1.1 数据通信基本概念

1.数据通信概述

通信是信息的传输，是信息或其表示方式、表示媒体的时间/间转移。1753年2月17日，《苏格兰人》杂志发表了署名“C.M”的书信，首次提出用电进行通信的设想，由此拉开电通信的序幕。1837年莫尔斯发明电报，1876年Bell发明电话以来，通信由传统的电报、电话等单一品种扩大到传真、数据通信、图像通信、电视广播、多媒体通信等；传输介质由明线、无线短波、电缆到微波、卫星、海缆和光缆；交换设备由机电制布线逻辑方式向计算机程序控制方式发展；传输设备由模拟载波向数字脉码调制方式发展；终端设备由机电方式向微处理器控制的多功能终端发展；通信地点由固定方式转向移动方式，并逐步实现个人化。数字化、大容量、远距离、高效率、保密性、可靠性等成为现代通信的特点。

数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。数据通信作为以传输数据为业务的通信方式，是依照一定的通信协议，利用传输技术在两个终端间传输数据信息的通信方式和通信业务。它是随着计算机技术和通信技术的迅速发展，特别是两者相互渗透与结合，于20世纪50年代出现的一种通信方式。作为现代通信技术的重要方面，数据通信克服了时间上、空间上的限制，实现远程“计算机—终端”间的相互通信，以达到软硬件资源、信息资源及数据处理的共享。它是继电报、电话业务之后第3种最大的通信业务，但不同于电报、电话，数据通信主要实现“人（通过终端）—机（计算机）”通信与“机—机”通信，也包括通过智能终端的“人—人”通信。其主要特点如下：

· 数据通信实现“人—机”、“机—机”、“人—人”之间的通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征；

· 数据通信具有灵活的接口能力，以满足各式各样终端间的相互通信；

· 数据通信的突发度高，通信持续时间差异大，是一种阵发式通信；

· 数据传输准确性要求高，需要严格的通信协议；

· 传输速率高，要求接续和传输响应时间快；

· 数据通信对差错敏感，可靠性要求高；

· 数据通信对时延和时延抖动不敏感。

2.数据通信研究内容

数据通信的主要任务是完成计算机或数据终端间数据的传输、交换、存储和处理等。从信号形式看，传输和处理的是离散数字信号，不是连续模拟信号；从任务要求看，是计算机或其他数据终端间的通信，要求速度快、可靠性高；从通信内容看，不限于单一的语音，还包括视频、图像、文件等；从通信信道看，数据通信不限于某种具体的传输介质。总之，数据通信涉及范围广，应用技术多，研究内容丰富。通常从数据通信系统各组成部分功能的角度，把数据通信研究的内容划分为以下3个基本方面：

① 数据传输。数据传输研究适合传输的电信号形式，以及构成传输媒体和用来控制电信号的各种传输设备，解决如何为信息提供合适的传输通路。

② 通信接口。通信接口研究如何把发送端的信号变换为适合于传输的电信号，或者把传输到接收端的电信号变换为终端设备可接收的形式。

③ 通信处理。通信处理作为数据通信系统最复杂的部分，主要涉及：数据处理，包括数据编码/解码、数据压缩/解压缩、差错控制等；转换处理，包括速率转换和代码转换，前者是为了适配发送端与接收端间速率的差异，后者将发送端采用的代码转换为接收端采用的代码，起代码“翻译”的作用；控制处理，包括网络控制、路由选择控制、流量控制等，这类功能涉及如何在发送端与接收端之间选择一条有效的、经济的路径，控制报文有序且安全地由发送端传输到接收端。

3.数据通信涉及的技术

数据通信所涉及的技术问题很多，主要有信道特性、传输技术、多路复用技术、同步技术、交换技术、通信接口技术、差错控制技术、数据通信网技术、多媒体通信技术等。

① 通信信道。了解通信信道的分类，掌握信道的特性，对数据通信至关重要。数据通信研究常用信道的特性及有线信道、无线信道的工作机理。

② 数据传输技术。数据传输技术是发送端、接收端处理信号过程中涉及的基本技术，包括基带传输和频带传输。前者涉及一系列技术问题，如信号传输码型、减少码间串扰的方法等；后者核心技术之一是数字调制解调技术，将输入的数字信号（基带数字信号）变换为适合于信道传输的频带信号，常见的数字调制方式有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、多进制数字调制等。

③ 多路复用技术。多路复用是提高信道利用率的有效方法，多路复用技术包括频分复用（FDMA）、时分复用（TDMA）、码分复用（CDMA）、波分复用（WDMA）和数字分解/复接技术等。

