《数据通信基础》PPT课件.pptVIP

1、1,第七章 数据通信,北京邮电大学世纪学院 电信工程系 Z,2,7.1 数据通信概述,7.1.1 数据通信与数字通信 数据通信系统与数字通信系统的主要区别：数字通信中，信源发出数字信号，无需经过模数转换，只需考虑对信源进行压缩编码以降低信源的冗余度，提高有效性；而数据通信中，源信号可以是模拟的，也可以是数字的。 在本课中，数据通信技术主要研究计算机中数字数据的传输、交换、存储以及处理的理论、方法和技术，是计算机技术与通信技术结合的产物。 数字通信是数据通信的技术基础，数据通信是数字通信技术与计算机技术结合的成果,3,7.7.2 数据通信的特点 数据通信和电报、电话通信相比，数据通信有如下特点：

2、 (1) 数据通信是人机或机机通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征； (2) 对数据传输的准确性和可靠性要求高； (3) 要求传输速率高，接续和传输响应时间快； (4) 通信持续时间差异大。 7.1.3 数据的分类 数据可分为模拟数据与数字数据两种。 模拟数据：如果数据在某个时间取连续值，则称为模拟数据。例如温度和压力。 数字数据：若数据取离散值，则称数字数据。例如文本信息、整数、二进制数字等,4,数据通信中传输的对象是数据，而信号则是数据的电磁波或电子编码。信号沿着通信介质发送从而实现数据的传输。 模拟数据和数字数据两者均可由模拟信号或数字信号表示和传输,模拟数据和数字数据的表示,C

3、odec(称作编码译码器) Modem(称作调制解调器,5,7.2 数据通信系统 （1）数据传输系统 传输线路，也称为传输信道，它是信息的传输路径，是由各种类型的传输介质和有关的中间通信设备组成的。 调制解调器（Modem） 多路复用器，这是为了提高传输信道的利用率，使多个终端设备共用一条物理信道来传输信息而采用的设备。 （2）数据处理系统 数据处理系统是由计算机类设备构成的，主要有： 终端设备：是用户与数据传输系统之间的接口，用户通过它来取得数据通信系统的服务，其基本功能是向系统中的计算机系统发送信息及接收来自计算机系统的信息。 计算机系统：主要职责是进行数据的收集和处理，是数据处理的核心，

4、同时兼顾某些数据通信任务和一些管理工作,6,DTE,DTE,DCE,DCE,传输信道,DTE：Digital Terminal Equipment 数字终端设备 DCE: Digital Communication Equipment 数字连接设备 传输信道：有线传输系统、无线传输系统,数据通信系统结构图,计算机系统,计算机系统,数据处理系统,数据处理系统,数据传输系统,7,数据通信是按通信双方事先约定的传输控制规程来完成整个通信过程 。 这个传输控制规程我们通常称为协议， 其内容包括：通信线路的建立 收发双方的同步 工作方式的选择 传输差错的检测和校正 数据流的控制 数据交换过程中异常情况的

5、检测和恢复,8,数据通信的主要技术指标 1带宽 带宽, 即每种信号都要占据一定的频率范围。如声音的频率范围主要在3003400Hz之间，故电话线一条话路的带宽是3003400Hz。又如一条电缆，可传送1MHz频率范围的信号，称该电缆的带宽为1MHz。 2数据传输速率 数据传输速率，即每秒钟传输多少位二进制数据，单位为位秒，记作bps。数据率高低由每位所占时间决定，如果每一位所占时间即脉冲宽度越小，则数据率越高。如2400bps，指在一秒内可传输2400位数据,9,3波特率 波特率也称调制速率，或码元速率。码元对应于网络中传输的每一位二进制数字。调制速率是脉冲信号在调制过程中信号状态变化的次数，

6、或者说是信号经过调制后的传输速率，单位是波特（Baud），通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。 4传播速度 在通信线路上，信号在单位时间内传送的距离称为传播速度。 5延迟 它表示在网络中从发送第一位数据起，到最后一位数据被接收所经历的时间。该参数表示网络响应速度，延迟越少，响应越快，性能越好。影响延迟的因素随网络技术而异，主要有传输延迟、传播延迟等等,10,6. 误码率 误码率是衡量数据通信系统或通信信道传输可靠性的一个参数。其定义是：二进制位（码元）在传输中被传错的概率。当所传送的数字序列足够长时，它近似地等于被传错的二进制位（码元）与所传输总位（码元）数的比值。若传输总位（码元）数为

