【導讀】數據通信對現代通信具有較強意義，對于數據通信，小編在往期文章中有所闡述。為增加大家對數據通信的了解，本文將對數據通信原理予以介紹。
數據通信對現代通信具有較強意義，對于數據通信，小編在往期文章中有所闡述。為增加大家對數據通信的了解，本文將對數據通信原理予以介紹。
數據通信討論的是從一個設備到另一個設備傳輸信息。協議定義了通信的規則，以便發送者和接收者能夠協調他們的活動。在物理層上，信息被轉換成可以通過有線媒體(銅線或光纜)或無線媒體(無線電或紅外線傳輸)傳輸的信號。高層協議則定義了傳輸信息的封裝、流控制和在傳輸中被丟失或破壞信息的恢復技術。
1.通信協議
可以將通信協議比喻成外交大使館中使用的外交協議。各種級別的外交官們負責處理不同類型的協議。他們與其他大使館同等級別的外交官進行聯系。同樣，通信協議也有一個分層的體系結構。當兩個系統交換數據時，每層中協議互相通信以處理通信的各個方面。
圖示 分層網絡結構示意簡表
很久以前，ISO(國際標準化組織)于1979年開發了OSI (開放系統互連)模型。該模型采用分層結構，把網絡協議分為七個層次，由下向上依次是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。模型中規定了各層的功能及其與相臨層的接口。按照"開放系統OSI互連參考模型"設計和組建的網絡是彼此開放和可以互連的，從而可以保證世界各地的網絡連為一體。盡管OSI模型從未成為流行的標準，但是它仍用于描述協議分層。
2.物理層傳輸媒體和信號
通信系統由傳輸媒體和它所連接的設備組成。媒體可以是有向的或無向的。其中有向媒體是指金屬電纜或光纜，而無向媒體是指無線傳輸。
涉及數據傳輸的設備可以是發送器、接收器減兼有這兩種功能的設備。如果一個系統只進行傳輸而另一個系統只進行接收，則該鏈路稱為單工。如果兩個設備都可以發送和接收，但是，一時間只能有一個設備進行，則這種鏈路稱為半雙工。全雙工鏈路則允許兩個系統同時進行發送和接收。
網絡通信可以采取一對一傳輸、一對多或多對多傳輸的形式。連接兩個設備的通信系統稱為點對點系統。而共享系統則連接可以在同一媒體上進行傳輸的的很多設備(但一時間只有一個設備能進行傳輸)。
圖示 共享信息系統和點對點信息系統
與點對點系統相比，端對端鏈路指跨越多個鏈路的兩個系統之間的鏈路。上圖中的系統A和系統Z之間的鏈路就是端對端鏈路。
多路復用指通過單個鏈路發送多個傳輸的技術。通過多路復用技術，多個終端能共享一條高速信道，從而達到節省信道資源的目的。在TDM(時分復用)系統中，每個信道由時隙流中的周期時隙定義。在FDM(頻分復用)系統中，每一個信道占用一個特定的頻率。在數據分組交換和信元交換系統中，各個數據分組或信元在網絡中穿行，與汽車在高速公路上行駛類似。
3.模擬和數字信號
設備使用適配器(產生用于通過某些媒體傳輸數據的信號)被連接到傳輸媒體中。模擬通信系統傳輸的是幅值和頻率隨時間連續變化的模擬信號。這些正弦波信號頻率的度量單位是每秒的周期數，或Hz(赫茲)。而數字通信系統則使用離散的高和低的電壓值來表示數據信號。
帶寬表示通信信道的信息傳送能力。信道可以是模擬或數字的。對于數字系統，容量這個術語指它的信息傳送能力，通常以信道的數據傳輸速率或線速表示。吞吐量是與系統規定性能相對立的系統“實測”性能。吞吐量考慮了由阻塞、硬件低效和傳輸距離而導致的延遲。
隨著Internet的日益普及，網絡用戶訪問Internet的需求在不斷增加，一些企業也需要對外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務，這些因素會導致網絡流量的急劇增加，而流量管理作為內外網之間的數據通道，如果吞吐量太小，就會成為網絡瓶頸，給整個網絡的傳輸效率帶來負面影響。
