数据通信原理

1、1数据通信原理数据通信原理教师：曹建玲教师：曹建玲 62468637课程类型：课程类型：专业必修课专业必修课毛京丽毛京丽 常永宇张常永宇张 丽丽 李文海李文海 编著编著北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社2004年年8月月2 前前 言言一、课程的性质和目的要求一、课程的性质和目的要求 数据通信原理是通信工程（本科及专升本）、程控、数据通信原理是通信工程（本科及专升本）、程控、计算机专业（通信技术专科）的学生的一门专业必修课。计算机专业（通信技术专科）的学生的一门专业必修课。通过课程的学习使学生对数据通信获得比较完整的概念，通过课程的学习使学生对数据通信获得比较完整的概念，并掌握数据通信的基本理

2、论，为从事数据通信（包括计算并掌握数据通信的基本理论，为从事数据通信（包括计算机通信）工作打下一定的基础机通信）工作打下一定的基础。二、本课程与相关课程的联系二、本课程与相关课程的联系 数据通信是把计算机技术与现代通信技术结合起来的数据通信是把计算机技术与现代通信技术结合起来的一种新型的通信方式，所以数据通信原理这门课程涉及知一种新型的通信方式，所以数据通信原理这门课程涉及知识面较广，包含计算机和通信领域方面两个方面。本课程识面较广，包含计算机和通信领域方面两个方面。本课程的前行课程是的前行课程是概率论概率论、信号与线性系统信号与线性系统、通信电子电路通信电子电路、数字电路数字电路、数字通信原

3、理数字通信原理、计算机文化基础计算机文化基础、微机原理及微机原理及接口技术接口技术、计算机语言计算机语言等课程。等课程。 3n后继课程：程控交换与宽带交换、计算机通信网和计算机后继课程：程控交换与宽带交换、计算机通信网和计算机通信接口技术中所涉及的交换原理、数据传输以及相关规通信接口技术中所涉及的交换原理、数据传输以及相关规程和协议与本课程息息相关，因此，学习本课程有助于上程和协议与本课程息息相关，因此，学习本课程有助于上述后继课程的学习。述后继课程的学习。三、本课程的基本要求三、本课程的基本要求n本课程主要讨论数据通信的基本理论，对于具体电路不作本课程主要讨论数据通信的基本理论，对于具体电路

4、不作分析。数据通信包括分析。数据通信包括数据传输数据传输、数据交换数据交换、数据通信网数据通信网及及相关通信协议相关通信协议等基本内容，但本课程重点是等基本内容，但本课程重点是数据传输（包数据传输（包括控制）和分组交换括控制）和分组交换。通过本课程的学习，要求学生：。通过本课程的学习，要求学生： 1、掌握数据通信的构成原理和工作方式掌握数据通信的构成原理和工作方式； 2、掌握数据信号的传输理论掌握数据信号的传输理论：基带传输、频带传输和数字：基带传输、频带传输和数字传输；传输；4 3、理解差错控制的基本原理和工作方式理解差错控制的基本原理和工作方式；掌握常用的差错控制；掌握常用的差错控制编码。

5、编码。 4、熟悉数据交换的几种常见方式熟悉数据交换的几种常见方式：电路交换、报文交换、分组：电路交换、报文交换、分组交换及帧方式；重点掌握分组交换的基本原理、优缺点及分组交换及帧方式；重点掌握分组交换的基本原理、优缺点及分组的传输方式。的传输方式。 5、了解通信协议的概念和层次结构了解通信协议的概念和层次结构；了解；了解OSI模型以及下三层模型以及下三层的功能及协议；的功能及协议； 6、了解数据终端接口意义和特性了解数据终端接口意义和特性，了解，了解CCITT相关建议；相关建议； 7、重点掌握数据链路传输控制的必要性和规程内容重点掌握数据链路传输控制的必要性和规程内容； 8、熟悉熟悉CCITT

6、 X.25建议建议、重点掌握、重点掌握X.25分组层的基本内容；分组层的基本内容； 9、了解、了解PAD相关协议相关协议X.3、 X.28 、X.29， 了解了解X.75、 X.32、 X.121建议；建议； 10、掌握分组交换网的具体内容掌握分组交换网的具体内容；理解帧中继网和数字数据网；理解帧中继网和数字数据网。5目目 录录 第一章第一章 基础知识基础知识 信号、噪声和调制信号、噪声和调制 不要求不要求 第二章第二章 概论概论 第三章第三章 数据信号传输数据信号传输 第四章第四章 差错控制差错控制 第五章第五章 数据交换数据交换 第六章第六章 通信协议通信协议 第七章第七章 数据通信网数据

7、通信网6课程平时作业课程平时作业n 第二章第二章 概论概论（47页）n 作业：1、3、5、6、7n 第三章第三章 数据信号传输数据信号传输（101页）n 作业：1、2、4、5、8n 第四章第四章 差错控制差错控制（132页）n 作业：1、2、4、5、6、7、9n 第五章第五章 数据交换数据交换（146页）n 作业：2、3、4、5、7、8、9、10、11、14、15、n 第六章第六章 通信协议通信协议（184页）n 作业：5、7、9、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、n 23n 第七章第七章 数据通信网数据通信网（237页）作业：3、7、10、12、13、15、18、2

8、2、7 第二章第二章 概概 论论 主要内容：主要内容：n 了解数据通信的发展了解数据通信的发展、特点、特点n 掌握数据与数据通信的概念掌握数据与数据通信的概念n 掌握掌握 数据通信系统的构成数据通信系统的构成n 掌握掌握 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标n 了解传输代码的概念及应用了解传输代码的概念及应用 n 理解数据传输方式理解数据传输方式8 第一节第一节 数据与数据通信数据与数据通信 n数据通信的发展及数据通信业务数据通信的发展及数据通信业务 数据通信的发展概况数据通信的发展概况n随着社会的进步，传统的电话、电报通信方式已远远不能随着社会的进步，传统的电话、电报通信方式

