1.3 数据通信基础

1.3.1 基本概念

在这里先介绍一些与数据通信有关的基本术语，在后面的讨论中将直接用到这些基本术语。

1.数据和信息

数据是一种适合于人类或自动化方法进行通信、解释或处理的，按正规方式表示的实体、概念或指令。数据是携带含义的实体。数据的含义就是信息，数据是信息的载体，信息是数据的解释，是数据所要表达的内容。为了交换信息，需要访问数据，并把数据发送出去。

2.模拟信号和数字信号

在通信系统中，数据的传送是通过电信号实现的。信号是数据的电子或电磁编码。数据的传输实际上是把代表这些数据的电信号沿着合适的媒体，从一个地点传送到另一个地点。

根据电信号的性质，可把电信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号的幅度随时间连续变化，是连续变化的电磁波；数字信号在时间上和幅度上都是不连续的，是一串离散的脉冲。图1-9（a）表示的是一段模拟信号的波形，它的电压随时间连续变化；图1-9（b）表示的是一段数字信号的波形，它的电压在很短的瞬间，从一个电平跳变到另一个电平，保持一段时间后，再产生下一次跳变。利用数字信号中不同的电平，可以表示数字0和1。

不变的信号是无法表示数据的。为了用电信号表示数据，需要电信号随时间而变化。衡量信号随时间变化特征的一个重要参数是频率。频率是指信号的一个完整波形在1秒内重复的次数，它的单位是Hz（赫兹）。频率越高，在单位时间内传送的信息越多。

3.模拟数据与数字数据

模拟数据是以某个区间内的连续值的形式出现的数据，如温度、压力、声音；数字数据是以离散值形式出现的数据，如整数、文字的数字编码等。

计算机中的数据是用二进制数表示的，所以都是数字型数据。有些需要计算机处理的信息，例如声音是模拟数据。模拟数据和数字数据既可以用模拟信号表示和传送，也可以用数字信号表示和传送。不过，用模拟信号表示数字数据，和用数字信号表示模拟数据都需要经过必要的编码转换；用数字信号表示数字数据，和用模拟信号表示模拟数据往往也要编码和调制。

4.比特

计算机中的数据都用二进制数表示，一个二进制位叫一个比特，即英文bit的音译。

5.信道

为了充分利用物理线路，往往采用多路复用技术，在一条物理线路中同时传输多路信号，从而提高了线路的整体传输能力。根据复用技术的不同，可以分为频分复用、时分复用等。用于每路信号传输的通道，称为信道。例如，在频分多路复用技术中，在带宽允许的范围内，可按频率分为多个不同频率范围的频段，不同的信号在不同的频段中用不同的频率传输。可见，一条物理线路可以被划分为多个信道，每条信道传输一路数据，一条线路同时传输多路数据。

根据传输信号的不同，信道可以分为模拟信道和数字信道。

6.带宽

传输介质因受其电气特性的限制，对所能通过的信号的频率有一定的限制，即存在一个频率的上限。如果信号的频率超过了这个上限，信号就会严重变形，使得接收端无法正确识别收到的信号。这是因为在硬件方面实现信号的改变是需要时间的，当信号的变化大于硬件可以改变信号的最大速率时，在发送下一个信号之前，硬件没有足够的时间完成一次信号的改变，这样，就会丢失部分信号。信道所能传送的信号的频率范围称为信道的带宽。显然，频率的上限越高，允许的信号频率也越高，数据的传输速率就越高。

7.数据传输速率

计算机中的数据都是用二进制数表示的，传输系统每秒传输的二进制数据的位（即比特）数就是该传输系统的数据传输速率。数据传输速率的单位是bps（bit per second）或b/s。

数据传输速率与频率上限之间存在一定的关系。按照奈奎斯特采样定理，对于传输二进制数据的传输系统，最大传输速率是频率上限的2倍。这是一种理想情况，是一个实际上无法达到的最大值。实际的传输系统总是有噪声和干扰的，所以实际可以达到的数据传输速率要小于这个值。

带宽和数据传输速率是从不同角度衡量通信系统传输数据能力的指标。带宽是从信号的角度反映数据传输的能力的，如果采用频分多路复用技术，带宽越高，可以划分的频段也越多，整体的传输能力就越大；数据传输速率是从传输结果的角度来表示数据传输速度的，它反映的是传输系统在单位时间内二进制数据（不是信号）通过的能力。在一般情况下对二者并不加以严格区分。

