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数据通信是一项复杂的系统工程，其中涉及较多的专业知识。本节将向读者简要介绍数据通信的基本原理，使读者对数据通信有一个初步的认识。
本部分首先介绍数据通信领域的一些基本概念，为后续章节的学习打下基础。
首先来看数据、信息、比特和字节的概念，它们之间既有联系又有区别，如图2-1所示。这些在计算机网络领域频繁使用的名词是学习计算机网络的基础。
图2-1 数据、信息、比特和字节的概念
在数据通信中，信号是数据的表现形式，包括模拟信号和数字信号，如图2-2和图2-3所示。
图2-2 信号的概念及分类
图2-3 模拟信号与数字信号
信道是传送信息的通路，同样可以分为模拟信道和数字信道，分别用带宽和容量来表示信道的容量，如图2-4所示。
图2-4 信道与信道容量
如果一个通信系统传输的信息是数据，则称这种通信为数据通信，依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息。实现这种通信的系统是数据通信系统。以计算机系统为主体构成的网络通信系统就是数据通信系统。
1.数据通信系统模型
在计算机网络通信系统中，信源和信宿共同遵守一种规则，系统只按规则进行传输，系统传输的目的不是要了解所传送信息的内容，而是要正确无误地把表达信息的符号也就是数据传送到信宿中，让信宿接收。所以说计算机网络通信系统是数据通信系统。
要点提示
数据通信是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务。数据通信不同于电报、电话通信，它所实现的主要是“人（通过终端）—机（计算机）”通信与“机—机”通信，但也包括“人（通过智能终端）—人”通信。
数据通信中传递的信息均以二进制形式来表现。数据通信的另一个特点是它总是与远程信息处理相联系，这种远程信息处理是包括科学计算机、过程控制、信息检索等内容的广义的信息处理。
实际的数据通信系统有许多连接方法，但当把多种连接方法构成的数据通信系统抽象化后，数据通信系统可以表示成图2-5所示的模型。
图2-5 数据通信系统模型
2.数据通信的性能指标
在数据通信系统中，信源和信宿是各种类型的计算机和终端，称为数据终端设备，简称DTE（Data Terminal Equipment）。一个DTE通常既是信源又是信宿。
数据通信系统中DTE发出和接收的都是数据，我们把DTE之间的通路称为数据电路。信号转换设备位于数据电路的端点，称为数据电路端接设备，简称DCE（Data Circuitterminating Equipment），或称为数据通信设备，简称也是DCE（Data Communications Equipment）。
衡量数据通信的性能指标通常有数据传输速率和码元传输速率，它们的定义和转换关系如图2-6所示。
图2-6 数据/码元传输速率及其关系
3.数据通信的一般过程
1924年，H·Nyquist就给出了一个准则：在一个带宽为 w Hz的无噪声低道通信道上，最高的码元传输速率是2 w baud。在1948年，C·Shannon推导出了有高斯白噪声干扰的信道的最大数据传输速率，公式是 C = W log 2 （1+ S / N ），解决了用模拟信道传送数字信号的最大传输速率问题。
其中， S / N 称为信噪比（Signal-to-Noise Ratio）； w 为带宽。通常人们不直接使用 S / N ，而是使用10*（以10为底数）， S / N 为指数的对数，其单位为分贝（DB），如 S / N =1000时为30DB。
例如，某电话通信的带宽为3.1kHz，信噪比 S / N =2000DB。根据香农定理， C =3100log 2 （1+2000）≈34kbit/s，即通过调制解调技术在其上传送数字信号的最大传输率为34kbit/s。
网络中两台计算机之间的通信过程如图2-7所示。
图2-7 计算机网络中两台计算机的通信过程
要点提示
如果资源子网中的主机 A 要与主机 B 通信，典型的通信过程是：主机 A 将要发送的数据传送给 CCP A （CCP 指通信控制处理机）； CCP A 以存储转发方式接收数据，由它来决定通信子网中的数据传送路径；由于源 CCP A 与目的 CCP B 之间无直接连接，所以数据可能要通过 CCP A -CCP E -CCP D -CCP B 到达主机 B 。
一个数据通信系统可分为3个组成部分。
1.源系统
源系统提供数据的来源，主要包括以下两个要素。
（1）源点：源点产生所需要传输的数据，如文本或图像等。
（2）发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。
2.目的系统
目的系统是信号最终的目的地和归宿，主要包括以下两个要素。
（1）接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。
（2）终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。终点也称为目的站。
3.传输系统
传输系统实现信号从源系统到目的系统的传输过程，主要包括以下两个要素。
（1）传输信道：一般表示向某一方向传输的介质，一条信道可以看成一条电路的逻辑部件。一条物理信道（传输介质）上可以有多条逻辑信道（采用多路复用技术）。
（2）噪声源：包括影响通信系统的所有噪声。如脉冲噪声和随机噪声（信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声）。
对数据通信系统中的信号传输，主要从数据传输的数量和质量两方面进行综合评价。数据传输的数量指标主要包括两个方面：一是信道的传输能力，用信道容量来衡量；另一方面是信道上传输信息的速度，用数据传输速度来表示。而通信质量是指信息传输的可靠性，一般使用误码率来衡量。
1.数据传输速率
数据传输速率是指传输线路上信号的传输速度，主要有以下两种表示形式。
（1）信号速率
信号速率又称为比特率，指每秒传输二进制代码的比特位数，如33 600比特/秒表示每秒能传输33 600个比特位，其单位比特/秒，常简写为b/s或bit/s。
要点提示
在实际的应用中，除了采用 bit/s 作为数据传输速率的单位外，还经常采用单位时间内传输的字符数、分组数、报文数等来表示。
（2）调制速率
调制速率又称为码元速率，码元是承载信息的基本信号单位。码元速率是指单位时间内信号波形的变换次数，即通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为 T ，则码元速率 B =1/ T 。码元速率也叫波特率，通常用来表示调制解调器之间传输信号的速率。
2.误码率
通常把信号传输中的错误率称为误码率，它是衡量差错的标准。在二进制电平传输时，误码率等于二进制码元在传输中被误传的比率，即用接收错误的码元数除以被传输的码元总数所得的值就是误码率。
3.信道容量
信道是信息传递的必经之路，它有一定的容量。信道容量是指它传输信息的最大能力，通常用单位时间内可传输的最大比特数来表示。信道容量的大小由信道的频带 F 和可使用的时间 T 及能通过的信号功率与干扰功率之比决定。
4.信道带宽
信道的带宽在不同环境中有不同的定义。在通信系统中，带宽是指在给定的范围内可用于传输的最高频率与最低频率的差值。
5.信道延迟
信道延迟是指信号从信源发出经过信道到达信宿所需的时间，它与信源到信宿间的距离及信号在信道中的传播速度有关。在多数情况下，信号在不同的介质中速度略有不同。在具体的网络中，应该考虑该网络中相距最远的两个站点之间传输信号的延迟，并根据延迟的大小来决定采用什么样的网络技术。