数据通信的基本概念.ppt

数据通信的基本概念 1 数据与信息2 信号与信道3 数字数据与模拟数据4 数据通信模型5 数据通信系统的主要技术指标 1 数据与信息 数据是包含有一定内容的物理符号 是传送信息的载体 1 数据与信息 信息是指数据在传输过程中的表示形式或向人们提供关于现实世界事实的知识 它不随载荷符号的形式不同而改变 1 数据与信息 数据是信息传送的形式 信息是数据表达的内涵 2 信号与信道 信号是数据的电编码 电磁编码或其它编码 信号可以分为模拟信号和数字信号 2 信号与信道 信道是信号传输的通道 包括通信设备和传输媒体 信道按传输信号的形式可以分为模拟信道和数字信道 模拟信道用于传输模拟信号 数字信道用于传输数字信号 3 数字数据与模拟数据 模拟数据是指在某个区间产生的连续值 如 声音 视频 温度 压力 数字数据是有限个离散值 如字符串 整数数列 3 数字数据与模拟数据 模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号 是一种连续变化的电信号 它可以不同频率在介质上传输 3 数字数据与模拟数据 数字信号是一种离散的脉冲序列 它的取值是有限个数 它以恒定的正电压 负电压或正电压 0电压 表示 1 0 可以用不同的位速率在介质上传输 4 数据通信模型 通信系统的基本作用是在发送方 信源 和接收方 信宿 之间传递和交换信息 根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息 通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统 4 数据通信模型 模拟通信系统利用模拟信号来传递信息 如现在广泛使用的电话 广播和电视 系统一般由信源 调制器 信道 解调器 信宿以及噪声源组成 4 数据通信模型 4 数据通信模型 人们日常使用的拨号上网就是一个模拟通信系统的实例 发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后 送到公共电话网上传输 到接收端经调制解调器变换为数字信号后 与服务器通信 4 数据通信模型 数字通信系统利用数字信号来传递信息 如计算机通信 数字电话 数字电视等 数字通信系统由信源 信源编码器 信道编码器 调制器 信道 解调器 信道译码器 信源译码器以及发送端和接收端时钟同步组成 4 数据通信模型 4 数据通信模型 主要特点 数字通信抗干扰能力强 可以实现信号的差错控制 传输质量高 通过对信号加密和防火墙技术可以实现保密通信 但数字通信所占的信道带宽远远大于模拟信道 4 数据通信模型 人们日常使用的拨号上网就是一个模拟通信系统的实例 发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后 送到公共电话网上传输 到接收端经调制解调器变换为数字信号后 与服务器通信 5 数据通信系统的主要技术指标 带宽信号在通信线路上传输时最高频率与最低频率之差叫信号的频带宽度 简称带宽或称为通频带 数字信号带宽与脉冲宽度成反比 5 数据通信系统的主要技术指标 信道容量即单位时间内最大可传输信息的位数 是信道传输信息的最大能力的指标 5 数据通信系统的主要技术指标 位速率位速率也称信号速率 常用S表示 位速率是数字信号的传输速率 它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示 其单位为位每秒 bps 5 数据通信系统的主要技术指标 波特率波特率也称调制速率 也称码元速率 5 数据通信系统的主要技术指标 误码率误码率指信息传输的错误率 是衡量传输系统可靠性的指标 误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量 通常应低于10 6 数据传输 1 数据传输的过程2 基带传输和宽带传输3 并行传输和串行传输 1 数据传输的过程两台计算机之间的数据传输首先需要将信息用二进制代码来表示 其次还要将二进制代码以一定的信号形式 如电压 电流 脉冲等 来表示 然后将信号经由信道进行传输 到达接收方后 再根据这些信号恢复为代码 从而得到发送端的信息 数据传输的相关概念模拟通信 模拟信号通过模拟信道进行传输 数字通信 模拟信号通过数字信道进行传输 数据通信 是专指信源和信宿中数据的形式是数字的 而不论是通过数字信道传输还是模拟信道传输 数字传输的优点 抗干扰能力强 适合远距离传输 安全保密性好 适合多媒体信息传输 2 基带传输和宽带传输 