数据通信的基本概念

1、第二章第二章 计算机网络基础知识计算机网络基础知识 在介绍数据通信之前在介绍数据通信之前, ,先对几个基本术语做一下解释先对几个基本术语做一下解释: : (1)(1)数据数据一一可定义为有意义的实体一一可定义为有意义的实体, ,它涉及到事物的存在形式。它涉及到事物的存在形式。数据可分为数据可分为模拟数据模拟数据和和数字数据数字数据两大类。两大类。模拟数据模拟数据是在某个区间内连续变化的植是在某个区间内连续变化的植, ,例如声音和视频都是幅度连例如声音和视频都是幅度连续变化的波形续变化的波形, ,又如温度和压力也都是连续变化的值又如温度和压力也都是连续变化的值; ;数字数据数字数据是离散的值是离

2、散的值, ,例如文本信息和整数。例如文本信息和整数。(2)(2)信号信号一一是数据的电子或电磁编码。一一是数据的电子或电磁编码。对应于模拟数据和数字数据对应于模拟数据和数字数据, ,信号也可分为信号也可分为模拟信号模拟信号和和数字信号数字信号。模拟信号模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波是随时间连续变化的电流、电压或电磁波, ,可以利用其某个参可以利用其某个参量量( (如幅度、频率或相位等如幅度、频率或相位等) )来表示要传输的数据来表示要传输的数据; ;数字信号数字信号则是一系列离散的电脉冲则是一系列离散的电脉冲, ,可以利用其某一瞬间的状态来表示可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输

3、的数据要传输的数据(3)(3)信息信息一一是数据的内容和解释。一一是数据的内容和解释。(4)(4)信源信源一一即通信过程中产生和发送信息的一一即通信过程中产生和发送信息的设备或计算机设备或计算机。 (5)(5)信宿信宿一一即通信过程中接收和处理信息的一一即通信过程中接收和处理信息的设备或计算机设备或计算机。(6)(6)信道信道一一是信源和信宿之间的一一是信源和信宿之间的通信线路通信线路。 2.1.1 数据、信息 信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识;数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式;信号是数据的具体的物理表现。雪六角形凉白色信息数据信号例子 信息：人对雪花和马的认识信息：

4、人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度信号：电压，光，磁场强度两种不同类型的量：A.时间、温度、电波、声音B.字符，二进制数，电脉冲信号中没有断开或不连续的的地方；信号仅取一些有限数目的值；2.1.2 信号与信号传输 2.1 数据通信的基本概念模拟： 波动性； 持续变化； 反映事物的本质； 在电信业已经被广泛 使用超过100年；数字： 离散性； 跃变性； 设备性能先进， 较为便宜； 模拟信号与数字信号的特点 幅度（a）模拟信号幅度（b）数字信号模拟信号和数字信号的表示模拟信号和数字信号的对比模拟信号和数字信号的对比数字信号的离散性

5、，使具有较模拟信号更强的抗干扰性数字信号的离散性，使具有较模拟信号更强的抗干扰性。1 0111001 011100模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输,即模拟传输和数字传输。无论哪种情况,在传输一定距离之后,模拟信号都将衰减。为了实现长距离传输,模拟传输系统要用放大器来增强信号中的能量,但同时也会使噪音分量增强,以至引起信号畸变。对于模拟数据来说,例如声音,即使存在一些畸变,内容仍然可以听懂理解;但对于数字数据来说,畸变将会使数据传输产生错误。数字传输的衰减也会危及数据的完整性,数字信号只能在一个有限距离内传输,为了获得更大的传输距离,可以使用中继器。中继器接收衰减了的数字信号,

6、把数字信号恢复为“、1的标准电平,然后重新传输这种新的信号,这样就有效地克服了衰减。 信道信道信道 信号传输的通道信号传输的通道模拟信道模拟信道 传输模拟信号的通道传输模拟信号的通道数字信道数字信道 传输数字信号的通道传输数字信号的通道电话模拟数据模拟信号（a）模拟数据在模拟信道上传输调制/解调器数字数据模拟信号（b）数字数据在模拟信道上传输编码解码器（c）模拟数据在数字信道上传输模拟数据数字信号 对于远程通信对于远程通信来说来说, ,目前数字信号传输仍不像模拟信号传输目前数字信号传输仍不像模拟信号传输那样用途广泛和实用。然而那样用途广泛和实用。然而, ,无论在价格方面还是在质量方无论在价格方

7、面还是在质量方面面, ,数字传输都比模拟传输优越。因此数字传输都比模拟传输优越。因此, ,远程通信系统正在把远程通信系统正在把声音数据和数字数据逐步转变为数字传输。数字传输是今后声音数据和数字数据逐步转变为数字传输。数字传输是今后数据通信的发展方向。数据通信的发展方向。数据通信数据通信是一种通过计算机或其它数据装置与通信线路是一种通过计算机或其它数据装置与通信线路, ,完完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。即即数据通信系统也就是以计算机为中心、用通信线路连接分布数据通信系统也就是以计算机为中心、用通信线路连接分布在异地的数据终端

8、设备在异地的数据终端设备, ,以实施数据传输的一种系统。以实施数据传输的一种系统。 在局部网中在局部网中, ,由于距离近以及数字电路器件价格的下降由于距离近以及数字电路器件价格的下降, ,采用采用数字传输技术更具优越性。数字传输技术更具优越性。 数据通信的任务是传输数据信息数据通信的任务是传输数据信息, ,希望达到传输速度快、出希望达到传输速度快、出错率低、信息量大、可靠性高错率低、信息量大、可靠性高, ,并且既经济又便于使用维护。并且既经济又便于使用维护。这些要求可以用下列技术指标加以描述。这些要求可以用下列技术指标加以描述。 1.数据传输速率（比特率、传输率）数据传输速率（比特率、传输率）

