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知识路径： > 计算机网络知识 > 协议和传输 > 传输介质、传输技术、传输方法、传输控制 >
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知识难度系数： 
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相关知识点：68个
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一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述，例如十进制数、二进制数、字符等。信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述，例如电压、磁场强度等。
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在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。信号可以是模拟的也可以是数字的。与信号的分类相对应，信道也分为传输模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。
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数据可以是模拟的也可以是数字的。模拟是与连续相对应的，模拟数据是取某一区间的连续值，而模拟信号是一个连续变化的物理量。数字是与离散相对应的，数字数据取某一区间内有限个离散值，数字信号取几个不连续的物理状态来代表数字。
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使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频带。终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。采用模拟信号传输数据时，往往只占有有限的频谱，对应基带传输将其称为频带传输。
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在计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般由以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器，如下图所示。
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数据终端设备，即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能。最常见的数据终端设备就是网络中的计算机。此外，数据终端设备还可以是网络中的专用数据输出设备，如打印机等。
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通信控制器除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式。如计算机内部的异步通信适配器（UART）、数字基带网中的网卡就是通信控制器。
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通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道，如电话线路等模拟通信信道、专用数字通信信道、宽带电缆（CATV）和光纤等。
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信号变换器把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式，或把信道中传来的信号转换成可供数据终端设备使用的数据，最大限度地保证传输质量。在计算机网络的数据通信系统中，最常用的信号变换器是调制解调器和光纤通信网中的光电转换器。信号变换器和其他的网络通信设备又统称为数据通信设备（DCE），DCE为用户设备提供入网的连接点。
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数据通信模型按照数据信息在传输链路上的传送方向，可以作如下分类：
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（2）半双工通信：信息的传递可以是双向的，如对讲机。
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（3）全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收信息。
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波特率又称为码元速率，是指单位时间内所传送的信号“波形”的个数，单位为波特（Baud）,计算公式为：
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比特率又称位速率，是指单位时间内所传送的二进制位数。单位为位／秒（bps）。计算公式为：
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带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值，带宽通常用Hz表示。
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误码率是指二进制数字信号在传送过程中被传错的概率。计算公式为：
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信道延迟是指信号在信道中传播时，从信源端到信宿端的时间差。
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数字通信系统的任务是传输数字信息，数字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号，也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号。一般的，传输数字信息的方法是按传输波形来分类的。如何把数字信息用电信号的波形表示出来呢？一般采用基带方式和4B/5B编码，这里主要介绍基带方式。
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数字信号是离散的，每个脉冲代表一个信号单元，或称码元。在计算机网络中主要用二进制的数据信号，可用两种码元分别代表二进制数字符号1和0，也称为二元码。表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。编码方式分为单极性码、双极性码和曼切斯特码。
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单极性码表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑“1”用高电平或正向电流表示，而逻辑“0”用零电平表示。它分为不归零型（NRZ）和归零型（RZ）两种，归零码（Return to Zero）指的是一个码元中，正电平到零电平的转换边表示0，而从负电平到零电平的转换边表示1。它的特点是噪声抑制特性比较好。不归零码（Non-Return to Zero）是在不归零码中，电平在两个码元间翻转表示1，不翻转表示0。它的特点是实现简单，费用低，如下图所示，这是最简单的用微机简单串行接口即能产生和检测的信号形式。
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双极性码指的是用正负电平来分别代表逻辑“1”和逻辑“0”。同样也有归零型和不归零型之分，如下图所示。
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常用的RS-232就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。
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在每一个码元时间间隔内，当发送0时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变；当发送1时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变，这类码被称为曼切斯特码。这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变。改进一下，在每一个码元的时间间隔内，无论发送1还是0，在间隔的中间都有电平的跳变，但发送1时，间隔开始时刻电平不跳变，发送0时，间隔开始时刻电平会跳变。这类编码被称为差分曼切斯特码。它具有良好的抗干扰性能，如下图所示。
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目前，曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的应用很普遍，已成为局域网的标准编码。
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模拟信号通常由某一个频率或几个频率组成，它占用一个固有的频带，所以称为频带传输。数据编码方式根据调制参数的不同可分为幅移键控法、频移键控法、相移键控法三种方式。幅移键控法（Amplitude-Shift Keying, ASK）的调频方式是用基带信号来控制载波的振幅变化。频移键控法（Frequency-Shift Keying, FSK）的调频方式是用基带信号来控制载波的频率变化。相移键控法（Phase-Shift Keying, PSK）的调频方式是用基带信号来控制载波的相位变化。这里就不再具体介绍了。
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网络传输介质是网络中传输数据、连接各网络结点的实体，常见的网络传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆等3种。其中，双绞线是经常使用的传输介质，它一般用于星状网络中，同轴电缆一般用于总线状网络，光缆一般用于主干网的连接。