8.延迟

延迟（Delay）也叫时延，是时间延迟的意思。延迟是指数据从发送端发出，到接收端收到所经过的时间。显然，延迟越小，实时性越好。

延迟一般由以下几部分组成。

● 信号通过传输介质所需要的时间。这部分延迟与传输距离成正比，在一般网络中，

这部分延迟很短，但在卫星通信中这部分延迟比较明显；

● 在网络设备中对数据单元进行处理时产生的延迟。网络设备要对数据单元进行存储、差错检验、路径选择等工作，这些操作都需要一定的时间；

● 数据单元在网络设备上排队，等待线路空闲所需要的时间；

● 在共享介质的局域网中，需要发送数据的计算机必须等到获得信道的使用权后才能发送数据，这段时间也是延迟的一部分。

9.面向连接与无连接

网络通信可以分为面向连接和无连接两大类，相应地，网络所提供的通信服务也就分为面向连接的服务和无连接的服务。

面向连接的通信服务由3个过程组成：建立连接、传输数据和撤销连接。所谓建立连接是指在传输数据之前，先在数据源（即数据的发送方）与目的地（即数据的最终接收方）之间建立联系，双方都为数据传输做好准备。连接可以是物理连接，即在数据源与目的地之间真正接通一条通路，直到数据传送结束才撤销；也可以是逻辑连接，即在数据源与目的地之间确定一条数据传输的通路，但在物理上并不马上接通，只是在数据分段传送时才接通并且占用某段链路；还可以是仅仅建立一种双方对数据发送与接收的确认机制，以便保证传输的可靠性。

面向连接的模式类似于电话通信，在打电话时，要先拨通电话，确认双方都准备好通话，这一过程就是建立连接的过程；双方通话的过程相当于数据传输的过程；通话结束时，要挂断电话，这就是撤销连接的过程。

无连接是指在传输数据之前，不需要在数据源与目的地之间建立联系，发送方可以随时发送数据，但数据中要携带目的地的地址，网络按照目的地地址把数据传送到目的地。

无连接模式类似于邮件的投递，邮件上必须有收信人的地址，邮政系统按照地址把邮件送到收信人手中，而发送邮件之前不需要通知收信人。

在广域网中两种服务模式都有应用，在局域网中一般使用无连接服务模式。

1.3.2 信息的传输方式

1.通信方式

根据使用信道的多少和在某一时间内信息传送的方向，可以分为3种通信方式：单工通信、半双工通信和全双工通信。

（1）单工通信

图1-10（a）是单工通信的示意图。在单工通信中，信息只能向一个方向传输，即一方只能是发送方，另一方只能是接收方。单工通信的例子有无线电广播、电视节目传送和寻呼系统。

（2）半双工通信

图1-10（b）是半双工通信的示意图。在半双工通信系统中，每一方都可以接收和发送信息，但接收与发送不能同时进行，在某个时间内，信息只能在一个方向上传输，而另一时间内信息在相反的方向上传输。半双工通信的例子有对讲机、计算机与终端之间的通信。

（3）全双工通信

全双工通信是指通信双方可以在两个方向上同时进行通信。图1-10（c）是全双工通信的示意图。

2.传输方式

在计算机中，用二进制数表示的数据一般以字节为单位，这里所说的传输方式是指用什么单位来传输二进制数据。如果以一个二进制位为单位传输，就是串行传输。如果以字节为单位传输，就是并行传输。

（1）串行传输

串行传输是把每个字符中的每个二进制位，即比特，按顺序排列成串，形成比特流，逐位在信道上传送。图1-11表示的是串行传输。

由于串行传输把组成每个字符的二进制位排列成位串，必须采用一种方法来区分每个字符由哪些二进制位组成，即每个字符的开始和结束在哪里，否则接收方无法分辨收到的信息含义。确定每个字符开始和结束的方法称为字符同步。

串行传输只需要一条信道，减少了设备成本，易于实现，与并行传输相比，串行传输的效率低，必须进行字符同步。

（2）并行传输

并行传输是把多个比特以成组的方式在多个并行的信道上同时传输，通常以8个比特构成的一个字符为单位，一次传输8个比特，占用8条信道。图1-12表示的是在收发时钟的同步控制下，以字符为单位的并行传输。

