Data Communication Computer Network 简明教程

Digital Transmission in Computer Network

数据或信息可以使用两种方式存储，模拟和数字。对于计算机来说，它必须采用离散的数字形式才能使用数据。与数据类似，信号也采用模拟和数字形式。为了以数字方式传输数据，它必须先被转换为数字形式。

本部分解释了如何将数字数据转换为数字信号。它可以通过两种方式完成，线路编码和块编码。对于所有通信，都必须使用线路编码，而块编码是可选的。

将数字数据转换为数字信号的过程称为线路编码。数字数据采用二进制格式。它在内部表示（存储）为一系列 1 和 0。

数字信号由离散信号表示，它表示数字数据。有三种可用的线路编码方案：

单极编码方案使用单个电压电平来表示数据。在这种情况下，为了表示二进制 1，高电压会传输，为了表示 0，不会传输电压。它还被称为单极-不归零，因为不存在静止条件，即它表示 1 或 0。

极性编码方案使用多个电压电平来表示二进制值。极性编码有四种类型：

极性不归零（极性 NRZ）它使用两个不同的电压电平来表示二进制值。一般正电压表示 1，负电压表示 0。它也是 NRZ，因为它不存在静止条件。NRZ 方案有两个变体：NRZ-L 和 NRZ-I。NRZ-L 会在遇到不同位时改变电压电平，而 NRZ-I 会在遇到 1 时改变电压。

归零（RZ）NRZ 的问题在于，如果发送器和接收器的时钟不同步，接收器无法确定何时结束一个位和何时开始下一个位。RZ 使用三个电压电平，正电压表示 1，负电压表示 0，零电压表示无。信号会在位中改变，而不是在位之间改变。

曼彻斯特这种编码方案结合了 RZ 和 NRZ-L。位时间分为两半。它在位中间过渡，并且在遇到不同位时改变相位。

差分曼彻斯特这种编码方案结合了 RZ 和 NRZ-I。它也过渡在位的中间，但是仅在遇到 1 时改变相位。

双极编码使用三个电压电平，即正、负和零。零电压表示二进制 0，位 1 通过交替正电压和负电压来表示。

为了确保接收到的数据帧的准确性，使用了冗余位。例如，在偶校验中，添加一个校验位，以便使帧中 1 的数量变为偶数。通过这种方式，位数会增加。这被称为块编码。

块编码以斜线表示法表示，mB/nB。这意味着，m 位块被 n 位块替换，其中 n > m。块编码涉及三个步骤：

完成块编码后，对它进行线路编码以进行传输。

麦克风会产生模拟语音，摄像机会产生模拟视频，它们被视为模拟数据。为了通过数字信号传输这种模拟数据，我们需要进行模数转换。

模拟数据是波形中的连续数据流，而数字数据是离散的。为了将模拟波转换为数字数据，我们使用脉冲编码调制 (PCM)。

PCM 是将模拟数据转换为数字形式最常用的方法之一。它涉及三个步骤：

模拟信号在每个 T 间隔取样。取样的最重要的因素是模拟信号取样的速率。根据奈奎斯特定理，取样速率必须至少为信号最高频率的两倍。

取样产生连续模拟信号的离散形式。每个离散模式显示该时刻模拟信号的幅度。量化是在最大幅度值和最小幅度值之间进行的。量化是对瞬时模拟值的近似。

在编码中，每个近似值然后被转换成二进制格式。

传输模式决定了数据如何在两台计算机之间传输。1 和 0 形式的二进制数据可以通过两种不同的模式发送：并行和串行。

二进制位被组织成定长的组。发送器和接收器都通过等量的数据线并行连接。这两台计算机都区分高位和低位数据线。发送器一次在所有线上发送所有位。由于数据线等于一组或数据帧中的位数，因此一组完整的位（数据帧）一次发送。并行传输的优点是速度快，缺点是导线成本，因为它等于并行发送的比特数。

在串行传输中，位在队列方式下逐个发送。串行传输只需要一个通信通道。

串行传输可以是异步或同步的。

之所以这么命名，是因为没有时间的重要性。数据位有特定的模式，它们帮助接收器识别开始和结束数据位。例如，每个数据字节前缀一个 0，并在末尾添加一个或多个 1。

两个连续的数据帧（字节）之间可能存在间隙。

同步传输中的时序很重要，因为没有机制遵循来识别开始和结束数据位。没有模式或前缀/后缀方法。数据位以突发模式发送，在字节（8 位）之间不保持间隙。单个数据位突发可能包含多个字节。因此，时序变得非常重要。

由接收器识别和将位分隔为字节。同步传输的优点是速度快，而且没有异步传输中额外的报头和报尾位的开销。