注：此處是比特每單位時間的意思，例如Mbit/s和平時看到的網速MB/s不一樣，一個指bit,一個指Byte，之間要經過除以8的換算，并且實際該信道不只你一個人用，所以結論是帶寬對于個人用戶來說要經過除以8的運算后得到一個理論上最大的網速
4.時延
時延信息從網絡的一端傳送到另一端所需的時間
時延=傳播時延+發送時延+排隊時延
傳播時延=信道長度/電磁波在信道的傳播速率
發送時延=數據位數/信道帶寬
排隊時延=數據在中間結點等待轉發的延遲時間
注：嚴謹的來說還有處理時延（主機或者路由器在收到分組之后還要花費一定的時間處理，例如差錯控制等）
當計算機網絡中的通信量過大時，網絡中的路由器的處理時延和排隊時延會大大增加，此時處理時延和排隊時延就是網絡性能變差的主要原因//TODO
4.1?時延帶寬乘積
某一鏈路所能容納的比特數
時延帶寬乘積=帶寬×傳播時延
例如，某鏈路的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達目的端時，源端已發送了100萬比特。
4.2往返時延RTT (Round-Trip Time)
從源端發送數據開始，到源端收到目的端的確認所經歷的時間
RTT≈2×傳播時延
//TODO三個通信系統
5.數據通信基礎理論
了解：
無噪聲信道上的最高碼元傳輸速率C 遵循奈奎斯特(Nyquist)公式
有噪聲信道的極限信息傳輸速率C 遵循香農(Shannon)公式
5.1數據通信方式-并行傳輸與串行傳輸
并行通信:數據的各位同時傳送。
優點：傳送速度快缺點：數據線多，成本較高，且由于并行數據傳輸線的耦合和共模干擾，傳輸距離短。
應用：主要應用于數據傳送量很大的場合，如打印機，液晶屏等。隨著現代電子技術的發展，并行通信的應用在逐漸減少。
串行通信：將數據按順序分解為一位（或幾位，一般不大于4位）的序列，按順序傳送。
優點：傳送線路簡單，成本低，傳送距離長
缺點：傳送速度比并行通信低應用：隨著現代電子技術的發展，傳送速度越來越快，應用越來越廣泛。如USB、1394、Profibus、各種網絡等。
5.2數據同步方式
目的是使接收端和發送端在時間基準上一致
1.位同步
1.1外同步，發送數據的同時同時發送同步信號
1.2自同步，數據通過特殊的編碼包含了同步信號
2.字符同步(異步傳輸)
3.幀同步(同步傳輸)
6.傳輸媒體
7.數據編碼技術
7.1 模擬數據和數字數據
模擬數據(Analog?Data)是由傳感器采集得到的連續變化的值,例如溫度、壓力,以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。
數字數據(Digital?Data)則是模擬數據經量化后得到的離散的值,例如在計算機中用二進制代碼表示的圖片聲音。
7.2編碼與調制
用數字信號承載數字或模擬數據——編碼
用模擬信號承載數字或模擬數據——調制
數據（數據以信號的方式傳輸）傳輸的方式
1.基帶傳輸：直接傳輸數字信號，基帶傳輸不需要調制、解調，設備花費少，適用于較小范圍的數據傳輸
2.頻帶傳輸：在發送端，采用調制手段，對數字信號進行某種變換，將代表數據的二進制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應在模擬信道上傳輸；在接收端，通過解調手段進行相反變換，把模擬的調制信號復原為“1”或“0”
數據編碼的方法
數字數據的數字信號編碼
非歸零編碼(NRZ)：不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步存在“直流分量”，直流分量危害大
注：時鐘的概念是數據編碼的概念中的
曼徹斯特編碼(Manchester)：規定在每個碼元的中間發生跳變：高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1。這種編碼也稱為自同步碼。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數據速率的2倍）
差分曼徹斯特編碼(Difference Manchester)：每個碼元的中間仍要發生跳變用碼元開始處有無跳變來表示0和1。有跳變代表0，無跳變代表1特點：有較好的抗干擾性能。頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍。
總結：非歸零編碼(NRZ)：不具備自同步機制，后兩者具備自同步，但是曼徹斯特編碼雙倍的傳輸帶寬，而差分曼徹斯特編碼頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍
數字數據的調制
一個調制解調器(modem)包括了為發送信號用的調制器(modulator)和為接收信號用的解調器(demodulator) 。
