计算机网络 数字数据编码方法

计算机网络原理模拟数据编码方法模拟数据可以基带传输，但必须要经过调制才能在使用载波线路的模拟信道上进行频带传输。

它也用原始信号去调制载波的幅度、频率和相位参量，在无线电通信中运用较多是调幅和调频制，调幅制中起伏变化的载波幅度之包络携带了原始信号的特征。

调频制则是通过相同幅度的载波的周期变化来表示原始信号的幅度变化。

调相技术在某些系统中用于替代调频方式，被调制的载波的幅度和频率不变，其相位随原始调制信号的幅度变化而成比例的变化。

这些模拟调制技术也可以称为模拟信息的模拟编码。

模拟编码的目的是为了进行频带传输；数字编码适于基带传输，但有时编码后可能再进行模拟编码进行频带传输。

模拟编码中的模拟调制是对载波的参量进行连续调制，而数字调制是用载波参量的离散状态来表征信息。

模拟编码是根据采样定理，如果用大于等于原信号最高频率两倍的速率定期对信号进行采样，其样本就包含了足以构成原信号的所有信息。

脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据采样编码的主要技术，它是现代数字通信的基础。

PCM技术经过三个阶段将模拟信号改变为数字信号编码，这三个阶段如下。

1．采样每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采样，这样模拟信号就成为“离散”的模拟信号，用它来近似地代表信号。

根据采样定理，采样频率f为f≥2fmax式中，fmax是原信号的最高频率。

采样周期为T=1/2B=1/f。

2．量化采样获得的样本是模拟数据，将这些模拟数据人为地分成基于级别，将每个样本按照其幅度归为某个量化级别，这个过程叫做量化。

量化一般采用四舍五入或划定范围的方法，即“取整”。

如图2.15（a）中，样本D2的值为0.41≈0.4,样本D4的值为1.26≈1.3,将它们的级别定义为4级和13级。

在这个例子中，一共划分了16个量化级别，分别对应0.0，0.1，0.2，…,1.5。

量化的级别越多，获得的数据越为精确，失真越小。

3．编码编码是名个量化级别用二进制代码表示的过程。

常见的基本数据编码方式什么是基本数据编码方式？常用的基本编码方式有哪些？它们有什么不同之处及应用场景是什么？本文将为读者深入解析，带您了解基本数据编码方式。

一、什么是基本数据编码方式？在计算机中，数据的传输、存储和处理过程中，需要将数据按照一定的格式进行编码和解码。

基本数据编码方式是将数据按照特定的规则转换成计算机可识别的二进制数据的一种方法。

二、常用的基本编码方式有哪些？1. ASCII码ASCII码是美国信息交换标准代码的缩写，是一种基于26个大写字母、26个小写字母、数字、标点符号以及一些控制字符组成的7位二进制编码方式。

ASCII 码可以表示128种不同的字符，被广泛应用于计算机系统中，如文本文件和网页等。

2. UnicodeUnicode是一种统一的字符集标准和编码协议，采用16位二进制编码，它定义了世界上所有主要的语言文字的字符集合，可以表示超过100,000个字符。

Unicode包含了ASCII码中的所有字符，以及世界各地使用的符号、汉字和emoji表情等。

3. UTF-8UTF-8（Unicode Transformation Format-8bit）是一种字节序列频率最高的Unicode编码方式之一，采用可变长度的编码方式，根据不同的字符长度，采用1-4个字节进行编码。

UTF-8可以表示Unicode字符集的所有字符，且节约存储空间，被广泛应用于计算机系统中。

4. GBKGBK是国家标准的中文编码之一，是中国大陆所使用的编码方式。

GBK编码采用2个字节表示一个中文字符，共能够表示21886个汉字和图形符号以及94个ASCII字符。

目前GBK编码已经逐渐被UTF-8、UTF-16等Unicode编码所替代，但在一些需要适配老系统和老设备的场景，仍然需要使用GBK编码。

5. Base64Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的编码方式，常用于网络传输和数据存储，如电子邮件、图片和加密数据等。

三种数字数据编码：不归零制编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。

曼彻斯特编码(Manchester coding)编码规则：对应于每一位数据位的中间位置都有一个跳变，用跳变的相位表示数字0或1，如正跳变表示数字0，负跳变表示数字1。

即跳变既表示时钟又表示数据。

编码波形如下图所示。

由于任何两次电平跳变的时间间隔是T/2或T 周期，所以提取电平跳变信号就可作为收发双方的同步信号，故曼彻斯特编码又被称为“自含时钟编码”，或称“自同步编码”。

MC 的优点是： ① 不需要另外的同步信号；② 抗干扰能力强。

3．差分曼彻斯特编码(Differential Manchester Coding)编码规则：用每位开始是否有跳变(正或负跳变均可)来表示数字0或1，若每每一数据位不用来表示数字0或1 ，只用来生成同步时钟信号，数据用位首是否发生跳变来表示 ，故差分曼彻斯特编码也是“自含时钟编码”或“自同步编码”。