7、N ，传错的位（码元）数为Ne ，则误码率P 表示如下： P = Ne / N 在计算机网络中，误码率要求低于10-6。应该指出，对于执行不同任务的通信系统，对可靠性的要求是不同的，不能笼统地说误码率越低越好。对于一个通信系统，在满足可靠性的基础上应尽量提高通信效率。如果通信系统的传输速率给定，误码率越低，设备就越复杂。因此，在研制通信设备确定误码率指标时，要根据具体用途而定,11,7.3 数据通信方式,按连接方式 点一点连接方式，又称两点直通方式。这种方式是将终端和计算机系统之间用固定的专用线路相连接，平时并不拆除，适用于通信量较大的情况。 多点连接方式。各终端共用一条主线路，这种方式节省线

8、路，但要解决各终端同时访问主机而竞争线路的问题,12,按数据传输方向 单工通信。单工通信指数据总是沿一个固定方向传送，如从终端发数据给计算机，而不接收从计算机发来的信息。为了正确发送数据，在接收端收到信息后，要发回应答信息通知发送端，由发送端根据应答信息判断所发送数据是正确接收还是出错并再作处理。应答信息总是沿与数据传送方向相反的方向传送。故单工通信所指方向是数据传送方向。 半双工通信半双工通信是指数据可沿两个方向传送，但同一时刻只能沿一个方向传送。当需要反向传送数据时，需要变换传输信道。 全双工通信。全双工通信是指数据能同时沿相反两个方向传送。一般实现方法是采用二个单工信道完成全双工通信，即

9、四线制。也可采用频率分割法，将传输信道分成高频和低频两条信道，这时可采用二线制,13,14,按数据流传输形式 串行传输：指一位一位地传送数据，从发送端到接收端只要一根传输线即可。优点是节省设备, 降低费用；缺点是传速慢，网络中多采用这种传输方式,特点： 1、通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。 2、在发送端和接收端需要并/串转换和串/并转换。 3、需要实施同步措施，以确保不产生错字,15,并行传输：数据在多个信道上同时传输。数据线数目与与传输数据相同并可能多一校验线一次可以传送一个字节(8位)，发端到收端用8根线。目前，计算机内部操作多用并行传输，当采用串行传输时，发端通过并/串转换设

10、备将并行数据流变为串行数据流，在接收端又通过串/并行设备，还原为8位并行数据,特点： 1、不需要对传输代码进行时序转换 2、需要数据线数目多。 3、传输速率高,16,按数据传输机制 异步传输方式 以字符为传输单位，每个字符由四个部分组成： 1位起始位 58位数据位 01位奇偶校验位 12位停止位 缺点：传输效率低，不适用于高速传输 同步传输方式 以字符块（数据块）为传输单位。 数据块的前后有同步字符和数据校验字符。 要求发送和接收设备要保持完全的同步，因此硬件复杂。 同步传输方式是目前较为普遍采用的传输方式,17,7.4 数据通信技术,7.4.1 数据传输技术 1模拟数据模拟传输 模拟数据进行

11、模拟传输时，可以直接用连续变化的电磁波来传输，信源所产生的原始信号经过调制后直接进入信道传输（如距离很近可以不用调制）。模拟数据模拟传输采用频分多路复用技术，将多个用户的信息调整到不同的频率范围并使之在同一条信道上传送，且互不干扰。典型的例子是电话系统的语音传输。 2数字数据模拟传输（频带传输） 任何数字信号在模拟信道上传输时，都要将数字信号转换为模拟信号，到达目的地后再将该模拟信号转换为数字信号，该过程需要有调制解调过程。 常用的调制方式有3种：振幅调制（ASK）、频率调制（FSK）和相位调制（PSK,18,3数字数据基带传输 在数据通信技术中，表示计算机二进制比特序列的数字信号是典型的矩形

12、脉冲信号（基带信号）。人们把矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带，简称基带。在数字信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。 基带传输在基本不改变数字数据信号频带的情况下直接传输数字信号，可以达到很高的数据传输速率和系统效率，是目前迅速发展与广泛应用的数据通信方式。 基带传输对二进制数字信号进行编码有三种方法：不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 4模拟数据数字传输 与模拟传输相比，数字传输失真少、误码率低、可靠性高，数据传输率高，对于要求较高的模拟信号，如数字化语音设备中的语音信号传输，可将其数字化，以数字信号的形式在数字信道上传输。 将语音模拟数据数字化的主要方法是PCM编码技术,

13、19,5. 多路复用技术 在数据通信或计算机网络系统中，传输媒体的传输能力往往是很强的，如果在一条物理信道上只传输一路信号，将是对资源的极大浪费。采用多路复用技术，可以将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离开来，极大地提高了通信线路的利用率。 多路复用技术使用最多的有：频分多路复用和时分多路复用。 6. 数据编码技术 数据编码是实现数据通信的最基本的一项重要工作，除了用模拟信号传送模拟数据不需要编码外，数字数据在数字信道上传送需要数字信号编码，数字数据在模拟信道上传送需要调制编码，模拟数据在数字信道上传递需要采样编码,20,7.4.2 数据交换技术,交换技

