数据通信是计算机网络发展的前提，没有数据通信的发展就没有计算机网络的今天
计算机内部的数字数据通过数据编码技术转换为数字信号在信道上传输，之后为了远距离的传输和提高传输的容量用调制器（调制解调技术）将数字信号转换为基带信号，通常用带宽来形容某条信道的某通道传送数据的能力，然而信号的传输必定伴随着时延，通过传播时延和带宽还可以计算出某条链路所能容纳的最多比特数， 另外信道极限传输速率有相关的两个公式，既然有极限传输速率，一旦当遇上需要快速传输大量信号的情况下就可以采用并行传输（打印机），当接收端收到信号之后，为了保证正确 还要进行同步，差错检测等，为了提高效率又有多路复用（是在同一传输媒体上，同时传输多个不同来源的信息）
1.通信相关的基本概念
2.基带信号与宽带信号
3.数字通信方式分类，按照不同的分类方法：a.单工通信、半双工通信和全双工通信b.串行通信和并行通信c.异步通信和同步通信
4.带宽
5. 带宽，时延，时延带宽乘积（某一链路所能容纳的比特数），往返时延RTT
6. 信道极限传输速率的两个公式
7.数据通信方式-并行传输与串行传输
8.数据同步方式
9.传输媒体
10.数据编码技术
11.数据交换技术
12.多路复用
13.差错控制
1.基本概念
数据(Data)：运送信息的实体。（这张图片的二进制编码或者其他最底层的编码就是数据）
数据又可以分为模拟数据和信号数据，文章一下会介绍
信息(Information)：是数据的内容或解释。（你想通过网络下载一张图片，这张图片就是信息）
信号(Signal)：数据的物理量编码(通常为电磁编码)，数据以信号的形式传播。（该图片的编码在传播时的形式）
模拟信号:是连续变化的电磁波，它可以在各种媒体上传输与频率有关。即连续的信号，如话音信号和广播电视信号。
数字信号:是一串相继的电压脉冲，它能在导线上传播。即离散的信号，如计算机通信所用的二进制代码1和0组成的信号。
信道(channel):一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
一条通信电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电路的逻辑部件。
信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分。
基带(Base band)与宽带(Broad band)
基带(baseband)信号:就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。
宽带(broadband)信号:则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。基带信号进行调制后，其频谱搬移到较高的频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，这样做就可以在一条电缆中同时传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。
基带信号就是把数字信号不经过调制，直接进行传输，由于基带信号包含较多的低频成分甚至有直流成分，所以很多信道不能直接传输这种信号，因此就要对基带信号进行调制成宽带信号，在接受端在对此信号进行解调为基带信号，这样既解决了基带信号传输的难题，还提高了线路的利用率
数据通信系统
数据通信——发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程就称为是数据通信。
为完成通信任务所需要的一切技术设备和传输介质所构成的总体，就称为数据通信系统。任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。我们来看一个简化了的通信系统模型：
2.通信的双方信息交互的方式
单向通信(单工通信):只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。（无线电广播）
双向交替通信(半双工通信):通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送(也不能同时接收)。（对讲机）
双向同时通信(全双工通信):通信的双方可以同时发送和接收信息。（电话）
3.带宽
在计算机网络中，带宽用来表示某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s(bps)，kbit/s，Mbit/s，Gbit/s
注：此处是比特每单位时间的意思，例如Mbit/s和平时看到的网速MB/s不一样，一个指bit,一个指Byte，之间要经过除以8的换算，并且实际该信道不只你一个人用，所以结论是带宽对于个人用户来说要经过除以8的运算后得到一个理论上最大的网速
4.时延
时延信息从网络的一端传送到另一端所需的时间
时延=传播时延+发送时延+排队时延
传播时延=信道长度/电磁波在信道的传播速率
发送时延=数据位数/信道带宽
排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间
注：严谨的来说还有处理时延（主机或者路由器在收到分组之后还要花费一定的时间处理，例如差错控制等）
当计算机网络中的通信量过大时，网络中的路由器的处理时延和排队时延会大大增加，此时处理时延和排队时延就是网络性能变差的主要原因//TODO
4.1 时延带宽乘积
某一链路所能容纳的比特数
时延带宽乘积=带宽×传播时延
例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。
4.2往返时延RTT (Round-Trip Time)
从源端发送数据开始，到源端收到目的端的确认所经历的时间
RTT≈2×传播时延
//TODO三个通信系统
5.数据通信基础理论
了解：
无噪声信道上的最高码元传输速率C 遵循奈奎斯特(Nyquist)公式
有噪声信道的极限信息传输速率C 遵循香农(Shannon)公式
5.1数据通信方式-并行传输与串行传输
并行通信:数据的各位同时传送。
优点：传送速度快缺点：数据线多，成本较高，且由于并行数据传输线的耦合和共模干扰，传输距离短。
应用：主要应用于数据传送量很大的场合，如打印机，液晶屏等。随着现代电子技术的发展，并行通信的应用在逐渐减少。