并行传输的传输速率高，收/发双方不存在字符同步的问题，但需要多个并行的信道，设备成本比较高；并行线路之间也存在相互干扰，不适合长距离通信。

3.同步方法

同步是指通信的收/发双方发送和接收数据在时间基准上必须保持一致。同步方法分为异步方式和同步方式。如果采用异步方式进行同步，就叫做异步传输方式；如果采用同步方式进行同步，就叫做同步传输方式。

（1）异步传输方式

在异步传输方式中，以字符为一个整体进行传输，每个字符之间有一定的时间间隔，间隔的大小并不限定，而是在每个字符前加上一个起始位，起始位是低电平，相当于数字“0”状态，在每个字符后加上1.5个或2个截止位（即宽度相当于一个比特的1.5或2倍），截止位是高电平，相当于数字“1”状态；在启始位和截止位之间是7～8个比特的数据位（即一个字符），按低位到高位排列。接收端通过每个字符的起始位和截止位来确定一个字符。图1-13是异步传输方式中比特流的结构。

在异步传输方式中，在发送的两个字符之间，不需要进行同步，在收到字符的起始位时，才启动接收时钟，以便实现同步，在收到字符的截止位时，就结束同步，为接收下一个字符做准备。

可见，使用这种同步方式，是在接收每个字符时调整时钟基准，这就抑制了时钟误差的积累。

异步传输方式的优点是每个字符本身包含了该字符的同步信息，使得收发同步的实现比较简单；缺点是每个字符都要添加起始位和截止位，增加了传输的时间，降低了传输的效率，所以一般用于低速传输。

（2）同步传输方式

同步传输方式是以固定的时钟节拍来串行发送数据信号的一种方法。在同步传输方式中以一串比特流或一组字符形成的数据块为一个整体传送，在这个数据块中每个比特的宽度相同，比特之间或字符之间都不存在时间间隔，在数据块的开始和结束处使用特殊的同步字符来区分。图1-14是以字符组成数据块的同步传输方式的数据块结构。

为使接收端能够精确地确定数据块的边界，以及准确地接收每个比特，除数据块一级的同步外，还必须保证每一位都同步，这种同步称为位同步。

位同步是为保证收/发双方在确定每个比特的宽度上保持一致。

在数字通信中，数据是按位传送的，这要求收/发双方必须按相同的速率发送和接收数据，以便区分数据位和字符。由于发送的数据中的每个比特的信号宽度都是相同的，只要收/发双方的计算机中的时钟保持一致，就可以实现同步。不同计算机中的时钟总是有差异的，收/发双方计算机时钟的微小差异不会影响在很短时间内数据的传输，但在一段时间内微小差异的积累，就会产生较大的差异。防止这种情况发生的办法是按照发送端的时钟来调整接收端的时钟基准和时钟频率，这一过程叫位同步。

实现位同步的方法有两种：外同步法和内同步法。

外同步法是在发送数据前，由发送端先向接收端发出一串同步时钟，接收端按这一时钟来校正自己的时钟基准和频率，从而保持同步。

内同步法也称自同步法，在对数字数据编码时采用曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码，这两种编码中每位的中间都有一次跳变，可以作为同步时钟信号，即发送端发送的数据中自带了同步信号，接收端可以从数据中分离出这个同步信号，控制接收过程。

同步传输方式的优点是取消了每个字符的起始位和截止位，减少了传输中的附加信息，提高了传输的效率。但是，在异步传输中的一个错误只影响一个字符的接收，而在同步传输中的错误则影响整个数据块的正确性。同步传输一般用于高速传输。

1.3.3 传输介质

传输介质是在信号的传送中承载信号的媒介，它构成收、发双方的物理通路。在计算机网络中常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质。

有线传输介质是有形的线路，如普通电话线、双绞线、同轴电缆、光纤，它们常被用于固定点之间的通信。

无线传输介质是不同频率的电磁波，按照电磁波频率的不同，无线传输介质分为无线电波、微波、红外线等。无线传输介质既可用于固定点之间的通信，也可用于移动点之间的通信。

1.双绞线

双绞线由两根相互绝缘的铜线按一定的扭距扭绞而成，扭绞的目的是降低两根导线之间的电磁干扰，双绞线的结构如图1-15所示。一对双绞线可以作为一条通信线路，通常把4对双绞线放在一起，用一个封套套起来构成双绞线电缆。

双绞线可以分为屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）和非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）。

