【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)通信對(duì)現(xiàn)代通信具有較強(qiáng)意義，對(duì)于數(shù)據(jù)通信，小編在往期文章中有所闡述。為增加大家對(duì)數(shù)據(jù)通信的了解，本文將對(duì)數(shù)據(jù)通信原理予以介紹。
數(shù)據(jù)通信對(duì)現(xiàn)代通信具有較強(qiáng)意義，對(duì)于數(shù)據(jù)通信，小編在往期文章中有所闡述。為增加大家對(duì)數(shù)據(jù)通信的了解，本文將對(duì)數(shù)據(jù)通信原理予以介紹。
數(shù)據(jù)通信討論的是從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備傳輸信息。協(xié)議定義了通信的規(guī)則，以便發(fā)送者和接收者能夠協(xié)調(diào)他們的活動(dòng)。在物理層上，信息被轉(zhuǎn)換成可以通過有線媒體(銅線或光纜)或無線媒體(無線電或紅外線傳輸)傳輸?shù)男盘?hào)。高層協(xié)議則定義了傳輸信息的封裝、流控制和在傳輸中被丟失或破壞信息的恢復(fù)技術(shù)。
1.通信協(xié)議
可以將通信協(xié)議比喻成外交大使館中使用的外交協(xié)議。各種級(jí)別的外交官們負(fù)責(zé)處理不同類型的協(xié)議。他們與其他大使館同等級(jí)別的外交官進(jìn)行聯(lián)系。同樣，通信協(xié)議也有一個(gè)分層的體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)時(shí)，每層中協(xié)議互相通信以處理通信的各個(gè)方面。
圖示 分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意簡表
很久以前，ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)于1979年開發(fā)了OSI (開放系統(tǒng)互連)模型。該模型采用分層結(jié)構(gòu)，把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為七個(gè)層次，由下向上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。模型中規(guī)定了各層的功能及其與相臨層的接口。按照"開放系統(tǒng)OSI互連參考模型"設(shè)計(jì)和組建的網(wǎng)絡(luò)是彼此開放和可以互連的，從而可以保證世界各地的網(wǎng)絡(luò)連為一體。盡管OSI模型從未成為流行的標(biāo)準(zhǔn)，但是它仍用于描述協(xié)議分層。
2.物理層傳輸媒體和信號(hào)
通信系統(tǒng)由傳輸媒體和它所連接的設(shè)備組成。媒體可以是有向的或無向的。其中有向媒體是指金屬電纜或光纜，而無向媒體是指無線傳輸。
涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備可以是發(fā)送器、接收器減兼有這兩種功能的設(shè)備。如果一個(gè)系統(tǒng)只進(jìn)行傳輸而另一個(gè)系統(tǒng)只進(jìn)行接收，則該鏈路稱為單工。如果兩個(gè)設(shè)備都可以發(fā)送和接收，但是，一時(shí)間只能有一個(gè)設(shè)備進(jìn)行，則這種鏈路稱為半雙工。全雙工鏈路則允許兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。
網(wǎng)絡(luò)通信可以采取一對(duì)一傳輸、一對(duì)多或多對(duì)多傳輸?shù)男问健＿B接兩個(gè)設(shè)備的通信系統(tǒng)稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)。而共享系統(tǒng)則連接可以在同一媒體上進(jìn)行傳輸?shù)牡暮芏嘣O(shè)備(但一時(shí)間只有一個(gè)設(shè)備能進(jìn)行傳輸)。
圖示 共享信息系統(tǒng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息系統(tǒng)
與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相比，端對(duì)端鏈路指跨越多個(gè)鏈路的兩個(gè)系統(tǒng)之間的鏈路。上圖中的系統(tǒng)A和系統(tǒng)Z之間的鏈路就是端對(duì)端鏈路。
多路復(fù)用指通過單個(gè)鏈路發(fā)送多個(gè)傳輸?shù)募夹g(shù)。通過多路復(fù)用技術(shù)，多個(gè)終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的。在TDM(時(shí)分復(fù)用)系統(tǒng)中，每個(gè)信道由時(shí)隙流中的周期時(shí)隙定義。在FDM(頻分復(fù)用)系統(tǒng)中，每一個(gè)信道占用一個(gè)特定的頻率。在數(shù)據(jù)分組交換和信元交換系統(tǒng)中，各個(gè)數(shù)據(jù)分組或信元在網(wǎng)絡(luò)中穿行，與汽車在高速公路上行駛類似。
3.模擬和數(shù)字信號(hào)
設(shè)備使用適配器(產(chǎn)生用于通過某些媒體傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào))被連接到傳輸媒體中。模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖欠岛皖l率隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)。這些正弦波信號(hào)頻率的度量單位是每秒的周期數(shù)，或Hz(赫茲)。而數(shù)字通信系統(tǒng)則使用離散的高和低的電壓值來表示數(shù)據(jù)信號(hào)。
帶寬表示通信信道的信息傳送能力。信道可以是模擬或數(shù)字的。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)，容量這個(gè)術(shù)語指它的信息傳送能力，通常以信道的數(shù)據(jù)傳輸速率或線速表示。吞吐量是與系統(tǒng)規(guī)定性能相對(duì)立的系統(tǒng)“實(shí)測(cè)”性能。吞吐量考慮了由阻塞、硬件低效和傳輸距離而導(dǎo)致的延遲。
隨著Internet的日益普及，網(wǎng)絡(luò)用戶訪問Internet的需求在不斷增加，一些企業(yè)也需要對(duì)外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務(wù)，這些因素會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量的急劇增加，而流量管理作為內(nèi)外網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通道，如果吞吐量太小，就會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率帶來負(fù)面影響。