④ 同步技术。同步是数据通信系统的基本组成部分，目的是使通信系统收、发两端在时间上保持步调一致。数据通信离不开同步，同步系统性能好坏直接影响数据通信系统性能的优劣。同步方式主要有载波同步、位同步、群同步及网同步等。

⑤ 交换技术。交换是实现一点对多点通信的基础，是现代通信的关键技术之一，包括电路交换、分组交换、帧中继交换、异步交换（AT M）等。

⑥ 通信接口技术。通信接口技术包括接口的功能、过程、电气和机械4个方面，涉及怎样把发送端的信号变换为适合于信道传输的形式；把传输到终点的信号变换为适合接收终端设备接收的形式等内容，另外还涉及通信的规程和协议。

⑦ 差错控制技术。差错控制技术主要研究检错、纠错码原理及实现方法。其中，编码器根据输入的信息码元产生相应监督码元来实现差错控制；译码器主要用于检错与纠错。

⑧ 数据通信网技术。通信网是实现数据通信基础平台，是数据通信高效可靠进行的保障，包括计算机局域网（LAN）、分组交换数据网、数字数据网（DDN）、宽带IP（Internet Protocol）网、接入网等。

⑨ 多媒体通信技术。多媒体通信是一个多学科交叉、跨行业渗透的新兴技术领域，主要研究多媒体信息处理、多媒体通信网络、多媒体终端和多媒体通信同步等。

4.数据通信的业务

数据通信技术发展离不开所支持和提供的业务。从信息载体角度说，数据业务就是由计算机进行运算、处理和存储的数据为信息载体的业务，主要分以下两类：

① 基础数据业务。主要指公共数据传送业务和移动数据业务。前者是利用电路交换、分组交换或租用电路组成的固定公共数据通信网上开发以传送数据为目的之业务；后者是利用公用陆地移动蜂窝通信网作为承载网提供的数据业务，包括短消息（SMS）业务、速率达64kbps的中速移动数据业务、速率128kbps以上的移动多媒体业务。

② 增值数据业务。增值数据业务概念最开始就是从数据业务引入的，是指在原基础网络设施的基础上增加必要设备构成增值网后，向用户提供新的业务，能显著提高原基础网络设施的使用价值。

5.数据通信发展趋势

数据通信发展趋势主要体现为以下几点：

① 向大容量通信发展。随着因特网业务的飞速增长，以IP为主的数据业务对路由器、交换机处理能力及容量提出了更高要求。据预测，每6～9个月，因特网骨干链路的带宽就增长一倍，能否有效支持、处理这种高速增长的业务需求是网络发展的关键。为满足数据、语音和图像综台承载的业务需求，IP网络应具有高速的包转发和处理能力、强大的组网能力、完善的质量保证机制等，这些都使得网络设备向超大容量方向发展，由目前G比特路由器向T比特路由器过渡。

② 多协议标记交换（MPLS）技术发展。MPLS是一种利用数据标记引导数据包在通信网高速、高效传输的新技术，主要贡献是在无连接网络环境中引入连接的概念，能够规划、预测数据的流量和流向，有效提高网络利用率，保证用户服务质量（QoS）。MPLS流量工程和MPLS VPN是该技术在网络应用的主要方面。前者将流量合理地在链路、节点上进行分配，减少和抑制网络拥塞，如网络出现故障，能快速重组路由，提升网络服务质量；后者在公用网络上向用户提供虚拟专用网（VPN）服务，不仅能满足用户对信息传输安全性、实时性、灵活性和带宽保证方面的需要，还能节约组网费用，具有广阔的发展前景。

③ 光传输技术的融合。传统的光传输系统在承载数据业务上，一般作为数据网络和IP网络的底层传送平台，带宽采用固定连接方式，具有很强的QoS保证。但随着数据业务、特别是IP业务的快速发展，以固定带宽传输方式承载具有突发特性的数据业务时，存在网络资源利用率低、网络组织调度不灵活等局限性。为适应下一代网络（NGN）发展之需，数据通信技术与光传输技术的融合已成必然。目前，新兴的多业务传送平台（MSTP）技术越来越受到关注。该技术基于SDH演变而来，已融合了多种数据通信技术，逐步从单纯的光传输设备向多业务传送平台过渡。MSTP可以提供以太网接入、数字数据网（DDN）接入，实现对二层、三层数据的支持，具有自动迂回和低时延等特点。

④IPv4向IPv6过渡。IPv4是20世纪70年代制定的协议标准，采用32b表示地址，目前网络均采用该标准。随着IP网络规模和用户数量迅速增长，IPv4地址空间小的问题日益突出，特别是大量移动终端和无线设备的应用，必然促进IPv4向IPv6过渡。IPv6于90年代初提出，除采用128b表示地址空间外，还增强了对IP安全性和IP移动性的支持，能适应未来网络发展和业务发展的需要。