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1、第二章 数据通信基础知识,长沙民政学院计算机系 胡伏湘,21 数据通信的理论基础,通信的目的是单双向传递信息，广义上来说，采用任何方法通过任何介质将信息从一地传送到另一地都可称为通信。数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息传输与交换的过程。,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 1、信息、数据和信号 信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态 数据一般可以理解为“信息的数字化形式”和“数字化信息的形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数据特性的信息,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 1、信息、数据和信号 信号简单地

2、讲就是携带信息的传输介质 根据信号参量取值的不同，信号可分为数字信号和模拟信号，或称为离散信号和连续信号,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 连续信号和离散信号,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （1）信道：传输信息的必经之路称为“信道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分 （2）码元：码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （3）数据：数据可分为模拟数据与数字数据两种。 （4）调制解调器Modem：传统的电话通信信道是传输语音一级的模拟信道，无法直接传输计算机的

3、数字信号。,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （5）数据传输速率： 指通信线上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率和调制速率。 （6）误码率：指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （7）信息容量：指信道能传输信息的最大能力，一般以单位时间内最大可传送信息的BIT数表示 （8）基带传输：指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （9）频带传输：在远距离通信时，需要将数字信号调制成音频信号再发

4、送和传输，接收端再将音频信号解调成数字信号 。 （10）宽带传输：指传输介质的频带宽度较宽的信息传输，一般在300-400MHz左右,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （11）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 （12）并行传输：一次可以传送一个字节(8位)，发端到收端用8根线。,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （13）数据交换方式：在网络中的计算机通常是经过公用通信传输线路进行数据交换以提高传输设备的利用率 （14）字符编码：在信道上传送的数据是以二进制位的形式出现的,21 数据通信的理论基

5、础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （15）差错校正：字符代码在传输、接收过程中，难免发生错误，如何及时自动检测差错并进一步自动校正 （16）协议：即网络通信规则，它规定了两台计算机通过一个网络进行通信的方式,21 数据通信的理论基础,211 数据通信的基本概念 2、基本概念 （17）同步传输：一种以报文和分组为单位进行传输的方式 （18）异步传输：传输的数据以字符为单位，而且字符间的发送时间是异步的,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 图2-2 数据通信系统的模型,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统

6、的模型 1、数据通信系统的组成 （1）数据终端设备 即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能 （2）通信控制器 它的功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 1、数据通信系统的组成 （3）通信信道 通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道 （4）信号变换器 它的功能是把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 2、数据通信的方向（1）单工通信,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 2、数据通信的方

7、向（2）半双工通信,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 2、数据通信的方向（3）全双工通信,21 数据通信的理论基础,212 数据通信系统的模型 2、数据通信的方向（3）全双工通信,21 数据通信的理论基础,213 数据通信的基本方式 1、模拟数据通信与数字数据通信 (1)、模拟数据通信 用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号 (2)、数字数据通信 数字数据通信指直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信号,21 数据通信的理论基础,213 数据通信的基本方式 2、数据通信的主要技术指标 （1）带宽 在模拟信道中，我们常用带宽表示信道传输信息的能

8、力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差 （2）比特率 在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,21 数据通信的理论基础,213 数据通信的基本方式 2、数据通信的主要技术指标 （2）比特率 在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,21 数据通信的理论基础,213 数据通信的基本方式 2、数据通信的主要技术指标 （4）误码率 误码率指在数据传输中的错误率。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10-6,22 数据信息的调制与编码,通常，有四种数据的调制和编码方法： l）、

9、模拟数据的模拟调制。 2）数字数据的模拟调制。 3）数字数据的数字编码。 4）模拟数据的数字编码。,22 数据信息的调制与编码,221 模拟数据的模拟调制 1、幅度调制 载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度作线性变化,22 数据信息的调制与编码,221 模拟数据的模拟调制 1、幅度调制,22 数据信息的调制与编码,221 模拟数据的模拟调制 2、频率调制 高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅度变化而变化,22 数据信息的调制与编码,221 模拟数据的模拟调制 2、频率调制,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 1、幅度键控法 用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅,22 数据信

10、息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 1、幅度键控法,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 2、频移键控法 用数字基带信号控制正弦载波信号的频率,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 3、相移键控法 用数字基带信号控制正弦载波信号的相位 （1）绝对相移键控 所谓绝对相移（PSK），就是利用正弦载波的不同相位直接表示数字,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 3、相移键控法 （1）绝对相移键控,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 3、相移键控法 （2）相对相移键控 相对相移键控（DPSK）是利用前后码元信号相位的相对

