数据通信基础
本章节主要介绍数据通信的基本概念、数据通信方式、多路复用技术、数据交换技术、数据通信的主要性能指标、传输媒体等内容。数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码的过程。在数据通信中,人们习惯将被传输的二进制代码的 0、1 称为码元。数据通信的任务就是要传输二进制代码比特序列,而不需要解释代码所表示的内容。
数据通信的基本概念包括数据、信息与信号。通信的目的是交换信息(information),信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。为了传送这些信息,首先要将每一个字母、数字或符号用二进制代码表示。
数据通信的发展可以追溯到 19 世纪中期。美国人 Samuel F.B. Morse 完成了电报系统的设计,他设计了用一系列点、划的组合表示字符方法,即莫尔斯(Morse)电报码,并在 1844 年通过电线从华盛顿向巴尔的摩发送了第一条报文。1866 年,通过美国、法国之间贯穿大西洋的电缆,电报将世界上的不同国家连接起来。
莫尔斯电报码只适用于电报操作员手工发报,而不适用于机器的编码与解码。1870 年,法国人 Emile Baudot 发明了适用于机器编码、解码的博多(Baudot)码。博多码采用 5 位信息码元(即 5 位 0、1 比特序列),只能产生 32 种可能的组合,因此在用来表示 26 个字母、10 个十进制数字、标点符号与空格时是远远不够的。为了弥补这个缺陷,博多码不得不增加两个转义字符。
目前应用最广泛的是美国信息交换标准编码 ASCII 码(American Standard Code for Information Interchange)。ASCII 码本来是一个信息交换编码的国家标准,后来被国际标准化组织接受,成为国际标准 ISO 646,又称为国际 5 号码。因此,它被用于计算机内码,也是数据通信中的编码标准。ASCII 码采用 7 位二进制比特编码,可以表示 128 个字符。字符分为图形字符与控制字符两类。
随着计算机技术的发展,多媒体(multimedia)技术得到了广泛的应用。多媒体技术中的媒体是指信息的载体,例如数字、文字、语音、图形与图像。多媒体计算机技术就是要研究计算机交互式综合处理多种媒体信息(文本、图形、图像与语音)。利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输,是通信技术研究的重要内容之一。
与文本、图形信息传输相比较,语音、图像信息传输的特点是:要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性。以图像信息传输为例,如果每帧图像由 1024×768 个点阵组成,图像颜色有 256 种,每个点阵用 1 字节二进制数表示,每秒钟传送 30 帧图像,那么每秒钟需要传送 23592960 字节。如果传送数字化的语音信号,每秒钟对语音信号进行 22050 次取样,每次取样值用 1 字节表示,那么单声道每秒钟需要传送 22050 字节;双声道立体声每秒钟需要传送 44100 字节。