9、已远远不能满足人们大信息量的需要，以满足人们大信息量的需要，以数据作为信息载体数据作为信息载体的通信手的通信手段已成为人们的迫切要求。即数据通信在当今社会得到飞段已成为人们的迫切要求。即数据通信在当今社会得到飞速发展。速发展。严格说来，最早的数据通信可以从严格说来，最早的数据通信可以从18371837年美国人的年美国人的莫尔斯电码算起；莫尔斯电码算起；但多数人认为：真正的数据通信开始于但多数人认为：真正的数据通信开始于2020世纪世纪5050年代的计算机通信，年代的计算机通信，是随着计算机网络的发展是随着计算机网络的发展 而发展而发展起来的一种新的通信方式。起来的一种新的通信方式。6060年代

10、年代出现了计算机和计算机之出现了计算机和计算机之间的通信方式，为实现资源共享，开辟了计算机技术的新领间的通信方式，为实现资源共享，开辟了计算机技术的新领域域网络化与分布处理技术网络化与分布处理技术。7070年代计算机年代计算机网络与分布处网络与分布处理技术飞速发展，推动了数据通信技术的快速的发展。理技术飞速发展，推动了数据通信技术的快速的发展。 7070年年代中后期，基于代中后期，基于X.25X.25建议的分组数据交换数据通信建议的分组数据交换数据通信得到广泛得到广泛应用。此后数据通信蓬勃发展起来。数据业务发展的必然结应用。此后数据通信蓬勃发展起来。数据业务发展的必然结果，果，是计算机与通信结

11、合的产物，是机机、人机通信。是计算机与通信结合的产物，是机机、人机通信。9数据通信的发展离不开数据通信的发展离不开原有原有的的通信网基础通信网基础，从许多国家发展数，从许多国家发展数据通信的过程来看，数据通信网主要利用原有的据通信的过程来看，数据通信网主要利用原有的电话交换电话交换网网和和用户电报网用户电报网来开展数据通信业务，或向用户提供租用来开展数据通信业务，或向用户提供租用电路，用户自己组成电路，用户自己组成专用的数据通信网专用的数据通信网，适应通信业务的，适应通信业务的大量增长，面向公众的公用数据网。大量增长，面向公众的公用数据网。数据通信网的发展阶段数据通信网的发展阶段 第一阶段（第

12、一阶段（50年代）年代） 初级阶段，特点是用户初级阶段，特点是用户租用租用专线构成集中式专用系统，应专线构成集中式专用系统，应用范围主要是用范围主要是数据收集和处理数据收集和处理。 第二阶段（第二阶段（60年代）年代） 主要利用原有的主要利用原有的电话交换网电话交换网和和用户电报网用户电报网来进行数据通信，来进行数据通信，为了解决用电话交换网和用户电报网进行数据通信的技术为了解决用电话交换网和用户电报网进行数据通信的技术问题，研制除了问题，研制除了调制解调器（调制解调器（MODEM)和线路和线路均衡器10第三阶段（第三阶段（70年代）年代） 这一阶段主要任务是研究和建设这一阶段主要任务是研究和

13、建设专门专门用于数据通信的数用于数据通信的数据通信网，建设数据交换网目标研究交换技术据通信网，建设数据交换网目标研究交换技术，即采用，即采用什么交换技术进行数据通信，数据通信网交换技术什么交换技术进行数据通信，数据通信网交换技术经历经历了电路交换，报文交换和分组交换三个过程。了电路交换，报文交换和分组交换三个过程。第四阶段（第四阶段（80年代）年代） 这一阶段特点发展这一阶段特点发展局域网局域网和和综合业务数字网（综合业务数字网（ISDN),强强调业务接入的综合化调业务接入的综合化第五阶段（第五阶段（90年代）年代） 这一阶段数据通信网的发展方向和目标是使得这一阶段数据通信网的发展方向和目标是

14、使得业务综合业务综合化、网络宽带化，化、网络宽带化，提出实现了提出实现了宽带综合业务数字网（宽带综合业务数字网（B-ISDN),核心技术核心技术ATM技术。技术。11数据通信概述PSTNDTEDTEPSTNCableDTEDTEX.25DTEDTEATMDTEDTESDHFR12n数据通信业务数据通信业务 数据通信技术的发展离不开它所支持和提供的业务，从数据通信技术的发展离不开它所支持和提供的业务，从信息信息载体载体的角度说，数据业务就是的角度说，数据业务就是由计算机进行运算、处理和存由计算机进行运算、处理和存储的储的数据数据为信息载体为信息载体的业务的业务。按业务按业务是否增值是否增值，数据

15、业务可，数据业务可分为分为基础基础业务和业务和增值增值业务业务，按照用户的按照用户的活动状态活动状态，可分为可分为固固定定数据业务和数据业务和移动移动数据业务，数据业务，按照按照传送速率传送速率，可以分为可以分为低速、低速、中速中速和和高速高速数据业务。信息产业部发布的数据业务。信息产业部发布的电信条例电信条例，将，将数据数据 业务分为业务分为基础数据业务基础数据业务和和增值数据业务增值数据业务两大类。两大类。n 基础数据业务基础数据业务 基础数据主要指基础数据主要指公共数据传送业务公共数据传送业务和和移动数据业务，移动数据业务，(1)公公共数据业务是共数据业务是利用利用电路交换、分组交换或租

