淺談計算機網絡中的數據通信

夏杰

[摘 ?要：數據通信技術是數據交換的基礎。為了更深入地了解計算機網絡，對于數據通信的基本概念和基本理論的學習是十分必要的，本文淺談一下數據通信的基礎。

關鍵詞：通信基礎;帶寬;信道]

數據通信是指通信系統中傳輸數據信息的通信過程，也就是數據從一個地方傳送到另一個地方的過程，但傳送數據的方式是多種多樣的。

廣泛的通信系統由數據終端設備和數據傳輸系統組成。在數據通信系統中，我們將計算機和其他生成數據的設備稱為數據終端設備（Data Terminal Equipment，DTE），它是數據的出發點和目的地，可分別稱為源點和終點。源點是產生和發送信息的一端，而終點是接受信息的一端。

從通信雙方信息交互的方式來看，可以有以下兩種基本方式。單工（simplex）通信：一端只發送，而另一端只接收;雙工（duplex）通信：此時信源與信宿合為一體，變換器與反變換器也合為一體。又分為全雙工（full duplex）和半雙工（half duplex），全雙工是指通信的雙方可以同時發送和接收信息，半雙工是指雙方都可以發送信息，但是不能同時發送和接收。

數據是運送信息的實體，可分為模擬數據和數字數據。信號（Signal）是數據的電磁波表示形式，可分為模擬信號和數字信號。模擬數據和數字數據都可用這兩種信號來表示。模擬信號是隨時間連續變化的信號，信號的取值是連續的，數字信號的取值都是離散的，如計算機通信所用的二進制代碼“0”和“1”組成的信號。

信道一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒質。因此，一條通信線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線路。信道是傳輸信號的通道，可以是有線的傳輸介質，也可以是無線的傳輸介質，可以是簡單的傳輸線，也可以是連接在源系統和目的系統之間的復雜網絡系統。和信號的分類相似，信道也可以分成傳送模擬信號的模擬信道和傳送數字信號的數字信道兩大類。但是應注意，數字信號在經過數模變換后就可以在模擬信道上傳送，而模擬信號在經過模數轉換后也可以在數字信道上傳送。

此外，信息在信道中傳輸時，可能會受到外界的干擾，我們稱之為噪聲。如信號在無屏蔽雙絞線中傳輸時會受到電磁場的干擾。

通信系統中傳輸信息的信道具有一定的頻率范圍（即頻帶寬度），稱為信道帶寬，信道的帶寬是由傳輸媒體和有關的附加設備與電路的頻率特性綜合決定的。

信道的主要技術指標是用數據傳輸的數量和質量來衡量的。數量指標主要指傳輸的速度，包括數據傳輸速率、信道容量等，質量指標是指數據傳輸的可靠性，一般用數據傳輸的出錯率來衡量。

信道容量是指信道能夠傳送的最大的數據率，它與采用的傳輸介質、信號的調制解調方法、交換器的性能等密切相關，是描述信道的主要指標之一。當信道上傳送的數據率大于信道允許的數據率時，信道根本就不能傳送信號，所以，信道容量是信道的一個極限參數。傳輸速率受限的原因是任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸的速率越高，信號傳輸的距離越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。

奈式準則：理想低通信道的最高碼元傳輸速率C=2WBaud。其中，W是理想低通信道的帶寬，單位為赫（Hz），每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個碼元。實際的信道所能傳輸的最高碼元速率要明顯地低于奈氏準則給出的上限數值。其中波特（Baud）和比特（bit）是兩個不同的概念。波特是碼元傳輸的速率單位（每秒傳多少個碼元）。碼元傳輸速率也稱為調制速率、波形速率或符號速率，而比特是信息量的單位。

香農公式表明：信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。若信道帶寬W 或信噪比 S/N 沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農公式的極限傳輸速率低很多。

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農公式的極限傳輸速率低很多。

所以要提高數據的傳輸速率，就必須設法使每一個碼元攜帶更多比特的信息量，這就需要采用多進制的調制方法，不過信道的極限數據率是無法達到的。

傳輸介質是網絡中傳輸信息的物理通道，它的性能對網絡的通信、速度、距離、價格以及網絡中的節點數和可靠性都有很大影響。因此，必須根據網絡的具體要求，選擇適當的傳輸介質。常見的網絡傳輸介質有很多種，一般可分為兩大類：一類是有線傳輸介質，如雙絞線、同軸電纜、光纖等;另一類是無線傳輸介質，如微波和衛星通信等。