11、变化来传送数字信息的,22 数据信息的调制与编码,222 数字数据的模拟调制 （2）相对相移键控,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 1、不归零码 （1）单极性不归零码 该码在每一码元时间间隔内，用高电平和低电平（常为零电平）分别表示二进制数据的1和0,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 1、不归零码 （1）单极性不归零码,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 1、不归零码 （2）双极性不归零码,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 1、不归零码 （2）双极性不归零码 该码在每一码元时间间隔内，用正电平和负电平分别表示

12、二进制数据的1和0，正的幅值和负的幅值相等,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 2、归零码 （1）单极性归零码 单极性归零码（RZ）是指它的电脉冲宽度比码元周期Ts窄，当发l时，只在码元周期Ts内持续一段时间的高电平后降为零电平，其余时间内则为零电平,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 2、归零码 （1）单极性归零码,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 2、归零码 （2）双极性归零码 双极性归零码（BRZ）是双极性的归零波形，在每一码元周期Ts内，当发l时，发出正的窄脉冲；当发0时，发负的窄脉冲,22 数据信息的调制与编码,223 数

13、字数据的数字编码 2、归零码 （3）交替双极性归零码 在发1时发一窄脉冲，且脉冲的极性总是交替的，即如果发前一个l时是正脉冲，则发后一个l时是负脉冲；而发0时不发脉冲,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 2、归零码 （3）交替双极性归零码,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 3、曼彻斯特码 （1）曼彻斯特码 当发0时，在码元的中间时刻电平从低向高跃变；当发l时，在码元的中间时刻电平从高向低跃变,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 3、曼彻斯特码 （1）曼彻斯特码,22 数据信息的调制与编码,223 数字数据的数字编码 3、曼彻斯特码

14、（2）差分曼彻斯特码 在每一码元周期内，无论发l或发0，在每一位的中间都有一个电平的跃变，但发l时，码元周期开始时刻不跃变（即与前一码元周期相位相反）；发0时，码元周期开始时刻就跃变（即与前一码元周期相位相同,23 数据的同步技术,231 异步方式 异步方式又称起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息,23 数据的同步技术,232 同步方式 同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。,24 多路复用技术,多路复用就是在数据通信系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。其基本方法

15、是在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一个共用信道上传输的复合信号，在信号的接收端还能将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号来,24 多路复用技术,24 多路复用技术,241 频分多路复用 频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）是按照频率区分信号的方法，把传输频带分成若干个较窄的频带，每个窄频带构成一个子通道，每个子通道独立地传输一路信息。,24 多路复用技术,241 频分多路复用 频分多路复用,24 多路复用技术,242 时分多路复用 时分多路复用是将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路,24 多路复用技术,2

16、42 时分多路复用,24 多路复用技术,243 统计时分多路复用 每个输入端不管其状态如何（空闲或发送），都固定分配一个时隙 244 波分多路复用 波分多路复用的原理同频分多路复用相似，主要用于光纤通信。它是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号,25 数据交换技术,交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网 251 电路交换的工作原理 1、电路交换的三个过程 （1）电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路,25 数据交换技术,251 电路交换的工作原理 1、电路交换的三个过程 （1）电路建立 （2）数据传输 （3）电路拆除,25 数据交换技术,252

17、报文交换的工作原理 1、报文交换原理 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。,25 数据交换技术,252 报文交换的工作原理 1、报文交换原理 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。,25 数据交换技术,253 分组交换的工

18、作原理 它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度 。 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种,25 数据交换技术,253 分组交换的工作原理 1、虚电路分组交换原理与特点 在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出,25 数据交换技术,254 各种数据交换技术的性能比较 1、电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完全占用。 2、报文交换：报文从源点传送

19、到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。 3、分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。,26 差错控制技术,261 差错的产生原因及其控制方法 1、热噪声和冲击噪声 2、差错的控制方法 检错码能自动发现差错的编码； 纠错码不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码,26 差错控制技术,261 差错的产生原因及其控制方法 3、编码效率 R=k/n=k/(k+r) 式中：k为码字中的信息位位数，r为编码时外加冗余位位数，n为编码后的码字长度。,26 差错控制技术,262 奇偶校验法 1、奇偶校验法 是一种通过增加冗余位使得码字中“”的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错法。 垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验，它能检测出每列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错，因而对差错的漏检率接近1/2,26 差错控制技术,263 循环冗余码（CRC） 1、CRC的工作方法 在发送端产生