16、用电路组成的电路交换、分组交换或租用电路组成的固固定公共数据网定公共数据网开发的以开发的以传送数据传送数据为目的的业务。按照为目的的业务。按照所用技所用技术术不同。公共数据传送业务包括分组交换、数字数据网不同。公共数据传送业务包括分组交换、数字数据网13(DDN)(DDN)、综合业务数字（、综合业务数字（ISDN)ISDN)、帧中继、异步传输、帧中继、异步传输(ATM)(ATM)和和IPIP业业务。务。分组交换分组交换、帧中继帧中继、异步传输异步传输业务采用业务采用面向连接的分组交面向连接的分组交换技术。换技术。具有统计复用、用户共享网络宽带等功能。协议，提具有统计复用、用户共享网络宽带等功能

17、。协议，提供接入速率、控制能力和综合能力有所不同。供接入速率、控制能力和综合能力有所不同。(2) (2) 利用利用陆地移动陆地移动蜂窝通信网蜂窝通信网作为承载网提供的数据业务称为作为承载网提供的数据业务称为移动数据业务，移动数据业务，具具体包括体包括短消息业务。短消息业务。速率速率可达可达64kbit/s64kbit/s的中速移动数据业务的中速移动数据业务、速、速率率在在128kbit/s128kbit/s以上移动多媒体业务。以上移动多媒体业务。 中国电信为提供上述数据传送业务，先后建设了覆盖全国的各中国电信为提供上述数据传送业务，先后建设了覆盖全国的各种数据通信网络，包括种数据通信网络，包括

18、中国公用计算机互联网中国公用计算机互联网(CHINAINET)(CHINAINET)、中国公众多媒体通信网中国公众多媒体通信网(CNINFO)(CNINFO)、中国公用分组交换网中国公用分组交换网(CHINAIPAC)(CHINAIPAC)、中国公用数字数据网中国公用数字数据网(CHINAIDDN)(CHINAIDDN)、中国公用中国公用帧中继宽带业务网帧中继宽带业务网(CHINAIFRN)(CHINAIFRN)和移动数据网和移动数据网。n增值数据业务增值数据业务 是指在原是指在原基础网络设施基础网络设施的基础上增加必要的设施构成增值网后，的基础上增加必要的设施构成增值网后，用户提供的新的业务

19、，在用户提供的新的业务，在公用数据网公用数据网上开发的增值业务很多，上开发的增值业务很多，主要：电子邮件、可视图文、电子数据交换等主要：电子邮件、可视图文、电子数据交换等 14n数据通信的特点数据通信的特点 数据通信作为一种通信业务方式，具有不同与其它通信的数据通信作为一种通信业务方式，具有不同与其它通信的方式特点。表现在以下几个方面：方式特点。表现在以下几个方面：n 数据通信是计算机与计算机以及人与计算机之间的通数据通信是计算机与计算机以及人与计算机之间的通信，通信的过程需要按照事先信，通信的过程需要按照事先约定好的规程或通信协议约定好的规程或通信协议来进行。来进行。需要建立需要建立通信控制

20、规程通信控制规程，即制定严格通信协议，即制定严格通信协议或标准。或标准。n数据传输的数据传输的可靠性可靠性要求高，即误码率要低。要求高，即误码率要低。需要采取一需要采取一些措施对差错进行纠正或控制。些措施对差错进行纠正或控制。n数据通信的数据通信的业务量呈现突发性业务量呈现突发性。即数据通信速率的平均。即数据通信速率的平均值和高峰值差异很大。值和高峰值差异很大。n数据通信要求有数据通信要求有灵活的接口能力灵活的接口能力，数据通信的用户是各，数据通信的用户是各种不同类型的计算机和终端设备，在种不同类型的计算机和终端设备，在通信速率通信速率、编码格编码格式，同步方式式，同步方式和和通信规程有很大差

21、异。通信规程有很大差异。n不同的数据业务对不同的数据业务对通信时延通信时延要求也不同，且时延要求的要求也不同，且时延要求的变化范围大变化范围大 n数据通信每次呼叫的数据通信每次呼叫的平均持续时间短平均持续时间短，要求接续和传输，要求接续和传输响应时间快。响应时间快。15数据通信的主要研究内容数据通信的主要研究内容数据通信是通过数据通信是通过计算机计算机与与通信技术通信技术相结合，来完成编码信息相结合，来完成编码信息的传输、转接、存储和处理加工，及时、准确地向对方提的传输、转接、存储和处理加工，及时、准确地向对方提供数据的通信技术。数据通信研究的内容比较复杂、范围供数据的通信技术。数据通信研究的

22、内容比较复杂、范围较广。可以把数据通信研究的内容归纳如下：较广。可以把数据通信研究的内容归纳如下：1 .数据传输数据传输 解决如何为信息提供通路，研究适合传输的信号形式以及解决如何为信息提供通路，研究适合传输的信号形式以及相应的各种传输设备。相应的各种传输设备。2 通信接口通信接口 介绍接口的功能、过程、电气和机械四个方面的特性，介绍接口的功能、过程、电气和机械四个方面的特性， 其中涉及到怎样把其中涉及到怎样把发送端的信号发送端的信号变换为适合于变换为适合于信道传输的信道传输的形形式；式；把传输到把传输到终点的信号终点的信号变换为变换为适合接收端终端设备接适合接收端终端设备接收的形式收的形式以