国际电气工业协会为非屏蔽双绞线定义了5种质量级别。计算机网络中最常用的是第3、4、5类双绞线，它们的主要区别是扭距不同。

3类非屏蔽双绞线的带宽是16MHz，一般用于语音及低于10Mbps的数据传输，如10Base-T以太网。

4类非屏蔽双绞线的带宽是20MHz。

5类非屏蔽双绞线一般用于语音及100Mbps或155Mbps的数据传输，如100Base-T以太网和155Mbps的ATM。

屏蔽双绞线在电缆的封套内有屏蔽层，其抗干扰能力优于非屏蔽双绞线。

双绞线适合于点到点的连接（即两个设备之间的连接），既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。

双绞线的价格便宜，但抗干扰能力较差。双绞线被广泛用于办公大楼的结构化布线系统中。

2.同轴电缆

同轴电缆的结构如图1-16所示。同轴电缆是在铜导线的外边包有一层绝缘层，在绝缘层之外是金属屏蔽层，在屏蔽层之外有一层保护层。由于芯线与屏蔽层同轴，所以称为同轴电缆。

同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆用于数字信号的传输，如传统的总线结构以太网就使用基带同轴电缆。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆。在局域网中，粗缆的传输距离比细缆更长。宽带同轴电缆用于模拟信号的传输，使用频分复用技术，在一条宽带同轴电缆上可以传输多种不同频率的模拟信号，例如有线电视就可使用宽带同轴电缆。

同轴电缆既可用于点到点的连接，又可用于多点连接（即在一根电缆上连接多台设备，如总线型局域网）。

同轴电缆的优点是抗干扰能力比较强；缺点是价格比双绞线高，在局域网中的连接方法比双绞线复杂。

同轴电缆常被用于传统总线型局域网中。

3.光纤

光纤是光导纤维的简称。光纤是一根直径很细（一般在几微米到一百多微米之间）的可弯曲的导光介质。光纤可用超纯的玻璃、塑料或硅材料制成。

单根光纤由导光的纤芯和包层组成，外面还有一层保护层，光纤的结构如图1-17（a）所示。光纤的传输原理是：由于光纤材料的折射率比较高，而包层的折射率比较低，光束在芯线中传播时，在芯线和包层的交界处形成全反射，这样不断反射，使得光束沿芯线的轴线方向传播，达到传送光信号的目的。

按照光束在光纤中传播的不同模式，可把光纤分为多模光纤和单模光纤两种。图1-17（b）是多模光纤中光传播的原理图，图1-17（c）是单模光纤中光传播的原理图。

在多模方式下，不同入射角的光按不同角度反射，光以不断被反射的方式沿光纤传播；在单模方式下，光纤的直径减小到光波长的数量级，光束只能沿光纤的轴向直线传播。单模光纤的性能比多模光纤更好，它的损耗小，传输的距离可以更长，但单模光纤的价格高，端接难度也更大。

在通常情况下，把多根光纤以某种方式捆在一起，外面再加一层保护套就形成光缆。为了加强光缆的机械强度，有时在保护套内还有一些填充物，或者加进一根钢芯。

光纤中传输的是光信号，所以在光纤的两端必须有光电转换装置，图1-18是光纤传输的示意图。在信号的发送端，需要使用发光管作为光源，它按照电信号的变化产生光信号射入光纤；在光纤的另一端，要用光敏管把光信号还原为电信号。由于光纤通常用于传输模拟信号，在发送端和接收端，还要进行调制和解调。

光纤传输使用的光源频率为1014～1015Hz，这个范围覆盖了红外线和可见光。多模光纤可用比较便宜的发光二极管作为光源，单模光纤一般使用价格较贵的激光发射管作为光源。

光纤的优点是明显的，主要有以下几点。

● 带宽更宽：使用光纤可在几十千米的距离上以几Gbps的速率传输数据；

● 可靠性高：光纤中传输的是光信号，不受外界的电磁干扰，误码率很低，传输的可靠性很高；

● 安全性好：光纤不产生电磁辐射，不容易被窃听，保密性好，也不会对其他电气设备造成干扰；

● 信号衰减低：光纤的信号衰减明显低于双绞线和同轴电缆，可以保持较长距离的高速传输；

● 重量轻，体积小。

光纤的缺点是成本高、分支比较困难、维修困难。

由于抽头困难，光纤多用于点到点的连接，不过，光纤也被用于多点连接的总线型结构中。光纤被广泛应用于高速网的主干网中。

4.无线介质

常用的无线介质有无线电波、微波和红外线等。

根据频率范围的不同，电磁波被分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线等。无线介质就是各种不同频率范围的电磁波。由于频率不同，它们的特性也不同。无线电波是指频率范围为104～108Hz的电磁波。利用无线电波，可在地面的两个天线之间传播信息，也可通过地球上方的电离层反射信号传播，图1-19（a）和图1-19（b）分别是这两种情况的示意图。

