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计算机网络是计算机技术与数据通信技术的产物，要想深入地了解网络通信的工作原理，就必须对信道特性、数据调制与编码技术等相关知识有深入的了解。
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本节介绍香农定理、奈奎斯特定理、数据传输速率与波特率的计算等基础知识。
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任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。根据奈氏（Nyquist）准则（奈奎斯特定理），理想码元传输速率N=2W（Baud），其中W是理想低通信道的带宽，单位为赫兹（Hz），Baud是波特，是码元传输速率的单位，1Baud为每秒传送1个码元。
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：实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出的上限数值。Baud和比特（bit）是两个不同的概念。波特是码元传输的速率单位（每秒传输多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率；比特是信息量的单位。比特速率为单位时间内传送数据量的多少，也称为数据传输速率。信息的传输速率bps（比特／秒）与码元的传输速率Baud在数量上有一定的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则bps和Baud在数值上相等。若1个码元携带nbit的信息量，则NBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为（N×n）bps。
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香农（Shannon）用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率C可表达为：
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其中W为信道带宽（以Hz为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。
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香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。
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码元是一个数据信号的基本单位，码元有多少种类取决于其使用的调制技术。调制技术与码元、比特位间的关系如下表所示。
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码元种类数N与其携带的比特位数n之间的关系为：比特位数n=log2N。
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香农定理、奈奎斯特定理、数据传输速率与波特率的计算公式如下图所示。
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人类在长期的社会活动中需要不断地交往和传递信息。这种传递信息的过程就叫做通信。在通过通信媒体发送信息之前，信息必须被编码形成信号。当将数据由一地传送到另一地时，必须将其转换为信号。
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模拟数据通过模拟通道传送的调制方式主要有调幅（Amplitude Modulation，AM）、调频（Frequency Modulation，FM）和调相（Phase Modulation，PM）三种方式。
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调幅技术最常见的应用是收音机，调幅是载波频率固定，载波的振幅随着原始数据的幅度变化而变化；调频和调相都属于调度调制。调频即载波的频率随着基带数字信号而变化，调相即载波的初始相位随着基带数字信号而变化。
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模拟数据必须转变为数字信号，才能在数字通道上传送，这个过程称为“数字化”。脉码调制（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据数字化的主要方法，PCM要经过采样、量化、编码三个步骤。
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（1）要根据奈奎斯特采样定理，取样速率大于模拟信号的最高频率的2倍。例如，人耳能识别的最高频率为22kHz，因此，采样率一般必须达到44kHz。
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（2）量化是将样本的连续值转换成离散值，采用的方法类似于求圆周长时用内切正多边形的方法。而我们平时提到的8位、16位的声音，指的就是28、216位量化。
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（3）编码就是将量化后的样本值变成相应的二进制代码。
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计算机拨号上网，电话网络传送的是模拟数据，而计算机只能收发数字数据，这就涉及模拟信道传送数字信号的变换问题。也就是一个数据调制与解调的问题。数字数据调制为模拟信号，选取某一频率的正弦信号作为载波用以运载所要传送的数字数据。用待传送的数字数据改变载波的幅值、频率、或相位，到达目的地后进行分离。而在接收端则通过解调以还原信号。有关具体的调制技术，请参考表4-1。
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在数据通信中，编码的作用是用信号来表示数字信息。例如，单极性编码、极化编码、双极性编码等。
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（1）非归零编码（Non-Retum Zero，NRZ）。归零指的是编码信号量是否回归到零电平。非归零编码的码元信号的电压位或正或负（当“1”出现时电平翻转，“0”出现时电平不翻转）。与采用线路空闲态代表0比特的单极性编码法不同，在非归零编码系统中，如果线路空闲意味着没有任何信号正在传输中。非归零编码又可以分为非归零电平编码（No Return Zero-Level，NRZ-L）和非归零反相编码（None Return Zero-Inverse，NRZ-I）。
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在NRZ-L编码方式中，信号的电平是根据它所代表的比特位决定的。一个正电压值代表比特0，一个负电压代表比特1（或相反）。在NRZ-L中，当数据流中存在一连串1或0时，也会出现与单极性编码中同样的同步问题。
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在NRZ-I编码方式中，信号电平的一次反转代表比特1。就是说是从正电平到负电平的一次跃迁（而不是电压值本身）来代表一个比特1。0比特由没有电平变化的信号代表。NRZ-I相对NRZ-L的优点在于：因为每次遇到比特1都发生电平跃迁，这能提供一种同步机制。
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（2）归零编码（Return Zero，RZ）。码元中间的信号回归到0电平（正电平到零电平的转换表示码元0，负电平到零电平的转换表示码元1）。
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（3）双相位编码。现在对同步问题最好的解决方案就是双相位编码。通过不同方向的电平翻转（低到高代表0，高到低代表1），这样不仅可以提高抗干扰性，还可以实现自同步。双相位编码有两种方法，第一种是曼彻斯特编码，主要用在以太局域网中；第二种是差分曼彻斯特编码，主要用在令牌环局域网中。
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曼彻斯特编码用低到高的电平转换表示0，用高到低的电平转换表示1（注意：某些文献中关于此定义有相反的描述，也是正确的）。差分曼彻斯特编码是在曼彻斯特编码的基础上加上了翻转特性，遇0翻转，遇1不变，常用于令牌环网。要注意的一个知识点是：使用曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码时，每传输1bit的信息，就要求线路上有两次电平状态变化（2 Baud），因此要实现100Mbps的传输速率，就需要有200MHz的带宽，即编码效率只有50%。
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（4）mBnX编码。正是因为曼彻斯特编码的编码效率不高，所以在带宽资源宝贵的广域网与高速局域网中，显得不能得到有效利用。mBnX编码是将m比特位编码成n位波特（代码位）的编码，如下表所示。
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：数据通信中还有另一类编码，称为差错控制编码（校验码）。它的作用是通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立、相关性极小的信息码元产生某种相关性，从而在接收端就利用这种特性，来检查或进而纠正信息码元在信道传输中所造成的差错。
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