最简单易学的数据通信基础

第2章数据通信技术的基础知识辽宁工程技术大学职业技术学院包剑2006年9月2002年1计算机网络第2章数据通信技术的基础知识学习目标

新课讲授本章小结本章习题返回主要内容2计算机网络本章主要内容数据通信的基本概念 数据传输方式 数据传输的同步技术 数据的编码技术 多路复用技术 数据交换技术传输介质 差错控制技术 目录页3计算机网络数据通信技术的基本内容数据通信基本概念数据通信系统基本结构信息、数据、信号数据通信的主要技术指标数据传输方式串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信基带传输、频带传输、宽带传输数据的同步技术异步传输、同步传输数据编码技术数字数据信号模拟传输幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK数字传输不归零码NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码模拟数据信号模拟传输调幅、调频、调相数字传输脉冲编码调制PCM多路复用技术时分多路复用、频分多路复用、波分多路复、码分多路复用数据交换技术电路交换、报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报方式、虚电路方式）传输介质传输介质类型与特点差错控制技术检错码、纠错码和差错控制机制目录页4计算机网络本章学习目标了解计算机通信中信息、数据与信号的基本概念，以及数据通信系统的基本结构；掌握模拟数据编码方法与数字数据编码的基本原理与主要特点；了解基带传输的定义与主要特点，了解频带传输的定义；掌握数据传输速率的定义；掌握串行与并行通信，单工、半双工与全双工通信，模拟通信、数字通信的特点；5计算机网络本章学习目标解多路复用技术的分类，掌握FDM、WDM、TDM的基本工作原理；掌握异步传输与同步传输方式的主要特点；掌握双绞线、同轴电缆、光缆、无线通信信道、卫星通信的特点；了解广域网中数据交换方式的类型，掌握分组交换方法的基本工作原理；了解数据通信中差错产生的原因与差错类型，掌握误码率的定义与循环冗余编码CRC的基本工作原理；目录页6计算机网络第2章数据通信技术的基础知识2.1基本概念

2.2数据的传输

2.3数据传输的同步技术

2.4数据的编码和调制技术

2.5数据交换技术

2.6信道复用技术

2.7传输媒体的类型与特点

2.8通信接口及设备

2.9差错控制技术

目录页7计算机网络2.1基本概念2.1.1信息、数据和信号 2.1.2数据通信系统的基本结构 2.1.3通信信道的分类 2.1.4数据通信的技术指标8计算机网络数据通信基础通信

计算机计算机网络计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。9计算机网络自古以来，信息的交换一直在进行，诸如通信、交换意见、交流思想等，这些都是广义上的通信。最简单的通信方式就是交谈，声音通过空气媒质把要交换的信息带到了对方，完成了通信过程，这种通信方式的固有缺点就是通信距离短，只能以米(m)为单位。古时候远距离通信有书信和烽火台，但它们的信息量有限。这些都不是现代意义上的通信。现代意义上的通信以电报和电话的产生为标志。电报方面，1835年莫尔斯发明了电报，1837年发明了莫尔斯电码，同年，出现了电磁式有线电报机，1896年马可尼发明了无线电报机。电话方面，1876年贝尔发明了电话机，1878年人工交换局出现，1892年自动交换局出现。在此后的近100年间，人类主要的通信方式就是这两种形式，它们为人类社会的快速发展发挥了积极的作用。数据通信基础--通信的历史10计算机网络20世纪30年代开开始，随着着各种通信信方面的理理论的形成成，如调制制理论、信信息论、噪噪声理论、、预测理论论和统计理理论等，使使得通信技技术取得了了一系列的的突破。50年代形形成了以电电话为主电电报为辅的的通信体系系。在此后的50年间，，随着电子子技术的发发展，器件件方面出现现了重大突突破，由最最初的电子子管发展为为晶体管、、集成电路路、可编程程逻辑器件件、超大规规模集成电电路。人类类发明了更更多的电器器设备，如如：收音机机、电视机机、雷达、、卫星、计计算机等，，使人类的的通信进入入了一个全全新的阶段段。数据通信基基础--通信的历史史11计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号通信的目的的是交换信信息。信息的载体体可以是多多媒体，包包含语音、、音乐、图图形图像、、文字和数数据等。计计算机的终终端产生的的信息一般般是字母、、数字和符符号的组合合。为了传传送这些信信息，首先先要将每一一个字母、、数字或括括号用二进进制代码表表示。目前前常用的二二进制代码码有国际5号码码（IA5）扩充的二、、十进制交交换码EBCDIC码信息交换用用标准代码码ASCII码等等。12计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号国际5号码码（IA5）国际5号码码是一种7单位代码码，以7位位二进制码码来表示一一个字母、、数字或符符号，最早早是美国国国家标准化化协会在1963年年提出的，，称为美国国信息交换换用标准代代码(ASCII，，AmericanStandardCodeforInformationInterchange)，，后被ISO和ITU-T采采纳并发展展成为国际际通用的信信息交换用用标准代码码。