数据通信的基本概念综述

1、计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络2.12.1、基本概念、基本概念2.22.2、数据传输方式、数据传输方式2.32.3、数据交换技术、数据交换技术2.42.4、差错检验与校正、差错检验与校正计算机网络计算机网络2.1.1信息与数据u信息信息：对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结：对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可以表示物质与外部构、性能等全部或部分特性的描述，也可以表示物质与外部的联系。（信息由各种存在形式，如的联系。（信息由各种存在形式，如数字数字、文字文字、声音声音、图图形形和和图像图像等。）等。）u数据数据：信息可以用数字的

2、形式来表示，：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息数字化的信息称为数称为数据。据。数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释。（数据有两种类型：取连续值的数据称为模拟值，取离散值（数据有两种类型：取连续值的数据称为模拟值，取离散值的数据称为数字数据。）的数据称为数字数据。）计算机网络计算机网络2.1.2信道和信道容量u信道信道：传送信号的通道，可以分为：传送信号的通道，可以分为物理信道物理信道和和逻辑信道逻辑信道。物理信道是。物理信道是指用来传送信号或数据的指用来传送信号或数据的物理通路物理通路，由，由传输介质传输介质及其及其附属设备附属设

3、备组成。逻组成。逻辑信道是指传输信息的一条通路，但辑信道是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对对应的物理传输介质存在与之对对应的物理传输介质，而是在物理信道的基础上，由，而是在物理信道的基础上，由节点设节点设备内部的连接来实现备内部的连接来实现。信道的分类：。信道的分类：按使用权限按使用权限分为分为专业信道专业信道和和共用信共用信道道；按传输介质按传输介质分为分为有线信道有线信道、无线信道无线信道和和卫星信道卫星信道；按传输信号按传输信号分为分为模拟信道模拟信道和和数字信道数字信道。u信道容量信道容量：是指：是指信道传输信息的最大能力信

4、道传输信息的最大能力，通常用，通常用信息速率信息速率（bpsbps）来）来表示。信道容量由信道的表示。信道容量由信道的频带（带宽）频带（带宽）、可使用的时间可使用的时间及及能通过的信号能通过的信号功率功率决定。决定。计算机网络计算机网络u信道容量信道容量u香农公式香农公式（ShannonShannon）：）：C=BC=B* *loglog2 2(1+S/N) (bps) (1+S/N) (bps) u说明：说明：S S为信号功率，为信号功率，N N为噪声功率。为噪声功率。u在通信系统中，信噪比通常用分贝在通信系统中，信噪比通常用分贝dBdB表示。表示。uS/N(dB)=10lg(S/N)S/N

5、(dB)=10lg(S/N)u例：已知信噪比为例：已知信噪比为30dB30dB，带宽为，带宽为3kHz3kHz，求信道的最大数据传输，求信道的最大数据传输u速率。速率。 10lg(S/N)=30 S/N=1010lg(S/N)=30 S/N=1030/1030/10=1000=1000 C=3kC=3k log2(1+1000)30k bpslog2(1+1000)30k bps 计算机网络计算机网络u信号分类：模拟信号和数字信号信号分类：模拟信号和数字信号u模拟信号：随时间连续变化的电流、电压或电磁波。模拟信号：随时间连续变化的电流、电压或电磁波。 例电话、电视和广例电话、电视和广播播u数字

6、信号：一系列离散的电脉冲，其值限制在有限的几个数字之内。例数字信号：一系列离散的电脉冲，其值限制在有限的几个数字之内。例: :用用1 1表示恒定的正电压，表示恒定的正电压，0 0表示恒定的负电压。表示恒定的负电压。 u波形图：波形图：0V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t模拟信号模拟信号数字信号数字信号计算机网络计算机网络u模拟信道：以连续模拟信号形式传输的信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输的信道u例：电话线路、有线电视线路例：电话线路、有线电视线路u模拟信道传输的特点：模拟信道传输的特点：u在传输一定距离后信号衰减，克服的办法是用放大器来增强在传输一定距离后信号衰减，克服的办法是

7、用放大器来增强u信号的能量，但噪音也会增强，会引起信号畸变。信号的能量，但噪音也会增强，会引起信号畸变。u数字信道：以数字脉冲形式传输数据的信道数字信道：以数字脉冲形式传输数据的信道u例：双绞线、同轴电缆例：双绞线、同轴电缆u数字信道传输特点：数字信道传输特点：u长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信u号恢复为号恢复为“0 0、1”1”的标准电平后继续传输。故数字信道在传输的标准电平后继续传输。故数字信道在传输u时，信号质量要好。时，信号质量要好。u注意：模拟信号不一定只在模拟信道上传输，数字信号也不注意：模拟信号不一定只在模拟

8、信道上传输，数字信号也不u一定只在数字信道上传输。一定只在数字信道上传输。计算机网络计算机网络2.1.3码元和码字u码元码元 把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。将计算机网络传送中的每。将计算机网络传送中的每1 1位二进制数字称为位二进制数字称为“码元码元”或或“码位码位”。u码字码字 由码元组成的序列，通常称为由码元组成的序列，通常称为“码字码字”计算机网络计算机网络2.1.4数据通信系统主要技术指标u1. 1.比特率比特率u是一种数字信号的传输速率，表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，单是一种数字信号的传输速率，