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双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质（如下图（a）所示），是目前局域网最常用的一种布线材料。双绞线中的每一对都是由两根绝缘铜导线相互缠绕而成的，这是为了降低信号的干扰程度而采取的措施。双绞线一般用于星状网络的布线连接，两端安装有RJ-45头（接口），连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，如安装4个中继器连接5个网段，最大传输范围可达500米。
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双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择和安装双绞线，就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短，并且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达100～155Mbps。
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双绞线分为分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种。STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。
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同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体（铜网）和一根位于中心轴线的内导线（电缆铜芯）组成，并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开，如上图（b）所示。它的特点是抗干扰能力好，传输数据稳定，价格也便宜，同样被广泛使用，如闭路电视线等。
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（1）粗缆：传输距离长，性能好但成本高、网络安装、维护困难，一般用于大型局域网的干线，连接时两端需要安装终接器。
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（2）细缆：与BNC网卡相连，两端装50欧的终端电阻。用T型头，T型头之间最小0.5米。细缆网络每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户。如采用4个中继器连接5个网段，网络最大距离可达925米。细缆安装较容易，造价较低，但日常维护不方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。
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同轴电缆还可以根据传输频带的不同，分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型，其中基带传送数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。宽带可以传送不同频率的信号。
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光缆是由一组光导纤维组成的用来传播光束的细小而柔韧的传输介质。与其他传输介质相比较，光缆的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。光缆主要是在要求传输距离较长，用于主干网的连接。光缆通信由光发送机产生光束，将电信号转变为光信号，再把光信号导入光纤，在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再处理。光缆的传输距离远、传输速度快，是局域网中传输介质的姣姣者。光缆的安装和连接需由专业技术人员完成。
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现在有两种光缆：单模光缆和多模光缆。单模光缆的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光缆是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤，与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。
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光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它有频带较宽、不受电磁干扰、衰减较小、中继器的间隔较长等优点。
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在同一介质上，同时传输多个有限带宽信号的方法，被称为多路复用技术（multiplexing）。它的方法主要有以下两种。
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频分多路复用（Frequency-Division Multiplexing，FDM）
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当介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而形成许多个子信道（见下图）；在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技术称为频分多路复用。
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时分多路复用（Time-Division Multiplexing，TDM）
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TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧，用每个时分复用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信道，每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（如下图所示），即在同步TDM中，各路时隙的分配是预先确定的时间且各信号源的传输定时是同步的。
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线路交换就是通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的线路交换例子是电话系统。线路交换方式的通信包括线路建立、数据传送、线路拆除三种方式。它实时性好，但是呼叫时间大大长于数据传送时间，通信带宽不能充分利用，效率相对较低。
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报文交换是采用存储转发的方式来传输数据，它不需要在两个站点之间建立一条专用的通信线路。它的线路利用率较高，一个报文可以送到多个目的站点，但是传输延迟较长。
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分组交换类似于报文交换，但每次只能发送其中一个分组。分组交换的传输时间短，传输延迟小，可靠性好，开销小，灵活性高。
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除了上面三种数据交换技术外，还有数字语音插空技术（Digital Speech Interpolation, DSI）、帧中继（Frame Relay）、异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode, ATM）等数据交换技术。
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差错控制编码就是对网络中传输的数字信号进行抗干扰编码，目的是为了提高数字通信系统的容错性和可靠性，它在发送端被传输的信息码元序列中，以一定的编码规则附加一些校验码元，接收端利用该规则进行相应的译码，译码的结果有可能发现差错或纠正差错。
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在差错控制码中，检错码是指能自动发现出现差错的编码，纠错码是指不仅能发现差错而且能够自动纠正差错的编码。当然，检错和纠错能力是用信息量的冗余和降低系统的效率为代价来换取的。
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目前常用的差错控制编码有两类：奇偶检验码和循环冗余码。奇偶校验码是一种最简单也是最基本的检错码，一维奇偶校验码的编码规则是把信息码元先分组，在每组最后加一位校验码元，使该码中1的数目为奇数或偶数，奇数时称为奇校验码，偶数时称为偶校验码。循环冗余码（Cyclic Redundancy Code, CRC）是目前在计算机网络通信及存储器中应用最广泛的一种校验编码方法，它所约定的校验规则是：让校验码能为某一约定代码所除尽；如果除得尽，表明代码正确；如果除不尽，余数将指明出错位所在位置。
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流量控制是一种协调发送站和接收站工作步调的技术，其发送速率不超过接收方的速率。它主要有X-ON/X-OFF、DTE-DCE流控和滑动窗口协议三种方式。X-ON/X-OFF方案中使用X-ON/X-OFF一对控制字符来实现流量控制。DTE-DCE流控是实现DTE-DCE接口之间流量控制的机制。滑动窗口协议的主要思想是允许连续发送多个被给予顺序编号的帧，而无需等待应答。
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