计算机网络基础 课件 项目二 数据通信系统

2.1数据通信系统目录2.1.1数据通信的基本概念0103022.1.2数据通信的目的2.1.3数据通信系统的组成042.1.4数据通信系统的性能指标012.1.1数据通信的基本概念

2.1.1数据通信的基本概念数据通信定义特性它是计算机与信息处理技术结合的新型通信方式，核心是满足数据传输与交换需求。

数据通信实现方式借助通信线路或其他信道，连接不同地理位置的数据终端设备，达成数据传输交换。

数据通信核心目的主要用于实现不同终端间的资源共享，同时支持远程信息处理相关业务开展。

数据通信的基本概念信息信息是数据通信核心，是事物存在或运动状态反映，以数据为载体，有文字、数字等多种形式。

数据数据是信息的具体表现形式，由字符、数字等符号序列组成，分模拟数据和数字数据两类。信号的定义与分类信号是数据传输中的电磁或光电表现，分模拟（连续）、数字（离散0和1序列）两类，经信道传信息。数据通信的基础构成数据通信是传输交换信息的过程，数据是信息表现形式，信号是数据传输载体，三者构成其基础。数据通信的基本概念：信号022.1.2数据通信的目的2.1.2数据通信的目的

数据通信核心目的数据通信的主要目的是实现数据的有效传输和交换，以满足不同设备或系统之间的信息共享和互通。2.1.2数据通信的目的：具体目的阐述实现资源共享借助数据通信，将文件、数据库、软件等各类资源连入网络，供不同用户或设备共享，提升资源利用率。远程信息传输数据通信可突破距离限制，借助通信线路和设备实现远程信息传输，支撑远程办公、学习、娱乐等活动。跨设备系统互通不同设备或系统数据格式、通信协议各异，借助数据通信可实现互联互通，交换数据信息。提升通信效能数据通信运用先进技术与协议，实现高速稳定传输，减少误码和延迟，提升通信效率与可靠性。032.1.3数据通信系统的组成2.1.3数据通信系统的组成：核心组成部分

系统核心组成概述数据通信系统核心组成：信源即数据终端设备，是数据起点；发送器负责将原始信息转换为适传信号。传输与接收环节说明信道是传信号的物理路径；接收器接收信号并还原为原始信息；信宿接收处理还原后的信息。辅助设备说明数据通信系统的辅助设备含：调制解调器（数模/模数转换）、中继器（增距强信号）、多路复用器（多信号同传）系统应用特点数据通信系统组成随需求场景可变，核心是将数据从源设备有效传至目标设备，实现信息共享互通。2.1.3数据通信系统的组成042.1.4数据通信系统的性能指标2.1.4数据通信系统的性能指标

性能指标概述数据通信系统性能指标是衡量其性能优劣的关键参数，反映系统传输能力、效率、可靠性等方面。传输速率说明2.1.4数据通信系统的性能指标：核心传输类指标传输速率：指单位时间内系统传输的数据量，以比特率或字节率衡量，反映传输快慢。带宽相关介绍带宽指数据通信系统能传输的最高频率范围，以赫兹为单位，决定系统传输信号能力，大带宽支持更高传输速率。时延概念阐释时延指数据从发送端到接收端的耗时，含传输、排队、处理、传播时延，低时延可提升传输实时性与响应速度。误码率定义说明误码率：数据传输中错误比特数与总比特数之比，是衡量系统传输信息质量的指标。2.1.4数据通信系统的性能指标

系统能力类指标可靠性：系统稳定抗干扰、容错；安全性：防未授权访问攻击；效率：资源利用；灵活性：适配场景需求THANKS感谢观看2.2数据传输技术目录2.2数据传输技术0105062.2数据传输技术技术定义与应用数据传输技术是数据源与数据宿间遵循协议、经信道传输数据的技术方法，用于多类设备通信检索。典型系统组成典型数据传输系统由主计算机、数据电路终端设备及数据传输信道组成。数据传输流程数据传输时，终端设备将信息转成电信号，经信道传输后接收端还原为原信息。2.2.1信道的通信的方式

