第2章數據通信技術的基礎知識數據通信技術的基本內容數據通信基本概念數據通信系統基本結構信息、數據、信號數據通信的主要技術指標數據傳輸方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工通信、全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸數據的同步技術異步傳輸、同步傳輸數據編碼技術數字數據信號模擬傳輸幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK數字傳輸不歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼模擬數據信號模擬傳輸調幅、調頻、調相數字傳輸脈沖編碼調制PCM多路復用技術時分多路復用、頻分多路復用、波分多路復、碼分多路復用數據交換技術電路交換、報文存儲轉發交換、報文分組存儲轉發交換（數據報方式、虛電路方式）傳輸介質傳輸介質類型與特點差錯控制技術檢錯碼、糾錯碼和差錯控制機制信息、數據和信號通信的目的是交換信息。信息的載體可以是多媒體，包含語音、音樂、圖形圖像、文字和數據等。計算機的終端產生的信息一般是字母、數字和符號的組合。為了傳送這些信息，首先要將每一個字母、數字或括號用二進制代碼表示。目前常用的二進制代碼有國際5號碼（IA5）、擴充的二、十進制交換碼EBCDIC碼和信息交換用標準代碼ASCII碼等。被傳輸的二進制代碼稱為數據（Data）。信號是數據在傳輸過程中的電信號的表示形式。數據通信系統基本結構數據通信系統的基本通信模型：產生和發送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源與信宿通過通信線路進行通信，在數據通信系統中，也將通信線路稱為信道；在數據通信系統中，傳輸模擬信號的系統稱為模擬通信系統，而傳輸數字信號的系統稱為數字通信系統。模擬通信系統模擬通信系統通常由信源、調制器、信道、解調器、信宿以及噪聲源組成。信源所產生的原始模擬信號一般都要經過調制再通過信道傳輸。到達信宿后，通過解調器將信號解調出來。普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系統。數字通信系統數字通信系統由信源、信源編碼器、信道編碼器、調制器、信道、解調器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪聲源以及發送端和接收端時鐘同步組成。計算機通信、數字電話以及數字電視都屬于數字通信系統。通信信道的分類信道是信號傳輸的通道，包括傳輸媒體和通信設備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。信道可以按不同的方法分類：有線信道與無線信道；模擬信道與數字信道；專用信道和公用信道；有線信道與無線信道信道按所使用的傳輸介質分類，可以分為有線信道與無線信道；有線信道使用有形的媒體作為傳輸介質的信道稱之為有線信道。有線信道包括電話線、雙絞線、同軸電纜和光纜等；無線信道以電磁波在空間傳播方式傳送信息的信道稱之為無線信道。無線信道包括無線電、微波、紅外線和衛星通信信道等。模擬信道與數字信道按傳輸信號的類型分類，信道可以分為模擬信道與數字信道；模擬信道能傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道。模擬信號的電平隨時間連續變化，語音信號是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數字信號，則必須經過數字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。調制解調器就是完成這種變換的。數字信道能傳輸離散數字信號的信道稱為數字信道。離散的數字信號在計算機中指由“0”和“1”的二進制代碼組成的數字序列。當利用數字信道傳輸數字信號時不需要進行變換，通常需要進行數字編碼。專用信道和公用信道信道按使用方式可以分為專用信道和公用信道：專用信道專用信道是一種連接于用戶設備之間的固定電路，它可以由用戶自己架設或向電信部門租用。公用信道也稱公共交換信道，它是一種通過交換機轉接、為大量用戶提供服務的信道。數據通信的技術指標數據通信速率（傳輸速率）：傳輸率是指數據在信道中傳輸的速度。數據通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。碼元速率RB：每秒中傳送的碼元數，單位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率；信息速率Rb：每秒中傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率；對于一個用二進制表示的信號（兩級電平），每個碼元包含1個比特信息，其信息速率與碼元速率相等；對于一個用四進制表示的信號（四級電平），每個碼元包含了2個比特信息，因此，它的信息速率應該是碼元速率的2倍。