7位二进制制共有128个代码码，可表示示128个个不同的字字母、符号号和数字。。32个作为为控制字符符使用，它它们只产生生控制功能能，不可被被显示或打打印；其余均为显显示或打印印用的图形形字符，包包括大、小小写英文字字母各26个，数字字10个，，以及其他他图形符号号33个。。13计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号表2-1列列出了国际际5号码编编码表。14计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号扩充的二、、十进制交交换码EBCDIC码EBCDIC码是扩扩充的二-十进制码码的简称，，是由IBM公司提提出的一种种8单位代代码。由于于第8位用用于扩充功功能，不能能作奇偶校校验，故这这种码一般般作为计算算机的内部部码使用。。信息交换用用汉字代码码信息交换用用汉字代码码是汉字信信息交换用用的标准代代码，它适适用于一般般的汉字处处理、汉字字通信等系系统之间的的信息交换换。汉字用两个个字节表示示，每个字节节均采用国国家标准GB1988-80“信息处处理交换用用的七位编编码字符集集”的7单单位代码。。15计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号被传输的二二进制代码码称为数据（Data）。信号是数据在传传输过程中中的电信号号的表示形形式。主要要形式有：：模拟信号：：连续变换换的电信号号，它的取取值可以是是无限个。。数字信号：：是一种离离散信号，，它的取值值是有限的的。16计算机网络络2.1.1信息息、数据和和信号模拟与数字字的特点模拟：波动性；持续变化；反映事物的本质；在电信业已被广泛使用超过100年；数字：离散性；跃变性；设备性能先进，较为便宜；17计算机网络2.1.1信信息、数数据和信号模拟与数字的的特点雪六角形凉白色信息数据信号18计算机网络2.1.1信信息息、、数数据据和和信信号号19计算算机机网网络络2.1.1信信息息、、数数据据和和信信号号模拟拟数数据据是是指指在在某某个个区区间间内内的的连续续值值。例例如如：：声音音或或视视频频都都是是强强度度连连续续变变化化的的波波形形；；用传传感感器器采采集集到到的的数数据据：：温度度压力力数字字数数据据泛泛指指离散散值值。例例如如：：文字字整数数20计算算机机网网络络2.1.1信信息息、、数数据据和和信信号号1．．信息息（（Information））：一一般般认认为为信信息息是是人人对对现现实实世世界界事事物物存存在在方方式式或或运运动动状状态态的的某某种种认认识识。。表表示示信信息息的的形形式式可可以以是是数数值值、、文文字字、、图图形形、、声声音音、、图图像像以以及及动动画画等等。。2．．数据据（（Data））：数数据据是是把把事事件件的的某某些些属属性性规规范范化化后后的的表表现现形形式式，，它它能能被被识识别别，，也也可可以以被被描描述述。。例例如如十十进进制制数数、、二二进进制制数数、、字字符符等等。。3．．信号号（（Signal））：信信号号是是数数据据的的具具体体物物理理表表现现，，具具有有确确定定的的物物理理描描述述。。例例如如电电压压、、磁磁场场强强度度等等。。在在数数据据通通信信系系统统中中，，人人们们关关注注得得更更多多的的是是数数据据和和信信号号。。4.模模拟拟和和数数字字：：信信号号可可以以是是模模拟拟的的也也可可以以是是数数字字的的。。与与信信号号的的分分类类相相对对应应，，信信道道也也分分为为传传输输模模拟拟信信号号的的模模拟拟信信道道和和传传送送数数字字信信号号的的数数字字信信道道两两大大类类。。数数据据可可以以是是模模拟拟的的也也可可以以是是数数字字的的。。21计算算机机网网络络2.1.1信信息息、、数数据据和和信信号号从通通信信的的信信号号形形式式上上看看，，信号号(Signal)是是数数据据的的电电磁磁(或或电电子子)编编码码，，是传传递递消消息息的的载载体体。。通通信信系系统统中中所所使使用用的的信信号号是是指指电、、磁磁信信号号，即即随随时时间间变变化化的的电电压压、、电电流流或或磁磁场场。。从从数数学学角角度度看看，，信信号号通通常常是是时时间间的的函函数数，，在在时时域域上上可可划划分分为为连连续续函函数数和和离离散散函函数数。。信信号号可可分分为为以以下下两两种种：：模拟拟信信号号：指指连连续续变变化化的的电电信信号号，，例例如如语语音音信信号号、、当当前前的的电电视视信信号号等等；；数字字信信号号：指指离离散散的的一一系系列列电电脉脉冲冲，，如如计计算算机机所所用用的的二二进进制制代代码码““1””和和““0””表表示示的的信信号号。。22计算算机机网网络络2.1.2数数据据通通信信系系统统基基本本结结构构数据据通通信信系系统统的的基基本本通通信信模模型型：：产产生生和和发发送送信信息息的的一一端端叫叫信源源，接接收收信信息息的的一一端端叫叫信宿宿。信信源源与与信信宿宿通通过过通通信信线线路路进进行行通通信信，，在在数数据据通通信信系系统统中中，，也也将将通通信信线线路路称称为为信道道。在数数据据通通信信系系统统中中，，传传输输模模拟拟信信号号的的系系统统称称为为模拟拟通通信信系系统统，而而传传输输数数字字信信号号的的系系统统称称为为数字字通通信信系系统统。