23、及以及通信的建议和协议通信的建议和协议等。等。16数据通信的主要研究内容数据通信的主要研究内容3 通信处理通信处理 包括检错和纠错、格式化、速度变换、编码变换、包括检错和纠错、格式化、速度变换、编码变换、 流控流控等方面的内容。等方面的内容。4 交换交换 交换是数据通信的重要内容，主要包括交换是数据通信的重要内容，主要包括数据交换的原理数据交换的原理和和概念。数据交换是为了解决传输资源共享，数据交换的方概念。数据交换是为了解决传输资源共享，数据交换的方式主要有两种：式主要有两种：电路交换和分组交换电路交换和分组交换，其中分组交换在实其中分组交换在实际的数据通信网中较多采用。际的数据通信网中较多

24、采用。5 传输控制规程传输控制规程. 传输控制规程也是传输控制规程也是数据通信协议数据通信协议，主要研究如何有效的实，主要研究如何有效的实现数据通信，数据通信协议是双方为准确有效地进行通信现数据通信，数据通信协议是双方为准确有效地进行通信所必须遵循的所必须遵循的规则和约定规则和约定。17n通信的基本概念通信的基本概念q通信的实质是通信的实质是进行信息交互或传递进行信息交互或传递q系统系统若干相互联系的要素按一定方式组成的的具有特定功若干相互联系的要素按一定方式组成的的具有特定功能并同周围环境互相作用的统一整体称为系统能并同周围环境互相作用的统一整体称为系统q通信系统通信系统一一个完成消息传递的

25、系统个完成消息传递的系统n一般模型一般模型通信系统通信系统信道信道发送机接收机通信媒介噪声信源信宿原始消息接收消息18n数据通信的基本概念数据通信的基本概念q概念概念 日常接触如各类日常接触如各类报表试验数据等报表试验数据等，通常意义上的，通常意义上的数据数据是指是指 在传输时可以用离散的数字信号逐一的准确表示，并赋予一在传输时可以用离散的数字信号逐一的准确表示，并赋予一定的意义，可以代表文字、符号和数码等。定的意义，可以代表文字、符号和数码等。数据数据：认为是预先约定的、具有某种含义的任何一个数字：认为是预先约定的、具有某种含义的任何一个数字或一个字母以及他们的组合，并能被计算机接受的形式或

26、一个字母以及他们的组合，并能被计算机接受的形式. .能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。如：如：二进制编码的字母二进制编码的字母/ /数字符号、软件处理的操作代码等数字符号、软件处理的操作代码等模拟数据模拟数据：连续的量。一组特定的数据点，且它们之间能：连续的量。一组特定的数据点，且它们之间能取所有可能的数据。取所有可能的数据。如：人的声音是如：人的声音是模拟数据模拟数据的例子。的例子。说话说话- -空气中产生空气中产生连续声波连续声波- - 麦克风捕捉，转化麦克风捕捉，转化模拟信号模拟信号数字数据数字数据：离散的量。一组特定的数据点，但它们

27、之间没：离散的量。一组特定的数据点，但它们之间没有其他的数据。有其他的数据。计算机中存贮器中以计算机中存贮器中以“1”“1”和和“0”“0”形式形式存贮的数据存贮的数据 是是 数字数据数字数据例子例子。数据传输数据传输：为传送数据信息，信息（数据）在传输之前，：为传送数据信息，信息（数据）在传输之前，必须转换成电磁信号。必须转换成电磁信号。信号是信号是信息（数据）的电子或电信息（数据）的电子或电磁编码磁编码19数据通信与计算机通信、数字通信的区别数据通信与计算机通信、数字通信的区别n 数据通信数据通信：以传送：以传送数据信息数据信息为主的通信。依照通信协议，为主的通信。依照通信协议，利用数据传

28、输技术，在两个功能单元间传输数据信息，实利用数据传输技术，在两个功能单元间传输数据信息，实现计算机终端，终端终端，计算机计算机之间的数现计算机终端，终端终端，计算机计算机之间的数据信息传递。据信息传递。 注意注意：数据通信：数据通信包括包括数据传输数据传输以及为了有效、可靠进行数据以及为了有效、可靠进行数据传输而引入的传输前后的传输而引入的传输前后的各种处理各种处理的通信过程的通信过程。 典型的数据通信系统：典型的数据通信系统： 数据通信数据处理数据传输数据通信数据处理数据传输 数据处理目的是为了数据可靠，有效传输，包括：数据集中、数据处理目的是为了数据可靠，有效传输，包括：数据集中、数据交换

29、、数据交换、 差错控制和传输规程。差错控制和传输规程。 广义讲数据通信：数据终端（广义讲数据通信：数据终端（DTE）间的通信，计算机属于）间的通信，计算机属于智能化程度高的数据终端。数据通信包含计算机通信，智能化程度高的数据终端。数据通信包含计算机通信，n数字通信数字通信：传输：传输“0”0”和和“1”1”组成的数字码流，这些码流组成的数字码流，这些码流既可以表示成既可以表示成数据信息，数据信息，也可代表也可代表话音话音和和图像信息图像信息. .n模拟通信模拟通信： 信道中传输的模拟信号。信道中传输的模拟信号。20数字通信数字通信并不针对某种并不针对某种用户业务用户业务，不涉及用户终端，不涉及

30、用户终端，数据通数据通信针对数据业务信针对数据业务，数据既可以在模拟通信系统上传输，也，数据既可以在模拟通信系统上传输，也可以在数字通信系统上传输。可以在数字通信系统上传输。n 数据通信的信号表示数据通信的信号表示：n信息信息：消息中所含的意义的内容，用：消息中所含的意义的内容，用“信息量信息量”n消息消息：图像，语言，文字或数据，信息的物理形式：图像，语言，文字或数据，信息的物理形式n信号信号：消息的载体，表现为随时间变化的物理量。信：消息的载体，表现为随时间变化的物理量。信息传送转化为信号。时间息传送转化为信号。时间t的函数的函数n模拟信号模拟信号：随时间变化而平稳变化的连续波形式。：随时