碼元速率和信息速率一般來說，對于采用M進制電平傳輸信號時，信息速率和碼元速率之間的關系是：Rb=RBlog2M誤碼率和誤比特率誤碼率和誤比特率是衡量數據傳輸系統正常工作狀態下傳輸可靠性的重要參數。誤碼率是指二進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，誤比特率是指在傳輸中出錯比特的概率。在實際的數據傳輸系統中，電話線路在300～2400bps傳輸速率時，平均誤碼率在10-2～10-6之間，在4800～9600bps傳輸速率時平均誤碼率在10-2～10-4之間。而計算機通信的平均誤碼率要求低于10-9。信道帶寬與信道容量信道帶寬是指信道中傳輸的信號在不失真的情況下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶，單位用赫茲（H）表示。信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話線路的頻率范圍在300～3400H，則它的帶寬300～3400H。信道容量是衡量一個信道傳輸數字信號的重要參數。信道容量是指單位時間內信道上所能傳輸的最大比特數，用每秒比特數（bps）表示。當傳輸的信號速率超過信道的最大信號速率時，就會產生失真。數據的串行傳輸和并行傳輸并行通信數據以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸。并行通信的優點是速度快，但發端與收端之間有若干條線路，導致費用高，僅適合于近距離和高速率的通信。數據的串行傳輸和并行傳輸串行通信數據流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計算機內部都采用并行通信，因此，數據在發送之前，要將計算機中的字符進行并/串變換，在接收端再通過串/并變換，還原成計算機的字符結構，才能實現串行通信。串行通信的優點是收、發雙方只需要一條傳輸信道，易于實現，成本低，但速度比較低。通信線路的連接方式——點對點點對點的連接就是在發送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路或交換線路。使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點之間傳輸數據，比如通過公用電話交換網，實現點-點的連接。通信線路的連接方式——多點線路多點線路連接是指各個站點通過一條公共通信線路連接。在多點線路連接方式中，一條線路被所有的站點共享，若所有的站點可以同時發送數據，則這條線路在空間上是共享的，通常采用頻分復用或波分復用技術傳輸數據；若所有的站點只能輪流使用線路發送數據時，那么它在時間上是共享的，通常采用時分復用技術傳輸數據。信道的通信方式——單工通信單工方式指通信信道是單向信道，數據信號僅沿一個方向傳輸，發送方只能發送不能接收，接收方只能接收而不能發送，任何時候都不能改變信號傳送方向。無線電廣播和電視都屬于單工通信。信道的通信方式——半雙工通信半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進行，而不能同時進行。當改變傳輸方向時，要通過開關裝置進行切換。半雙工信道適合于會話式通信，比如公安系統使用的“對講機”和軍隊使用的“步話機”。半雙工方式在計算機網絡系統中適用于終端與終端之間的會話式通信。信道的通信方式——全雙工通信全雙工通信是指數據可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸。比如，電話通話。信號的傳輸方式——基帶傳輸基帶傳輸就數字信號而言，它是一個離散的方波，“0”代表低電平，“1”代表高電平，這種方波固有的頻帶稱為基帶，方波信號稱為基帶信號，因此，基帶實際上就是數字信號所占用的基本頻帶?；鶐鬏斒窃谛诺乐兄苯觽鬏敂底中盘?，且傳輸媒體的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸信息。信號的傳輸方式——頻帶傳輸頻帶傳輸所謂頻帶傳輸是指將數字信號調制成音頻信號后再發送和傳輸，到達接收端時再把音頻信號解調成原來的數字信號?？梢?，在采用頻帶傳輸方式時，要求發送端和接收端都要安裝調制器和解調器。在實現遠距離通信時，經常借助于電話線路，此時就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話系統傳輸數字信號的問題，而且可以實現多路復用，以提高傳輸信道的利用率。信號的傳輸方式——寬帶傳輸寬帶傳輸寬帶傳輸采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體，帶寬為300MH。使用時通常將整個帶寬劃分為若干個子頻帶，分別用這些子頻帶來傳送音頻信號、視頻信號以及數字信號。寬帶同軸電纜原是用來傳輸電視信號的，當用它來傳輸數字信號時，需要利用電纜調制解調器（CableModem）把數字信號變換成頻率為幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的模擬信號?？衫脤拵鬏斚到y來實現聲音、文字和圖像的一體化傳輸，這也是通常所說的“三網合一”，即語音網、數據網和電視網合一。