23计算算机机网网络络数据据传传输输质质量量参参数数传输输损损耗耗由于于传传输输存存在在损损耗耗，，任任何何通通信信系系统统接接收收到到的的信信号号和和发发送送的的信信号号均均会会有有所所不不同同。。对于于模模拟拟信信号号，，传传输输损损耗耗导导致致了了各各种种随随机机的的改改变变而而降降低低了了信信号号的的质质量量。。对于于数数字字信信号号，，传传输输损损耗耗则则会会引引起起位位串串错错误误。。影响传输损耗耗的主要参数数有：衰减衰减失真延迟变形噪声24计算机网络数据传输质量量参数影响传输损耗耗的主要参数数有：衰减(又称衰耗，，Attenuation)在任何传输介介质上，信号号强度都将随随距离延伸而而减弱。对有线类介质质，信号衰减减具有对数函函数性；对无线类介质质，信号衰减减则是距离和和大气组成所所构成的复合合函数。25计算机网络数据传输质量量参数影响传输损耗耗的主要参数数有：衰减由图2-2所所示的衰减与与频率的特性性关系图可见见，输入信号号经传输系统统后变小了，，即形成了衰衰减。随着频频率的不同，，衰减值是不不一样的。低低频和高频段段的衰减大，，中频段衰减减小，图中的的实曲线称为为衰减-频率率特性。26计算机网络数据传输质量量参数影响传输损耗耗的主要参数数有：衰减失真模拟传输系统统为了实现长长距离传送，，采用放大器等来解决传输输损耗问题，，但噪声也会会随之放大，，尤其在多次次放大后会产产生噪声累加加，这将会引引起数据出错错。另外，长长距离传送对对放大器的增增益-频率特特性提出了很很高的要求。。在理想情况况下，放大器器应能使信号号在整个工作作频率范围得得到均匀补偿偿，但这种技技术非常复杂杂，不利于规规模化处理。。对数字传输系系统来说，由由于数字传输输与数字信号号的内容有关关，衰减会影影响数据的完完整性，为了了延长传输距距离，常选用用中继器(或称再生器器)再生信号号。数字传输输不会产生噪噪声累加。27计算机网络数据传输质量量参数影响传输损耗耗的主要参数数有：时延失真在数据传输系系统中，一个个有限频带的的传输介质不不仅会影响信信号的幅度特特性，而且会会影响其相位位特性。由于于相位-频率率特性是非线线性的，致使使不同频率成成分的信号到到达接收端的的相位不同，，而造成时间间有先后，通通常是中心频率附近近的信号传输输速率最高，，而频带两侧的信信号传输速率率较低，产生时延失失真。时延失真对数数字数据传输输的影响很大大，会引起信信号内部的相相互串扰，这这是限制其最最高传输速率率值的主要原原因。28计算机网络数据传输质量量参数影响传输损耗耗的主要参数数有：噪声噪声干扰是影影响数据传输输质量的一个个重要因素。。在传输过程程中，不可避避免地会引入入噪声。噪声来源很多多，就其性质质和影响来说说，可分为两两大类。随机噪声脉冲噪声29计算机网络数据传输质量量参数1)随机噪噪声随机噪声的特特点是在时间间上分布比较较平稳，常称称之为白噪声声(WhiteNoise)。造造成这类噪声声干扰的原因因较多：热噪声：通信信传输介质和和电子器件热热运动所引入入的噪声，它它是温度的函函数，不可能能完全消除。。内调制杂音：：系统的非线线性因素造成成的交调干扰扰。串扰：系统电电磁耦合所致致，有近端串串扰、远端串串扰两种，如如图2-3所所示。30计算机网络数据传输质量量参数2)脉冲噪噪声脉冲噪声是非非连续的、不不规则的电磁磁干扰，如闪闪电。脉冲噪声对模模拟数据的影影响至多只是是造成话音传传输中加入了了短暂的劈啪啪声，但在数数字数据传输输过程中，脉脉冲噪声是导导致信号出错错的主要原因因。31计算机网络2.1.2.1模拟拟通信系统模拟通信系统统通常由信源源、调制器、、信道、解调调器、信宿以以及噪声源组组成。信源所所产生的原始始模拟信号一一般都要经过过调制再通过过信道传输。。到达信宿后后，通过解调调器将信号解解调出来。普通的电话、、广播、电视视等都属于模模拟通信系统统。32计算机网络2.1.2.2数数字通信系统统数字通信系统统由信源、信信源编码器、、信道编码器器、调制器、、信道、解调调器、信道译译码器、信源源译码器、信信宿、噪声源源以及发送端端和接收端时时钟同步组成成。计算机通信、、数字电话以以及数字电视视都属于数字字通信系统。。33计算机网络2.1.3通通信信道道的分类信道是信号传传输的通道，，包括传输媒体通信设备传输媒体可以以是有形媒体体，如电缆、、光纤等，也也可以是无形形媒体，如传传输电磁波的的空间。信道可以按不不同的方法分分类：有线信道与无无线信道模拟信道与数数字信道专用信道和公公用信道34计算机网络有线信道与无无线信道信道按所使用用的传输介质分类，可以分分为有线信道道与无线信道道。有线信道使用有形的媒媒体作为传输输介质的信道道称之为有线线信道。包括括电话线、双双绞线、同轴轴电缆和光缆缆等。无线信道以电磁波在空空间传播方式式传送信息的的信道称之为为无线信道。。包括无线电电、微波、红红外线和卫星星通信信道等等。35计算机网络模拟信道与数数字信道按传输信号的类类型分类，信道可可以分为模拟拟信道与数字字信道。模拟信道能传输模拟信信号的信道称称为模拟信道道。模拟信号号的电平随时时间连续变化化，语音信号号是典型的模模拟信号。如如果利用模拟拟信道传送数数字信号，则则必须经过数数字与模拟信信号之间的变变换（A/D变换器）。。调制解调器器就是完成这这种变换的。。数字信道能传输离散数数字信号的信信道称为数字字信道。离散散的数字信号号在计算机中中指由“0””和“1”的的二进制代码码组成的数字字序列。当利利用数字信道道传输数字信信号时不需要要进行变换，，通常需要进进行数字编码码。