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1、数据通信、数据网络和Internet

数据通信要研究的问题是如何以高效可靠的手段来传输信号。网络构成主要研究的是用来连接各种通信设备的通信网格的技术及其他体系结构。

奈式公式：如果信号传输速率是2B，那么频率不大于B的信号就完全能够按此数据率传送。反之亦然，假定带宽为B，那么可以承受的最大信号率就是2B。

之所以有这个限制是由码间干扰的影响，这一结果对于开发数字到模拟的编码机制十分有用，并且从本质上看的确是与采样定理得出的相同。

采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息

香农公式：

$C=Blog_2(1+\dfrac{S}{N})bps$

C是信道容量，B是信道带宽，S/N是信噪比。该公式假定噪声为白噪声，既没有考虑冲激噪声，也没有考虑衰减和时延失真。即使是在理想的白噪声的环境下，因为编码的原因（如编码长度和复杂性等），目前的技术仍然无法达到香农容量。

ISP：Internet Service Provider，因特网服务提供者

NAP：Network Access Point，网格接入点，提供面向大众服务的主要交换设施，公司需要申请使用这些NAP设施。

POP：Point of Presence，汇接点，具有一些电信设备的网点

2、协议体系结构

（1）OSI：Open Systems Interconnection

开放系统互连模型。七层框架：

（2）TCP/IP

2、数据传输

通信设施的设计者必须考虑四个因素：信号的带宽、用来传输数字信息的数据率、噪声以及其他损伤的强度、可忍受的差错率等级。信号的带宽指的是组成该信号的频率范围的宽度（任何电磁信号都由一些频率成分组成）。

传输过程可能是单工（simplex）、半双工（half-duplex）或全双工（full-duplex）的。在单工传输方式中，信号仅向一个方向传输；在半双工中，两个站点都可以发送信号，但在同一时间保允许一方发送；在全双工中，两个站点可同时发送信号。

数据率与带宽的关系：信号的数据率越高，其有效带宽就越宽。换一个角度，传输系统的带宽越宽，则能够在这个系统上传输的数据率就越高。

（1）衰减和衰减失真

随着传输距离的增长，信号强度会不断减弱。对导向媒体来说，这种强度的减弱通常是呈指数变化的。对于非导向媒体来说， 是距离的复杂函数，并与大气的成分有关。传输工程中会有三方面的考虑：1.接收到的信号必须有足够的强度，这样接收器中的电路才能检测到信号。2.信号电平必须比噪声电平高某个程度，这样接收的数据才没有差错。3.衰减随频率的变化不同。

对于第一和第二个问题可以使用放大器和转发器解决，对于第三个问题，就要采用衰减均衡技术。

（2）时延失真

产生是由于在导向媒体上信号传播速度随频率不同而改变，从而导制了不同频率之间的相移，某个比特的一些频率成分会溢出到其他比特上，因此会产生码间串扰，它是传输信道上最高比特速率受限的一个主要因素。均衡技术也可用于时延失真。

（3）热噪声

是由于电子的热运动造成的，均匀分布在通信系统常用的频率范围内，因此它通常称为白噪声。

（4）互调噪声

当不同频率的信号共享同一传输媒体时，就会产生。互调噪声带来的影响是产生了额外的信号，它的产生是由于在发送器、接收器存在非线性因素，或者是传输系统受到干扰。

3、传输媒体

（1）双绞线

将线对绞合起来是为减轻同一根电缆内的相邻线对之间的串音干扰。双绞线有两种不同的类型：无屏蔽和屏蔽。所谓屏蔽就是用金属或护皮将双绞线屏蔽起来，以减少干扰。

（2）无线传输

我们感兴趣的频率范围有三个：（1）微波频率，在个频率范围内，高方向性的波束是可实现的，因此微波非常适用于点对点传输。（2）无线电波区，适用于全向应用（3）红外线频谱，在特定地域内完成点对点及多点应用时非常有用。