另外，使用CableModem上網就是基于寬帶傳輸系統實現的。數據傳輸的同步技術在數據通信系統中，當發送端與接收端采用串行通信時，通信雙方要交換數據，需要有高度的協同動作，彼此間傳輸數據的速率、每個比特的持續時間和間隔都必須相同，這就是同步問題。同步就是要接收方按照發送方發送的每個碼元/比特起止時刻和速率來接收數據，否則，收發之間會產生誤差，即使是很小的誤差，隨著時間增加的逐步累積，也會造成傳輸的數據出錯。實現收發之間的同步技術是數據傳輸中的關鍵技術之一，通常使用的同步技術有兩種：異步方式同步方式異步傳輸方式在異步傳輸方式中，每傳送1個字符（7位或8位）都要在每個字符碼前加1個起始位，以表示字符代碼的開始，在字符代碼和校驗碼后面加1或2個停止位，表示字符結束。接收方根據起始位和停止位來判斷一個新字符的開始。從而起到通信雙方的同步作用。異步方式實現比較容易，但每傳輸一個字符都需要多使用2～3位，所以適合于低速通信。同步傳輸方式同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個二進制位組成的數據塊（幀）。對這些數據，不需要附加起始位和停止位，而是在發送一組字符或數據塊之前先發送一個同步字符SYN（以01101000表示）或一個同步字節（01111110），用于接收方進行同步檢測，從而使收發雙方進入同步狀態。在同步字符或字節之后，可以連續發送任意多個字符或數據塊，發送數據完畢后，再使用同步字符或字節來標識整個發送過程的結束。在同步傳送時，由于發送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數據傳輸的效率。所以這種方法一般用在高速傳輸數據的系統中，比如計算機之間的數據通信。同步傳輸中的位同步在同步通信中，要求收發雙方之間的時鐘嚴格的同步，而使用同步字符或同步字節，只是用于同步接收數據幀，只有保證了接收端接收的每一個比特都與發送端保持一致，接收方才能正確的接收數據，這就要使用位同步的方法。對于位同步，可以使用一個額外的專用信道發送同步時鐘保持雙方同步，也可以使用編碼技術將時鐘編碼到數據中，接收端接收數據的同時就獲取到同步時鐘，兩種方法相比，后者的效率最高，使用的最為廣泛。數據的編碼和調制技術在計算機中，數據是以離散的二進制“0”、“1”比特序列方式表示的。計算機數據在傳輸過程中的數據編碼類型主要取決于它采用的通信信道所支持的數據通信類型。通信信道分為模擬信道和數字信道，而依賴于信道傳輸的數據也分為模擬數據與數字數據。因此，數據的編碼方法包括數字數據的編碼與調制和模擬數據的編碼與調制。數字數據的調制傳統的電話通信信道是為傳輸語音信號設計的，用于傳輸音頻300H～3400H的模擬信號，不能直接傳輸數字數據。為了利用模擬語音通信的電話交換網實現計算機的數字數據的傳輸，必須首先將數字信號轉換成模擬信號，也就是要對數字數據進行調制。發送端將數字數據信號變換成模擬數據信號的過程稱為調制（Modulation），調制設備就稱為調制器（Modulator）；接收端將模擬數據信號還原成數字數據信號的過程稱為解調（Demodulation），解調設備就稱為解調器（Demodulator）。若進行數據通信的發送端和接收端以雙工方式進行通信時，就需要同時具備調制和解調功能的設備，稱為調制解調器（Modem）。對數字數據調制的基本方法有三種：幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控幅移鍵控AS（AmplitudeShifteying）AS是通過改變載波信號的幅度值表示數字信號“1”、“0”，以幅度A1表示數字信號的“1”，用載波幅度A2表示數字信號的“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號的參數f和φ恒定。頻移鍵控FS（FrequencyShifteying）FS是通過改變載波信號頻率的方法表示數字信號“1”、“0”，用f1表示數字信號“1”，用f2表示數字信號“0”，而載波信號的A和φ不變。相移鍵控PS（PhaseShifteying）PS是通過改變載波信號的相位值表示數字信號“1”、“0”，而載波信號的A和f不變。PS包括兩種類型：絕對調相絕對調相使用相位的絕對值，φ為0表示數字信號“1”，、φ為π表示數字信號“0”。相對調相相對調相使用相位的相對偏移值，當數字數據為0時，相位不變化，而數字數據為1時，相位要偏移π。數字數據的調制示例多相調制AS、FS和PS都是最基本的調制技術，實現容易，技術簡單，抗干擾能力差，調制速率不高，為了提高數據傳輸速率，也可以采用多相調制的方法。例如，將待發送的數字信號按2個比特一組的方式組織，因為2個比特可以有4種組合方式，即“00、01、10、11”四個碼元，所以用4個不同的相位值就可以表示出這4組組合。在調相信號傳輸過程中，相位每改變一次，傳送兩個二進制比特，這種調制方法就稱為四相相移鍵控?；旌险{相為了達到更高的信息傳輸速率，采用多元制的振幅相位混合調制技術，比如正交振幅調制QAM（QuadratureAmodulation），它不但使用相位，而且還使用幅度：8-QAM使用了幅度與相位的8種組合，由于使用3個比特可以表示8種組合，因此，每一種組合代表一個碼元，每個碼元3個比特。