36计算机网络专用信道和公公用信道信道按使用方式可以分为专用用信道和公用用信道：专用信道专用信道是一一种连接于用用户设备之间间的固定电路路，它可以由由用户自己架架设或向电信信部门租用。。公用信道也称公共交换换信道，它是是一种通过交交换机转接、、为大量用户户提供服务的的信道。37计算机网络2.1.4数数据通信信的技术指标标数据通信速率率（传输速率率）：传输率率是指数据在在信道中传输输的速度。数数据通信速率率分为两种：：码元速率和信信息速率。码元速率RB：每秒中传送的的码元数，单单位为波特/秒（Baud/s），，又称为波特特率；信息速率Rb：每秒中传送的的信息量，单单位为比特/秒（bit/s），又又称为比特率率；对于一个用二二进制表示的的信号（两级级电平），每每个码元包含含1个比特信信息，其信息息速率与码元元速率相等；；对于一个用用四进制表示示的信号（四四级电平），，每个码元包包含了2个比比特信息，因因此，它的信信息速率应该该是码元速率率的2倍。38计算机网络码元速率和信信息速率一般来说，对对于采用M进进制电平传输输信号时，信信息速率Rb和码元速率RB之间的关系是是：Rb=RBlog2M39计算机网络2.1.4.2误码码率和误比特特率误码率和误比比特率是衡量量数据传输系系统正常工作作状态下传输输可靠性的重重要参数。误误码率是指二二进制码元在在数据传输系系统中被传错错的概率，误误比特率是指指在传输中出出错比特的概概率。在实际的数据据传输系统中中，电话线路路在300～～2400bps传输速速率时，平均均误码率在10-2～10-6之间，在4800～9600bps传输速率时时平均误码率率在10-2～10-4之间。而计算算机通信的平平均误码率要要求低于10-9。40计算机网络小结什么是信号？？其主要形式式有几种？各各是什么？信号是数据在传输输过程中的电电信号的表示示形式。主要形式有两两种：模拟信号：连连续变换的电电信号，它的的取值可以是是无限个。数字信号：是是一种离散信信号，它的取取值是有限的的。41计算机网络小结什么是数据？？模拟数据与与数字数据的的区别是什么么？数据是被传输的二二进制代码。。模拟数据是指指在某个区间间内的连续值值。例如：声声音或视频都都是强度连续续变化的波形形；用传感器器采集到的数数据：温度、、压力。数字数据泛指指离散值。例例如：文字、、整数。42计算机网络小结简述模拟通信信系统的组成成？举例说明明？模拟通信系统统通常由信源源、调制器、、信道、解调调器、信宿以以及噪声源组组成。信源所所产生的原始始模拟信号一一般都要经过过调制再通过过信道传输。。到达信宿后后，通过解调调器将信号解解调出来。普通的电话、、广播、电视视等都属于模模拟通信系统统。43计算机网络小结简述数字通信信系统的组成成？举例说明明？数字通信系统统由信源、信信源编码器、、信道编码器器、调制器、、信道、解调调器、信道译译码器、信源源译码器、信信宿、噪声源源以及发送端端和接收端时时钟同步组成成。计算机通信、、数字电话以以及数字电视视都属于数字字通信系统。。44计算机网络小结什么是信道？？其分类方式式。信道是信号传传输的通道。。通信信道可以以按不同的方方法分类：按使用的传输介介质分类，可以分分为有线信道道与无线信道道。按传输信号的类类型分类，信道可可以分为模拟拟信道与数字字信道。按使用方式可以分为专用用信道和公用用信道。45计算机网络小结什么是数据通通信速率？包包括哪两种？？各是什么？？二者如何转转化？数据据通通信信速速率率（（传传输输速速率率））是是指指数数据据在在信信道道中中传传输输的的速速度度。。数据据通通信信速速率率分分为为两两种种：：码码元元速速率率和和信信息息速速率率。。码元元速速率率RB：每每秒秒中中传传送送的的码码元元数数，，单单位位为为波波特特/秒秒（（Baud/s）），，又又称称为为波波特特率率；；信息息速速率率Rb：每每秒秒中中传传送送的的信信息息量量，，单单位位为为比比特特/秒秒（（bit/s）），，又又称称为为比比特特率率；；信息息速速率率Rb和码码元元速速率率RB之间间的的关关系系是是：：Rb=RBlog2M46计算算机机网网络络小结结什么么是是误误码码率率和和误误比比特特率率？？计计算算机机通通信信的的平平均均误误码码率率是是多多少少？？误码码率率和和误误比比特特率率是是衡衡量量数数据据传传输输系系统统正正常常工工作作状状态态下下传传输输可可靠靠性性的的重重要要参参数数。。误误码码率率是是指指二二进进制制码码元元在在数数据据传传输输系系统统中中被被传传错错的的概概率率，，误误比比特特率率是是指指在在传传输输中中出出错错比比特特的的概概率率。。在实实际际的的数数据据传传输输系系统统中中，，电电话话线线路路在在300～～2400bps传传输输速速率率时时，，平平均均误误码码率率在在10-2～10-6之间间，，在在4800～～9600bps传传输输速速率率时时平平均均误误码码率率在在10-2～10-4之间间。。而而计计算算机机通通信信的的平平均均误误码码率率要要求求低低于于10-9。47计算算机机网网络络2.1.4.3信信道道带带宽宽与与信信道道容容量量信道道带带宽宽是指指信信道道中中传传输输的的信信号号在在不不失失真真的的情情况况下下所所占占用用的的频频率率范范围围，，通通常常称称为为信信道道的的通频频带带，单单位位用用赫赫兹兹（（Hz））表表示示。。信道道带带宽宽是是由由信信道道的的物物理理特特性性所所决决定定的的，，例例如如，，电电话话线线路路的的频频率率范范围围在在300～～3400Hz，，则则它它的的带带宽宽300～～3400Hz。。