信道通信方式分类根据数据在信道上传输方向与时间的关系，信道的通信方式分为单工通信、半双工通信和全双工通信。单工通信介绍单工通信又称单向通信，仅单方向传输无反向交互，适用于无线电、电视广播等场景。半双工通信介绍半双工通信又称双向交替通信，双方可发信息但不能同时收发，性价比高，在网络中较常用。全双工通信介绍全双工通信指双方可同时收发信息，需两条信道，在局域网中因传输介质支持获广泛应用。2.2.1信道的通信的方式：三类通信方式介绍2.2.1信道的通信的方式

通信方式选择依据每种通信方式都有其特定的应用场景和优势，选择哪种方式取决于具体的通信需求和条件。2.2.2数据的传输方式：串行传输和并行传输

数据传输是利用信号把数据从发送端传到接收端的过程，通常可从多个角度对数据传输方式进行描述传输方式分类数据在信道上传输时，按照使用信道的多少可以分为串行传输和并行传输两种方式。串行传输介绍串行传输是数据流在一条信道串行传输，字符二进制码按序串接，易实现，需解决收、发同步问题。并行传输介绍并行传输是数据成组在两条以上并行信道同时传输，能实现字符同步，但信道多、设备复杂、成本高。异步传输特点以字符为单位传输，字符间隔任意，靠起止位标识字符，无需严格时钟同步，效率低但易实现，适用于低速短距传输。同步传输特点需收发双方严格时间同步，按确定时间点传输数据块，具体分为面向位和面向字符的同步两种类型。传输同步核心要求网络通信中为保障数据传输正确可靠，收发双方需高度协同，可采用同步或异步方式实现数据位同步。2.2.2数据的传输方式：异步传输和同步传输2.2.2数据的传输方式：异步传输和同步传输

面向字符的同步面向字符同步：数据为8位字符序列，以SYN字符为帧起始，可设后定界符，接收端据此识别帧起止。2.2.2数据的传输方式：异步传输和同步传输

面向位的同步面向比特传输特点将数据块当作比特序列，无需以8位为单位，以8位标志F作为起始和后同步，与面向字符传输格式及控制信息解释细节不同。同步传输核心特性以较大数据块为单位传输，需严格时钟同步保障接收解读，无起止位额外开销，传输效率相对较高。同步传输适用场景常用于对数据传输速度和效率要求较高的领域，比如高速网络通信、大容量数据存储等场景。2.2.2数据的传输方式：基带传输和频带传输基带传输定义指将数据终端设备送出的二进制“1”或“0”电信号直接在信道传输的方式。基带传输应用场景多用于短距离数据传输，比如近程计算机通信或局域网中双绞线、同轴电缆介质传输。基带传输编码说明现实应用中常采用4种编码方法，假设发送的二进制比特流数据为1000100111。

2.2.2数据的传输方式：基带传输和频带传输不归零码不归零码：高电位表“1”，低电位表“0”，无自同步性，需同步时钟信号保障收发端同步。

归零码归零码：码元内信号电平归0，正脉冲表“1”负脉冲表“0”，能自同步但信息密度低。

曼彻斯特编码曼彻斯特编码是自同步编码，靠电平转换表数据，位中间跳变兼具时钟与数据信号功能。2.2.2数据的传输方式：基带传输和频带传输

频带传输核心定义为利用电话交换网传数字信号，需将数字信号转为模拟信号传输，该过程称频带传输。调制解调操作说明发送端选音频正弦模拟信号作载波运载数字信号为调制，接收端从载波取出数字信号为解调。频带传输调制原理通过基带信号控制载波的振幅、角频率、相位三个可变参量，实现基带信号转模拟信号。2.2.2数据的传输方式：基带传输和频带传输

振幅键控（ASK）振幅键控（ASK）：载波振幅随数字基带信号变化，实现简单，但易受干扰，调制效率低。频移键控（FSK）频移键控（FSK）：载波频率随数字基带信号变化取值，抗干扰能力较强，但占用带宽较大。相移键控（FSK）载波相位随数字基带信号变化取值，二进制“0”对应0相位、“1”对应π相位，抗干扰性强但实现复杂。2.2.2数据的传输方式：基带传输和频带传输

