数据通信的理论基础
在进行数据传输之前，数据必须被转换成电磁信号。
信道的是最大数据率：奈奎斯特定理：2B*log2(V)，其中B为带宽，V为离散等级。
香农定理：B*log2(1+S/N)，其中S/N是信噪比，这个比率通常记为10*log10(S/N)，单位为分贝。
而理论上的最大数据率应该是在这两个值中取更小的值。
模拟信号与数字信号：模拟信号是连续的，因而有无数个数值，数字信号是离散的，只有有限个数值。通常人们使用周期性的模拟信号和非周期性的数字信号来进行数据交流。
模拟信号：周期性模拟信号可以被划分为简单的或复合的。
关于模拟信号波形的表示，一个在时域上的完整正弦波形可以被表示成一个频域上的spike. 在这个图形中横轴表示频率，竖轴表示最大振幅。
通常人们都是使用复合正弦波来进行数据交流，这是因为单频正弦波并不高效。根据费拉里定理，任何复合的模拟信号都可以解析为各个不同频率，不同振幅，不同相位的简单波。如果一个复合模拟信号是周期性的，那么它可以解析为有限多个拥有离散频率的简单信模拟号；如果复合模拟信号是非周期性的，那么它可以解析为无限多个且频率连续的简单模拟信号。
一个复合模拟信号的带宽就是组成该信号的简单信号的最高频率与最低频率的差值。
数字信号：一个数字信号是一个拥有无限带宽的复合模拟信号。
传输损伤：1.信号衰减attenuation：信号在传输介质中传播时，将会有一部分能量转化成热能或者被传输介质吸收，从而造成信号强度不断减弱，这种现象称为信号衰减。
2.失真distortion：失真又称为“畸变”，指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中，输出波形除放大外，应与输入波形完全相同，但实 际上，不能做到输出入输入的波形完全一样，这种现象称为失真，其产生的原因是由于构成信号的不同频率的传播速度不同。
3.噪声noise：无线信道噪声相对于有用信号来说，通俗的讲就是外界干扰。如果噪声干扰不去除，就会造成信号失真，严重的会使得通信无法正确和有效地进行。
有导向传输介质
双绞电缆：内由两根导线双绞而成，导线内部是导体，外部是绝缘体。双绞而成的线的外层可能会由金属外壳(STP），也可能没有(UTP)，再外层就是塑料外壳。
铜轴电缆：最里层是内部导体，往外是一层绝缘体，再往外是外部导体，然后是一层绝缘体，最外层是塑料外壳。
光纤：最内层是玻璃或塑料芯，往外是一层包层(cladding)。
无线传输介质
无线信号的传输：分为三种类型：地面传播（ground propagation），频率在2MHz以下、天波传输（sky propagation），频率在2~30MHz之间、视距传输（line-of-sight propagation）频率在30MHz以上。
无线电波：用于广播通信，比如广播和电视，以及分页系统。
微波：用于单播通信，比如移动手机，卫星网络，以及无线局域网。
红外线：可以通过视线传播在近距离进行短距离通信。
数据编码技术
数字信号的数字传输技术主要分为线性编码（line coding）、模块编码（block coding）、和扰码技术（scrambling）。
基带传输：信号的传输占有传输介质从零到最大值之间的全部频率。这是有线介质常用的一种·调制方法。而其调制方法就是将数字信号转换为数字信号。
通带传输：信号占据了以载波信号频率的为中心的一段频带。这是无线和光纤信道最常用的调制方法，因为在这样的传输介质中只能在给定的频带中传输信号。而其调制方法就是将数字信号转换为模拟信号。
线性编码方案：单极的(unipolar)，只有0到V两种电压形式，NRZ就是这种类型；极性的（polar），其电压形式只有正电压和负电压两种，曼彻斯特和差分曼彻斯特、NRZ-L和NRZ-I就是这种类型，NRZ-L中的电压正负决定bit的值，NRZ-I中是否翻转决定bit的值。双极性的（bipolar），在这种类型的编码中，电压有三种形式：正的，负的以及0。除此外，还有多等级（multilevel）的编码方案，即电压可以有更多的取值；还有多跳转(multitransitional)类型的编码方案
模块编码：又被称为mB/nB编码，即用n位比特，来取代m位比特。在B8ZS中8个连续的0被替代为000VB0VB。在HDB3中，4个连续的0会被取代位000V或者B00V，这取决于最后一次替换的非零脉冲数。
传输模式：分为两种：平行的和线性的。平行的传输模式是指一次性发送多个比特，当然这意味需要多根线路。线性的传输模式是指一个接一个的传输比特，这只需要一根线路。
线性传输模式又分为同步的和异步的，在异步传输中，在字节开始处发送一个起始比特，在字节结尾处发送一个结尾比特，每个字节间有间隔。在同步传输中，发送者一个接一个的发送比特，而没有加入起始位和结尾位，也没有字节间的间隙，这是接收者的任务来组装这些比特。
数字信号：模拟传输技术：正弦波。幅移键控ASK，通过改变振幅来对应0或1，；频移键控FSK，采用两个或多个不同的频率；相移键控PSK，在每个符号周期中系统把载波波形偏移0°或180°。通常将振幅和相位结合起来一起调制。在星座图中，一个点的相位是以它为起点到原点的线与x正轴形成的夹角的角度表示，一个点的振幅则是该点到原点的距离。如果某种编码方式在星座图中有m个点，那么该编码方式中每个符号携带的比特数n=log2m