16-QAM的幅度和相位有16種組合，每個組合代表一個碼元，每個碼元4個比特。數字數據的編碼利用數字通信信道直接傳輸數字數據信號的方法稱作數字信號的基帶傳輸，而數字數據在傳輸之前，需要進行數字編碼。數字數據的編碼方式有三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。不歸零編碼（Non-Returntoero，NR）NR編碼規定可用負電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然。曼徹斯特編碼（Manchester）曼徹斯特編碼是目前應用最廣泛的編碼方法之一，其特點是每一位二進制信號的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，就表示數字信號“1”，若從高電平跳變到低電平，就表示數字信號“0”；差分曼徹斯特編碼（DifferenceManchester）差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進。其特點是每一位二進制信號的跳變依然提供收發端之間的同步，但每位二進制數據的取值，要根據其開始邊界是否發生跳變來決定，若一個比特開始處存在跳變則表示“0”，無跳變則表示“1”。數字數據編碼的示例模擬數據的調制在模擬數據通信系統中，信源的信息經過轉換，形成電信號，比如人說話的聲音經過電話轉變為模擬的電信號，這也是模擬數據的基帶信號。模擬數據的基帶信號具有比較低的頻率，不宜直接在信道中傳輸，需要對信號進行調制，將信號搬移到適合信道傳輸的頻率范圍內，接收端將接收的已調信號再搬回到原來信號的頻率范圍內，恢復成原來的消息，比如無線電廣播。模擬數據的編碼脈沖編碼調制（odulation）是模擬數據數字化的主要方法。由于數字信號傳輸失真小、誤碼率低、數據傳輸速率高，因此在網絡中除計算機直接產生的數字信號外，語音、圖像信息必須數字化才能經計算機處理。技術的典型應用是語音數字化。在發送端通過編碼器將語音數據變換為數字化的語音信號，通過通信信道傳送到接收方，接收方再通過解碼器還原成模擬語音信號。數字化語音數據傳輸速率高、失真小，可以存儲在計算機中，進行必要的處理。因此在網絡與通信的發展中語音數字化成為重要的部分。編碼的典型應用的工作原理脈沖編碼調制包括三部分：采樣、量化和編碼。采樣每隔一定的時間間隔，采集模擬信號的瞬時電平值做為樣本，表示模擬數據在某一區間隨時間變化的值。量化量化是將取樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。量化級可以分為8級、16級，或者更多的量化級，這取決于系統的精確度要求。編碼編碼是用相應位數的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。用于數字化語音系統，將聲音分為128個量化級，采用7位二進制編碼表示，再使用1個比特進行差錯控制，采樣速率8000次／秒，因此，一路話音的數據傳輸速率為8×8000bps＝64bps。的工作過程數據交換技術——電路交換電路交換（CircuitSwitching）也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，為一對需要進行通信的節點之間提供一條臨時的專用通道，即提供一條專用的傳輸通道，既可以是物理通道又可以是邏輯通道（使用時分或頻分復用技術）。這條通道是由節點內部電路對節點間傳輸路徑經過適當選擇、連接而完成的，是一條由多個節點和多條節點間傳輸路徑組成的鏈路。電路交換通信的三個階段電路建立通過源節點請求完成交換網中相應節點的連接過程，這個過程建立起一條由源節點到目的節點傳輸通道。數據傳輸電路建立完成后，就可以在這條臨時的專用電路上傳輸數據，通常為全雙工傳輸。電路拆除在完成數據傳輸后，源節點發出釋放請求信息，請求終止通信，若目的節點接受釋放請求，則發回釋放應答信息。在電路拆除階段，各節點相應地拆除該電路的對應連接，釋放由該電路占用的節點和信道資源。電路交換的特點呼叫建立時間長且存在呼損。電路交換的信道利用率低。對通信雙方而言，必須做到雙方的收發速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。適用于實時大批量連續的數據傳輸。數據交換技術——存儲轉發交換存儲轉發交換（StoreandForwardSwitching）報文存儲轉發交換報文分組存儲轉發交換數據報虛電路報文存儲轉發交換對于數字數據通信，廣泛使用的是報文交換技術;在報文交換中，每一個報文由傳輸的數據和報頭組成，報頭中有源地址和目標地址。節點根據報頭中的目標地址為報文進行路徑選擇。并且對收發的報文進行相應的處理。報文交換的特點源節點和目標節點在通信時不需要建立一條專用的通路；與電路交換相比，報文交換沒有建立電路和拆除電路所需的等待和時延；電路利用率高，節點間可根據電路情況選擇不同的速度傳輸，能高效地傳輸數據；要求節點具備足夠的報文數據存放能力，一般節點由微機或小型機擔當；數據傳輸的可靠性高，每個節點在存儲轉發中，都進行差錯控制，即檢錯和糾錯。