通信的目的是传递消息(消息:语言、文字、图像、商业视频等。

数据data：传输信息的实体通常是有意义的符号序列

信号：电气/电磁数据的性能是传输过程中数据的存在形式

数字信号/离散信号：代表消息参数的值为离散

模拟信号/连续信号：代表消息参数的值是连续的

信源：生成和发送数据的源

信宿：接收数据的终点

信道：信号传输媒介。它通常用于表示向某个方向传输信息的介质，因此通信线路通常包括发送信道和接收信道

从双方信息交互的角度来看，有三种基本方式：

1. 单工通信

   只需要一方向的交互，只需要一个信道

2. 半双工通信/双向交替通信

   双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送或接收，需要两个信道

3. 全双工通信/双向通信

   双方可以同时发送和接收信息，也需要两个信道

串行传输：按从低到高的顺序发送8位二进制数

速度慢，成本低，适合长距离

并行传输 8位二进制数同时通过8条信道发送一个字符

深度快，成本高，适合近距离

同步传输：在同步传输模式下，数据传输以数据块为单位，因此同步传输又称区块传输。

在传输数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据。

异步传输：异步传输将比特分为小组传输，小组可以是8个字符或更长。发送人可以随时发送这些比特组，接收人不知道它们什么时候到达。在传输数据时，添加一个字符起始位置和一个字符终止位置。

码元是指代表不同离散值的固定信号波形（数字脉冲）的基本波形。它是数字通信中数字信号的测量单元。该时间内的信号称为k进制码元，该时间称为码元 宽度。当码元的离散状态为M时（M大于2)此时码元为M进制码元。

1码元可以携带多个比特的信息量。

例如，使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

速率又称数据率，是指数据的传输速率，表示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来表示。

1.码元传输速率：别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，表示单位时间内数字通信系统传输的码元数（也称脉冲数或信号变化数），单位为波特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。

2.信息传输速率：别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元数（即比特数），单位为比特/秒（b/s）.

1s传输多少个比特

关系:如果一个码元携带 n bit信息量，是的M Baud码元传输速率对应的信息传输速率为M*n bit/s

1.模拟信号系统：当输入信号频率高或低到一定程度，使系统输出功率成为输入功率的一半时，最高频率与最低频率之间的差值代表系统的通频带宽，其单位为赫兹（Hz）

2.数字设备：表示最高数据率/单位时间内可以通过的链路数量，通常用于表示网络通信线路传输数据的能力。单位为比特（bps）。

影响失真程度的因素：

1. 码元传输速率
2. 信号传输距离
3. 噪声干扰
4. 传媒质量

接收端收到的信号波形丢失了吗？元之间边界清晰

奈氏标准:为避免码间串扰，极限码元在理想低通(无噪音，带宽有限)条件下的传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz。

带宽用于奈氏标准和香农定理Hz

1. 在任何信道中，码元传输的速率有上限。如果传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，不可能完全正确地识别接收端的码元。

2. 信道的频带越宽(即信号的高频分量越多)，码元的有效传输速度就越高

3. 奈氏标准限制了码元传输速率，但没有限制信息传输速率

4. 由于码元的传输速率受奈氏标准的限制，为了提高数据的传输速率，必须尝试使每个码元能够携带更多的比特信息，这需要多元化的调制方法。

噪声存在于所有电子设备和通信通道中。由于噪声是随机产生的，其瞬时值有时很大，因此噪声会使接收端对码元的判断出错，但噪声的影响是相对的。如果信号强，噪声影响相对较小。因此，信噪比非常重要。

信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率通常被记录为S/N，并用分贝（dB）作为测量单位。

香农定理：在带宽有限、噪声大的信道中，为不产生误差，信息的数据传输速率有上限。

1. 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高
2. 信息传输率的上限确定了一定的传输带宽和一定的信噪比
3. 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就必须能够找到实现无误传输的方法
4. 香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道所能达到的传输速率远低于其
5. 从香农定理可以看出，如果信道带宽W或信噪比S/N没有上限(不可能)，信道的极限信息传输速率就没有上限

信道：信号传输媒介。通常用于表示向某个方向传输信息的介质，因此通信线路通常包括发送信道和接收信道。

在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，从而信号内容不易发生变化）

当传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输（即使信号变化较大，也可以最终过滤基带信号）

数据->数字信号 编码

数据->模拟信号 调制

1. 非归零编码【NRZ】

   高1低0

   编码很容易实现，但没有错功能，无法判断码元的开始和结束，因此收发双方难以保持同步

2. 曼彻斯特编码

   将一个代码元分为两个相等的间隔，前一个间隔为低电平，后一个间隔为高电平，表示代码元1；代码0正好相反。相反的规定也可以使用。该代码的特点是每个代码元的中间有一个电平跳变，即时钟信号（可用于同步）和数据信号，但其频带宽度是原始基带宽度的两倍。

3. 曼彻斯特编码差异

   同1意0

   常用与局域网传输，其规则是：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码。

4. 归零编码【RZ】

   信号电平在一个码元之内都要恢复到零的这种编码成编码方式

5. 反向不归零编码【NRZI】

   信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1

6. 4B/5B编码

   比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此称为4B/5B。编码效率为80%

   只采用16种对应16种不同的4位码，其他的16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，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。

调幅+调相（QAM）

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）

最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉码调制(PCM)，在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步：抽样、量化、编码。

1. 抽样：对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样定理进行采样：

2. 量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。

3. 编码：把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号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。

电路交换的原理：

在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一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，这条线路一直保持。

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的情况。

报文：报文（message）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。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。

报文交换的原理：

无需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文，传送过程采用存储转发方式。

分组：大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送，这种小块就称作分组（packet）

分组交换的原理：

​ 分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发发送，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，一般选128b。发送节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或报文。

1. 传输数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
2. 当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适
3. 从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信

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，对每个分组差错检测和路由选择，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确认后则丢弃分组P1副本
4. 所有分组到家（主机B）

数据报方式的特点

1. 数据报方式为网络层提供无连接服务，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发送乱序、重复与丢失
3. 每个分组在传输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，交换结点还可根据情况丢弃部分分组
5. 网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，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发送结合，以发挥两者优点

虚电路：一条源主机到目的主机类似与电路的路径（逻辑连接），路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立，都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

虚电路方式的特点

1. 虚电路方式为网络层提供连接服务。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
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
5. 致命弱点：当网络中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时，则所有经过该结点或链路的虚电路将遭到破坏

传输介质也称传输媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。

传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

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

绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰

为了进一步提高抗电磁干扰能力，可在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线（STP），无屏蔽层的双绞线就称为非屏蔽双绞线（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，要用放大器放大衰弱的信号；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通知单朗和75Ω同轴电缆。其中，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，它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，它主要用于有线电视系统。

同轴电缆vs双绞线

由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆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。

光纤通信技术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10的8次方MHz，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。

光纤主要由纤芯（实心）和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。

光纤的特点：

1. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2. 抗雷电和电磁干扰性能好
3. 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
4. 体积小，重量轻

诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。

**中继器的功能：**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。

中继器的两端：

两端的网络部分是网段，而不是子网，适用与完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同。

中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。

两端可连相同媒体，也可连不同媒体。

中继器两端的网段一定要是同一协议。

5-4-3规则

网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障

5个网段、4个网络设备、3个段连接计算机

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，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。