串行通信：将数据按顺序分解为一位（或几位，一般不大于4位）的序列，按顺序传送。
优点：传送线路简单，成本低，传送距离长
缺点：传送速度比并行通信低应用：随着现代电子技术的发展，传送速度越来越快，应用越来越广泛。如USB、1394、Profibus、各种网络等。
5.2数据同步方式
目的是使接收端和发送端在时间基准上一致
1.位同步
1.1外同步，发送数据的同时同时发送同步信号
1.2自同步，数据通过特殊的编码包含了同步信号
2.字符同步(异步传输)
3.帧同步(同步传输)
6.传输媒体
7.数据编码技术
7.1 模拟数据和数字数据
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值,例如温度、压力,以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值,例如在计算机中用二进制代码表示的图片声音。
7.2编码与调制
用数字信号承载数字或模拟数据——编码
用模拟信号承载数字或模拟数据——调制
数据（数据以信号的方式传输）传输的方式
1.基带传输：直接传输数字信号，基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输
2.频带传输：在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”
数据编码的方法
数字数据的数字信号编码
非归零编码(NRZ)：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步存在“直流分量”，直流分量危害大
注：时钟的概念是数据编码的概念中的
曼彻斯特编码(Manchester)：规定在每个码元的中间发生跳变：高→低的跳变代表0，低→高的跳变代表1。这种编码也称为自同步码。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）
差分曼彻斯特编码(Difference Manchester)：每个码元的中间仍要发生跳变用码元开始处有无跳变来表示0和1。有跳变代表0，无跳变代表1特点：有较好的抗干扰性能。频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
总结：非归零编码(NRZ)：不具备自同步机制，后两者具备自同步，但是曼彻斯特编码双倍的传输带宽，而差分曼彻斯特编码频带宽度比原始的基带信号增加了一倍
数字数据的调制
一个调制解调器(modem)包括了为发送信号用的调制器(modulator)和为接收信号用的解调器(demodulator) 。
调制器的主要作用就是个波形变换器，它将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。
解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。
用庞大的模拟电话网络传送计算机数据时，可采用在模拟信道两端各加上一个调制解调器，把模拟信道改造为数字信道。
调制解调器就是猫
调制解调技术对应的是数字信号和模拟信号，编码对应的输入方是数据
几种最基本的调制方法
调幅(AM)：移幅键控ASK
调频(FM):移频键控FSK
调相(PM):移相键控PSK
模拟数据的数字信号编码
8.多路复用
多路复用(Multiplexing) ：是在同一传输媒体上，同时传输多个不同来源的信息。主要目的：提高线路的利用率，降低成本。
复用器(multiplexer)和分用器(demultiplexer)成对地使用。
多路复用分主要有：频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)
时分多路复用(Time Divsion Multiplexing,TDM)
码分复用：码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)
//TODO
9.数据交换技术
什么是交换？
交换就是按某种方式动态地分配传输线路资源例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。
9.1电路交换
电路交换主要优点:1)信息的传输时延小，对于一次接续，传输时延固定不变。 2)交换机对用户的数据信息不存储、分析和处理。交换机在处理方面的开销比较小，信息传输效率比较高。 3)适用于连续、大批量的数据传输。
主要缺点: 1)电路的接续时间较长，短报文通信效率低。 2)电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
适用范围:传输信息量较大，通信对象比较固定的用户。
9.2报文交换（以报文为单位）
报文交换主要优点: 1)报文以存储转发方式通过交换机，很容易实现各种不同类型终端之间的相互通信。 2)不同用户的报文可以在一条线路上以报文为单位多路复用，大大提高了线路的利用率。 3)用户不需要叫通对方就可以发送报文。可动态分配网络资源。
报文交换主要缺点: 1) 信息通过交换机时产生的时延大，不利于实时通信。 2) 当报文很长时，要求交换机要有高速处理能力和大的存储容量。
9.3分组交换（以分组为单位）
分组交换优点: 1)高效:动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。 2)灵活:每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由 3)迅速:以分组作为传送单位，通信之前可以不先建立连接就能发送分组；网络使用高速链路。 4)可靠：完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。
分组交换缺点: 1）分组在各结点存储转发时因要排队总会造成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延也可能会很大。 2）各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销。 3）整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。 4）在目的结点要对分组进行重组，增加了复杂性。