由于采用了對完整報文的存儲/轉發，節點存儲/轉發的時延較大，不適用于交互式通信。分組交換分組交換屬于“存儲/轉發”交換，它不像報文交換以報文為單位進行交換、傳輸，而是以更短的、標準的“報文分組”（Pacet）為單位進行交換傳輸。假如A站有一份比較長的報文要發送給C站。則它首先將報文按規定長度劃分成若干分組，每個分組附加上地址及糾錯等其他信息，然后將這些分組順序發送到交換網的節點C。分組交換又分為數據報交換和虛電路交換。數據報分組交換交換網把進網的任一分組都當作單獨的“小報文”來處理，而不管它屬于哪個報文的分組，就像報文交換中把一份報文進行單獨處理一樣。這種分組交換方式簡稱為數據報傳輸方式，作為基本傳輸單位的“小報文”被稱為數據報（datagram）。數據報分組交換的特點同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網；同一報文的不同分組到達目的節點時可能出現亂序、重復或丟失現象；每一個報文在傳輸過程中都必須帶有源節點地址和目的節點地址；使用數據報方式時，數據報文傳輸延遲較大，適用于突發性通信，不適用于長報文、會話式通信。虛電路分組交換虛電路就是兩個用戶的終端設備在開始互相發送和接收數據之前需要通過通信網絡建立邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸，用戶不需要發送和接收數據時清除連接。虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優點，在計算機網絡中得到廣泛的應用。虛電路的特點虛電路在每次報文分組發送之前，必須在源節點與目的節點之間建立一條邏輯連接，也包括虛電路建立、數據傳輸和虛電路拆除三個階段。報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路標識號。報文分組到達目的節點不會出現丟失、重復與亂序的現象；報文分組通過每個虛電路上的節點時，節點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇。通信子網中每個節點可以和任何節點建立多條虛電路連接。信道復用技術信道復用的目的是讓不同的計算機連接到相同的信道上，共享信道資源。四種信道復用方式：頻分復用FDM、時分復用TDM、波分復用WDM和碼分復用。頻分多路復用FDMFDM是把信道的可用頻帶分成多個互不交疊的頻段（帶），每個信號占其中一個頻段。接收時用適當的濾波器分離出不同信號，分別進行解調接收。時分多路復用TDMTDM又分為同步時分復用（SynchronousTimeDivisionMulti）和異步時分復用（AsynchronousTimeDivisionMulti）。同步時分復用STDMSTDM采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定長度連續地劃分成特定時間段（一個周期），再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數字信號，各路數字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。由于在同步時分復用方式中，時隙預先分配且固定不變，無論時隙擁有者是否傳輸數據都占有一定時隙，形成了時隙浪費，其時隙的利用率很低。異步時分復用異步時分復用技術又被稱為統計時分復用，它能動態地按需分配時隙，避免每個時間段中出現空閑時隙。ATDM就是只有當某一路用戶有數據要發送時才把時隙分配給它。當用戶暫停發送數據時，則不給它分配時隙。電路的空閑時隙可用于其他用戶的數據傳輸。在所有的數據幀中，除最后一個幀外，其他所有幀均不會出現空閑的時隙，從而提高了資源的利用率，也提高了傳輸速率。波分多路復用WDMWDM主要用于全光纖網組成的通信系統。波分復用就是光的頻分復用。人們借用傳統的載波電話的頻分復用的概念，可以做到使用一根光纖來同時傳輸多個頻率很接近的光載波信號,提高了光纖的傳輸能力。最初，在一根光纖上只能復用兩路光載波信號，隨著技術的發展，在一根光纖上復用的路數越來越多。現在已達到在一根光纖上復用80路或更多路數的光載波信號，這種復用方式就是密集波分復用DWDMDenseWavelengthDivisionMultipleing。碼分多路復用碼分多路復用又稱為碼分多址CDMACodingDivisionMultiA也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信，但使用基于碼型的分割信道方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干擾，且抗干擾能力強。傳輸媒體（傳輸介質）計算機網絡傳輸媒體：有線雙絞線、同軸電纜、光纖等無線無線電波、微波或紅外線雙絞線雙絞線是由一對或多對絕緣銅導線組成，為了減少信號傳輸中串擾及電磁干擾（EMI）影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。