信道道容容量量是是衡衡量量一一个个信信道道传传输输数数字字信信号号的的重重要要参参数数。。信道道容容量量是指指单单位位时时间间内内信信道道上上所所能能传传输输的的最最大大比比特特数数，，用用每每秒秒比比特特数数（（bps））表表示示。。当当传传输输的的信信号号速速率率超超过过信信道道的的最最大大信信号号速速率率时时，，就就会会产产生生失失真真。。48计算算机机网网络络2.1.4.3信信道道带带宽宽与与信信道道容容量量通信信系系统统基基础础设设施施的的投投资资费费用用很很大大，，传传输输线线路路的的投投资资比比例例通通常常占占总总投投资资额额的的80%。。如如何何高高效效地地使使用用带带宽宽，，提提高高信信道道的的利利用用率率，，一一直直是是人人们们研研究究的的重重要要课课题题。。任何何实实用用的的传传输输通通道道都都有有限限定定的的带带宽宽，，信信道道容容量量是是指指在在给给定定条条件件下下，，给给定定通通信信路路径径(或或信信道道上上)的的数数据据传传输输速速率率。。与与其其关关联联的的因因素素参参看看图图2-4。。49计算算机机网网络络2.1.4.3信信道道带带宽宽与与信信道道容容量量通常常，，信信道道容容量量和和信信道道带带宽宽具具有有正正比比的的关关系系，，带带宽宽越越大大，，容容量量越越高高，，所所以以要要提提高高信信号号的的传传输输率率，，信信道道就就要要有有足足够够的的带带宽宽。。从理理论论上上看看，，增增加加信信道道带带宽宽是是可可以以增增加加信信道道容容量量的的，，但但在在实实际际上上，，信信道道带带宽宽的的无无限限增增加加并并不不能能使使信信道道容容量量无无限限增增加加，，其其原原因因是是在在一一些些实实际际情情况况下下，，信信道道中中存存在在噪噪声声或或干干扰扰，，制制约约了了带带宽宽的的增增加加。。无噪噪声声信信道道和和有有噪噪声声信信道道的的最最大大传传输输速速率率与与信信道道带带宽宽的的关关系系，，有有两两个个重重要要的的准准则则，，即即奈奈奎奎斯斯特特定定理理和和香香农农定定理理。。50计算算机机网网络络2.1.4.3信信道道带带宽宽与与信信道道容容量量奈奎奎斯斯特特(Nyquist)定定理理1942年年，，H.Nyquist证证明明：：如如果果一一个个任任意意信信号号通通过过带带宽宽为为W的的理理想想低低通通滤滤波波器器，，若若每每秒秒取取样样2W次次，，就就可可完完整整地地重重现现该该滤滤波波信信号号。。在在理理想想的的条条件件下下(即即无无噪噪声声),有有限限带带宽宽为为W的的信信道道，，其其最最大大的的数数据据传传输输速速率率C(信信道道容容量量)为为C=2Wlog2N（b/s））(2.1)式中N是离离散性性信号号或电电平的的个数数。这就是是著名名的奈奈奎斯斯特(Nyquist)公式式，也也称奈奈奎斯斯特(Nyquist)定理理或取取样定定理。。即，，每赫赫带宽宽的理理想低低通信信道的的最高高码元元传输输速率率是每每秒2个码码元。。例如如，一一个无无噪声声带宽宽为2000Hz的信信道不不能传传送速速率超超过4000b/s的的二进进制数数字信信号。。51计算机机网络络2.1.4.3信信道道带宽宽与信信道容容量奈奎斯斯特(Nyquist)定理理例1对对一个个无噪噪声的的3000Hz信道道，若若传送送二进进制信信号，，试问问可允允许的的数据据传输输速率率是多多少？？解由由于于传送送的二二进制制信号号是““1””、““0””两个个电平平，所所以N=2;又又因为为W=3000Hz，则则信道道容量量，即即数据据传输输速率率C=2Wlog2N=6000b/s。例2一一个无无噪声声的话话音带带宽为为4000Hz，采采用8相调调制解解调器器传送送二进进制信信号，，试问问信道道容量量是多多少？？解由由于于8相相调制制解调调器传传送二二进制制信号号的离离散信信号数数为8，即即N=8，，则信信道容容量，，即数数据传传输速速率C=2×4000lb8=24kb/s。。52计算机机网络络2.1.4.3信信道道带宽宽与信信道容容量香农(C··Shannon)定理理1948年年，香香农(C··Shannon)把奈奈奎斯斯特的的定理理进一一步扩扩展到到了信信道受受到随随机噪噪声干干扰的的情况况，即即香农农定理理。ClaudeShannon认认为，，在有有噪声声的环环境中中，信信道容容量将将与信信噪功功率比比有关关。由由香农农定律律可知知，在在信道道容量量不变变时增增加带带宽就就允许许降低低信噪噪比。。根据香香农(Shannon)定理理，在在给定定带宽宽为W、信信噪功功率比比为S/N的信信道中中，最最大数数据传传输速速率C为式中,S/N常常用分分贝形形式来来表示示，为为信噪噪功率率比，，其计计算公公式如如下：：信号功率P1噪声功率P2

(dB)53计算机机网络络2.1.4.3信信道道带宽宽与信信道容容量香农(C··Shannon)定理理由香农农定律律可知知，在在信道道容量量不变变时增增加带带宽就就允许许降低低信噪噪比。。如果果通信信系统统扩展展到宽宽带上上，就就可以以在保保持误误码率率性能能以及及保证证信道道容量量达到到预期期水平平的情情况下下降低低信噪噪比。。返回54计算机机网络络2.1.4.3信信道道带宽宽与信信道容容量例：一个数数字信信号通通过两两种物物理状状态，，经信信噪比比为20dB的的3kHz带带宽信信道传传送，，其数数据率率不会会超过过多少少？解按Shannon定理理，在在信噪噪比为为20dB的信信道上上，信信道最最大容容量为为已知信信噪比比电平平为20dB，，信噪功功率比比S/N用用分贝贝表示示，其其计算算公式式如下下：则信噪噪功率率比S/N=100，由由此得得C=3000××log2(1+100)=3000××6.66=19.98kb/s即数据据率不不会超超过19.98kb/s。返回信号功率P1噪声功率P2

