數據通信討論的是從一個(gè)設備到另一個(gè)設備傳輸信息。協(xié)議定義了通信的規則，以便發(fā)送者和接收者能夠協(xié)調他們的活動(dòng)。在物理層上，信息被轉換成可以通過(guò)有線(xiàn)媒體(銅線(xiàn)或光纜)或無(wú)線(xiàn)媒體(無(wú)線(xiàn)電或紅外線(xiàn)傳輸)傳輸的信號。高層協(xié)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(shù)。

 

1.通信協(xié)議

 

可以將通信協(xié)議比喻成外交大使館中使用的外交協(xié)議。各種級別的外交官們負責處理不同類(lèi)型的協(xié)議。他們與其他大使館同等級別的外交官進(jìn)行聯(lián)系。同樣，通信協(xié)議也有一個(gè)分層的體系結構。當兩個(gè)系統交換數據時(shí)，每層中協(xié)議互相通信以處理通信的各個(gè)方面。

 

圖示 分層網(wǎng)絡(luò )結構示意簡(jiǎn)表

 

很久以前，ISO(國際標準化組織)于1979年開(kāi)發(fā)了OSI (開(kāi)放系統互連)模型。該模型采用分層結構，把網(wǎng)絡(luò )協(xié)議分為七個(gè)層次，由下向上依次是物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層、會(huì )話(huà)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(kāi)放系統OSI互連參考模型"設計和組建的網(wǎng)絡(luò )是彼此開(kāi)放和可以互連的，從而可以保證世界各地的網(wǎng)絡(luò )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(xié)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(wú)向的。其中有向媒體是指金屬電纜或光纜，而無(wú)向媒體是指無(wú)線(xiàn)傳輸。

 

涉及數據傳輸的設備可以是發(fā)送器、接收器減兼有這兩種功能的設備。如果一個(gè)系統只進(jìn)行傳輸而另一個(gè)系統只進(jìn)行接收，則該鏈路稱(chēng)為單工。如果兩個(gè)設備都可以發(fā)送和接收，但是，一時(shí)間只能有一個(gè)設備進(jìn)行，則這種鏈路稱(chēng)為半雙工。全雙工鏈路則允許兩個(gè)系統同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。

 

網(wǎng)絡(luò )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(gè)設備的通信系統稱(chēng)為點(diǎn)對點(diǎn)系統。而共享系統則連接可以在同一媒體上進(jìn)行傳輸的的很多設備(但一時(shí)間只有一個(gè)設備能進(jìn)行傳輸)。

 

圖示 共享信息系統和點(diǎn)對點(diǎn)信息系統

 

與點(diǎn)對點(diǎn)系統相比，端對端鏈路指跨越多個(gè)鏈路的兩個(gè)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(guò)單個(gè)鏈路發(fā)送多個(gè)傳輸的技術(shù)。通過(guò)多路復用技術(shù)，多個(gè)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(shí)分復用)系統中，每個(gè)信道由時(shí)隙流中的周期時(shí)隙定義。在FDM(頻分復用)系統中，每一個(gè)信道占用一個(gè)特定的頻率。在數據分組交換和信元交換系統中，各個(gè)數據分組或信元在網(wǎng)絡(luò )中穿行，與汽車(chē)在高速公路上行駛類(lèi)似。

 

3.模擬和數字信號

 

設備使用適配器(產(chǎn)生用于通過(guò)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(shí)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(lái)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(gè)術(shù)語(yǔ)指它的信息傳送能力，通常以信道的數據傳輸速率或線(xiàn)速表示。吞吐量是與系統規定性能相對立的系統“實(shí)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(zhù)Internet的日益普及，網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)Internet的需求在不斷增加，一些企業(yè)也需要對外提供諸如WWW頁(yè)面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務(wù)，這些因素會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )流量的急劇增加，而流量管理作為內外網(wǎng)之間的數據通道，如果吞吐量太小，就會(huì )成為網(wǎng)絡(luò )瓶頸，給整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的傳輸效率帶來(lái)負面影響。

 

調制解調器(調制器/解調器)是一種可用于通過(guò)模擬傳輸線(xiàn)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(jìn)行調制，然后再解調。如下圖所示，發(fā)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(guò)模擬系統傳輸數字數據時(shí)，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(dòng)離散數字信號就比較困難。注意，此時(shí)離散信號沒(méi)有很好地表示出來(lái)，這將會(huì )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(méi)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(kāi)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(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長(cháng)。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì )在什么時(shí)候到達。

 

假設回到20世紀60年代，用戶(hù)坐在連接到大型計算機的啞終端前。當鍵入時(shí)，每個(gè)字符通過(guò)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(shí)間等待進(jìn)一步的傳輸并在傳輸停止時(shí)不能以為鏈路己經(jīng)被中斷。

 

與之相反，同步傳輸是以一個(gè)長(cháng)的比特串為特征，其中比特串中的每個(gè)字符都用定時(shí)信號分隔。同步傳輸時(shí)，為使接收方能判定數據塊的開(kāi)始和結束,還須在每個(gè)數據塊的開(kāi)始處和結束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾,加有幀頭、幀尾的數據稱(chēng)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(lèi)型都普遍用于通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路或其他信道連接的計算機系統。選擇這兩種類(lèi)型的哪一種取決于裝置的不同。實(shí)際上，為用戶(hù)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(shù)設計用于連續的數據傳輸，而異步傳輸技術(shù)更適用于個(gè)人用戶(hù)會(huì )話(huà)。

 

5.串行接口

 

串行接口，簡(jiǎn)稱(chēng)串口，也就是COM接口，是采用串行通信協(xié)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(lái)連接鼠標和外置Modem以及老式攝像頭和寫(xiě)字板等設備，目前部分新主板已開(kāi)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(jiàn)的用于調制解調器的接口是最初稱(chēng)為RS-232的EIA-232標準。在這種標準中，計算機或其他類(lèi)似的設備稱(chēng)為DTE(數據終端設備)，而類(lèi)似于調制解調器的設備稱(chēng)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(xiàn)。每個(gè)引腳代表一個(gè)數據傳輸的信道或發(fā)送的特定控制信號。例如，有一個(gè)請求要發(fā)送到線(xiàn)路上，DTE用它給出想進(jìn)行發(fā)送的信號。DCE向線(xiàn)路發(fā)送清除信號以表示它已經(jīng)準備好接收。

 

6.傳輸媒體

 

有很多傳輸媒體，包括銅線(xiàn)電纜、光纜和無(wú)線(xiàn)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(wǎng)絡(luò )系統，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI(光纖分布數據接口)和其他系統時(shí)要考慮所有這些因素。因此，網(wǎng)絡(luò )必須在它們的規范內建立以避免這些問(wèn)題。

 

在不可能使用導線(xiàn)線(xiàn)路的情況下，計算機數據可以通過(guò)RP(無(wú)線(xiàn)電頻率)或光線(xiàn)(通常是紅外線(xiàn))進(jìn)行傳輸。這些傳輸發(fā)生在一個(gè)單獨的房間或跨越城鎮的發(fā)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(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為校園和商業(yè)園區環(huán)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(wǎng)絡(luò )和衛星通信系統提供了其他解決方案。