带通调制核心原理将低频基带信号调制到高频载波上，把基带信号特征映射到载波对应特征，形成特定频带内的带通信号传输。

传输方式选择依据数据传输方式多样，需结合通信需求、传输距离、成本及设备条件等综合考量，选定适配的传输方式。THANKS感谢观看2.3多路复用技术

2.3多路复用技术多路复用技术定义是将多个低速信道组合成一个高速信道的技术，核心作用是提升数据链路利用率。

多路复用技术应用可让一条高速主干链路同时服务多条低速接入链路，实现大量语音与数据的同步传输。FDM技术定义及原理频分多路复用（FDM）：将多路信号调制到不同载波，分割信道复用，设隔离带防干扰，接收端复原信号FDM技术应用初衷通信系统中信道带宽远宽于单路信号所需带宽，FDM技术旨在充分利用信道带宽，提升频带利用率。FDM相关应用及别名FDM曾用于电话网络单物理电路传多条语音信道，共享信道时称FDMA，多用于模拟信号传输、宽带网络等。2.3.1频分多路复用2.3.2时分多路复用时分复用定义及原理时分多路复用（TDM）是多路复用技术，将传输时间分时隙，各用户轮流占用信道传输数据。时分复用优缺点优点：提升传输效率，充分利用带宽，控制易实现。缺点：易浪费资源，高数据信道需等待，降设备利用率。时分复用应用与发展时分多路复用技术在数字通信领域应用广泛，可高效灵活传输数据，正不断优化以适配复杂环境与高性能要求。2.3.3波分多路复用WDM技术定义波分多路复用（WDM）是光纤通信技术，基于光频分复用原理，可在单光纤同时传输多波长光信号、提升传输容量。WDM工作流程发送端：合波器将多波长光信号合并后经单光纤传输；接收端：分波器分离光信号，由光接收机恢复原信号。WDM技术优势WDM（波分多路复用）技术可大幅提升光纤传输效率，单纤承载更多信息，且多波长信号互不干扰，保障传输稳定可靠。WDM应用与发展波分多路复用技术已广泛应用于通信网络各层面，正持续发展完善以适配更高速大容量通信需求。CDM定义及原理2.3.4码分多路复用

CDM（码分多路复用）是基于码型分割信道的通信方式，靠地址码正交性实现多路复用，用于移动通信。码片传输规则

码分多路复用中，每比特含64或128个码片，发“1”传特定码片序列，发“0”传其反码，正交码片互不干扰。CDM技术特性

CDM技术是真正的动态复用技术，共享信道频率与时间，抗干扰能力强，传输稳定。CDM应用及前景

码分多路复用在移动通信领域应用广泛，如3G用CDMA实现高效稳定传输，未来将提供更快速可靠服务。THANKS感谢观看2.4数据交换技术目录电路交换01报文交换02分组交换03三种交换技术的比较04高速交换技术0501电路交换电路交换的定义

电路交换，又称线路交换，是通信传输方式的一种，主要应用于电话通信网中。它通过建立一条物理路径（即电路）来划分和保持通信资源，实现点对点的数据传输。电路交换的过程电路交换包括线路建立、数据传输和线路释放3个过程。在电路交换中，通信双方需要先建立连接，交换机会为双方专门划分一个物理电路，数据在这个电路上进行传输，直到关闭连接。其主要任务是把要求通信的输入端与被呼叫的输出端接通，即由交换机负责在两者之间建立起一条物理通路。电路交换的特点电路交换方式的主要特点就是在通信的双方之间建立一条实际的物理通路，并且在整个通信过程中，这条通路被独占。这种交换方式在通信双方建立了连接后，会话开始时就会一直存在直到通信完成，期间占据着一定数量的通信线路带宽，电路空闲时的信道容易浪费。电路交换技术的优点是数据传输可靠、时延小，通信双方独享该物理通路，不会与其他通信产生冲突。02图2-16电路交换02报文交换报文交换的原理

报文交换的基本原理是将数据划分为小的数据块（即报文），并通过网络将它们传输到目标设备。在传输期间，每个报文都包括发送方和接收方的地址信息，以便确定它的传输路径。当数据到达目标设备时，报文会重新组装成完整的数据。这种方式不要求在两个通信结点之间建立专用通路，而是采用“存储—转发”的传输方式。报文交换的优点