数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输 可以分为基带传输和宽带传输两大类 基带信号与基带传输 二进制数字脉冲信号称为基带信号基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式 宽带信号与宽带传输 宽带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波 并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成 宽带信号与宽带传输 宽带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数据传输方式 宽带信号与宽带传输 基带传输和宽带传输最重要的区别在于 基带传输采用的是 直接控制信号状态 的传输方式 而宽带传输采用的是 控制载波信号状态 的传输技术 3 并行传输和串行传输 依据传输线数目的多少 可以将数据传输方式分为 并行传输和串行传输 并行传输用于短距离 高速率的通信 串行传输用于长距离 低速率的通信 并行传输 并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输 数据由多条数据线同时传送与接收 每个比特使用单独的一条线路 并行传输 并行传输的优点在于传送速率高 发收双方间不存在字符同步的问题 缺点是需要多个并行信道 增加了设备的成本 而且并行线路的电平相互干扰也会影响传输质量 不适合做较长距离的通信 主要用于计算机内部或同一系统设备间的通信 并行传输 常见的并行传输如计算机与打印机之间的数据传输 串行传输 串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送 需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题 相对于并行传输 串行传输的效率低 传输速率慢 但由于只有一条信道 减少了设备的成本 且易于实现与维护 计算机与Modem之间的通信就是串行传输 串行传输 相对于并行传输 串行传输的效率低 传输速率慢 但由于只有一条信道 减少了设备的成本 且易于实现与维护 计算机与Modem之间的通信就是串行传输 数据通信 1 掌握单工 半双工和全双工通信的基本原理 特点及主要区别 2 掌握异步传输和同步传输的基本工作原理 3 理解多路复用技术的基本工作原理 1 单工 半双工和全双工通信 在串行通信中 根据数据流的方向可以将通信分为单工 半双工和全双工通信3种方式 单工通信 半双工通信 全双工通信 单工通信 单工通信是指在两个通信设备间 信息只能沿着一个方向被传输 采用单工通信时 在通信设备双方中 一方为发送设备 另一方为接收设备 广播和电视节目的传送以及寻呼系统都属于单工通信的例子 半双工通信 半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行 但不能同时进行 也就是说 在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输半双工通信设备的两端要求既要有发送设备 又要有接收设备 因此该方式需要具有信道转换能力 通常用软件控制换向 换向过程中存在换向的延时时间 也可以采用人工操作机械开关的方法进行控制 其典型的例子是对讲机或计算机与终端的通信 全双工通信 全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输 两个通信应同时具有发射和接收的功能 与通信站相接的传输设备和传输控制协议必须提供全双工的工作方式 同是还应对缓存器作特殊的考虑 如想进行同时读写就要求缓存中也能同时释放和分配存储器等 我们平时使用的手机类似于全双工通信 异步传输和同步传输 异步传输 同步传输 异步传输 异步传输方式又称为起止式同步方式 它是以字符为单位进行同步的 且每一字符的起始时刻可以为任意 同步传输 同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法 3 多路复用技术 频分多路复用技术 时分多路复用技术 波分复用技术 频分多路复用技术 频分多路复用将信道的可用带宽划分为若干个小频带 每个小频带传送一路信号 形成一个子信道 频分多路复用常用于模拟信号的传输 如收音机 电视机等 FDM也用于宽带网络 载波电话通信系统是频分多路复用的典型例子 时分多路复用技术 时分多路复用技术是将通信信道传输数据的时间划分为若干个时间段 每一路信号占用一个时间段 在其占用的一段时间内 