31、间变化而平稳变化的连续波形式。n数字信号数字信号：是离散的，只可以包含有限数目的几个预：是离散的，只可以包含有限数目的几个预定值。其随时间迁移是瞬时发生的，就像开关电灯一定值。其随时间迁移是瞬时发生的，就像开关电灯一样。样。n周期性信号周期性信号：信号能在一段测量的时间（称作周期）：信号能在一段测量的时间（称作周期）内完成一种模式，并在随后同样长短的周期内不断重内完成一种模式，并在随后同样长短的周期内不断重复这种模式。复这种模式。n非周期性信号非周期性信号：信号没有重复的模式。：信号没有重复的模式。21模拟信号模拟信号：幅度连续变化，：幅度连续变化，“连续连续”在一定的范内取无限多在一定的范内

32、取无限多个数值。如：电话、电视信号、传真个数值。如：电话、电视信号、传真数字信号数字信号：注意：注意：数字信号数字信号在时间上在时间上可以连续可以连续 振振幅幅 时时间间 振振幅幅 时时间间 模模拟拟信信号号 脉脉冲冲振振幅幅调调制制信信号号 二电平码二电平码四电平码四电平码3311T22数据通信信号的带宽需求数据通信信号的带宽需求 带宽的概念带宽的概念n 信号带宽信号带宽：模拟通信模拟通信 中信号带宽指的是中信号带宽指的是信号频率范围信号频率范围，单位：赫兹。电话信号的频率范围单位：赫兹。电话信号的频率范围3003400Hz，信号，信号带宽带宽3100Hz。（周期信号。（周期信号 非周期信号

33、非周期信号）n线路带宽线路带宽：数字通信中，线路带宽指：数字通信中，线路带宽指通信介质的线路传通信介质的线路传输速率输速率。每秒所能传输的数据量。单位。每秒所能传输的数据量。单位Bit/sBit/s。称为数字带称为数字带宽宽n有效带宽有效带宽：数字信号频谱（带宽）包含不同振幅的无数：数字信号频谱（带宽）包含不同振幅的无数个频率，传输具有重要振幅的分量，无限频谱中这一部个频率，传输具有重要振幅的分量，无限频谱中这一部分频谱称为有效频谱分频谱称为有效频谱n介质带宽介质带宽： 传输介质只能传输某些频率范围内的信号。传输介质只能传输某些频率范围内的信号。即，具有特定带宽的某种介质只能传输在介质内的信号

34、。即，具有特定带宽的某种介质只能传输在介质内的信号。23 第二节第二节 数据通信系统的构成数据通信系统的构成 1、数据通信系统的模型数据通信系统的模型 数据通信系统是通过数据通信系统是通过数据电路数据电路将分布在远端的将分布在远端的数据终端设备数据终端设备与与计算机系统计算机系统连接起来，实现数据连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理传输、交换、存储和处理的的系统。典型的数据通信系统主要由系统。典型的数据通信系统主要由中央计算机系统、数据终中央计算机系统、数据终端设备、数据电路三部分构成端设备、数据电路三部分构成，如下图所示。，如下图所示。（DTE）中央计算机系统数据输入输出设备传输控制器数

35、据电路终接设备数据电路终接设备通信控制器主机传输信道数据电路数据链路（DTE）数据终端设备DCE接口接口DCE图2-1 数据通信系统的基本构成24一、数据终端设备（一、数据终端设备（Data Terminal Equipment 简称简称DTE） 数据终端设备由数据终端设备由数据输入设备数据输入设备（产生数据的数据源，最常产生数据的数据源，最常见的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪见的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪）数据输出设备数据输出设备（接接收数据的数据宿，收数据的数据宿， CRTCRT显示器、打印机、绘图机、磁带或显示器、打印机、绘图机、磁带或磁盘的写入部分、传真机等磁盘的写入部分、传真机等）和

36、）和传输控制器传输控制器组成。组成。 传输控制器传输控制器是通信控制部分，是通信控制部分，主要主要执行执行与通信网络之间的与通信网络之间的通信过程控制通信过程控制，包括，包括差错控制差错控制和和通信协议实通信协议实现等现等。 数据终端设备的数据终端设备的种类种类很多，如按很多，如按其使用场其使用场合合可分为可分为通用数据终端通用数据终端和和专用数据终端专用数据终端，按，按其性能其性能可分为可分为简单终端简单终端（如一台只接收数据的打印机）和（如一台只接收数据的打印机）和智能终端智能终端（如计算机）（如计算机）等等。等等。25二、数据电路二、数据电路 数据电路数据电路位于位于DTE和中央计算机系

37、统之间，为数据通信提供数和中央计算机系统之间，为数据通信提供数字传输信道。字传输信道。数据电路由数据电路由传输信道传输信道（通信线路）（通信线路）及两端的及两端的数据数据电路终接设备电路终接设备（Data Circuit Terminating Equipment Data Circuit Terminating Equipment 简称简称DCEDCE）组成组成。 DCEDCE是是DTEDTE与传输信道之间的与传输信道之间的接口设备接口设备DTEDTE产生的数据信号可产生的数据信号可能有不同的形式，当都表现为脉冲信号，能有不同的形式，当都表现为脉冲信号，DCEDCE的主要作用的主要作用是将是