(dB)55计算机机网络络2.2数数据据的传传输数据的的传输输又称称通信信方式式，是是指数数据在在信道道上传传输所所采取取的方方式。。通常有有三种种分类类方法法按数据据代码码传输输的顺顺序分分为：：串行传传输并行传传输按数据据传输输的同同步方方式分分为：：同步传传输异步传传输按数据据传输输的流流向和和时间间关系系分为为：单工半双工工全双工工传输输。56计算机机网络络2.2.1数数据据的串串/并并行传传输并行通通信数据以以成组组的方方式在在多个个并行行信道道上同同时进进行传传输。。并行通通信的的优点点是速速度快快，但但发端端与收收端之之间有有若干干条线线路，，导致致费用用高，，仅适适合于于近距离离和高速率率的通信信。57计算机机网络络2.2.1数数据据的串串/并并行传传输并行通通信例如,一个个采用用8单单位二二进制制码构构成一一个字字符进进行并并行传传输的的系统统，需需采用用8个个信道道并行行传输输，一一次传传送8位，，即一一个字字符，，因此此收、、发双双方不存在在字符符同步步的问题题，不不需要要额外外的措措施来来实现现收发发双方方的字字符同同步，，这是是并行行传输输的主主要优优点。。在实用用中，，需另另外加加一条条控制制信号号,即即“选选通””脉冲冲，它它在数数据信信号发发出之之后传传送，，用以以通知知接收收设备备所有有的位位已经经发送送完毕毕，可可对各各条信信道上上的信信号进进行取取样了了。并并行传传输常常用于于计算算机内内部数数据总总线或或PC微机机与打打印机机接口口。58计算机机网络络数据的的串/并行行传输输串行通通信数据流流以串串行方方式在在一条条信道道上传传输，，由于于计算算机内内部都都采用用并行行通信信，因因此，，数据据在发发送之之前，，要将将计算算机中中的字字符进进行并并/串串变换换，在在接收收端再再通过过串/并变变换，，还原原成计计算机机的字字符结结构，，才能能实现现串行行通信信。59计算机机网络络数据的的串/并行行传输输串行通通信通常串串行传传输顺顺序为为由低低位到到高位位，传传完这这个字字符再再传下下一个个字符符，因因此收收、发发双方方必须须保持持字符同同步，以使使接收收方能能够从从接收收的数数据比比特流流中正正确区区分出出与发发送方方相同同的字字符，，这是是串行行传输输必须须解决决的问问题。。串行传传输的的优点点是收收、发发双方方只需需要一一条传传输信信道，，易于于实现现，成成本低低，但但速度度比较较低。。是目前前远程程通信信主要要采用用的一一种传传输方方式。。60计算机机网络络2.2.2通通信线线路的的连接接方式式———点对对点点对点的连接接就是在发送送端和接收端端之间采用一一条线路连接接，使用的线线路可以是专专用线路、租租用线路或交交换线路。使用租用或交交换线路的连连接方式，适适合于在地理理上比较分散散的站点之间间传输数据，，比如通过公公用电话交换换网，实现点点-点的连接接。61计算机网络通信线路的连连接方式———多点线路路多点线路连接接是指各个站站点通过一条条公共通信线线路连接。在多点线路连连接方式中，，一条线路被被所有的站点点共享，若所所有的站点可可以同时发送送数据，则这这条线路在空间上是共享享的，通常采用用频分复用或或波分复用技技术传输数据据；若所有的的站点只能轮轮流使用线路路发送数据时时，那么它在在时间上是共享享的，通常采用用时分复用技技术传输数据据。62计算机网络2.2.3信信道的通通信方式———单工通信单工方式指通通信信道是单单向信道，数数据信号仅沿沿一个方向传传输，发送方方只能发送不不能接收，接接收方只能接接收而不能发发送，任何时时候都不能改改变信号传送送方向。无线电广播和和电视都属于于单工通信。。63计算机网络信道的通信方方式——半半双工通信半双工通信是是指信号可以以沿两个方向向传送，但同同一时刻一个个信道只允许许单方向传送送，即两个方方向的传输只只能交替进行行，而不能同同时进行。当当改变传输方方向时，要通通过开关装置置进行切换。。半双工信道适适合于会话式式通信，比如如公安系统使使用的“对讲讲机”和军队队使用的“步步话机”。半双工方式在在计算机网络络系统中适用用于终端与终终端之间的会会话式通信。。64计算机网络信道的通信方方式——全全双工通信全双工通信是是指数据可以以同时沿相反的两个方向作作双向传输。。比如，电话话通话。65计算机网络信道的通信方方式数据传输的三三种方式66计算机网络2.2.4信信号的传传输方式———基带传输基带传输就数字信号而而言，它是一一个离散的方方波，“0””代表低电平平，“1”代代表高电平，，这种方波固固有的频带称称为基带，方波信号称称为基带信号，因此，基带带实际上就是是数字信号所所占用的基本本频带。基带传输是在在信道中直接接传输数字信信号，且传输输媒体的整个个带宽都被基基带信号占用用，双向地传传输信息。67计算机网络信号的传输方方式——频频带传输频带传输所谓频带传输输是指将数字字信号调制成成音频信号后后再发送和传传输，到达接接收端时再把把音频信号解解调成原来的的数字信号。。可见，在采采用频带传输输方式时，要要求发送端和和接收端都要要安装调制器器和解调器。。