信号独自使用信道的全部带宽 时分多路复用通常用于数字数据的传送 也可用于模拟信号的传送 时分多路复用在任一时刻 只传送一种信号 多路信号分时地在信道中传送 而频分多路复用是在任一时刻 同时传送多路信号 各路信号占用的频带不同 波分复用技术 波分复用是把光波波长分割复用 在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术 基本原理是在发送端将不同的光信号组合起来 也即是复用过程 耦合到光线线路上用一根光纤进行传输 在接收端又将组合波长的光信号区分开来 即完成解复用过程 再通过进一步处理恢复出原信号后送入不同的终端 数据交换 1 掌握电路交换的工作原理 工作特点及适用网络类型2 掌握报文交换的工作原理 工作特点及适用网络类型3 掌握分组交换的工作原理 工作特点及适用网络类型 数据交换 计算机网络中常用的数据交换技术主要是电路交换 报文交换和分组交换三种 电路交换的原理类似于传统的电话系统 在教学中可以采用类比的方法进行教学有利于学生对电路交换的理解 报文交换的原理类似于平时的邮政系统 与人们邮寄信件的过程非常相似 教学中可以以人们邮寄信件来辅助报文交换的理解 分组交换的方式有两种情况 虚电路和数据报 教学中要分析清楚两种情况的区别 数据交换 1 电路交换2 报文交换3 分组交换 1 电路交换 电路交换的原理 电路交换的特点 适用范围 电路交换的原理 电路交换过程主要有三个阶段 电路建立 数据传输和电路拆除 电路建立在传输数据之前 先经过呼叫过程建立一条端到端的电路 数据传输电路建立以后 数据就可以从源站发送往目的站 电路连接是全双工的 数据可以在两个方向传输 在整个数据传输过程中 所建立的连接必须始终保持连接状态 电路拆除数据传输结束后 由某一方发出拆除请求 然后逐节拆除到对方的节点链路 将电路的使用权交还给网络 以供其他用户使用电路交换属于电路资源预分配系统 即每次通信时 通信双方都要连接电路 且在一次连接中 电路被预分配给一对固定用户 不管该电路上是否有数据传输 其他用户都不能使用该电路直至通信双方要求拆除此电路为止 电路交换的特点 电路交换方式的特征是在整个连接路径中均采用物理连接 具有以下的一些优点 信息传输时延小 电路是透明的 信息传送的吞吐量大 采用电路交换方式传送数据的缺点 所占用的带宽是固定的 造成网络资源的利用率较低 由于通信的传输通路是专用的 采用电路交换方式进行数据通信的效率较低 通信双方在信息传输速率 编码格式 同步方式 通信规程等要完全兼容 不同速率和不同通信协议之间的用户不能通信 适用范围 电路交换方式进行数据通信 可以用于公用交换网 即电话网 以及专线方式 如数字数据网 电路交换适用于信息量大的场合 2 报文交换 报文交换也称为包交换 它将用户的一个报文分成若干个报文组 以报文组为单位采用 存储 转发 交换方式进行通信 2 报文交换 报文交换的工作原理 报文交换的特点 报文交换的工作原理 报文交换采用存储 转发原理 即交换机把来自用户的报文先暂时存在节点机内排队等候 网络上链路空闲时就转发出去至下一节点 报文在下一节点再存贮 转发 直到到达目的节点 信息是以报文为单位传输的 网络节点具有信息处理 存储和路由选择的功能 报文交换的特点 报文交换的优点是 报文交换过程没有电路接续 可以采用多路复用 提高线路的利用率 用户不需要叫通对方就可以发送报文 容易实现不同类型的终端之间的通信 报文交换的缺点是 数据时延较大 不利于实时通信 要求交换机有高速处理能力及大的存储容量 增加了设备的开支 3 分组交换 分组交换采用了 存储 转发 的方式 同时把报文分割成若干较短的按一定格式组成的分组进行交换和传输 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种 是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术 3 分组交换 虚电路分组交换 数据报分组交换 分组交换的特点 虚电路分组交换 虚电路分组交换在传送数据前必须在发送端和接收端之间建立一条逻辑连接 数据按照事先建好的路径顺序传输 传送数据量较大时 通常采用虚电路方式 数据报分组交换 数据报分组中每个分组的大小有严格的限制 每个数据报自身携带足够的地址信息 各数据报所走的路径不一定相同 各个数据报到达目的地的顺序可能不同 有的数据报会丢失 分组交换的特点 分组交换采用 存储 转发 方式 不独占信道 信息传输时延较小 为不同通信规程的数据终端间能相互通信提供了会话环境 可靠性高 分组交换的技术实现复杂 软件及硬件结构都较为复杂 网络附加的信息较多 分组