微波是频率在108～1011Hz之间的电磁波。微波的方向性好，频带较宽，可以支持高数据率的传输。图1-20表示的是一个地面微波传输系统，微波在两个天线之间传播，可以用中继的方式进行长距离的微波传输。

图1-21表示的是卫星微波传输系统。卫星微波传输系统可以进行点到点的传输，如图1-21（a）所示；也可进行广播式传输，如图1-21（b）所示。卫星通信系统的覆盖面积很大，最少使用3颗在距离地面35784km的地球同步轨道上的通信卫星，就可以使通信范围覆盖整个地球，不过，信号往返一次（指发送方发出信号到发送方收到接收方的回应）会有大约0.54秒的延迟。

红外线的频率范围高于微波，低于可见光。与无线电波和微波相比，红外线的穿透性比较差，所以一般用在一个很小的区域内，如一个房间内的数据传输。在室内不固定地点的设备之间使用红外线作为传输介质是非常方便的。例如，在便携机上安装红外线发射和接收装置，就可以方便地与室内其他计算机进行通信。由于红外线可被墙壁反射，它的安全性相对于其他无线介质也要好一些。

无线介质是利用不同频率的电磁波在空间的传播来传送信息的，相对于有线介质来说，无线介质可以用于可移动点之间的数据传输，但无线介质一般对环境比较敏感，容易受到环境的干扰，也容易被窃听，它的安全性比有线介质差。

1.3.4 基带传输与频带传输

按照传输的信号的不同，通信信道可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道传送模拟信号，数字信道传送数字信号。这样就有4种数据传输的组合：用数字信道传输数字数据、用数字信道传输模拟数据、用模拟信道传输数字数据和用模拟信道传输模拟数据。与此对应，在传输前需要把数据转换为信道能够传输的信号模式，在接收到信号后，还要把信号还原为原来的数据。

1.基带传输

用来表示二进制数“0”和“1”的脉冲信号称为基带信号。基带信号是数字信号，基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号。基带传输中要解决两个问题：数字数据的编码和收/发双方的同步。前面介绍了同步的概念，这里讨论数字数据的编码。

二进制数据编码的方法有多种。图1-22给出了几种编码方法。在图中，b0、b1、…表示不同的二进制位（即比特）。

（1）不归零码

图1-22（a）中的编码叫做不归零码。不归零码最为简单，直接用两种电平表示“0”和“1”。其特点是在一个比特的整个期间，其电平保持不变（即不归零）。

（2）差分不归零码

不归零码的一种变形是差分不归零码，如图1-22（b）所示。它与不归零码一样，在一个比特的时间内保持电平不变，数据本身以信号在每一比特开始时是否跳变来编码，如果是“1”，则信号跳变（若前一位为低电平，则跳变为高电平；若前一位为高电平，则跳变为低电平），如果是“0”，则不跳变，而与前一位保持相同电平。

不归零码（包括差分不归零码）的每一位只有一次跳变，可以充分利用传输介质的带宽，但编码本身不具有同步能力，并且含有直流分量。

（3）曼彻斯特编码

在局域网中广泛应用的是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。曼彻斯特编码的规则是在每个比特的中间电平跳变一次，如图1-22（c）所示。在表示数据“0”的时间区间内，信号的前半周为高电平，后半周为低电平，电平从高到低跳变一次；在表示数据“1”的时间区间内，信号的前半周为低电平，后半周为高电平，电平从低到高跳变一次。

曼彻斯特编码的优点是在每位数据的中间有一次电平的跳变，这种跳变既可用来表示数据（例如，从高到低的跳变表示“0”，从低到高的跳变表示“1”），又可用做时钟，起到同步的作用。所以，它是自带时钟的编码，在传输信号时不需要另外发送同步信号。曼彻斯特编码的另一个优点是信号中不含有直流分量。