在实现远距离离通信时，经经常借助于电电话线路，此此时就需要利利用频带传输输方式。利用用频带传输，，不仅解决了了利用电话系系统传输数字字信号的问题题，而且可以以实现多路复复用，以提高高传输信道的的利用率。68计算机网络信号的传输方方式——宽带带传输宽带传输宽带传输采用用75Ω的CATV电视视同轴电缆或或光纤作为传传输媒体，带带宽为300MHz。使使用时通常将将整个带宽划划分为若干个个子频带，分分别用这些子子频带来传送送音频信号、、视频信号以以及数字信号号。宽带同轴电缆缆原是用来传传输电视信号号的，当用它它来传输数字字信号时，需需要利用电缆缆调制解调器器（CableModem）把数数字信号变换换成频率为几几十兆赫兹到到几百兆赫兹兹的模拟信号号。可利用宽带传传输系统来实实现声音、文文字和图像的的一体化传输输，这也是通通常所说的““三网合一””，即语音网网、数据网和和电视网合一一。另外，使使用CableModem上网就就是基于宽带带传输系统实实现的。返回69计算机网络2.3数数据传输的同同步技术在通信中，接接收端要按发发送端所发送送的每个码元元或数据块的的重复频率以以及起止时间间来接收数据据，这样才能能保证接收的的数据与发送送的数据一致致，这就是所所谓的“同步”。在通信时时，接收端要要校准自己的的时间和重复复频率，以便便和发送端保保持一致，这这一过程称为为“同步过程”。并行传输中同同步问题的解解决方法为增加几条交互互信号线，由发送方控控制这几条线线，这样就使使得接收方可可以保证接收收时的准确性性。目前常用用的并行设备备往往有比较较多的控制信信号，如写允允许、接收完完毕、数据准准备好等，这这些信号线共共同用来保证证数据同步。。在串行通信中中，为了节省省信道或者适适应现有的信信道，通常不不能另外加入入控制信号线线。这样就无无法在硬件上上保证同步了了，只能通过过严密的通信协议来保证同步。。70计算机网络2.3数数据传输的同同步技术在数据通信系系统中，当发发送端与接收收端采用串行通信时，通信双方方要交换数据据，需要有高高度的协同动动作，彼此间间传输数据的速速率、每个比特的的持续时间和间隔都必须相同，，这就是同步问题。同步就是要接收方方按照发送方方发送的每个个码元/比特特起止时刻和和速率来接收收数据，否则则，收发之间间会产生误差差，即使是很很小的误差，，随着时间增增加的逐步累累积，也会造造成传输的数数据出错。实现收发之间间的同步技术术是数据传输输中的关键技技术之一，通通常使用的同同步技术有两两种：异步方式同步方式71计算机网络异步传输方式式在异步传输方方式中，每传传送1个字符符（7位或8位）都要在在每个字符码码前加1个起起始位，以表表示字符代码码的开始，在在字符代码和和校验码后面面加1或2个个停止位，表表示字符结束束。接收方根根据起始位和和停止位来判判断一个新字字符的开始。。从而起到通通信双方的同同步作用。异步方式实现现比较容易，，但每传输一一个字符都需需要多使用2～3位，所所以适合于低低速通信。72计算机网络异步传输方式式异步传输的每每个字符都独独立传输（字字符/次），，在每个字符符前加上起始始位，在它的的后面加上结结束位，以这这种方式来确确定一个字节节的开始和结结束双方以约定的的速率传送字字符，接收时时：接收方以以接收到的起起始位确认接接收开始。在这种工作方方式下起始位位和结束位是是用来实现字字符的同步，，每两个字符符之间的时间间隔是任任意长的，但每个个字符所占用的时间固固定，也就是发送送每一位的时时间固定。图2-5异异步串行行通信的字符符73计算机网络异步传输方式式异步传输通过过约定传输速速率来实现位位同步，通过过起始位和结结束位来实现现字符同步，，通过特殊字字符来保证帧帧同步异步传输方式式实现简单，不需要修改改硬件设计。。异步传输的缺缺点：因为每个字字符需多占用用2－3位的的开销，每一个字符符都要加上辅辅助位造成传输效率降低低，由于收发双方方的时钟差异异决定了这种种方式传输速速率不能太高高，常用在低低速传输中。。74计算机网络异步传输方式式异步传输每次次传输一个字字符代码(5～8b)。传输时，，在一个字符符的前后均加加上一个特殊殊的标志(称称为起始位和和终止位)，，以标记字符符的开始和结结束，另外还还要附加一位位奇偶校验位位，以实施简简单的差错控控制。异步传输的基基本特点是：：在通信的数数据流中，字字符内部各位位间是同步的的，而字符间间是异步的。。异步实现简单单，收发双方方的时钟信号号不需要精确确的同步。但但由于每个字字符出现在数数据流中的相相对时间是随随机的，接收收端预先并不不知道，所以以，在每个字字符的首尾端端都附加有起起始位和停止止位以作为字字符的开始与与结束标志。。由此，也降降低了传输效效率，适合1.2kb/s以下的的数据传输。。75计算机网络同步传输方式式同步传输方式式的信息格式式是一组字符符或一个二进进制位组成的的数据块（帧帧）。对这些些数据，不需需要附加起始始位和停止位位，而是在发发送一组字符符或数据块之之前先发送一一个同步字符符SYN（以以01101000表示示）或一个同同步字节（01111110），用用于接收方进进行同步检测测，从而使收收发双方进入入同步状态。。在同步字符符或字节之后后，可以连续续发送任意多多个字符或数数据块，发送送数据完毕后后，再使用同同步字符或字字节来标识整整个发送过程程的结束。在同步传送时时，由于发送送方和接收方方将整个字符符组作为一个个单位传送，，且附加位又又非常少，从从而提高了数据传传输的效率。