可分为模拟/数字：

1. 连续变化的数据(信号)称为模拟数据(模拟信号)
2. 数据(信号)被称为数字数据(数字信号)

数据通信是指数字计算机或其他数字终端之间的通信，一个数据通信系统主要划分为信源、信道和新宿3部分。

关于信道的分类：

1. 模拟信道(传输模拟信号)、数字信道(传输数字信号)按传输信号的形式不同
2. 根据传输介质的不同：无线信道和有线信道

• 数据通信交互模式

补充：信道极限容量是指信道的最高码元传输速率 or 信道的极限信息传输速率

• 数据通信传输方式

• 实现同步传输

速率：数率/数据率指的是数据的传输速率（单位时间内传输的数据量），可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

关于码元：

码元是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号被称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。

例如：在使用二进制编码时，只有两种不同的码元：一种表示0状态、另一种表示1状态（1码元可以携带多个比特的信息量）。

关于波特：

1. 1Baud表示数字通信系统每秒传输1个码元（码元可以是多进制/二进制），码元的速率与进制数无关（只与码元宽度有关）。
2. Baud与bit是两个不同的概念，码元传输速率也称调制速率、波形速率或符号速率。
3. 码元速率与信息速率有一定关系：若1个码元携带n比特的信息量，则m波特率的码元传输速率所对应的信息传输速率为m·n bit/s

奈奎斯特定理（Nyquist）定理又称为奈氏准则，

在理想低通（没有噪声、带宽有限）的信道中（避免码间串扰），极限码元传输率为2W波特。W是理想低通道的带宽，单位为Hz；

若用V表示每个码元离散电平的数目¹，则极限数据率为：

对于奈氏准则，可以得出以下结论：

1. 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的；若传输速率超过上限就会出现码间串扰问题²，导致接收端不能完全正确识别码元。
2. 信道的频带越宽，就可用更高的速率进行码元的有效传输。
3. 奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但未对信息传输速率给出限制（未对单个码元对应多少二进制位给出限制）

由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，要提高数据的传输速率，必须使每个码元携带更多比特的信息量（多元制的调制方法）

香农（Shannon）定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率，用该速率进行传输时可做到不产生误差，

w为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率，S/N为信噪比，则极限数据率为：

对于香农定理，可以得出以下结论：

1. 信道的宽度或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高
2. 对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息的传输速率上限是确定的
3. 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差错的传输
4. 香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要低不少

编码与调制：

为了保证信号的可传输性常对信号进行编码、调制、解调、解码等处理：

1. 编码：用数字信号承载数字/模拟数据
2. 调制：用模拟信号承载数字/模拟数据、将数字信号序列化转换为模拟信号
3. 解调：将模拟信号离散化转换为数字信号
4. 解码：将数字信号转换成模拟信号的过程

数字数据编码用于基带传输中，即在基本不改变数字数据频率的情况下，直接传输数字信号。

• 归零编码RZ：

  在归零编码中用高电平代表1、低电平代表0（或者相反），每个时钟周期的中间均跳变到低电平（归零）。

  接收方根据该跳变调整本方的时钟基准（信号电平在1个码元之内都要恢复到零），该归零操作为传输双方提供了自动同步机制。

由于归零需要占用一部分带宽，因此传输效率受到了一定的影响

• 非归零编码NRZ：

  在归零编码的基础上取消了归零操作（一个周期可以全部用来传输数据），

  但NRZ编码无法传递时钟信号，传输双方难以同步，需要带有时钟线以完成时钟同步。

• 反向非归零编码NRZI：（USB2.0通信的编码方式就是NRZI编码）

  反向非归零码NRZI与NRZ编码的区别是用信号的翻转代表0、信号保持不变代表1，

  翻转的信号本身可以作为一种通知机制，这种编码机制既能传输时钟信号、又能尽量不损失系统带宽。

• 彻斯特编码：

  曼彻斯特编码（Manchester Encoding）将一个码元分成两个相等的间隔，

  前一个间隔为高电平&后一个间隔为低电平表示码元1，码元0的表示方式相反，也可采用相反的规定。

曼彻斯特编码的特点：

1. 在每个码元的中间出现电平跳变时，位中间的跳变既可作为时钟信号（用于同步），也可作为数据信号。
2. 所占的频带宽度是原始基带宽度的两倍。（数据传输速率只有调制速率的1/2）
3. 以太网使用的编码方式就是曼彻斯特编码

• 差分曼彻斯特编码（同1异0）：

  差分曼彻斯特编码的规则是：若码元为1则前半个码元的电平与上个码元的后半个码元的电平相同；若码元为0，则情况相反。

差分曼彻斯特编码的特点：

1. 每个码元中间都有一次电平跳转，可以实现自同步、比曼彻斯特编码抗干扰性更好
2. 差分曼彻斯特编码常用于局域网传输

• 4B/5B编码：

  将要发送的数据流的每4位作为一组，然后按照4B/5B编码规则将其他转换成相应的5位码（打破一连串的0/1）。

  5位码共32种组合，但只采用其中的16种对应16种不同的4位码，其他16位种作为控制码（帧的开始和结束、线路的状态信息等）或保留。

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，在接收端将模拟信号还原为数字信号，对应于调制解调器的调制和解调过程。