分组交换网为分组选择路由的方式有两种：数据包方式和虚电路方式，即无连接服务和面向连接的服务。注：之前一直把面向连接服务等同于电路交换，当然电路交换是面向连接的服务，但面向连接不一定是电路交换。
总结面向连接或者无连接是抽象的类别，不是具体的技术，比如虚电路方式的分组交换是面向连接的
9.3.1虚电路方式
虚电路是分组交换的两种传输方式中的一种。在通信和网络中，虚电路是由分组交换通信所提供的面向连接的通信服务，虚电路分组交换建立的是逻辑信道——虚通道，不是电路交换中的一条专用的独占物理信道。虚通道上的交换设备都有缓冲装置，只有在虚通道对应的物理信道空闲时才会进行发送，这实际上是对物理信道使用了分时共享技术。
数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路;
虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。
在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；
一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；
分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。
虚电路是在传输分组时建立起的逻辑连接，称为“虚电路”是因为这种电路不是专用的。每个结点到其他结点间可能有无数条虚电路存在；
一个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路；每条虚电路支持特定的两个结点之间的数据传输
结论：虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点，因此在计算机网络中得到了广泛的应用
9.4ATM(异步传送模式,是一种高速的分组交换技术，虚电路的具体实现)
ATM是一种面向连接的技术；
采用小的、固定长度53字节的信元作为数据传输单元；
能够支持数字、语音、图像、视频等多媒体通信；
ATM以统计时分多路复用方式动态分配网络带宽，网络传输延时小，适应实时通信的要求；
ATM没有链路级纠错与流量控制，协议简单，数据交换效率高；
ATM采用两级虚电路机制，增加了虚电路分配的灵活性；
ATM的数据传输速率可以在155Mb/s～2.4Gb/s。
10差错控制
差错控制的基本方法是：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。
差错检测主要有两种方法：
奇偶校验
循环冗余校验
11.传输媒体
有线传输介质
双绞线，双绞线是一种最古老又最常用的传输介质，双绞线可以传输模拟信号和数字信号，最适合用于星型网络拓扑结构内结点之间连接，是典型的局域网连接线，连接距离可以达到100m。双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）两种。非屏蔽双绞线根据传输速率和用途的不同，又可以分为1类、2类、3类、4类、5类、超5类、6类、超7类、8类等，数字越大，就代表版本越新、技术越先进、宽带越高。其中最常用的是5类和6类双绞线。除7类和超7类采用非RJ45连接器，其它类型的双绞线基本上到后采用RJ45连接器。（水晶头）
同轴电缆：常见的同轴电缆有2种：局域网初期曾广泛使用同轴电缆作为传输媒体，50Ω电缆，用于数字信号传输 ； 75Ω电缆，用于模拟信号传输和有线电视传输，其带宽已接近1GHz。目前在局域网中基本上都采用双绞线作为传输媒体，同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。
光导纤维是一种直径很细的、很柔软、能传导光波的介质，它由能传导光波的石英玻璃纤维拉成细丝，由玻璃纤芯和玻璃包层，外加保护层构成。光缆的纤芯直径只有8-100Um（只有人的头发丝的几万分一），光波正是通过纤芯进行传导的。由于包层较纤芯有较低的折射率，利用全反射原理——当光线碰到包层时就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤向前传输了，光缆也可以通过转换器将电信号转换为光信号传输，（1）单模光纤：纤芯的直径很小，只有几个微米，只能有一个光的波长。其传输频带宽，耗损小，在100G的高速率下可传输100公里而不必采用中继器，但成本高昂。 （2）多模光纤：纤芯的直径较粗，考验存在多条不同角度入射得光线在一条光纤中传输。其传输性能较单模光纤差，但成本低。
（1）传输距离远。（2）抗电磁干扰性能好。（3）宽带高。（4）体积小，重量轻。
把光缆和铜线做对比很有意义，光纤具有更优良的性能：这么多的优点也决定了光纤价格较高，每米大约要10元以上，而双绞线只需要2元左右。此外，光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高，需要专门设备，而且会产生10%的耗损。因此光纤主要是在要求传输距离较长、且布线条件特殊的情况下用于主干网的连接。
如果通信线路要通过一些高山、沼泽、岛屿，铺设光纤既昂贵又费时，但是利用无线电波在自由空间的传播就可以很快地实现多种的通信。
无线传输可使用的频段很广，从图中可以看出，无线电波、微波、红外都被用来进行通信。
<无线电波>
（1）直接传播：沿地表面向四周全方向传播，电波可以在1000千米外被检测到，而且由于无线电波很容易穿透建筑物，所以我们使用收音机可以在室内接收到无线电广播电台所发出来的信号。 （2）反射传播：电磁波会被地球表面吸收，当无线电波到达电离层（位于地球上方100-500千米高空）时，电磁波会被电离层折射回地球，信号可以被反弹多次。军队中就使用高频HF和VHF甚高频段进行通信。
<微波>
（1）沿直线传播：不能绕行，不能穿过建筑物，故在地面的传播距离有限
（2）微波接力：为实现远距离通信必须在微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站
（3）不安全
（4）微波的传播会受到天气的影响
<卫星通信>
是利用地球同步卫星作为中继器来转发微波信号的一种特殊的微波接力通信形式。
沙漠等
<红外线光>：（1）适用于短距离传输，电视机、空调等的遥控器都采用红外线通信。（2）传播具有方向性，沿直线传播的，不能穿透坚实的物体，你可以试着站在遥控器和电视机之间看看遥控器是否还能工作。