14、术，就是动态地分配传输线路资源的技术。 随着数据通信技术的发展，常用的数据交换技术有电路交换、报文分组交换、帧中继、信元交换和光分组交换等多种方式。 电路交换 电路交换是一种直接的交换方式，通过网络结点在通信双方之间建立专用的临时通信链路，即在两个工作站之间具有实际的物理连接。信道上的所有设备实际上只起开关作用，开关合即信道通，对信息传输没有额外的延时，而只有线路延时。其通信过程可分为：建立连接、数据传输、拆除连接三个阶段。电话系统就是采用这种方式,21,电路交换的特点： 需先建立连接，然后才能进行通信。建立连接、拆除连接时间长，有 效通信效率低。 通信线路利用率低。 一旦电路建立后，数据以固

15、定的数据率传输，除传输链路的延时外， 不再存在其他延时，适用于实时大批量数据的传输。 不同类型、不同规格、不同速率的终端很难互相进行通信。 不够灵活，通信过程中一旦出现故障需重新建立新的连接,22,报文分组交换 1、报文分组交换也称为包交换，它将用户的一个报文分成若干个报文分组（或信息包），以分组为单位采用“存储一转发”交换方式进行通信。 2、每个报文分组都作为独立的信息单位传送，每个分组均含有数据和目的地址。同一报文的不同分组可以在不同的路径中传输，报文分组每经过一个中继结点时，都要进行路由选择。到达终点后再将一个报文的所有报文分组重新汇集成完整的报文。 3、报文分组交换网能实现数据传输速率

16、转换，带宽利用率高，并能提供更快的传输速率，是在局域网中经常使用的交换方式。 4、不适于传输实时的语音和图像信息，因为分组交换不能保证传输到的信息是有序的,23,24,快速分组交换 1帧中继交换 帧中继交换是在开放系统互连（OSI/RM）参考模型第二层，即数据链路层上使用简化的方式传送和交换数据的一种方式。 特点：1、简化了X.25中的纠错和流量控制的处理过程，缩短了处 理时间，有效地利用了高速数字传输信道。 2、采用动态分配传输带宽和可变长的帧的技术，它适用于 处理突发性信息和可变长度帧的信息 3、高效性、经济性、可靠性、灵活性和长远性，是局域网 互连的最佳选择,25,2. 信元交换 信元交

17、换(Cell Model)是一种快速分组交换技术，是将信息以信元为单位进行传送的一种技术。 特点：1、网络不对信元的用户数据进行检查，但信元首部包含着在信元中 继网络中传输信息的地址和控制信息，信元净荷是用户数据。 2、信元交换方式适用于各种类型信息的传输，是提供综合业务的网 络技术基础。 3、信元交换是一个非常宏观的概念，在具体应用中，还需规范详尽 的格式及协议，如多兆位数据交换服务就是一种采用信元交换的 协议实例，在B-ISDN中所采用的ATM技术也是基于信元的,26,3.光分组交换 在带宽需求量迅猛增长的背景下，光通信技术成为2l世纪初最具发展潜力的技术。 光分组交换的关键技术有光分组的

18、产生、同步、缓存、再生，光分组头重写及分组之间的光功率的均衡等。 光分组交换网的实用化，将取决于一些关键技术如光标记交换、微电机械系统及光器件技术等的进步。 光分组交换技术能极大地拓展现有的网络带宽，最大限度地提高线路利用率，是一种很有希望的技术，随着光网络技术、系统技术、光器件技术的发展，光分组交换在不远的将来必将走向实用化,27,7.5 差错检测与控制技术,数据通信中，由于信号的衰减和外部电磁干扰，接收端收到的数据与发送端的数据不一致的现象称为传输差错。 判断数据经传输后是否有错的手段和方法称为差错检测，确保传输数据正确的方法和手段称为差错控制。 网络中纠正出错的方法通常是让发送方重传出错的数据。所以，通常差错检测更重要,28,7.5.1 差错检测技术 1奇偶校验 在面向字节的数据通信中，在每个字节的尾部都加上1个校验位，构成一个带有校验位的码组，使得码组中“1”的个数成为偶数（称为偶校验）或使得码组中“1”的个数成为奇数（称为奇校验），并把整个码组一起发送出去，一个数据段以字节为单位加上校验码后连续传输。 接收端收到信号之后，对每个码组检查其中“1”的个数是否为偶数（偶校验）或码组中“1”的个数是否为奇数（奇校验），如果检查通过就认为收到的数据正确，否则发