雙絞線是模擬和數字數據通信最普通的傳輸媒體，它的主要應用范圍是電話系統中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當超過幾千米時信號因衰減可能會產生畸變，這時就要使用中繼器（Repeater）來放大信號和再生波形。雙絞線的價格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡單，所以得到廣泛的使用。在局域網中一般也采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）。雙絞線的分類雙絞線既可以用于音頻傳輸，也可以用于數據傳輸。按雙絞線的性能，目前廣泛應用的有五個不同的等級，級別越高性能越好。由于UTH。3類UTH，適合于10MbbbH，其它特性與3類UTbH，能夠運行100MbH，適用于低成本的高速以太網的骨干線路。同軸電纜CoaialCable同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導體所組成，即內導體（銅芯導線）和外導體屏蔽層，外導體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導體之間用絕緣材料隔離。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。同軸電纜的規格是指電纜粗細程度的度量，按射頻級測量單位（RG）來度量，RG越高，銅芯導線越細，RG越低，銅芯導線越粗。常用同軸電纜的型號和應用如下：阻抗為50歐姆的粗纜RG-8或RG-11，用于粗纜以太網；阻抗為50歐姆的細纜RG-58A/U或C/U，用于細纜以太網；阻抗為75歐姆的電纜RG-59，用于有線電視CATV。光導纖維FiberOptics光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細，能傳導光信號的媒體。光纖由一束玻璃芯組成，它的外面包了一層折射率較低的反光材料，稱為覆層。由于覆層的作用，在玻璃芯中傳輸的光信號幾乎不會從覆層中折射出去。這樣當光束進入光纖中的芯線后，可以減少光通過光纜時的損耗，并且在芯線邊緣產生全反射，使光束曲折前進。玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼光纖的特點光纜中的光源可以是發光二極管LED或注入式激光二極管ILD，當光通過這些器件時發出光脈沖，光脈沖通過玻璃芯從而傳遞信息。在光纜的兩端都要有一個裝置來完成光信號和電信號的轉換。光纜的優點是信號的損耗小、頻帶寬、傳輸率高，從l00Mbbps，甚至更高，且不受外界電磁干擾。另外，由于它本身沒有電磁輻射，所以它傳輸的信號不易被竊聽，保密性能好。但是它的成本高并且連接技術比較復雜。光纜主要用于長距離的數據傳輸和網絡的主干線。多模光纖和單模光纖根據使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖和單模光纖。多模光纖采用發光二極管產生可見光作為光源，定向性較差。當光纖芯線的直徑比光波波長大很多時，由于光束進入芯線中的角度不同傳播路徑也不同，這時光束是以多種模式在芯線內不斷反射而向前傳播。多模光纖的傳輸距離一般在2m以內。單模光纖采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強。單模光纖的芯線直徑一般為幾個光波的波長，當激光束進人玻璃芯中的角度差別很小時，能以單一的模式無反射地沿軸向傳播。光纖的規格光纖類型玻璃芯（微米）覆層（微米）62.5/12562.512550/12550.0125100/140100.01408.3/1258.3125光纖的規格通常用玻璃芯與覆層的直徑比值來表示，其中83/125的光纖只用于單模光纖。單模光纖的傳輸率較高，但比多模光纖更難制造，價格更高。無線電傳輸根據距離的遠近和對通信速率的要求，可以選用不同的有線介質，但是，若通信線路要通過一些高山、島嶼或河流時，鋪設線路就非常困難，而且成本非常高，這時候就可以考慮使用無線電波在自由空間的傳播實現多種通信。無線電微波通信在數據通信中占有重要地位。微波的頻率范圍為300MH～300GH，但主要是使用2～40GH的頻率范圍。微波在空間主要是直線傳播。由于微波會穿透電離層而進入宇宙空間，因此它不像短波通信可以經電離層反射傳播到地面上很遠的地方。微波通信有兩種主要的方式：即地面微波接力通信和衛星通信。地球地面站之間的直視線路微波傳送塔地面微波接力在物理線路昂貴或地理條件不允許的情況下適用；通過地球表面的大氣傳播，易受到建筑物或天氣的影響；兩個地面站之間傳送，距離為50-100m；微波接力的特點微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大。微波通信受外界干擾比較小，傳輸質量較高。與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設投資少，見效快。