（二）數據通信技術
1.數據通信基礎
（1）模擬數據通信、數字數據通信和數據編碼與調制技術 數據是指能夠由計算機處理的數字、字母和符號等具有意義的實體。數據可分為兩種:模擬數據和數字數據。模擬數據和數字數據的概念一定要掌握。信號是數據的具體表示形式，它和數據有關系，但又與數據不同。每一種方式中，數據信息對應的具體傳輸信號狀態稱為數據信息編碼。①模擬信號可傳輸模擬數據②模擬信號可傳輸數字數據③數字信號可傳輸數字數據 此時通信的源端和目的端所發生和接收的以及中間介質所傳輸的都是跳變的數字信號，這種傳輸方式被稱為基帶傳輸。在基帶傳輸時，需要解決兩個問題:數字數據的數字信號編碼（表示）;收發兩端之間的同步問題。④數字信號可傳輸模擬數據 常用的方法是對模擬數據進行脈沖編碼調制（PCM）。它主要包括3個步驟:抽樣、量化和編碼。
（2）數據通信系統的一般結構 首先應明確幾個概念。DTE（Data Terminal Equipment）指的是數據終端設備，是對屬于用戶所有的連網設備工作站的通稱，它們是數據的源或目的或者既是源又是目的。DCE（Data Circuit-Terminating Equipment或Data Communication Equipment）指的是數據電路終接設備或數據通信設備，前者為CCITT所用，后者為EIA所用。DCE是對網絡設備的通稱，該設備為用戶設備提供入網的連接點。自動呼叫/應答設備，調制解調器（MO-DEM）和其它一些中間設備均屬DCE。傳遞是傳輸信息所經過的路徑，是連接兩個DTE的線路，它包括傳輸介質和有關的中間設備。調制解調器（MODEM）屬DCE。有時可以沒有，比如基帶連接，即用數字信號傳輸DTE的數字數據。當用模擬信號傳輸DTE的數字數據時，MODEM就是必須的。通信控制器負責DTE和通信線路的連接。完成數據緩沖、速度匹配、串行轉換等。如微機內部的異步通信適配器（與MODEM相連），以及數字基帶網中的網卡等都是通信控制器。采用電話網借助于MODEM的連接，其工作過程如下:
第一階段:建立通信線路。
第二階段:建立數據傳輸鏈路。
第三階段:數據傳輸。
第四階段:數據傳輸結束。
第五階段:拆線。
（3）通信線路的連接方式 數據通信系統中，計算機與終端設備之間的通信線路有3種不同的連接方式，以適應不同應用場合的要求。①點一點連接 ②分支式連接 ③集線式連接
（4）數據通信方式
①并行輸入/輸出 在并行傳輸中，至少有8個數據位同時在設備之間傳輸。傳輸中使用的并行數據總線的物理形式有好幾種，但功能都是一樣的。
②串行輸入/輸出 串行數據傳輸時，每次由源地點傳到目的地點的數據只有一位。當然，與同時可傳輸好幾位數據的并行傳輸相比，串行數據傳輸的傳輸速度要比并行傳輸慢很多，但其成本也低得多。串行數據通信的方式有3種:單工、半雙工和全雙工。
（5）數據的傳輸方式 一般來說，數據的傳輸方式分為兩種:基帶傳輸和頻帶傳輸。
（6）數據傳輸的同步技術 數據在傳輸線上傳輸時，為保證發送端發送的信息能夠被接收端正確無誤地接收，要求發送端和接收端的選擇動作必須控制在同一時間內進行，即發送端以某一種速率在一定的起止時間內發送數據，接收端也必須以同一種速率在相同的起止時間內接收數據;不然，收發端之間即便僅有微小的誤差，隨著時間的增加，該誤差逐漸積累，最終造成收發之間的失步，使傳輸的數據出錯。為避免收發端的失步，使整個系統正確有效地工作，收發端的動作就必須嚴格采取同時進行的措施，這種統一收發動作的措施稱為同步技術。可見，同步技術將直接影響通信質量，嚴重時會使系統不能正常工作。常用的同步方式有兩種:異步方式和同步方式。
（7）數據通信中的幾個主要技術指標 數據通信系統主要是從數據傳輸的數量和質量來衡量。數量主要指傳輸的速度，相應的指標是數據傳輸速率;質量指數據傳輸的可行性，一般用數據傳輸的出錯率來衡量。①信息速率 指每秒鐘能傳輸的二進制代碼位數，即比特數，故又稱為比特率。它可由下式決定:
S=（1/T）*log 2 N
式中，S為比特率，單位是bit/s（位/秒）（簡稱為bps）;T為傳輸信息的電信號脈沖寬度，或稱為脈沖的重復周期，N為電脈沖信號所有可能的有效狀態。N總是2的指數（如2，4，8…）。
②調制速率 又稱波特率，有時也稱為碼元速率。計算公式為
B=1/T
式中，B為調制速率，單位是Baud（波特）。顯然B是指傳輸信息的電信號的速率，即每一種鐘傳輸多少電信號單元，即電信號的轉換次數。以上兩個概念的數量關系為 S=B*log 2 N
③出錯率 出錯率是指信息傳輸的錯誤率，也稱為誤碼率，是數據通信系統在正常工作情況下，傳輸可靠性的指標。由于傳輸中，信息的最小單位不同，可以是比特、碼元、碼字、一組碼字。因此，出錯率有以下幾種表示方法:誤比特率P b ，誤碼率P e ，誤字率P w 和誤組率等。
④信道容量 它是表征一個信道傳輸數字信號的能力，用數據速率（Data Rate）作為指標，是以信道每秒能傳送的比特（bitbinary digit）為單位的。在此，比特就是計算機常用的二進制位。信道的最大數據速率是受信道的帶寬限制的。對于無熱躁聲的信道，下述奈奎斯特（Nyquist）公式給出了這種限制關系:
C=2H*log 2 L式中，H為低通信道的帶寬（Hz）;L為某給定時刻數字信號可能取的離散值的個數;C為該信道最大的數據速率（bit/s）。香農（Shannon）則進一步研究了受隨機噪聲（服從高斯分布）干擾的信道的情況，給出了香農公式: C=H*log 2 （1+S/N）式中，S為信號功率，N為噪聲功能;S/N為信噪比。由于實際使用的信道，信噪比都要足夠大，常用10*log 2 S/N表示，單位是分貝（Decibel，記為dB），在使用時要特別注意。
（8）多路復用技術 在數據通信或計算機網絡系統中，傳輸媒體的能力往往超過傳輸單一信息的需求，為了有效地利用通信線路，希望同時傳輸多路信號，這就是所謂的多路復用（Mulˉtiplexing）。兩種最常用的多路復用技術是:頻分多路復用技術FDM和時分多路復用技術TDM。其中時分多路復用又可分為同步（Synchronous）時分和異步（Asynchronous）時分兩種。
（9）差錯控制
2.數據交換技術
常用的數據交換有3種:線路交換;報文交換;分組交換。
（1）線路交換 使用線路交換（circuit switching）的通信方式，就是通過網絡中的結點為通信雙方建立一條專用的通信線路。電話系統是最普通的線路交換例子。通過線路交換進行通信是指在兩個站之間有一個實際的物理連接，這種連接是通過結點之間線路的連接序列構成的。線路交換可能效率很低，通道容量在連接期間是獨占的，即使沒有數據傳送，別人也不能用。就性能而論，在數據傳送以前，為了建立連接，有一個延遲，一旦建立了線路，網絡對于用戶實際上是透明的。用戶可以用固定的數據傳輸率來傳輸數據，除了通過傳輸鏈路時的傳輸延遲外，不再有別的延遲。
（2）報文交換 在報文交換（message switching）中，不需要在兩個站之間建立一條專用通路。所經過的每個結點都接收整個報文，暫存這個報文，然后發送到下一個結點。
（3）報文分組交換 分組交換中（Packet switching）試圖結合報文交換和線路交換的優點。
3.常用的傳輸介質
（1）雙絞線雙絞線一般用于點到點的連接。在低頻傳輸時，雙絞線的抗干擾性相當于或高于同軸電纜。雙絞線（TP）一般分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩種。