所以这种方方法一般用在在高速传输数数据的系统中中，比如计算算机之间的数数据通信。76计算机网络同步传输方式式同步传输方式式下以固定的时钟节节拍来发送数据信信号，字符间间顺序相连，，既无间隙也也无插入字符符（以数据帧帧为传送单位位--数据帧帧/次）。收收发双方的时时钟与传输的的每一位严格格对应，以达达到位同步；在开始发送送一帧数据之之前先发送固固定长度的帧帧同步字符，，再发送数据据帧，最后发发送帧终止字字符，这样来来保证字符同步和帧同步。每两帧之间发发送空白字符符。接收方收收到数据后必必须首先识别别同步时钟，，在近距离传传输中可另加一条数据据线来实现同步，，在远距离传传输过程中必必须加入时钟同步信号号来解决同步问问题。同步传输有较较高的传输效效率，但实现现起来较复杂杂，常用于高高速传输中。。77计算机网络同步传输中的的位同步在同步通信中中，要求收发发双方之间的的时钟严格的的同步，而使使用同步字符符或同步字节节，只是用于于同步接收数数据帧，只有保证了接接收端接收的的每一个比特特都与发送端端保持一致，，接收方才能能正确的接收收数据，这就要使用用位同步的方法。对于位同步，，可以使用一一个额外的专用信信道发送同步时钟钟保持双方同同步，也可以以使用编码技术将时钟编码到到数据中，接接收端接收数数据的同时就就获取到同步步时钟，两种种方法相比，，后者的效率率最高，使用用的最为广泛泛。返回78计算机网络小结本节主要内容容有那些？各各是什么？79计算机网络小结什么是数据的的传输？有几几种分类方法法？数据的传输又又称通信方式式，是指数据据在信道上传传输所采取的的方式。通常有三种分分类方法按数据代码传传输的顺序分分为：串行传输并行传输按数据传输的的同步方式分分为：同步传输异步传输按数据传输的的流向和时间间关系分为：：单工半双工全双工传输。。80计算机网络小结什么是数据的的串/并行传输输？其特点是是什么？并行通信：数据以成组的的方式在多个个并行信道上上同时进行传传输。数据流以串行行方式在一条条信道上传输输。串行传输的优优点是收、发发双方只需要要一条传输信信道，易于实实现，成本低低，但速度比较低。是目前远程程通信主要采采用的一种传传输方式。并行通信的优优点是速度快快，但发端与与收端之间有有若干条线路路，导致费用用高，仅适合合于近距离和高速率的通信。81计算机网络小结通信线路的连连接方式有哪哪些？各是什什么？点对点的连接接：在发送端和接接收端之间采采用一条线路路连接，使用用的线路可以以是专用线路路、租用线路路或交换线路路。多点线路连接接：各个站点通过过一条公共通通信线路连接接。82计算机网络小结信道的通信方方式有哪些？？单工通信半双工通信全双工通信83计算机网络小结什么是数据传传输的同步技技术？在通信中，接接收端要按发发送端所发送送的每个码元元或数据块的的重复频率以以及起止时间间来接收数据据，这样才能能保证接收的的数据与发送送的数据一致致，这就是所所谓的“同步步”。在通信时，接接收端要校准准自己的时间间和重复频率率，以便和发发送端保持一一致，这一过过程称为“同同步过程”。。84计算机网络小结什么是异步传传输方式？什什么是同步传传输方式？在异步传输方方式中，每传传送1个字符符（7位或8位）都要在在每个字符码码前加1个起始位，以表示字符符代码的开始始，在字符代代码和校验码码后面加1或或2个停止位，表示字符结结束。接收方方根据起始位位和停止位来来判断一个新新字符的开始始。从而起到到通信双方的的同步作用。。同步传输方式式的信息格式式是一组字符符或一个二进进制位组成的的数据块（帧帧）。对这些些数据，不需需要附加起始始位和停止位位，而是在发发送一组字符符或数据块之之前先发送一一个同步字符SYN（以01101000表示））或一个同步字节（01111110），用于于接收方进进行同步检检测，从而而使收发双双方进入同同步状态。。在同步字字符或字节节之后，可可以连续发发送任意多多个字符或或数据块，，发送数据据完毕后，，再使用同同步字符或或字节来标标识整个发发送过程的的结束。85计算机网络络2.4数数据的编编码和调制制技术在计算机中中，数据是是以离散的的二进制““0”、““1”比特特序列方式式表示的。。计算机数数据在传输输过程中的的数据编码码类型主要要取决于它它采用的通通信信道所所支持的数数据通信类类型。数据传输是是实现数据据通信的基基础，源站站的数据通通过调制或或编码变成成信号，沿沿传输介质质传播到目目的地。模模拟数据和和数字数据据都可用模模拟信号或或数字信号号来表示，，图1表示示了模拟数数据、数字字数据与模模拟信号、、数字信号号的对应关关系。图1模拟数据、、数字数据据与模拟信信号、数字字信号的对对应关系86计算机网络络2.4数数据的编编码和调制制技术通信信道分分为模拟信信道和数字字信道，而而依赖于信信道传输的的数据也分分为模拟数数据与数字字数据。因因此，数据据的编码方方法包括数数字数据的的编码与调调制和模拟拟数据的编编码与调制制。87计算机网络络2.4.1数字字数据的调调制传统的电话话通信信道道是为传输输语音信号号设计的，，用于传输输音频300Hz～～3400Hz的模模拟信号，，不能直接接传输数字字数据。为为了利用模模拟语音通通信的电话话交换网实实现计算机机的数字数数据的传输输，必须首首先将数字字信号转换换成模拟信信号，也就就是要对数数字数据进进行调制。。发送端将数数字数据信信号变换成成模拟数据据信号的过过程称为调制（Modulation），，调制设备备就称为调调制器（Modulator）；接收端将模模拟数据信信号还原成成数字数据据信号的过过程称为