DMC 的特点： ① 无需另外的同步信号；② 抗干扰能力强。

③ 易于信号检测名词解释：1.计算机网络2.局域网3.城域网4广域网5 ARPANET 6 通信子网◆ 通信子网主要由通信控制处理机，各种通信线路（如双绞线、同轴电缆、光导纤维、无线电、电磁波、红外线、激光等）以及相应的通信设备（如网卡、调制解调器、编码解码器、多路复用器、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等）构成。

◆ 通信子网主要负责信号转换、整形、放大，数据交换，信息的发送、接收、校验、存储、转发等通信处理业务1.计算机网络的发展主要分为哪几个阶段，每个阶段各有什么特点？答：第一阶段为面向终端的计算机网络，特点是由单个具有自主处理功能的计算机和多个没有自主处理功能的终端组成网络。

不归零制编曼彻斯特编10011010差分曼彻斯特三种码的波形比较第二阶段为计算机-计算机网络，特点是由具有自主处理功能的多个计算机组成独立的网络系统。

第三阶段为开放式标准化网络，特点是由多个计算机组成容易实现网络之间互相连接的开放式网络系统。

数据的编码与调制如前所述，网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道，分别用于传输模拟信号和数字信号，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。

为了正确地传输数据，必须对原始数据进行相应的编码或调制，将原始数据变成与信道传输特性相匹配的数字信号或模拟信号后，才能送入信道传输。

如图6-20所示，数字数据经过数字编码后可以变成数字信号，经过数字调制（ASK、FSK、PSK）后可以成为模拟信号；而模拟数据经过脉冲编码调制（PCM）后可以变成数字信号，经过模拟调制（AM、FM、PM）后可以成为与模拟信道传输特性相匹配的模拟信号。

图6-20 数据的编码与调制示意图6.3.1 数字数据的数字信号编码利用数字通信信道直接传输数字信号的方法，称作数字信号的基带传输。

而基带传输需要解决的两个问题是数字数据的数字信号编码方式及收发双方之间的信号同步。

在数字基带传输中，最常见的数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。

以数字数据011101001为例，采用这3种编码方式后，它的编码波形如图6-21所示。

1.不归零码（NRZ，Non－Return to Zero）NRZ码可以用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。

并且在发送NRZ码的同时，必须传送一个同步信号，以保持收发双方的时钟同步。

2.曼彻斯特编码（Manchester）曼彻斯特编码的特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。

曼彻斯特编码的原则是：将每个比特的周期T分为前T/2和后T/2，前T/2取反码，后T/2取原码。

曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。

3.差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，其特点是每比特的值要根据其开始边界是否发生电平跳变来决定，若一个比特开始处出现跳变则表示“0”，不出现跳变则表示“1”，每一位二进制信号中间的跳变仅用做同步信号。

计算机网络应用 模拟数据编码技术数据的传输是在信道的基础上，而信道所传输的是信号，因此，我们也可以说信号传输数据。

在数据通信模型中，我们已经知道，传输信道有模拟信道和数字信道两种，DTE 发送的数据信号也有模拟信号和数字信号两种，因此需要DCE 设备将其进行转换，最终实现数据通信。

信息在进入信道之前要变换成为适合信道传输的形式，在进入信宿时又要变换为适合信宿的形式，其通信模型如图2-6所示。

图2-6 通信基本模型模拟信号传输模拟数据被称为模拟通信，即将采取电信号形式的模拟数据原封不动地传输出去，也可以在较高频率下进行调制，以便满足各种带宽需要。

例如，典型的例子有声音在普通电话系统中的传输。

其中，对模拟信号进行调制的目的是为了让多个模拟信号经过调制后能够在信道上同时传输，同时也让其适合于要传输的模拟信道；另外，它还能增强信号的抗噪声能力、减小干扰，提高了系统的抗干扰能力。

由于数字信号传输具有速率高、失真小、误码率低等优点，因此，在现代通信系统中，发送端往往将模拟数据数字化后，以数字信号传输，在接收端再将数字信号恢复为模拟数据。

根据采样定理，如果用大于等于原信号最高频率两倍的速率定期对信号进行采样，其样本就包含了足以构成原信号的所有信息。

脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation ，PCM ）是模拟数据采样编码的主要技术，它是现代数字通信的基础。

PCM 技术经过3个阶段将模拟信号改变为数字信号编码，这3个阶段如下。

1．采样采样也叫取样，它是指在每隔一定的时间间隔中对连续的模拟信号采样以作为样本，该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。

这样模拟信号就成为“离散”的模拟信号，用它来近似地代表信号。

根据尼奎斯特定理：如果取样速率大于模拟信号最高频率的2倍，则可以用得到的样本空间回复原来的模拟信号。

可以得到采样频率f 为：f ≥2f max其中，f 为取样频率，max f 是原信号的最高频率。

从计算机网络定义来看，网络主要涉及哪四个方面的问题？答：计算机网络是就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

（7分）什么是计算机网络？它由哪几部分组成？计算机网络是就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