38、将数据终端设备输出的数据信号变换成数据终端设备输出的数据信号变换成适合适合在信道传输的信号。在信道传输的信号。 具体地具体地说就是在说就是在发送方发送方DCEDCE将来自将来自DTEDTE的数据信号进行变换的数据信号进行变换，消除，消除原数据信号内的直流分量，使信号概率谱与传输信道相适应，并防止数据原数据信号内的直流分量，使信号概率谱与传输信道相适应，并防止数据信号中出现的长串信号中出现的长串“1”1”或或“0”0”时可能导致的收发双方的失步，接收方则时可能导致的收发双方的失步，接收方则完成相反的变换。完成相反的变换。n 当传输信道是当传输信道是模拟信道模拟信道时，发送方将时，发送方将DTE送

39、来的送来的数字信号进数字信号进行调制（频谱搬移）变成模拟信号行调制（频谱搬移）变成模拟信号送往信道或进行相反的变换，送往信道或进行相反的变换，这时这时DCE是调制解调器（是调制解调器（MODEM）。）。26 n 当当传输信道是数字信道传输信道是数字信道时，时，DCE实际是实际是数字接口适配器数字接口适配器，其中包含其中包含数据服务单元数据服务单元与与信道服务单元信道服务单元。前者执行。前者执行码型和电平码型和电平转换、定时、信号再生和同步转换、定时、信号再生和同步等功能；后者则执行等功能；后者则执行信道均衡、信道均衡、信号整形和环路检测信号整形和环路检测等功能等功能。 传输信道传输信道指信号的

40、传输通道指信号的传输通道，由，由通信线路通信线路和和通信设备通信设备组成。组成。通信线路通信线路一般采用电缆、光缆、微波和卫星等线路。一般采用电缆、光缆、微波和卫星等线路。通信设备通信设备有有模拟通信设备模拟通信设备和和数字通信设备数字通信设备之分，从而使传输信道有模拟之分，从而使传输信道有模拟信道和数字信道之分。从不同角度分类，传输信道还可有专用信道和数字信道之分。从不同角度分类，传输信道还可有专用线路与交换网线路之分，有有线信道与无线信道之分，有频分线路与交换网线路之分，有有线信道与无线信道之分，有频分信道与时分信道之分。信道与时分信道之分。27三、中央计算机系统三、中央计算机系统 中央计

41、算机系统由央计算机系统由主机主机、通信控制器通信控制器(又称前置处理机又称前置处理机)及及外围外围设备设备组成，具有处理从组成，具有处理从数据终端设备输入数据终端设备输入的数据信息，并的数据信息，并将处理的结果向将处理的结果向相应数据终端设备输出相应数据终端设备输出的功能。的功能。 主机主机又称中央处理机，由中央处理单元（又称中央处理机，由中央处理单元（CPUCPU）主存储）主存储器、输入器、输入/ /输出设备及其他外围设备组成。输出设备及其他外围设备组成。其主要功能是其主要功能是进行数据处理进行数据处理。 通信控制器通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。用于管理与数据终端相连接的

42、所有通信线路。当考察正在通信的一个当考察正在通信的一个DTEDTE和中央计算机系统时，中央计和中央计算机系统时，中央计算机系统等同于一个算机系统等同于一个DTEDTE，这时的通信控制器的作用与传，这时的通信控制器的作用与传输控制器相同。输控制器相同。28 一个中央计算机系统一个中央计算机系统可通过可通过通信线路连接多个数据终端通信线路连接多个数据终端，实，实现主机资源共享。参见书现主机资源共享。参见书40页图页图2-2和图和图2-3 应当注意的是，应当注意的是，数据通信与电话通信不同数据通信与电话通信不同，当数据电路建，当数据电路建立后，为了进行有效的数据通信，还必须由图立后，为了进行有效的数

43、据通信，还必须由图2-12-1所示的传输所示的传输控制器和通信控制器按照事先约定的控制器和通信控制器按照事先约定的传输控制规程传输控制规程来对传输来对传输过程进行控制，以使双方能够协调和可靠地工作，包括过程进行控制，以使双方能够协调和可靠地工作，包括收发收发方同步、工作方式方同步、工作方式的选择、的选择、差错检测与校正、数据流量控制差错检测与校正、数据流量控制等等。 因此，我们通常把由因此，我们通常把由控制装置控制装置（传输控制器和通信控制器）（传输控制器和通信控制器）和和数据电路数据电路所组成的部分叫所组成的部分叫数据链路（数据链路（Data Link）。一般。一般来说，来说，只有只有建立起

44、数据链路建立起数据链路以后以后，通信双方才能通信双方才能真正有效真正有效地地进行数据通信进行数据通信。29数据线路数据线路 、数据链路及数据电路的区别、数据链路及数据电路的区别 数据线路（信道）数据线路（信道）：包括有线线路和无线线路。根据通信设：包括有线线路和无线线路。根据通信设备的不同有模拟信道和数字信道之分。备的不同有模拟信道和数字信道之分。 数据电路数据电路：由传输信道：由传输信道DCE组成。组成。数据链路数据链路： 数据电路数据传输控制装置数据电路数据传输控制装置。n数据线路数据线路是指实际的物理线路，是传输的基础；数据电路是指实际的物理线路，是传输的基础；数据电路由由数据线路数据线

45、路和和数据电路终接设备数据电路终接设备DCE组成，它是在数据线组成，它是在数据线路基础上加信号变换设备（调制器或数字接口电路）之后路基础上加信号变换设备（调制器或数字接口电路）之后形成的二进制比特流通路；数据电路的连接方式主要有五形成的二进制比特流通路；数据电路的连接方式主要有五种：（种：（1）点到点的专线连接；（）点到点的专线连接；（2）点到多点专线连接；）点到多点专线连接；（3）点到多点集中连接；（）点到多点集中连接；（4）多点到多点复用连接；）多点到多点复用连接；（5）通过交换网连接。）通过交换网连接。30数据链路数据链路由由数据电路数据电路和和数据传输控制装置数据传输控制装置组成，它是