9、表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，单位为比特每秒（位为比特每秒（bpsbps）或千比特每秒）或千比特每秒(kbps)(kbps)表示。表示。u2. 2.波特率波特率u是一种调制速率，也称为波形速率，是针对在模拟信道上进行数字传输时，从调制是一种调制速率，也称为波形速率，是针对在模拟信道上进行数字传输时，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。或者说，在数据传输过解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。或者说，在数据传输过程中，线路上每秒传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（程中，线路上每秒传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（BaudBaud）。）。

10、u3. 3.误码率误码率u指信息传输的错误率，也称错误率，是数据通信系统以正常工作情况下，衡量传输指信息传输的错误率，也称错误率，是数据通信系统以正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。当传输的总量很大时，在数值上它等于出错的位数与传送的总位数可靠性的指标。当传输的总量很大时，在数值上它等于出错的位数与传送的总位数之比。之比。u公式为：公式为：P Pe e=N=Ne e/N/N;N;N是传送的总位数；是传送的总位数；NeNe是出错的位数。是出错的位数。计算机网络计算机网络2.1.4数据通信系统主要技术指标u4. 4.吞吐量吞吐量u是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节是单位时间内整个

11、网络能够处理的信息总量，单位是字节/ /秒或位秒或位/ /秒。在单信秒。在单信道总线型网络中：吞吐量信道容量道总线型网络中：吞吐量信道容量* *传输效率。传输效率。u5. 5.信道的传播延迟信道的传播延迟u信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延），这个时间与信源端一信宿端之间的距离有关，也与具体信道延迟（或时延），这个时间与信源端一信宿端之间的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。时延的大小与采用哪种网络技术有很大关系。中的信号传播速度有关。时延的大小与采用哪种网络技术有很大关系

12、。计算机网络计算机网络2.1.5带宽与数据传输率u1. 1.信道带宽信道带宽u是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高最高频率频率与与最低频率最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以信之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以信道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。u2. 2.数据传输率数据传输率u是指是指单位时间内信道内传输的信息量单位时间内信道内传输的信息量，即比特率。一般来说，数据传输，即比特率。一般来说，数据传输率的高低由传输每率的高低由传输每1 1位

13、数据所占时间决定，传输每位数据所占时间决定，传输每1 1位数据所占时间越小位数据所占时间越小，则速率越高。，则速率越高。u数据传输率公式：数据传输率公式：S=BlogS=Blog2 2N N;B;B是数字信号的脉冲频率，即波特率；是数字信号的脉冲频率，即波特率；N N是是调制电平数。调制电平数。计算机网络计算机网络u误码率误码率n由于噪声的干扰，信号在传输过程中会出现差错，差错的多由于噪声的干扰，信号在传输过程中会出现差错，差错的多n少决定了数据通信的质量。少决定了数据通信的质量。n误码率误码率Pe=Pe=发生差错的码元数发生差错的码元数/ /传输的总码元数传输的总码元数n误比特率误比特率Pb

14、=Pb=发生差错的比特数发生差错的比特数/ /传输的总比特数传输的总比特数n说明：说明：n在计算机网络中，一般要求误比特率低于在计算机网络中，一般要求误比特率低于10-610-6，若误比特率达，若误比特率达n不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。计算机网络计算机网络u2 2、信道容量、信道容量表示一个信道的表示一个信道的最大数据传输速率最大数据传输速率，单位：，单位：bpsbps信道容量与数据传输速率的区别：信道容量与数据传输速率的区别：前者表示信道的最大数据前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数传输速率，是

15、信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。据传输速率。在实际中，通常用在实际中，通常用带宽带宽表示网络的传输速率。带宽与传输速表示网络的传输速率。带宽与传输速率的关系：率的关系：奈奎斯特定律和香农定律奈奎斯特定律和香农定律计算机网络计算机网络u无噪声的信道容量（理想）无噪声的信道容量（理想）奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值无噪声下的码元速率极限值B B与信与信道带宽道带宽H H的关系：的关系：B=2B=2* *H H ( (波特波特) )奈奎斯特公式奈奎斯特公式-无噪信道传输能力公式：无噪信道传输能力公式： C=2C=2* *H H* *l

16、oglog2 2N (bps)N (bps)说明：说明：C C为信道容量，为信道容量，H H为信道的带宽，单位为为信道的带宽，单位为HzHz；N N为一个码元所取的离散值个数。为一个码元所取的离散值个数。例：普通电话线路带宽约例：普通电话线路带宽约3kHz3kHz，则码元速率极限值：，则码元速率极限值： B=2B=2* *H=2H=2* *3k=6kBaud 3k=6kBaud 若码元的离散值个数若码元的离散值个数N=16N=16，则最大数据传输速率，则最大数据传输速率 C=2C=2* *3k3k* *loglog2 216=24kbps16=24kbps。计算机网络计算机网络例：带宽为例：带宽为4KHz4KHz的信道，若有的信道，若有8 8种不同的物理状态表示数据，种不同的物理状态表示数据，信噪比为信噪比为30db30db，问按照奈奎斯特定理计算，其极限速率是多，问按照奈奎斯特定理计算，其极限速率是多少？按香农定理计算，其极限速率又为多少？少？按香农定理计算，其极限速率又为多少？解：解：（1 1）奈奎斯特定理：）奈奎斯特定理：Cmax=2HlogCmax=2Hlog2