曼彻斯特编码的缺点是一位数据可能有两次跳变，对带宽的利用率只有50%，降低了效率。

（4）差分曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。在差分曼彻斯特编码中，每个比特中间的跳变只用做时钟，并不表示数据本身，而用每个比特开始处是否产生跳变来表示“0”或“1”，如图1-22（d）所示。在图1-22（d）中，如果某一比特开始处不跳变，就表示“1”，跳变则表示“0”。例如，b0的前一位是“1”，并且为高电平，而b0是“0”，需要跳变，所以从高电平跳变到低电平；b1为“1”，不跳变，而b0结束时为高电平，所以b1的开始处也是高电平，结束时为低电平；b2 为“1”，在开始处不跳变，仍为低电平，在结束时为高电平；b3是“0”，在开始处从高电平跳变到低电平，结束时为高电平。后面各个比特与此类似。

可见，差分曼彻斯特编码的每个比特的开始处的跳变表示数据本身，中间的跳变表示时钟，而如何跳变（从高到低，还是从低到高）与数据无关。

与曼彻斯特编码一样，差分曼彻斯特编码的带宽利用率也是50%，但抗干扰能力更强。

除上述编码外，在高速网络中还使用其他编码方案，以便提高对带宽的利用率。

2.频带传输

电话网是目前覆盖面积最大的网络。利用电话网进行数据通信是一种正在普遍使用的通信手段，这种用模拟信道传输数字数据的方式叫频带传输。为了与宽带传输相区别，频带传输通常是指在电话网上传输数据。

由于电话线只能传送模拟信号，基带信号不适合在电话线路中传输，所以在传输前要把数字信号变换为模拟信号。

利用模拟信号传输数字数据时，在信道中传送的是一个周期性变化的模拟信号，为了用它表示数字数据，就要用表示数字数据的数字信号来改变这个模拟信号的参数，使这个模拟信号可以反映数据值的不同。由于传输的都是二进制数据，对模拟信号的改变只要能够区别0和1就可以了。这个模拟信号被称为载波，使用载波承载信息的过程叫做调制。在传输前，要用代表数字数据的信号调制载波，然后用模拟信道传输，接收方收到后，要从载波中分离出它所承载的数字信号，这个过程称为解调。

载波有3个主要参数：振幅、频率和相位。与此相对应有3种调制技术：

● 幅移键控（ASK，Amplitude Shift Keying）；

● 频移键控（FSK，Frequency Shift Keying）；

● 相移键控（PSK，Phase Shift Keying）。

（1）幅移键控（调幅）

在幅移键控中用改变载波的振幅来表示0和1。例如，当载波的振幅为0（即无载波输出）时表示0，当载波的振幅为一个常数（即有载波输出）时表示1，如图1-23（a）所示。

幅移键控的抗干扰能力比较差，效率不高，典型的应用是1200bps以下的语音等级线路。

（2）频移键控（调频）

频移键控是根据传输的数据改变载波的频率，用两种不同的频率来表示0和1，如图1-23（b）所示。频移键控的抗干扰能力比幅移键控好，一般用于高于1200bps的通信。

（3）相移键控（调相）

相移键控是根据传输的数据改变载波的相位，通过相位的不同来表示数字数据。如果用两个绝对相位来表示0和1，则称为绝对调相。在绝对调相中，用两个不同的固定起始相位的载波来表示“0”和“1”，而与前一位数据的相位无关。在图1-23（c）表示的绝对调相中，表示“1”的信号的起始相位偏移为0；表示“0”的信号的起始相位偏移为π。

如果每位数据的起始相位以前一位结束点的相位为基准进行变化，就称为相对调相。图1-23（d）表示的是相对调相。在图中的相对调相方法中，表示“0”的载波的起始相位相对于前一位的偏移为0，表示“1”的载波的起始相位相对于前一位的偏移为π。

上述两种调相方法使用两种相位偏移来表示0和1，被称为二相调制。还可以用多种相位偏移来表示多种状态，这种方法叫做多相调制。例如，把两个二进制位组合起来，共有4种状态：00，01，10，11，可用4种相位偏移来表示这4种状态。这样，载波的相位每改变一次可以传送两个比特的数据，这种方法叫四相调制。与此类似，还可以使用八相调制。可见，使用多相调制可以提高传输的效率。