9、定义：是指每秒能传输的二进制信息位数。定义：是指每秒能传输的二进制信息位数。单位：单位： 位位/秒秒(bits per sec-ond),记作记作bpsbps或或bit/sbit/s。信号速率（传码率、调制速率）信号速率（传码率、调制速率） 定义：每秒发送的信号个数定义：每秒发送的信号个数单位：单位：baud（波特）波特） =1/Tlog2N （当时）（当时）=1/T2.信道容量信道容量 信道容量表征一个信道传输数据的能力信道容量表征一个信道传输数据的能力,单位也用位单位也用位/秒秒(bps)。 信道容量信道容量与与数据传输速率数据传输速率的的区别区别： 信道容量表示信道的最大数据传输速率信道

10、容量表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据是信道传输数据能力的极限。能力的极限。 数据传输速率则表示实际的数据传输速率。数据传输速率则表示实际的数据传输速率。（就像公路上的最大限速值与汽车实际速度之间的关系一样（就像公路上的最大限速值与汽车实际速度之间的关系一样, ,它们虽然采用相同的单位它们虽然采用相同的单位; ;但表征的是不同的含义。）但表征的是不同的含义。）2.信道容量信道容量信道容量的计算信道容量的计算理想无噪声信道的信道容量理想无噪声信道的信道容量奈奎斯特公式奈奎斯特公式 C=2Hlog2n(bps) 理想有噪声信道的信道容量理想有噪声信道的信道容量香农公式香农公式 C=Hlog

11、2（1S/N）(bps)信噪比（信噪比（dB）=10lg（S/N）例如：电话拨号线路，信道带宽例如：电话拨号线路，信道带宽4000Hz，以信噪比以信噪比30dB计算，信道容量计算，信道容量C=4000*log2（1103 ）=40Kbps影响信道容量的因素 信道容量不仅由传输介质决定，还受到信道上网络设备处理速度的影响。 带宽就像水管的粗细 网络设备就像水管的阀门、连接器等 数据就像水管中的水信道容量 带宽就像道路的宽窄 数据就像要跑在道路上的车3.误码率误码率 误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。性的指标。它定义为二进

12、制数据位传输时出错的概率。它定义为二进制数据位传输时出错的概率。设传输的二进制数据总数为设传输的二进制数据总数为N位位,其中出错的位数为其中出错的位数为Ne,则误则误码率表示为码率表示为: Pe =Ne/N计算机网络中计算机网络中,一般要求误码率低于一般要求误码率低于10-9,即平均每传输即平均每传输109位位数据仅允许错一位。可若误码率达不到这个指标数据仅允许错一位。可若误码率达不到这个指标,可以通过可以通过差错控制方法进行检错和纠错。差错控制方法进行检错和纠错。 通信有两种基本方式通信有两种基本方式: :即即串行方式串行方式和并行方式和并行方式0123:n-1信号地0123:n-1信号地源

13、DTE目的DTE110001信号地1 0 0 1 0 0 1 1并行串行成本低，成本低，远程通信中常用远程通信中常用需解决位同步问题需解决位同步问题通常情况下通常情况下:并行方式用于近距离通信并行方式用于近距离通信串行方式用于距离较远的通串行方式用于距离较远的通信。信。 在并行数据传输中有多个数据位在并行数据传输中有多个数据位, ,例如例如8 8个数据位个数据位, ,同时在两个设备之间传输。发同时在两个设备之间传输。发送设备将送设备将8 8个数据位通过个数据位通过8 8条数据线传送条数据线传送给接收设备给接收设备, ,还可附加一位数据校验位。还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据

14、接收设备可同时接收到这些数据, ,不需做不需做任何变换就可直接使用。任何变换就可直接使用。在计算机内部的数据通信通常以并行方在计算机内部的数据通信通常以并行方式进行。并行的数据传送线也叫总线式进行。并行的数据传送线也叫总线, ,如如并行传送并行传送8 8位数据就叫位数据就叫8 8位总线位总线, ,并行传送并行传送1616位数据就叫位数据就叫1616位总线。位总线。1.1.并行通信方式并行通信方式优点优点: :是传输速度快是传输速度快, ,处理简单处理简单缺点：进行远距离数据传输时费用高缺点：进行远距离数据传输时费用高 串行数据传输时串行数据传输时, ,先由具有先由具有8 8位总线的计位总线的计

15、算机内的发送设备算机内的发送设备, ,将将8 8位并行数据经位并行数据经并并一串转换硬件一串转换硬件转换成串行方式转换成串行方式, ,再逐位经再逐位经传输线到达接收站的设备中传输线到达接收站的设备中, ,并在接收端并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式将数据从串行方式重新转换成并行方式, ,以供接收方使用。以供接收方使用。1.1.串行通信方式串行通信方式优点优点: :现实意义更大现实意义更大缺点：与并行传输相比速度慢缺点：与并行传输相比速度慢 . .串行通信的方向性结构：单工、半双工、和全双工串行通信的方向性结构：单工、半双工、和全双工发送机发送机发送机接收机发送机接收机接收机接收机接收机发送机数据应答数据应答数据应答数据应答（a）单工通信（b）半双工通信（c）全双工通信全双工全双工数据通信允许数据同数据通信允许数据同时在两个方向上传输时在两个方向上传输, ,因此全因此全双工通信是两个单工通信方双工通信是两个单工通信