4、信号编码技术

数据率：指的是数据传输的速率，以比特每秒为单位。

调制速率：指信号电平改变的速率，用波特表示。

（1）数字数据，数字信号

对数字数据进行数字编码的最简单的形式是为二进行制1分配一个电平，再为二进行0分配另一个电平。更复杂的编码机制可通过改变信号的频谱并提供同步能力来提高其性能

（2）数字数据，模拟信号

调制解调器可以将数字数据转换为模拟信号，以便在模拟线路上传输。其基本技术有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）以及相移键控（PSK）。以上几中方式都要涉及到对载频的一个或多个属性的改变来表示二进制数据。

（3）模拟数据，数字信号

最简单的技术是脉码调制（PCM），它包括对模拟数据的定期采样及对这些样本的量化处理

（4）模拟数据，模拟信号

模拟数据经过载频后生成的模拟信号位于不同的频带上，以便于某个模拟传输系统的操作。其基本技术是调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）

5、数字通信技术

（1）异步传输

这种机制的策略是拒绝传输无中断的长比特流,以此来避免时序上的问题.

（2）同步传输

比特块以稳定的比特流的形式传输,没有起始和停止位.为了防止发送器和接收器之间的时间偏移,它们时钟必须以某种形式同步.

6、数据链路控制

由于存在传输差错的可能性，并且数据接收方可能需要调整数据到达的速率，因此完全靠同步和接口技术本身还是不够的。有必要在各通信设备中再增加一个控制层，由它提供如流量控制、差错检测及差错控制这样的功能。流量控制使接收方能够调整来自发送方数据流，以防止接收方的缓存溢出。在数据链路控制协议中，差错控制是通过对损伤帧的重传来实现，这些帧或者是未被确认，或者是因为对方要求重传。
（1）滑动窗口流量控制

让我们来考察一下两个全双工链路连接的站点A和B之间是如何工作的。站点B为w个帧分配了缓存，因此，B能够接受W个帧，且允许A在不等待任何确认帧的情况下发送w个帧。为了始终掌握哪些帧已经被确认，每个帧都通过一个序号来标识。B通过发送一个帧来肯定某个帧已经被接收，在这个确认帧中包含有下一个希望接收到的帧序号。同时这个确认帧还隐含地表明了B已经准备就绪接收以指明序号为首的W个帧。这种机制也可用于一次确认多个帧。例如，B接收了帧2，3，4，但在帧4到达之前它不发出确认帧。当帧4到达后，B通过返回一个带有序号5的确认帧来一次性肯定2，3，4的到达。A维护了一张允许发送的序号列表，而B维护的是它准备接收的序号的列表。这两张列表都可以被 认为是一个帧窗口。因此这种操作称为滑动窗口流量控制。
（2）自动重传请求

停止等待、返回N、选择拒绝。

接收方必须维护一个足够大的缓存，以便保存收到的帧，直至那个差错的帧被重传，而且它还必须具有能够按照正确顺序重新插入这些帧的逻辑。发送方也需要具有能够发送失序帧的更为复杂的逻辑。

7、复用

复用使从个传输源能够共享某一较高的传输容量。复用的两种常见形式是频分复用（FDM）和时分复用（TDM）。

（1）频分复用

可用于模拟信号，通过 为每个信号分配不同的频带，就可以在同一个媒体上同时运输数个信号。要将各信号搬移到要求的频带上就需要使用调制设备，而要将调制信号结合起来就需要使用复用设备

（2）同步时分复用

可用于数字信呈或携带数字数据的模拟信号，在这种复用形式下，来自各种数据源的数据以不断重复的帧形式运载。每个帧由一组时隙组成，各数据源在每个帧中分配一个或多个时隙。其效果是对来自各数据源的数据比特进行交错传输

（3）统计时分复用

并不事先为特定的数据源分配时隙，而将用户数缓存起来，并利用空间的时隙，尽可能快的传输出去。

8、扩频

扩频是无线通信的一种重要编码形式。使用扩频技术不但能够提高接收效果，而且可以加大人为干扰和侦听的难度。扩频的基本思想是对信号进行调制，使传输信号的带宽显著增加。

（1）跳频扩频

信号用看似随机的无线电频率序列进行广播，信号以固定时间间隔从一个频率跳到另一个频率

（2）直接序列扩频

通过扩频码将原信号的每个比特对应到传输信号中的多个比特

（3）码分多址

使多个用户可以做到彼此之间很少干扰地独立使用相同的带宽。