46、在数据组成，它是在数据电路建立后，为了有效的数据通信，通过传输控制器和通电路建立后，为了有效的数据通信，通过传输控制器和通信控制器按照事先约定的控制规程来对传输过程进行控制，信控制器按照事先约定的控制规程来对传输过程进行控制，使双方协调可靠工作。使双方协调可靠工作。 一般来说，只有建立起数据链路一般来说，只有建立起数据链路以后，通信双方才能真正有效地进行数据通信以后，通信双方才能真正有效地进行数据通信。2、数据信号传输的基本方法、数据信号传输的基本方法 目前数据通信系统中的信道主要有目前数据通信系统中的信道主要有三种类型三种类型：物理实线传物理实线传输媒质信道输媒质信道，如双绞线电缆，同轴电缆

47、等，如双绞线电缆，同轴电缆等，电话网传输信电话网传输信道道，数字数据传输信道数字数据传输信道。这三种信道可以独立应用，也可。这三种信道可以独立应用，也可以以不同的方式串联应用。为适应前述三种类型传输信道，以以不同的方式串联应用。为适应前述三种类型传输信道，有三种数据信号传输的基本方法，即基带传输、频带传输有三种数据信号传输的基本方法，即基带传输、频带传输及数字数据传输。及数字数据传输。 一一. 基带传输基带传输 所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带，简称基带。所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带，简称基带。数字信号的基本频带是从数字信号的基本频带是从0至某一频率的低通型频带。当至某一频率的

48、低通型频带。当利用数据传输系统直接传送基带信号不经频谱搬移时，称利用数据传输系统直接传送基带信号不经频谱搬移时，称之为是基带传输，这种数据传输系统就称之为基带传输系之为是基带传输，这种数据传输系统就称之为基带传输系统。统。31二、二、 频带传输频带传输 所谓频带传输，就是把二进制信号所谓频带传输，就是把二进制信号(数字信号数字信号)进行进行调制调制，使之成为能在，使之成为能在公用电话网中传输的公用电话网中传输的音频信号音频信号(模拟信号模拟信号)，该音频信号通过传输介质该音频信号通过传输介质传送到接收端后，再由解调器解调变换成原来的二进制电信号传送到接收端后，再由解调器解调变换成原来的二进制电

49、信号 ，这，这种把数据信号经过调制后再传送，到接收端又经过解调还原成原来信种把数据信号经过调制后再传送，到接收端又经过解调还原成原来信号的传输，称为频带传输。这种频带传输不仅克服了号的传输，称为频带传输。这种频带传输不仅克服了目前许多长途电目前许多长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能够实现多路复用话线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能够实现多路复用，从而，从而提高了通信线路的利用率。但是频带传输在发送端和接收端都要设置提高了通信线路的利用率。但是频带传输在发送端和接收端都要设置调制解调器，将基带信号变换为通带信号再传输。调制解调器，将基带信号变换为通带信号再传输。 三、三、 数字数

50、据传输数字数据传输 数字数据传输方式就是利用数字数据传输方式就是利用数字信道数字信道传输数据的方法。所谓数字信道传输数据的方法。所谓数字信道就是通过对语音信号进行就是通过对语音信号进行PCM处理后的数字化语音信号的多路复用处理后的数字化语音信号的多路复用的信道。采用数字信道，每一数字话路的数据传输速率为的信道。采用数字信道，每一数字话路的数据传输速率为64kbi/s，所以，每一话路可复用所以，每一话路可复用5路路9600bit/s或或10路路1800bit/s数据，而并不需数据，而并不需要采用调制解调器要采用调制解调器(Modem)，误码率又较低，从而提高了传输的速率，误码率又较低，从而提高了

51、传输的速率和质量。当传输距离较长时由于数字信道中每隔一定距离插入了再和质量。当传输距离较长时由于数字信道中每隔一定距离插入了再生中继器，使信道中引入的噪声和信号失真不会积累，从而大大提高生中继器，使信道中引入的噪声和信号失真不会积累，从而大大提高了传输质量。了传输质量。32 第三节第三节 传传 输输 代代 码码 由数据终端设备和计算机发出的数据信息一般都是字母、数字或符号的由数据终端设备和计算机发出的数据信息一般都是字母、数字或符号的组合。为了传递这些信息，首先需将这些字母、数字或符号用二进制组合。为了传递这些信息，首先需将这些字母、数字或符号用二进制“0”0”和和 “ “1”1”的组合即的组

52、合即二进制代码二进制代码来表示来表示。所以。所以代码就是一定长度的二代码就是一定长度的二进制信号的组合。简单地说代码就是二进制的组合。进制信号的组合。简单地说代码就是二进制的组合。 目前常用的传输代码有：目前常用的传输代码有：国际国际5号码号码、国际电报国际电报2号码号码、EBCDIC码码和和信息交换用汉字代码信息交换用汉字代码。 一、国际一、国际5号码（号码（IA5） 最早是最早是1963年美国标准化协会提出的，年美国标准化协会提出的，称为美国信息交换用标准称为美国信息交换用标准代码（代码（American Standard Code for Information InterchangeA

53、merican Standard Code for Information Interchange）简称简称ASCIIASCII码，码，一种一种七位码七位码来表示一个字符、数字或符号。来表示一个字符、数字或符号。 27=128 种组合可表示种组合可表示128个不同的字符、数字或符号。个不同的字符、数字或符号。 为为了提高可靠性，在了提高可靠性，在IA5IA5码之后附加一位码之后附加一位b b8 8，奇偶校验用奇偶校验用。 国际国际5 5号码是号码是当前当前在数据通信中使用在数据通信中使用最普遍最普遍的一种代码。的一种代码。33二、国际电报二、国际电报2 2号码（号码（ITA2ITA2）波多码）