調(diào)制解調(diào)器(調(diào)制器/解調(diào)器)是一種可用于通過模擬傳輸線路傳輸數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。在傳輸?shù)膬啥硕夹枰{(diào)制解調(diào)器，以對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后再解調(diào)。如下圖所示，發(fā)送端調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后接收端調(diào)制解調(diào)器又將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)。
圖示 數(shù)字-模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換
在通過模擬系統(tǒng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，頻率越高，數(shù)據(jù)速率越高。下圖闡釋了這種現(xiàn)象的原因。在圖A中，頻率較低，因此在模擬傳輸中移動(dòng)離散數(shù)字信號(hào)就比較困難。注意，此時(shí)離散信號(hào)沒有很好地表示出來，這將會(huì)導(dǎo)致在接收端的失真。在圖B中，帶寬要高很多因此能更好地表示離散數(shù)字信號(hào)，并且沒有失真。
圖示 表示模擬傳輸?shù)碾x散數(shù)字信號(hào)
4.同步傳輸和異步傳輸
并不是所有的傳輸都是穩(wěn)定的字符流。由很多開始和停止組成的傳輸是異步傳輸。異步傳輸將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。
假設(shè)回到20世紀(jì)60年代，用戶坐在連接到大型計(jì)算機(jī)的啞終端前。當(dāng)鍵入時(shí)，每個(gè)字符通過異步鏈路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。如果您暫停輸入，則計(jì)算機(jī)就暫停傳輸。這是因?yàn)橄到y(tǒng)是以異步方式操作的，接收器不能指望穩(wěn)定的比特流。它將在任意時(shí)間等待進(jìn)一步的傳輸并在傳輸停止時(shí)不能以為鏈路己經(jīng)被中斷。
與之相反，同步傳輸是以一個(gè)長的比特串為特征，其中比特串中的每個(gè)字符都用定時(shí)信號(hào)分隔。同步傳輸時(shí)，為使接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束,還須在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始處和結(jié)束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾,加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱為一幀(Fram)。幀頭和幀尾的特性取決于數(shù)據(jù)塊是面向字符的還是面向位的。
這兩種傳輸類型都普遍用于通過電話線路或其他信道連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。選擇這兩種類型的哪一種取決于裝置的不同。實(shí)際上，為用戶提供異步操作的調(diào)制解調(diào)器可以轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展傳輸?shù)耐侥Ｊ健Ｍ絺鬏敿夹g(shù)設(shè)計(jì)用于連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，而異步傳輸技術(shù)更適用于個(gè)人用戶會(huì)話。
5.串行接口
串行接口，簡稱串口，也就是COM接口，是采用串行通信協(xié)議的擴(kuò)展接口。串口的出現(xiàn)是在1980年前后，數(shù)據(jù)傳輸率是115kbps～230kbps，串口一般用來連接鼠標(biāo)和外置Modem以及老式攝像頭和寫字板等設(shè)備，目前部分新主板已開始取消該接口。
需要標(biāo)準(zhǔn)接口將通信設(shè)備(如調(diào)制解調(diào)器)連接到計(jì)算機(jī)上。最常見的用于調(diào)制解調(diào)器的接口是最初稱為RS-232的EIA-232標(biāo)準(zhǔn)。在這種標(biāo)準(zhǔn)中，計(jì)算機(jī)或其他類似的設(shè)備稱為DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)，而類似于調(diào)制解調(diào)器的設(shè)備稱為DCE(數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備)。接口連接器具有與其相對(duì)應(yīng)的連接器相連的多條導(dǎo)線。每個(gè)引腳代表一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺阑虬l(fā)送的特定控制信號(hào)。例如，有一個(gè)請(qǐng)求要發(fā)送到線路上，DTE用它給出想進(jìn)行發(fā)送的信號(hào)。DCE向線路發(fā)送清除信號(hào)以表示它已經(jīng)準(zhǔn)備好接收。
6.傳輸媒體
有很多傳輸媒體，包括銅線電纜、光纜和無線系統(tǒng)。媒體受衰減(信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸損耗)、失真、背景噪聲和其他因素的影響。通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)和其他系統(tǒng)時(shí)要考慮所有這些因素。因此，網(wǎng)絡(luò)必須在它們的規(guī)范內(nèi)建立以避免這些問題。
在不可能使用導(dǎo)線線路的情況下，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過RP(無線電頻率)或光線(通常是紅外線)進(jìn)行傳輸。這些傳輸發(fā)生在一個(gè)單獨(dú)的房間或跨越城鎮(zhèn)的發(fā)送器和接收器之間。在需要設(shè)置跨越道路、河流和物理空間(通常是指不能敷設(shè)電纜的地方)的鏈路時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)為校園和商業(yè)園區(qū)環(huán)境提供了惟一的解決方案。地面微波系統(tǒng)可在建筑物和塔頂端看到。光網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供了其他解決方案。
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