微波接力通信也存在如下的一些缺點：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物（”視距通信”）。有時一個天線發射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達接收天線，因而造成失真。微波的傳播有時也會受到惡劣氣候的影響。與電纜通信系統比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差。對大量中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。地球地面站地面站衛星通信優點：通信距離遠，在電波覆蓋范圍內，任何一處都可以通信，且通信費用與通信距離無關。受陸地災害影響小，可靠性高；易于實現廣播通信和多址通信；缺點：通信費用高，延時較大；10GH以上雨衰較大；易受太陽噪聲的干擾；C波段4/6GH上行5925～6425GH下行37～42GHU波段11/14GH上行14～145GH下行117～122GH35,860公里地球地球同步衛星從技術角度上講，只要在地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置三顆相隔120度的衛星，就能基本上實現全球的通信。為了避免產生干擾，衛星之間的相隔不能小于2度，因此，整個赤道上空只能放置180個同步衛星。一個典型的衛星通常擁有12～20個轉發器。每個轉發器的頻帶寬度為36或72MH。紅外線和毫米波光波傳輸應用：在短距離內連接兩個通信設備；缺點：不能穿透雨和濃霧，易受天氣影響；特點：用于短距離通信，如電視、錄象機等的遙控；缺點：不能穿透固體；常用傳輸媒體的比較通信接口及設備廣泛使用的通信設備接口標準有：EIARS-232C；EIARS-499；ITU-T建議的21等標準。RSRecommendedStandard表示推薦標準，232、499等為標識號碼，而后綴（如RS-232C中的C）表示該推薦標準被修改過的次數。ITU-T也有一些相應的標準。與EIARS-232C兼容的ITU-TV24建議，與EIARS-422兼容的ITU-TV10等。EIARS-232C接口在串行通信中，EIARS-232C是應用最為廣泛的標準，EIA在1969年公布的數據通信標準，其后為了改進RS-232C的局限性，提供更高的傳輸距離和數據速率，增加了新的功能，如環路測試功能，在1977年頒布了RS-499。由于RS-499標準太復雜，EIA于1987年頒布了與RS-232C兼容的改進版RS-232D。發送和接收數據的計算機或終端系統，稱為數據終端設備（DTE），如計算機。用來實現信息的收集、處理和變換的設備稱為數據通信設備（DCE），如調制解調器。RS-232C接口的特性RS-232C使用9針或25針的D型連接器DB-9或DB-25。目前，絕大多數計算機使用的是9針的D型連接器。RS-232D規定使用25針的D型連接器。RS-232C采用的信號電平－5～－15V代表邏輯“1”，＋5～＋15V代表邏輯“0”。在傳輸距離不大于15米時，。RS-232C接口各針腳的功能定義針腳號信號名稱說明1保護地（SHG）屏蔽地線7信號地（SIG）公共地線2發送數據（TxD）DTE將數據傳送給DCE3接收數據（RxD）DTE從DCE接收數據4請求發送（RTS）DTE到DCE表示發送數據準備就緒5允許發送（CTS）DCE到DTE表示準備接收要發送的數據6數據傳輸設備就緒（DSR）通知DTE，DCE已連到線路上準備發送20數據終端就緒（DTR）DTE就緒，通知DCE連接到傳輸線路22振鈴指示（RI）DCE收到呼叫信號向DTE發RI信號8接收線載波檢測（DCD）DCE向DTE表示收到遠端來的載波信號21信號質量檢測DCE向DTE報告誤碼率的高低23數據信號速率選擇器DTE與DCE間選擇數據速率24發送器碼元信號定時（TC）DTE提供給DCE的定時信號15發送器碼元信號定時（TC）DCE發出，作為發送數據時鐘17接收器碼元信號定時（RC）DCE提供的接收時鐘RS232接口DB-9和DB-25的對應關系DB-9信號名稱DB-251載波檢測（CD）82發送數據（TD）23接收數據（RD）34數據終端準備（DTR）205信號地（SIG）76數據傳輸設備準備（DSR）67請求發送（RTS）48允許發送（CTS）59振鈴指示（RI）22RS-232接口的應用異步應用兩個DTE（計算機）設備通過電話線進行異步通信，并使用調制解調器作為數據通信設備。同步應用兩個DTE設備通過RS-232C進行同步通信，使用DB-25針接口的第17和第24針腳提供外同步的時鐘信號，實現數據的收發。由于9針的RS-232C接口不能提供時鐘信號，因而不能進行同步通信。RS-232接口的空Modem連接當近距離的兩個DTE之間進行通信時，可以不使用Modem，而是采用空Modem連接方式例如，兩個DTE之間分別采用兩個25針和兩個9針RS-232C接口的空Modem連接方式?？誐odem的簡單連接方式在實際應用中，DTE與DCE之間、DTE和DTE之間可以使用最簡單連接方式DTE與DCE相連時，DTE和DCE對應的針腳直連，且只需要使用發送TD、接收RD和信號地SIG。