（2）同軸電纜 在局域網中應用最廣泛的傳輸介質是同軸電纜。同軸電纜（Coaxial Coble）由繞同一軸線的兩個導體所組成。局網中常用的同軸電纜可分為兩種:細同軸電纜和粗同軸電纜。
（3）光導纖維 在局域網通信媒體領域內最令人興奮的發展就是光導纖維的出現。但光纖不易分支。所以一般用于點到點的連接。
（4）無線傳輸介質 無線介質不需要架設或鋪埋電纜或光纖，而通過大氣傳輸，目前常用的技術有:微波、紅外線、激光和衛星通信。
（5）傳輸介質的選擇 傳輸介質的選擇取決于許多因素，這些因素是①網絡拓撲的結構;②要支持實際需要所提出的通信容量;③滿足可靠性要求;④能承受的價格范圍。
4.差錯控制編碼
差錯控制編碼技術都采用冗余編碼，方案很多，但其核心思想是:數據（信息位）在發送前，先按照某種關系附加一定的冗余位構成一個符合某規律的總碼字再發送。其中，要發送的有效數據是變化的，相應的冗余位也隨之變化，使得總碼所符合的規律不變。在接收端收到碼字后，判斷該碼字是否仍然符合原規律，若符合則認為傳輸過程正確，去掉冗余位就可還原成原數據（信息位）;若不符合原規律則認為傳輸過程出了錯誤（這一過程稱為校驗過程）。下面就簡單介紹幾種常用的冗余編碼技術。
（1）奇偶校驗碼 奇偶校驗碼是一種最簡單的校驗碼。其編碼規則是先將所要傳送的數據碼元分組，并在每一組的數據后面附加一位校驗位（冗余位），使得該組連冗余位在內的碼字中“1”的個數為偶數（偶校驗）或奇數（奇校驗）。在接收端則按照同樣的規律檢查。如發現不符，就說明有錯誤發生;只要“1”的個數仍然符合原規律，就認為傳輸正確（其實有可能也發生了錯誤）。在實際的數據傳輸中所采用的奇偶校驗碼又可分為:垂直奇偶校驗、水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗三種。
（2）群計數 群計數就是把字符編碼中“1”的個數用二進制表示并隨該字符一起發送。
（3）海明碼 海明碼是一種糾錯碼。它不僅能發現錯誤，而且能糾正一些錯誤，即能故障定位，將其取反即可。
（4）循環冗余校驗碼（CRC） 首先應明確四個概念:①（n，k）碼;②線性分組碼（又稱為線性碼）;③循環碼;④碼（字）多項式。CRC中冗余碼的產生方法及其理論推導過程應該掌握，在此不再贅述。值得注意的是計算過程中要用模2運算，即異或運算。
5.RS232C等常用接口標準及協議
所謂協議就是通信的雙方為了通信的正常進行而作的一系列約定。
（1）RS232C
（2）EIA RS-449、RS-422與RS-423接口標準
（3）CCITT X.21和X.21bis建議
（4）文件傳輸協議 在計算機之間傳輸文件時需要使用特殊的通信技術以檢測和糾正錯誤，并防止無關數據或擊鍵進入文件。最通行的一種信息包協議就是自動重復請求協議ARQ（Automatic Repeat Request Protoˉcol）。這種協議規定:如果在接收到的信息包中檢測到錯誤或者信息包未得到認可，則自動地重復傳送這個信息包。有多種形式的ARQ協議。如XMODEM和kermit協議都屬于ARQ協議。
（5）XON/XOFF流量控制協議增加緩沖存儲空間在某種程度上可以緩解收、發雙方在傳輸速率上的差別，但這是種被動的和消極的方法，實現起來有諸多的不便和限制。因為一方面系統不允許開設過大的緩沖空間，另一方面對于速率顯著失配并且又傳送大型文件的場合，仍會出現緩沖存儲空間不夠。XON/XOFF方案則是一種相比之下更主動、更積極的流量控制方法。XON/XOFF方案中使用一對控制字符來實現流量控制，其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1、XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。當通信鏈路的接收方發生過載時，便向發送方發送一個XOFF字符，發送方接收到XOFF字符后便暫時停止發送數據。等接收方處理完緩沖存儲器中的數據，過載恢復后，再向發送方發送一個XON字符，以通知發送方恢復數據發送。在一次數據傳輸過程中，XOFF、XON的周期可重復多次，但對用戶是透明的。許多異步數據通信軟件包均支持XON/XOFF協議。這種方案也可用于計算機向打印機或其他終端設備發送字符。