（4）调制解调器

在用模拟信道传输数字数据前，要把代表数字数据的数字信号通过调制变为模拟信号，在接到模拟信号后，通过解调从载波中还原出数字信号。能够进行调制的设备叫做调制器，能够进行解调的设备叫做解调器。通常，把调制器和解调器制作成一个设备，称为调制解调器（Modem）。调制解调器是频带传输中必不可少的设备，图1-24表示了如何使用调制解调器通过电话网进行通信。

微机上使用的调制解调器可以分为外置式和内置式。外置式调制解调器是一个独立的设备，与计算机的串行口连接，它的前面板上有一些指示灯，可以显示调制解调器的工作状态，但价格略高；内置式调制解调器是一块插卡，插在主机板上的一个扩展槽中，使用时无法看到工作状态的变化，但价格比较便宜。

调制解调器的一个重要指标是调制速率，也叫数据传输率，用每秒传输的二进制位数（bps）来表示。常见的调制解调器的数据传输率有28.8kbps、33.6kbps、56kbps。现在使用的调制解调器的数据传输率多为56kbps。

1.3.5 差错控制

数据传输中的差错是指经过网络传输后，接收方收到的数据与发送方发出的数据不一致的情况。

在传输系统中，传输的二进制码元在传输过程中出现错误的概率叫误码率，它是衡量一个数据传输系统传输可靠性的指标。传输系统的误码率不可能为0，如果传输系统的误码率在允许的范围以内，则认为传输系统是可靠的。对于不同的信息类型，所允许的误码率不同。例如，传输的是未经数据压缩的图像或语音，由于数据的冗余比较大，误码率可以高一些，因为人的视觉和听觉的灵敏度有限，对于图像和声音中的微小错误无法察觉。如果传输的是数值、文字等冗余度很低的信息，则允许的误码率就很小，否则收到的信息就是错误的。

通信系统中的传输差错主要是由信道引起的。信道中存在的随机噪声会引起随机性差错，外界的电磁干扰可以造成突发性差错。产生差错的结果就是数据的接收方可能把二进制数据中的某些“1”判断为“0”，把某些“0”判断为“1”。

有两种途径可以降低误码率、提高传输可靠性：一种途径是改善传输信道的质量，例如使用光纤，这样做虽然可以减少差错、降低误码率，但还不能满足要求；另一种方法是采用检错和纠错技术，发现错误就纠正，使有差错的信道变为相对无差错的信道，这种方法实际是以牺牲传输效率来获得较高的传输可靠性。

1.检错和纠错

要想查出收到数据中的差错，必须知道发送方发出的正确数据是什么样的，为此，通常在发送的数据中附加一些信息，接收方收到数据后检查这些附加信息来判断收到的数据是否正确，这一过程称为校验，用于校验的附加信息叫做校验码。常用的校验方法有奇偶校验和循环冗余校验。

奇偶校验的方法简单，容易实现，但检错能力差。循环冗余校验具有良好的数学结构，具有很强的检错能力，特别适合于检测突发性差错，可用便宜的硬件模块实现，在网络中被广泛应用。

2.差错控制的基本方式

通过校验，接收方可以发现传输中的差错，为了纠正差错，还要采取一定的纠错方法。一种纠错方法是向前纠错，它使用有检错和纠错能力的编码，接收端在译码时不但能够发现错误，而且可以自动纠正错误。由于不需要反馈重发，所以实时性好，但需要较复杂的译码设备，编码中有较多的冗余码，使传输效率下降。另一种也是比较常用的一种差错控制方法是反馈重发，当接收端发现差错后，就通知发送端，发送端重新发送出现差错的内容。反馈重发方式分为两种：停止等待方式和连续工作方式。

（1）停止等待方式

停止等待方式的原理是发送端发送完一个数据单元后，就停下来等待接收端的应答信息。如果收到的应答信息是正确应答，就继续发送下一个数据单元；如果收到的应答是错误应答，则重发出错的数据单元。图1-25是这种方式的时序关系。这种方法比较简单，可以工作在半双工链路上，通信效率不高。

（2）连续工作方式

在连续工作方式下，发送端连续发送数据单元，每个数据单元都有编号，接收端每收到一个数据单元就进行校验，然后发出相应的应答信息；当发送端收到错误应答时，就暂停正常的发送，而重新发送出错的数据单元，然后再继续正常的发送。图1-26是这种方式的工作过程，其中编号为2的数据单元被重新发送了一次。连续工作方式要工作在全双工的链路上。

反馈重发方式需要双向信道，实时性差。