對于DTE與DTE相連時，相對的發送和接收針腳需要交叉相連，因此，有時也把空Modem線稱為串口交叉線。RS-232C接口的工作流程RS-232C接口的工作流程是指按照各個針腳的狀態有序地實現數據傳輸。例如：兩個DTE之間采用租用線路實現全雙工同步數據傳輸的全過程。建立連接階段；數據傳輸階段；釋放連接階段；EIARS-449接口由于RS-232C標準采用的信號電平高，為非平衡發送和接收方式，而且其接口電路由于有公共地線，當信號線穿過電氣干擾環境時，發送的信號將會受到影響，若干擾足夠大，發送的“0”會變成“1”，“1”會變成“0”，所以存在數據傳輸速率低，傳輸距離短，串擾信號較大等缺點。為了改善RS-232C的性能，提高抗干擾能力，增加傳輸距離，EIA推薦了和RS-232C完全兼容的RS-449接口標準。RS-449/V35標準RS-449標準規定的接口特性與CCITTV35一致；采用37針和9針連接器，其中37針連接器包含了與RS-449相關的所有信號；每一個信號線均需采用一對導線；通過測試線可以自環進行測試，以檢驗通信設備是否有故障；RS-449有兩個子標準，即平衡式的RS-422A標準和非平衡式的RS-423A標準。RS-423-A：規定電氣特性為非平衡傳輸，有公共地，電纜長度10米，最大數據率為100bbps;DTEDCET（發送）C（控制）R（接收）I（指示）S（位定時）B（字節定時，可選）Ga（DTE公共回線）G（地）21建議書推薦的數字接口，用于在公用數據網上進行同步操作的DTE和DCE之間的通用接口。21轉換為適合于模擬信道的接口，起到從模擬信道過渡到數字信道的作用。機械特性：15根引腳；功能特性：8條信號線；21接口的工作流程21接口標準規定了在建立和釋放呼叫，DTE與DCE之間交換的信息（DCE表示DTE和網絡接口的設備）C:控制電路T:發送電路R:接收電路I:指示電路建議用于EIA-232-D/V24設備的過渡，使用模擬信道，DCE為同步MODEM；主叫DTEDCEC接通，T=0R=“++...+”T=被叫地址R=呼叫進行信號R=1，I接通T=數據C斷開，T=0R=0，I斷開建立連接拆除連接數據傳輸調制解調器Modem是為數字信號在具有有限帶寬的模擬信道上進行遠距離傳輸而設計的，是一種數據通信設備DCE。其主要功能是進行信號的調制和解調，在DTE和模擬傳輸線路之間起到數字信號與模擬信號之間的轉換作用。計算機也可以通過Modem的傳真和語音功能，發送傳真以及提供電話錄音留言和全雙工的免持聽筒服務。調制解調器的組成Modem一般由基帶處理、調制解調、信號放大和濾波、均衡等幾部分組成。調制解調器的分類一按通信設備分類可分為：撥號Modem撥號Modem主要用于公用電話網上傳輸數據。撥號Modem具有在性能指標較低的環境中進行有效操作的特殊性能。多數撥號Modem具備自動撥號、自動應答和自動拆線等功能。專線Modem專線Modem主要用在專用線路或租用線路上，它不必帶有自動應答和自動拆線功能。專線Modem的數據傳輸率比撥號Modem要高。調制解調器的分類二按Modem速度分類傳輸速率在1200bodem，1200～9600bodem，9600bodem。按Modem調制方式分類一般Modem產品的調制方式有頻移鍵控、差分相移鍵控、正交幅度調制等。按Modem內部控制方式分類分為智能Modem和非智能Modem兩類。智能Modem的內部控制邏輯由微處理器實現，它能夠接收一系列Modem控制命令（AT命令集）來完成通信過程的控制，并具有自動撥號、重復撥號、選擇傳輸速率等功能。調制解調器的分類三按數據傳輸方式分類同步Modem異步Modem調制解調器的分類四按Modem與計算機的連接方式分類外置式Modem內置式Modem調制解調器的標準Modem標準主要是按ITU-TV系列建議的標準。ITU-T建議信號速率(bps)調制方式V.21300FSKV.2212004–PSKV.22bis2400/120016-QAM/4-DPSKV.231200FSKV.2624004-PSKV.2748008-PSKV.29960016-QAMV.32960032-QAMV.32bis1440064-QAMV.3314400128-QAMV.3428800～336004096-QAM關于56的調制解調器對于56的調制解調器，ITU-T為其制定的標準為V90，它是一種傳輸速率非對稱的調制解調器，其下行傳輸速率可以達到56bodem撥號連接Internet時，只有當提供撥號接入的ISodem的下行傳輸速率達到56bodem進行直接撥號連接時，。調制解調器的壓縮標準數據壓縮指的是發送端的Modem在發送數據以前先將數據進行壓縮，而接收端的Modem收到數據后再把數據還原，從而提高了Modem的有效傳輸速率。通常使用的壓縮技術有兩種：ITU-T規范ITU-T規范的V42bis標準，使用的是Huffman（霍夫曼）編碼技術。Huffman壓縮技術非常適合于壓縮文本數據文件。Microcom網絡協議MNNetworingNNNNNNP7的壓縮比可以達到3∶1。調制解調器的差錯技術標準對于高速Modem，線路中的瞬間噪聲可使Modem產生多位錯誤。因此必須采用差錯控制技術，制定相應的標準。常用