調制器的主要作用就是個波形變換器，它將基帶數字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸的波形。
解調器的作用就是個波形識別器，它將經過調制器變換過的模擬信號恢復成原來的數字信號。
用龐大的模擬電話網絡傳送計算機數據時，可采用在模擬信道兩端各加上一個調制解調器，把模擬信道改造為數字信道。
調制解調器就是貓
調制解調技術對應的是數字信號和模擬信號，編碼對應的輸入方是數據
幾種最基本的調制方法
調幅(AM)：移幅鍵控ASK
調頻(FM):移頻鍵控FSK
調相(PM):移相鍵控PSK
模擬數據的數字信號編碼
8.多路復用
多路復用(Multiplexing) ：是在同一傳輸媒體上，同時傳輸多個不同來源的信息。主要目的：提高線路的利用率，降低成本。
復用器(multiplexer)和分用器(demultiplexer)成對地使用。
多路復用分主要有：頻分多路復用(Frequency Division Multiplexing,FDM)
時分多路復用(Time Divsion Multiplexing,TDM)
碼分復用：碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)
//TODO
9.數據交換技術
什么是交換？
交換就是按某種方式動態地分配傳輸線路資源例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。
9.1電路交換
電路交換主要優點:1)信息的傳輸時延小，對于一次接續，傳輸時延固定不變。 2)交換機對用戶的數據信息不存儲、分析和處理。交換機在處理方面的開銷比較小，信息傳輸效率比較高。 3)適用于連續、大批量的數據傳輸。
主要缺點: 1)電路的接續時間較長，短報文通信效率低。 2)電路資源被通信雙方獨占，電路利用率低。
適用范圍:傳輸信息量較大，通信對象比較固定的用戶。
9.2報文交換（以報文為單位）
報文交換主要優點: 1)報文以存儲轉發方式通過交換機，很容易實現各種不同類型終端之間的相互通信。 2)不同用戶的報文可以在一條線路上以報文為單位多路復用，大大提高了線路的利用率。 3)用戶不需要叫通對方就可以發送報文。可動態分配網絡資源。
報文交換主要缺點: 1) 信息通過交換機時產生的時延大，不利于實時通信。 2) 當報文很長時，要求交換機要有高速處理能力和大的存儲容量。
9.3分組交換（以分組為單位）
分組交換優點: 1)高效:動態分配傳輸帶寬,對通信鏈路是逐段占用。 2)靈活:每個結點均有智能，為每一個分組獨立地選擇轉發的路由 3)迅速:以分組作為傳送單位，通信之前可以不先建立連接就能發送分組；網絡使用高速鏈路。 4)可靠：完善的網絡協議；分布式多路由的通信子網。
分組交換缺點: 1）分組在各結點存儲轉發時因要排隊總會造成一定的時延。當網絡通信量過大時，這種時延也可能會很大。 2）各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的開銷。 3）整個分組交換網還需要專門的管理和控制機制。 4）在目的結點要對分組進行重組，增加了復雜性。
分組交換網為分組選擇路由的方式有兩種：數據包方式和虛電路方式，即無連接服務和面向連接的服務。注：之前一直把面向連接服務等同于電路交換，當然電路交換是面向連接的服務，但面向連接不一定是電路交換。
總結面向連接或者無連接是抽象的類別，不是具體的技術，比如虛電路方式的分組交換是面向連接的
9.3.1虛電路方式
虛電路是分組交換的兩種傳輸方式中的一種。在通信和網絡中，虛電路是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務，虛電路分組交換建立的是邏輯信道——虛通道，不是電路交換中的一條專用的獨占物理信道。虛通道上的交換設備都有緩沖裝置，只有在虛通道對應的物理信道空閑時才會進行發送，這實際上是對物理信道使用了分時共享技術。
數據報方式在分組發送之前，發送方與接收方之間不需要預先建立連接。虛電路方式在分組發送之前，需要在發送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;
虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數據傳輸與虛電路釋放階段。
在每次分組發送之前，必須在發送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發送方與接收方的物理鏈路已經存在；
一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達目的結點時不會出現丟失、重復與亂序的現象；
分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；通信子網中每個結點可以和任何結點建立多條虛電路連接。?
虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為“虛電路”是因為這種電路不是專用的。每個結點到其他結點間可能有無數條虛電路存在；
一個結點可以同時與多個結點之間具有虛電路；每條虛電路支持特定的兩個結點之間的數據傳輸
結論：虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優點，因此在計算機網絡中得到了廣泛的應用
9.4ATM(異步傳送模式,是一種高速的分組交換技術，虛電路的具體實現)
ATM是一種面向連接的技術；
采用小的、固定長度53字節的信元作為數據傳輸單元；
能夠支持數字、語音、圖像、視頻等多媒體通信；
ATM以統計時分多路復用方式動態分配網絡帶寬，網絡傳輸延時小，適應實時通信的要求；
ATM沒有鏈路級糾錯與流量控制，協議簡單，數據交換效率高；
ATM采用兩級虛電路機制，增加了虛電路分配的靈活性；
ATM的數據傳輸速率可以在155Mb/s～2.4Gb/s。
10差錯控制
差錯控制的基本方法是：接收方進行差錯檢測，并向發送方應答，告知是否正確接收。
差錯檢測主要有兩種方法：
奇偶校驗
循環冗余校驗
11.傳輸媒體
有線傳輸介質
雙絞線，雙絞線是一種最古老又最常用的傳輸介質，雙絞線可以傳輸模擬信號和數字信號，最適合用于星型網絡拓撲結構內結點之間連接，是典型的局域網連接線，連接距離可以達到100m。雙絞線分為屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）兩種。非屏蔽雙絞線根據傳輸速率和用途的不同，又可以分為1類、2類、3類、4類、5類、超5類、6類、超7類、8類等，數字越大，就代表版本越新、技術越先進、寬帶越高。其中最常用的是5類和6類雙絞線。除7類和超7類采用非RJ45連接器，其它類型的雙絞線基本上到后采用RJ45連接器。（水晶頭）
同軸電纜：常見的同軸電纜有2種：局域網初期曾廣泛使用同軸電纜作為傳輸媒體，50Ω電纜，用于數字信號傳輸 ； 75Ω電纜，用于模擬信號傳輸和有線電視傳輸，其帶寬已接近1GHz。目前在局域網中基本上都采用雙絞線作為傳輸媒體，同軸電纜主要用在有線電視網的居民小區中。
光導纖維是一種直徑很細的、很柔軟、能傳導光波的介質，它由能傳導光波的石英玻璃纖維拉成細絲，由玻璃纖芯和玻璃包層，外加保護層構成。光纜的纖芯直徑只有8-100Um（只有人的頭發絲的幾萬分一），光波正是通過纖芯進行傳導的。由于包層較纖芯有較低的折射率，利用全反射原理——當光線碰到包層時就會折射回纖芯，這個過程不斷重復，光也就沿著光纖向前傳輸了，光纜也可以通過轉換器將電信號轉換為光信號傳輸，（1）單模光纖：纖芯的直徑很小，只有幾個微米，只能有一個光的波長。其傳輸頻帶寬，耗損小，在100G的高速率下可傳輸100公里而不必采用中繼器，但成本高昂。??（2）多模光纖：纖芯的直徑較粗，考驗存在多條不同角度入射得光線在一條光纖中傳輸。其傳輸性能較單模光纖差，但成本低。
（1）傳輸距離遠。（2）抗電磁干擾性能好。（3）寬帶高。（4）體積小，重量輕。
把光纜和銅線做對比很有意義，光纖具有更優良的性能：這么多的優點也決定了光纖價格較高，每米大約要10元以上，而雙絞線只需要2元左右。此外，光纖的切斷和將兩根光纖精確地連接所需要的技術要求較高，需要專門設備，而且會產生10%的耗損。因此光纖主要是在要求傳輸距離較長、且布線條件特殊的情況下用于主干網的連接。
如果通信線路要通過一些高山、沼澤、島嶼，鋪設光纖既昂貴又費時，但是利用無線電波在自由空間的傳播就可以很快地實現多種的通信。
無線傳輸可使用的頻段很廣，從圖中可以看出，無線電波、微波、紅外都被用來進行通信。
<無線電波>
（1）直接傳播：沿地表面向四周全方向傳播，電波可以在1000千米外被檢測到，而且由于無線電波很容易穿透建筑物，所以我們使用收音機可以在室內接收到無線電廣播電臺所發出來的信號。?（2）反射傳播：電磁波會被地球表面吸收，當無線電波到達電離層（位于地球上方100-500千米高空）時，電磁波會被電離層折射回地球，信號可以被反彈多次。軍隊中就使用高頻HF和VHF甚高頻段進行通信。
<微波>
（1）沿直線傳播：不能繞行，不能穿過建筑物，故在地面的傳播距離有限
（2）微波接力：為實現遠距離通信必須在微波通信信道的兩個終端之間建立若干個中繼站
（3）不安全
（4）微波的傳播會受到天氣的影響
<衛星通信>
是利用地球同步衛星作為中繼器來轉發微波信號的一種特殊的微波接力通信形式。
沙漠等
<紅外線光>：（1）適用于短距離傳輸，電視機、空調等的遙控器都采用紅外線通信。（2）傳播具有方向性，沿直線傳播的，不能穿透堅實的物體，你可以試著站在遙控器和電視機之間看看遙控器是否還能工作。
