第二章 物理层 2,3 数据通信基础知识

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本笔记参考书目：

1. 计算机网络（第8版）谢希仁
2. 2021王道计算机网络视频公开课

本节重点：

(了解即可)

• 通信方式：单工/半双工/全双工
• 传输方式：并行/串行传输
• 同步/异步传输

(熟练掌握)

• 码元/数据率/波特率/带宽

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典型数据通信模型

数据通信的术语

数据：传输信息的实体，有意义的符号序列

信号：传输过程中的数据存在形式

• 数字信号：离散信号；
• 模拟信号：连续信号。

信道的分类

设计数据通信系统要考虑的问题

通信方式

单工/半双工/全双工

类似于：

1. 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互， 仅需要一条信道 ；
2. 半双工通信/双向交替通信：通信的双方都可以发送或接收消息，但任何一方不能同时发送和接收，需要两条信道；
3. 全双工通信/双向同时通信：通信双方可以同时发送/接收消息，需要两条信道。

串/并行传输

• 串行传输：将一个字符（8位）二进制按低位到高位的顺序依次发送。速度慢、费用低、适合远距离；
• 并行传输：将一个字符（8位）二进制通过8条信道同时发送。速度快、费用高、适合近距离。

同步/异步传输

• 同步传输（区块传输），数据传输以一个数据区块为单位，在传输数据时，需要先送出1个或多个同步字符（用于同步两计算机的接时钟），再送出整批的数据；
• 异步传输，将比特分成小组进行传输，发送方持续发送分组，接收方不知道他们在什么时候到达。传送数据时，加一个字符起始位和一个字符终止位。

异步传输，也需要“同步”。也就是说，起始位使接收方电平发生跳变，接收方得知要接收数据。终止位使接收方电平跳回原位，停止接收。

码元

码元的定义：一段 固定时长的信号波形 （数字脉冲），代表着不同的离散值，是数字通信中数字信号的计量单位，这个 时长内的信号称为k进制码元 ，该时长称为码元宽度。

k进制码元是码元的状态有k种.

1码元可以携带k个（即k进制码元）比特的信息量。

比如，4进制码元包含2个比特位信息，16进制码元包含4个比特位信息。

数字通信系统中传输速率的两种表示方法

数据率：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表示。

码元速率与进制数无关，只与码元长度T有关。

• 码元传输速率：单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数/信号变化的次数），单位是B波特（Baud）；
• 信息传输速率：单位时间内的二进制码元个数（即比特数），单位是b/s。

关系：若一码元携带n bit信息量，M Baud码元传输速率对应M*n b/s信息传输速率

带宽（Bandwidth）

1. 模拟信号系统中，最高频和最低频间的差值是系统的通频带宽，单位：Hz赫兹；
2. ⭐️ 数字设备中： 最高单位时间内从某一点到另一点所能通过的最高数据率/单位时间内通过的链路数量，单位：bps。