（1）由于不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。

（2）报文交换采用“存储—转发”的方式，便于设置代码检验和数据重发设施，提高了传输的可靠性。当某条传输路径发生故障时，可以重新选择另一条路径传输数据。

（3）报文交换易于实现代码转换和速率匹配，便于不同类型、规格和速度的计算机之间进行通信。02图2-17报文交换03分组交换分组交换

分组交换，也称为包交换，是报文交换技术的改进，它的基本思想是将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，每个数据段称为一个分组。每个分组的前面都加上必要的控制信息作为数据段的首部，首部指明了该分组发送的地址，分组交换的本质是存储转发，它将所接受的分组暂时存储下来，在目的方向路由上排队，当它可以发送信息时，再将信息发送到相应的路由上，完成转发。02图2-18分组交换分组交换方式01数据报方式数据报方式中，每个数据分组都包含终点地址信息，分组交换机为每一个数据分组独立地寻找路径。这种方式可能导致一份报文的不同分组沿着不同的路径到达终点，需要在网络终点重新排序。02虚电路方式虚电路分组交换的数据传输过程与电路交换类似，也分成3个阶段：电路建立、数据传输和电路拆除。虚电路分组交换方式中建立的通路不是一条专用的物理线路，是一条虚电路。路径中的每个节点上仍需要存储数据并等待列队输出。04三种交换技术的比较三种交换技术的比较电路交换特点：在通信前需要建立电路，信息沿着电路发送，结束前将电路释放。连接建立需要一定时间，但连接建立后发送时延很小。电路交换的优点是连接建立后发送时延小；缺点是建立连接需要一定时间，且连接在通信过程中一直被独占，可能导致资源利用率不高。报文交换分组交换特点：在发送和接收方之间事先并没有建立物理路径。当发送方有一块数据要发送时，它被存储在第一个路由器中，以后再转发出去，每块数据会被完整地接收下来，并检查错误，然后重新转发出去。报文交换的优点是无需建立连接，动态分配线路，提高了线路利用率；缺点是报文长度不确定，可能导致中间节点的处理能力受限，且时延较大。特点：分组长度固定的“存储—转发”模式。它将数据分割成固定长度的分组进行传输，每个分组都携带地址信息，并在中间节点进行存储和转发。分组交换的优点是无需建立连接，线路利用率高，简化了存储管理，加速了传输。缺点是可能引起转发时延，需要传输额外的信息量，对于数据报服务可能存在失序、丢失或重复分组的问题。01020305高速交换技术ATM技术ATM技术，也称为异步传输模式，是一种信元交换和多路复用技术。它是以信元作为传输单位，信元具有固定长度，总共53字节，前5字节是信头，其余48字节是数据段。信头中包含信元去向的逻辑地址、优先级、信头差错控制、流量控制等信息，而数据段则用于装入被分解成数据块的各种不同业务的用户信息或其他管理信息。在ATM网络中，用户数据被组合成信元，采用异步时分多路复用（ATDM）技术分时传输。各个源依据自己的速率产生数据，并送到打包器中组装成信元，然后通过多路复用器将信元插入网络的下一个可用的时间槽中。接收方的过程正好相反,这种异步时分复用模式克服了传统的分组交换延迟不确定和线路交换带宽没有充分利用的缺点，集合了这两种交换模式的优点。ATM技术的特点（1）高速数据传输率：ATM技术适用于局域网和广域网，支持高速数据传输。（2）面向连接：ATM通过虚电路实现网络资源的动态按需分配，通信双方需要传送的信息被分拆成固定长度的信元后，便可以在这条虚电路上传送。（3）简化协议处理：ATM技术不处理纠错重发、流量控制等一系列复杂协议，使得处理过程更为简单高效。光交换技术光交换技术是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。它是全光网络的关键技术之一，可以实现信号的直接传输和转换，具有高效率的优势。在现代通信网中，全光网是未来宽带通信网的发展方向，光交换技术被认为是新一代宽带技术中最重要的部分。THANKS感谢观看2.5差错控制技术目录产生差错的原因01差错控制编码02差错控制的方法0301产生差错的原因差错主要由噪声干扰引起01热噪声热噪声是传输信道中的电子热运动产生的，其特点是一直存在，幅度较小，强度与频率无关，但频带很宽，是随机噪声。由热噪声引起的差错叫随机差错。02冲击噪声冲击噪声是由外界电磁干扰引起的。与热噪声相比，冲击再生幅度很大，是数据传输中引起传输差错的主要原因。由冲击噪声引起的传输差错叫突发差错。02差错控制编码奇偶校验码奇偶校验码是一种简单的错误检测码，它通过计算数据中“1”的个数来实现校验功能。根据校验方式的不同，奇偶校验码分为奇校验和偶校验两种。奇偶校验码是一种通过在数据后面加上一个校验位，使数