調制解調器(調制器/解調器)是一種可用于通過模擬傳輸線路傳輸數字信號的設備。在傳輸的兩端都需要調制解調器，以對信號進行調制，然后再解調。如下圖所示，發送端調制解調器將數字信號轉換成模擬信號，然后接收端調制解調器又將模擬信號轉換成離散的數字信號。
圖示 數字-模擬-數字轉換
在通過模擬系統傳輸數字數據時，頻率越高，數據速率越高。下圖闡釋了這種現象的原因。在圖A中，頻率較低，因此在模擬傳輸中移動離散數字信號就比較困難。注意，此時離散信號沒有很好地表示出來，這將會導致在接收端的失真。在圖B中，帶寬要高很多因此能更好地表示離散數字信號，并且沒有失真。
圖示 表示模擬傳輸的離散數字信號
4.同步傳輸和異步傳輸
并不是所有的傳輸都是穩定的字符流。由很多開始和停止組成的傳輸是異步傳輸。異步傳輸將比特分成小組進行傳送，小組可以是8位的1個字符或更長。發送方可以在任何時刻發送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。
假設回到20世紀60年代，用戶坐在連接到大型計算機的啞終端前。當鍵入時，每個字符通過異步鏈路傳輸到計算機中。如果您暫停輸入，則計算機就暫停傳輸。這是因為系統是以異步方式操作的，接收器不能指望穩定的比特流。它將在任意時間等待進一步的傳輸并在傳輸停止時不能以為鏈路己經被中斷。
與之相反，同步傳輸是以一個長的比特串為特征，其中比特串中的每個字符都用定時信號分隔。同步傳輸時，為使接收方能判定數據塊的開始和結束,還須在每個數據塊的開始處和結束處各加一個幀頭和一個幀尾,加有幀頭、幀尾的數據稱為一幀(Fram)。幀頭和幀尾的特性取決于數據塊是面向字符的還是面向位的。
這兩種傳輸類型都普遍用于通過電話線路或其他信道連接的計算機系統。選擇這兩種類型的哪一種取決于裝置的不同。實際上，為用戶提供異步操作的調制解調器可以轉換為擴展傳輸的同步模式。同步傳輸技術設計用于連續的數據傳輸，而異步傳輸技術更適用于個人用戶會話。
5.串行接口
串行接口，簡稱串口，也就是COM接口，是采用串行通信協議的擴展接口。串口的出現是在1980年前后，數據傳輸率是115kbps～230kbps，串口一般用來連接鼠標和外置Modem以及老式攝像頭和寫字板等設備，目前部分新主板已開始取消該接口。
需要標準接口將通信設備(如調制解調器)連接到計算機上。最常見的用于調制解調器的接口是最初稱為RS-232的EIA-232標準。在這種標準中，計算機或其他類似的設備稱為DTE(數據終端設備)，而類似于調制解調器的設備稱為DCE(數據電路終接設備)。接口連接器具有與其相對應的連接器相連的多條導線。每個引腳代表一個數據傳輸的信道或發送的特定控制信號。例如，有一個請求要發送到線路上，DTE用它給出想進行發送的信號。DCE向線路發送清除信號以表示它已經準備好接收。
6.傳輸媒體
有很多傳輸媒體，包括銅線電纜、光纜和無線系統。媒體受衰減(信號遠距離傳輸損耗)、失真、背景噪聲和其他因素的影響。通信系統的設計者在設計網絡系統，如以太網、令牌環、FDDI(光纖分布數據接口)和其他系統時要考慮所有這些因素。因此，網絡必須在它們的規范內建立以避免這些問題。
在不可能使用導線線路的情況下，計算機數據可以通過RP(無線電頻率)或光線(通常是紅外線)進行傳輸。這些傳輸發生在一個單獨的房間或跨越城鎮的發送器和接收器之間。在需要設置跨越道路、河流和物理空間(通常是指不能敷設電纜的地方)的鏈路時，無線網絡為校園和商業園區環境提供了惟一的解決方案。地面微波系統可在建筑物和塔頂端看到。光網絡和衛星通信系統提供了其他解決方案。
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