浅谈计算机网络中的数据通信

夏杰

[摘  要：数据通信技术是数据交换的基础。为了更深入地了解计算机网络，对于数据通信的基本概念和基本理论的学习是十分必要的，本文浅谈一下数据通信的基础。

关键词：通信基础;带宽;信道]

数据通信是指通信系统中传输数据信息的通信过程，也就是数据从一个地方传送到另一个地方的过程，但传送数据的方式是多种多样的。

广泛的通信系统由数据终端设备和数据传输系统组成。在数据通信系统中，我们将计算机和其他生成数据的设备称为数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE），它是數据的出发点和目的地，可分别称为源点和终点。源点是产生和发送信息的一端，而终点是接受信息的一端。

从通信双方信息交互的方式来看，可以有以下两种基本方式。单工（simplex）通信：一端只发送，而另一端只接收;双工（duplex）通信：此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换器也合为一体。又分为全双工（full duplex）和半双工（half duplex），全双工是指通信的双方可以同时发送和接收信息，半双工是指双方都可以发送信息，但是不能同时发送和接收。

数据是运送信息的实体，可分为模拟数据和数字数据。信号（Signal）是数据的电磁波表示形式，可分为模拟信号和数字信号。模拟数据和数字数据都可用这两种信号来表示。模拟信号是随时间连续变化的信号，信号的取值是连续的，数字信号的取值都是离散的，如计算机通信所用的二进制代码“0”和“1”组成的信号。

信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒质。因此，一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一个信道可以看成是一条线路。信道是传输信号的通道，可以是有线的传输介质，也可以是无线的传输介质，可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。和信号的分类相似，信道也可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。但是应注意，数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数转换后也可以在数字信道上传送。

此外，信息在信道中传输时，可能会受到外界的干扰，我们称之为噪声。如信号在无屏蔽双绞线中传输时会受到电磁场的干扰。

通信系统中传输信息的信道具有一定的频率范围（即频带宽度），称为信道带宽，信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特性综合决定的。

信道的主要技术指标是用数据传输的数量和质量来衡量的。数量指标主要指传输的速度，包括数据传输速率、信道容量等，质量指标是指数据传输的可靠性，一般用数据传输的出错率来衡量。

信道容量是指信道能够传送的最大的数据率，它与采用的传输介质、信号的调制解调方法、交换器的性能等密切相关，是描述信道的主要指标之一。当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时，信道根本就不能传送信号，所以，信道容量是信道的一个极限参数。传输速率受限的原因是任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。

奈式准则：理想低通信道的最高码元传输速率C=2WBaud。其中，W是理想低通信道的带宽，单位为赫（Hz），每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。实际的信道所能传输的最高码元速率要明显地低于奈氏准则给出的上限数值。其中波特（Baud）和比特（bit）是两个不同的概念。波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率，而比特是信息量的单位。

香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农公式的极限传输速率低很多。

信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农公式的极限传输速率低很多。

所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每一个码元携带更多比特的信息量，这就需要采用多进制的调制方法，不过信道的极限数据率是无法达到的。

传输介质是网络中传输信息的物理通道，它的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的节点数和可靠性都有很大影响。因此，必须根据网络的具体要求，选择适当的传输介质。常见的网络传输介质有很多种，一般可分为两大类：一类是有线传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等;另一类是无线传输介质，如微波和卫星通信等。