6.串行通信硬件
（1）調制解調器的作用 調制解調器在網絡中屬DCE，目前得到廣泛應用。為了利用廉價的電話公共交換網實現計算機之間的遠程通信，必須首先將發送端的數字信號變換成能夠在公共電話網上傳輸的模擬信號，經傳輸后，再在接收端將音頻信號逆變換成對應的數字信號。
（2）MODEM分類
①按照調制解調器的速度分類 可分為:低速調制解調器、中速調制解調器和高速調制解調器。
②按調制方法分類 可分為:頻移鍵控FSK（Frequency Shift Keying）、相移鍵控PSK（Phase Shift Keying）和相位幅度調制PAM（Phase Amplitude Modulation）等等。
③按與計算機連接方式分類 獨立式MODEM，背面有與計算機、電話等連接的插座。內裝式MODEM，設計在便攜式計算機內。
④按與電話線的連接方式分類直接耦合聲耦合系統
⑤按先進性分類手動撥號MODEM自動撥號/自動回答MODEM智能MODEM。
⑥按通信設備分類 通信設備按網絡形式可分為:本地網設備（室內、局部在樓內）;公用網設備（如撥號設備）;專用網設備（租用線路）。與此對應的MODEM也可分為3類:近距離MOˉDEM;撥號MODEM;專用MODEM。
⑦按同步方式分類 同步MODEM，同步傳輸幀格式固定，帶有同步碼或數據同步信息。這類MODEM的傳輸速率高，可達560kbit/s。一般用于主機-主機通信或用于互聯網上。由于同步MODEM需同步電路，故設備復雜，造價高。異步MODEM，異步數據傳輸是隨機地以突發方式進行傳輸。以字符為單位，以起始位和停止位表示一個字符的起止。異步通信主要用于終端-主機或其他低速通信的場合。這種MODEM傳輸數據速率不會太高。這種電路簡單，造價低廉。
（3）MODEM的附加功能 目前，MODEM的附加功能大致有如下幾方面:
①撥號存儲與自動呼叫應答功能;
②撥號備用功能;
③異步同步模式轉換功能 當具有異步和同步兩種通信設備的單位，最好能選擇帶異步同步通信方式轉換器的MODEM。這樣當需換用不同通信設備時，只要將MODEM的方式轉換開關撥一下即可。
④保密功能 有的專線MODEM還能允許幾個設備共享線路，可帶多個端口，亦即在MOˉDEM內設置多種復用器，造價較貴。
⑤熱備份功能 在不允許中斷的通信場合，還可以采用MODEM雙熱備份措施。一旦一個MODEM壞了，馬上自動切換到另一個MODEM。
⑥糾錯與均衡功能。
（4）調制解調器工作原理①調制技術②發送器③接收器
（5）異步通信適配器
（6）同步通信適配器
（7）網絡接口卡
7.串行通信軟件及編程方法
（1）用戶級的PC串行通信 所謂用戶級的PC串行通信，是指在兩臺微機硬件間用串行接口和連線接通的基礎上，運行相應的應用通信程序，在某種界面環境中完成機器間的通信。常用PC通信軟件有:PCTALK|CROSS TALK，PROCOMM，QMODEM，SMARTCOM等。雖然這些軟件的功能和程序規模不一樣，但是從用戶的用途來看，歸納起來，不外乎兩種:終端仿真（又稱為終端模擬）和文件傳輸。
（2）DOS級的PC串行通信 PC機一般常有兩個異步串行端口。分別稱作COM1和COM2，它們都符合RS232C標準。DOS可通過對COM1、COM2操作實現異步串行通信。
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