基本的调制方法有如下几种：

1. 幅移键控ASK：通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0，而载波的频率和相位都不变。容易实现，但抗干扰能力差
2. 频移键控FSK：通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和0，而载波的振幅和相位都不变。容易实现，且抗干扰能力强
3. 相移键控PSK：通过改变载波信号的相位来表示数字信号1和0，而载波的振幅和频率都不变，又分为绝对调相和相对调相。
4. 正交振幅调制QAM：在频率相同的前提下，将ASK与PSK结合起来形成叠加信号。

设波特率为B、采用m个相位，每个相位有n种振幅，则该QAM技术的数据传输率R为： R = B ∗ l o g 2 ( m n )     ( 单 位 : b / s ) R = B*log_2(mn)~~~(单位:b/s) R=B∗log2​(mn)   (单位:b/s)

常用于对音频信号进行编码（音频数字化）的脉码调制PCM，主要包括3个步骤：采样、量化和编码：

1. 采样：是指对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
2. 量化：是指把采样去得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值并取整，这样就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。
3. 编码：编码是把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

奈奎斯特采样定理：

1. 在采样的过程中采样频率f必须大于等于最大频率f的两倍，才能保证采样后的数字信号完整的保留原始模拟信号的信息。
2. 根据奈奎斯特定理，采样的频率大于等于模拟数据的频带带宽的两倍时，所得的离散信号可以无失真地代表被采样的模拟数据。
3. 采样和量化的实质就是分割和转换

为实现传输的有效性需要较高的频率，

这种调制的方式还可以使用频分复用FDM技术，充分利用带宽资源。电话机和本地局交换机所传输的信息是采用模拟信号传输模拟数据的方式，模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。（广播电台音频信号）

在数据传输期间，源节点与目的结点之间有1条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前让线路一直保持。

特点：独占资源用户始终占用端到端的固定传输带宽，适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输情况。

• 报文：是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。（包含了将要发送的完整数据信息，长度不限且可变）
• 报文交换：无需在两个站点之间建立一条专用通路，数据传输的单位是报文message，传输过程采用存储转发的方式。

• 分组：网络系统将数据分割成小块然后逐块发送，这种小块就称为分组（Package）

• 分组交换：分组交换与报文交换工作方式基本相同，都采用存储转发的方式。

  形式上的主要差别在于、分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度128B。发送结点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成信息 or 报文。

注：分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可进一步划分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式（网络层）。

1. 源主机A将报文分成多个分组，依次发送到直接相连的结点A
2. 结点A收到分组后对每个分组进行差错检测和路由交换，不同分组的下一跳结点可能不同。
3. 结点C收到分组P1后对分组P1进行差错检测，若正确则向A发送确认信息，A收到C确认信息后则丢弃分组P1的副本。
4. 所有分组到达主机B

数据报方式特点：

1. 数据报方式为网络层提供无连接的服务，发送方可随时发送分组、网络中的结点可随时接收分组。
2. 同一报文的不同分组达到目的结点时可能会发生乱序、重复与丢失的情况。
3. 每个分组在传输的过程中都必须携带源地址和目的地址、以及分组号。
4. 分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时这种时延会大大增加，交换结点还会根据情况丢弃部分分组。
5. 网络具有冗余路径，当某交换结点或某段链路出现故障时可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组。数据报传输对故障的适应能力强，适用于突发性通信，不适于长报文、会话式通信。

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合发挥两者优点。

虚电路：是一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑连接)，路径上所有结点都要维持该虚电路的建立。都维持1张虚电路表，每项都记录了打开的虚电路的信息。

虚电路方式特点：

1. 虚电路方式为网络层提供连接的服务，源节点与目的结点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接。
2. 一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需携带源地址、目的地址等信息。包含虚电路号，相对数据报方式开销小，同一报文的不同分组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。
3. 分组通过虚电路上的每个节点时，节点只进行差错检测，不需进行路由选择（路径已确定）。
4. 每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务（与数据报相似）
5. 致命弱点：当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏（与数据报相似）

双绞线是古老、又最常用的传输介质，由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。

为了提高抗电磁干扰能力，在双绞线外加由金属丝编织成的屏蔽层（屏蔽双绞线STP），无屏蔽层的双绞线称为非屏蔽双绞线UTP。

双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用。

模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里。

距离太远时对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号；对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形。

同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。

按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类: 50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。

50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆在局域网中得到广泛应用；75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆主要用于有线电视系统。

由于外导体屏蔽层的作用同轴电缆抗的抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。

而可见光的频率大约是10⁸MHz，因此光纤通信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

中继器对信号进行再生和还原、对衰减的信号进行放大保持与原数据相同，以增加信号传输的距离、延长网络的长度（再生数字信号）。

中继器两端：

1. 两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同。
2. 中继器只将电缆段上的数据发送到另一段电缆上，仅作用于信号电气部分并不管数据中是否有错误数据、或不适于网段的数据。
3. 中继器两端可连接相同媒体，也可连接不同媒体。
4. 中继器两端的网段一定为相同协议（中继器不会转发）

集线器的功能:对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大。

接着转发到所有处于工作状态的端口上，以增加信号传输距离延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，为共享式设备（广播）。