54、波多码 它是一种它是一种5 5单位代码，单位代码，3232种组合种组合，但通过两个转移控制键，但通过两个转移控制键“字母字母Letter”Letter”和和“数字数字 Figure”Figure”使其随后的代码改变意义使其随后的代码改变意义，用于区分用于区分数字和字母，因此可有数字和字母，因此可有6464种组合，实际只用种组合，实际只用5858个传输码字，包括字母、数字、个传输码字，包括字母、数字、符号和控制符。符号和控制符。 国际电报国际电报2 2号码是号码是起止式电传电报通信中起止式电传电报通信中的的标准代码标准代码，目前在，目前在采用普通电传机作终端的采用普通电传机作终端的低速数据通信低

55、速数据通信系统中，仍使用这种代码。系统中，仍使用这种代码。三、三、 EBCDICEBCDIC码码 EBCDICEBCDIC码是码是扩充的二十进制交换码扩充的二十进制交换码的简称，是一种的简称，是一种8 8单位单位码。码。由于第由于第8 8位用于扩充功能，不能作奇偶校验。故位用于扩充功能，不能作奇偶校验。故这种码一般不作远距这种码一般不作远距离传输用，而作为计算机的内部码使用，尤其为离传输用，而作为计算机的内部码使用，尤其为IBMIBM机采用。机采用。四、信息交换用汉字代码四、信息交换用汉字代码 汉字代码是汉字代码是汉字信息交换用的标准代码汉字信息交换用的标准代码，它适用于一般的汉字处理、汉字，

56、它适用于一般的汉字处理、汉字通信等系统之间的信息交换。对于任何一个图形字符都采用通信等系统之间的信息交换。对于任何一个图形字符都采用两个字节两个字节表示，表示，每个字节均采用国家标准每个字节均采用国家标准GB1988-80“GB1988-80“信息处理交换用的七位编码字符集信息处理交换用的七位编码字符集”的的7 7单位代码。单位代码。34 第四节第四节 数据通信系统的主要性能指标数据通信系统的主要性能指标 衡量数据通信系统性能的主要指标有衡量数据通信系统性能的主要指标有工作速率工作速率、可靠性可靠性和和有效有效性性三类。下面分别给予描述。三类。下面分别给予描述。 一、工作速率一、工作速率 工作

57、速率是衡量数据通信系统通信能力的主要指标。通常可工作速率是衡量数据通信系统通信能力的主要指标。通常可采用采用调制速率、数据传信速率调制速率、数据传信速率和和数据传送速率数据传送速率去描述。去描述。1、调制速率、调制速率 数据以代码的形式表示，即二进制信号串，在传输时通常数据以代码的形式表示，即二进制信号串，在传输时通常用某种波形或信号脉冲代表一个二进制码或几个二进制码的组用某种波形或信号脉冲代表一个二进制码或几个二进制码的组合。这种合。这种携带数据信息的携带数据信息的波形波形或或信号脉冲信号脉冲叫做叫做码元码元。如书图。如书图2-2-4 4所示。所示。 调制速率反映信号波形变换的频繁程度，其定

58、义是调制速率反映信号波形变换的频繁程度，其定义是每秒传输每秒传输信号码元的个数信号码元的个数，又称符号速率，记为，又称符号速率，记为NBd，单位为波特单位为波特（Bd）。如信号码元持续时间为。如信号码元持续时间为T秒，秒， NBd (Bd)=1/T(秒秒)35 2、数据传信速率、数据传信速率 调制速率又称为调制速率又称为消息传输速率消息传输速率，因为一个码元含有的信息量是不同的，所以，因为一个码元含有的信息量是不同的，所以一个码元就是一个消息。所以一个码元就是一个消息。所以调制速率不能反映数据通信系统的信息传输调制速率不能反映数据通信系统的信息传输能力能力。 数据传信速率的定义为数据传信速率的

59、定义为每秒传输二进制码元的个数每秒传输二进制码元的个数，又称，又称比特比特率率，记为，记为R，单位为，单位为bit/s或或Kbit/s或或Mbit/s。 比特在信息论中作为比特在信息论中作为信息量的度量单位信息量的度量单位。传递一个二进制代码就相当于传递。传递一个二进制代码就相当于传递了了1 1比特的信息比特的信息，故数据传信速率又称，故数据传信速率又称信息传输速率信息传输速率。 需要强调的是调制速率和数据传信速率的需要强调的是调制速率和数据传信速率的物理意义是不同物理意义是不同的，的， 前者描述了前者描述了单位时间内系统所传输的码元数，而单位时间内系统所传输的码元数，而后者说明后者说明系统在

60、单位时间内所系统在单位时间内所传输的信息量，两者具有不同的定义，不应混淆，但是它们之间有确定的关系，传输的信息量，两者具有不同的定义，不应混淆，但是它们之间有确定的关系，可以互相转换可以互相转换。 R= NBd 2M(bit/s)36 3、数据传送速率、数据传送速率 前面介绍的两种工作速率是前面介绍的两种工作速率是相对数据通信系统相对数据通信系统的，其波特率或比特率的，其波特率或比特率都是指系统为了有效可靠地传输数据在单位时间内通过信道所传输的码元都是指系统为了有效可靠地传输数据在单位时间内通过信道所传输的码元或信息，在这些码元或信息中一般来说或信息，在这些码元或信息中一般来说不一定全部是从数