计算机网络系统是由通信子网和资源子网组成的。

计算机网络首先是一个通信网络，各计算机之间通过通信媒体、通信设备进行数据通信，其次，在此基础上各计算机可以通过网络软件共享其它计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源。

从定义中看出涉及到四个方面的问题：(1)至少两台计算机以及其他设备（如打印机、外接硬盘等）互联。

（2分）(2)通信设备与线路介质。

（2分）(3)网络软件，通信协议和NOS。

（2分）(4)联网计算机的“独立自治”性。

（2分）HTTP协议的主要特点有哪些？答：(1)支持客户／服务器模式。

(2)简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。

(3)灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。

(4)无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。

(5)无状态：无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。

什么是单工通信、半双工通信和全双工通信？各有何特点？答；数据通信按照信号传送方向和时间的关系，信道的通信方式可以分为三种：单工、半双工和全双工。

单工通信：在单工通信方式中，信号只能向一个方向传输。

例如：无线广播电台的广播、电视播放。

（5分）半双工通信：在半双工通信方式中，信号可以双向传送，但必须交替进行，在任一时刻只能向一个方向传送。

例如：对讲机。

（5分）全双工通信：在全双工通信方式中，信号可以同时双向传送数据。

例如：以太网通信。

2.4 数据编码技术2.4.1 数据编码类型根据数据通信类型，用于数据通信的数据编码方法分为两类：模拟数据编码与数字数据编码。

网络中基本的数据编码方法可以归纳如图2-11所示：图2-11 数据编码方法数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK 移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码2.4.2 模拟数据编码方法数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。

所用载波一般是余弦信号，调制信号为数字基带信号。

利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。

调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。

其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。

分别对应“幅移键控”（ASK）、“相移键控”（PSK）和“频移键控”（FSK）三种数字调制方式。

三种调制方法如图2-12所示。

1．幅移键控（ASK ） 2．频移键控（FSK ） 3．相移键控（PSK ） 4．幅度相位复合调制表2-3 幅度相位复合调制图2-12 模拟数据编码方法1010ωωππππ+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)ω1ω2ω12.4.3 数字数据编码方法在基带传输中，数字数据信号的编码方法主要有以下几种，如图2-15所示。

图2-14 QAM1111○1110○1101○1100○1011○ 1010○1001○ 1000 ○0111○0110○0101 ○ 0100○0011 ○0010○ 0001 ○ 0000○图2-13 V.29 Modem 的星座0 1 1 0 1 0 0 1单极性码极性码双极性码归零码双向码不归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编多电平编图2-15 数字数据信号的编码方法1．单极性码2．极性码3．归零码4．不归零码5．双相码双相码要求每一比特中都要有一个电平转换，因而这种编码的最大优点是自定时，同时双相码也有检测错误的功能，如果某一位中间缺少了电平翻转，则被认为是违例代码。

数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码，就是要解决数字数据的数字信号表⽰问题，即通过对数字信号进⾏编码来表⽰数据。

数字信号编码的⼯作由⽹络上的硬件完成，常⽤的编码⽅法有以下三种：1. 不归零码NRZ （non-return to zero ）不归零码⼜可分为单极性不归零码和双极性不归零码。

图2-3-2(a)所⽰为单极性不归零码：在每⼀码元时间内，有电压表⽰数字“0”，有恒定的正电压表⽰数字“1”。

每个码元的中⼼是取样时间，即判决门限为0.5：0.5以下为“0”，0.5以上为“1”。

图2-3-2(b)所⽰为双极性不归零码：在每⼀码元时间内，以恒定的负电压表⽰数字“0”，以恒定的正电压表⽰数字“1”。

判决门限为零电平：0以下为“0”，0以上为“1”。

t判决门限(a)t(b)图2-3-2 不归零码不归零码是指编码在发送“0”或“1”时，在⼀码元的时间内不会返回初始状态（零）。

当连续发送“1”或者“0”时，上⼀码元与下⼀码元之间没有间隙，使接收⽅和发送⽅⽆法保持同步。

为了保证收、发双⽅同步，往往在发送不归零码的同时，还要⽤另⼀个信道同时发送同步时钟信号。

计算机串⼝与调制解调器之间采⽤的是不归零码。

2. 归零码归零码是指编码在发送“0”或“1”时，在⼀码元的时间内会返回初始状态（零），如图2-3-3所⽰。

归零码可分为单极性归零码和双极性归零码.t(b)t(a)图2-3-2 归零码图2-3-3(a)所⽰为单极性归零码：以⽆电压表⽰数字“0”，以恒定的正电压表⽰数字“1”。

与单极性不归零码的区别是：“1”码发送的是窄脉冲，发完后归到零电平。

图2-3-3(b)所⽰为双极性归零码：以恒定的负电压表⽰数字“0”，以恒定的正电压表⽰数字“1”。

与双极性不归零码的区别是：两种信号波形发送的都是窄脉冲，发完后归到零电平。

3. ⾃同步码⾃同步码是指编码在传输信息的同时，将时钟同步信号⼀起传输过去。