数字传输技术：1.不归零编码，用正电压表示1，用负电压表示0；2.不归零逆转，这种编码方式中，信号发生跳转表示1，信号保持不变表示0，前两种编码方式都忽略时钟问题；3.曼彻斯特编码，在这种编码方式中，时钟信号在每个比特周期发生一次跳变，当时钟与0电压异或时，只是简单地“从低到高”的转变，这种信号跳变表示逻辑0，当时钟与1异或时，产生一次“从高到低”的转变，这种信号跳变表示逻辑1；4.差分曼彻斯特编码遇到0则在起始位置处跳变，1则不变化.但是第一个发送的编码则是按照曼彻斯特编码来的，如果是0就是低到高，否则高到低
曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中，每个比特周期中的跳转用于同步。此外，这两种方式的最小带宽是NRZ的两倍。
模拟信号：模拟传输技术：调幅、调频、调相
数字传输技术：脉冲编码调制PCM，脉冲编码调制分为三步：采样、量化、编码。根据奈奎斯特定理，采样率必须至少为信号中包含的频率的两倍。
多路复用技术
FDM：频分多路复用，是一种将多个模拟信号结合的模拟复用技术，它可以使原信号的频率增大。在频分多址(FDMA)中，公共频道的可用带宽被保护带宽划分为多个带宽。
WDM：波分多路复用，是一种将多个光信号结合的模拟复用技术。
TDM：时分多路复用，是一种将多个低频率频道结合成一个高频率频道的数字复用技术，在这种方式下。在时分多址(TDMA)中，一个频道的带宽被多个站点共享。
CDM：码分多路复用，它将一个窄带信号扩展到一个很宽的频带上。这种方法允许干扰且允许多个用户共享。每个站点被分配一个唯一的m位码片序列，各站的码片序列相互正交。若要发送1，就发送该码片序列；若要发送0，就发送该码片序列的反码。最终发送的码片S等于各个站点发送的码片序列相加之和。例：S*C=(A+B+C)*C=A*C+B*C+C*C=C*C，这样提取原码片序列。在码分多址(CDMA)中，一个频道同时传输多个信号。
公共电话交换网
电话系统：三个部分，1.本地回路（进入公司和家庭的模拟双绞线）2.中继线（连接交换局的数字光纤）3.交换局（电话呼叫在这里从一条中继线被接入到另一条中继线）。
现在所有的中继线和交换设备都是数字的，只有本地回路仍然是模拟的。之所以用数字传输的原因是：1.它不需要像模拟传输那样经过一系列放大器之后必须精确地还原出模拟波；对于数字信号而言，只需要接收方能够正确地区分出比特0和比特1就足够了。2.系统的维护工作更加容易而且维护成本也更要便宜得多。
电话调制解调器：执行数字比特流和模拟信号之间的转换的设备称为调制解调器(modem)，从逻辑上讲，调制解调器安装在（数字）计算机和（模拟）电话系统之间。为了减少出错的机会，高速调制解调器标准采用了一些额外的符号进行差错检测。这种方案称为网格编码调制（TCM），这种编码方案标准演化为V.90和V.92调制解调标准。它们分别提供了56kbps的下行管道(ISP到用户)及33.6kbps和48kbps(用户到ISP)。这种不对称的主要原因在于从ISP到用户的数据量比其它方式传输的数据量要多得多。
数字用户线：DMT调制技术：在本地回路上的1.1MHz频谱被分成256条独立的信道，每条信道带宽为4312.5Hz，且使用QAM调制方案。其中0号信道用于简单老式电话服务(POTS)。信道1~5空闲，目的是为了防止语音信号与数据信号相互干扰。在其余的250条信道，一条用于上行流控制，一条用于下行流控制，其他的信道全部用于用户数据。分离器（splitter），是一个模拟滤波器，它将POTS使用的0~4000Hz频段与数据分开。
中继线：T1载波是一种基于PCM和TDM的方案，每125秒发送一帧，每帧中包括193个比特，被分为24个信道和一比特帧码，每个信道8比特，其中有7个比特用于数据传输，还有1比特用作信令。
T1格式有多种变化。较早版本在带内(in-band)发送信令信息，这意味着在相同的数据信道内使用了一些数据比特来发送控制信息。这种设计是信道相关信令(channel-associated signaling)的一种形式。另一个版本是带外(out-band)处理控制信息，这意味着在数据信道之外还存在着一条独立的信道。信令是通过公共信道信令(common-channel signaling)来完成的。
有线电视：
传统电缆电视网络：最初包括以下几个部分：一个大天线，一般放在山顶上，以便将电视信号从空中接收下来；一个放大器，也称为头端（headend）它可以加强信号；一根同轴电缆，它将电视信号送到用户住宅。在这样的系统中，信号传输是单向的，从头端传输到用户处。
线缆上的internet：在有线电视网络中，中长距离使用的是光纤，而连接到家庭的是同轴电缆，这样的系统称为混合光线电缆(HFC)系统。系统的光学部分和电子部分之间的接口是光电转换器，称为光纤节点(fiber node)。
有线电视网络中5~42MHz用于上行流数据传输，54MHz以上的频率用于下行流数据传输。每个频道通常为6MHz宽，在PAL和SECAM中，每个频道为6~8MHz宽。
有线电视设备：许多住户共享一根同轴电缆；系统中的放大器都必须是双向的；除了更换放大器以外，运营商还不得不更换头端，将它从一个哑放大器替换成一个智能的数字计算机系统，并且通过一个高带宽的光纤接口将它连接到ISP，所以原来的“头端”变成“线缆调至终端系统”(CMTS)；为了通过有线电视电缆接入Internet，需要一个线缆调制器(cable modem)，这是一个具有两个接口的设备：一个接口连接计算机，另一个接口连接有线电视网络，与计算机的接口非常简单，通常是以太网，或者偶尔是USB。另一端要稍微复杂点，因为它要采用FDM、TDM、CDMA这些全部复用技术来完成用户对线缆带宽的复用。