第二章数据通信基础

1、第二章数据通信基础,河北永清县职教中心 李辉,第二章数据通信基础,通信 是指信息的传输，通信具有三个基本要素： 信源：信息的发送者； 信宿：信息的接收者； 载体：信息的传输媒体。 通信系统基本组成部分见下图：,通信三要素,第二章数据通信基础,数据通信 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。,第二章数据通信基础,信息和数据 信息是客观事物属性的反映。是经过加工处理并对人类客观行为产生影

2、响的数据表现形式。 数据是反映客观事物属性的记录，是信息的具体表现形式。,第二章数据通信基础,信道和信道容量 1.信道(information channels,通信专业术语)是信号的传输媒质 2.信道容量是信道的一个参数，反映了信道所能传输的最大信息量，其大小与信源无关。对不同的输入概率分布，互信息一定存在最大值。我们将这个最大值定义为信道的容量,第二章数据通信基础,信道和信道容量 信道可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。如果我们把信道的范围扩大，它还可以包括有关

3、的变换装置，比如：发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等，我们称这种扩大的信道为广义信道，而称前者为狭义信道。,第二章数据通信基础,信道和信道容量 信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数（称信道的数据传输速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，简记为bps。,第二章数据通信基础,数据通信系统主要技术指标 .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，其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000，而不是涉及计

4、算机存储器容量时的1024和1048576)。,第二章数据通信基础,数据通信系统主要技术指标 .波特率 波特率指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。波特率与比特率的关系为：比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。 显然，两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍；八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍；依次类推。,第二章数据通信基础,数据通信系统主要技术指标 .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

5、误码率低于10(-6)。,第二章数据通信基础,数据通信系统主要技术指标 .传播延迟(Propagation Delay) 传播延迟是指一个信号从电缆一端传到另一端所需要的时间，它也与NVP值成正比。一般5类UTP的延迟时间在每米57纳秒(ns)左右。ISO则规定100米链路最差的时间延迟为1微秒(us)。延迟时间是为何局域网要有长度限制的主要原因之一。,第二章数据通信基础,吞吐量 VS带宽 吞吐量和带宽是很容易搞混的一个词，两者的单位都是Mbps.先让我们来看两者对应的英语，吞吐量:throughput ; 带宽: Max net bitrate 。当我们讨论通信链路的带宽时，一般是指链路上每

6、秒所能传送的比特数。我们可以说以太网的带宽是10Mbps。但是，我们需要区分链路上的可用带宽（带宽）与实际链路中每秒所能传送的比特数（吞吐量）。我们倾向于用“吞吐量”一次来表示一个系统的测试性能。这样，因为实现受各种低效率因素的影响，所以由一段带宽为10Mbps的链路连接的一对节点可能只达到2Mbps的吞吐量。这样就意味着，一个主机上的应用能够以2Mbps的速度向另外的一个主机发送数据。,第二章数据通信基础,信道带宽与数据传输率 带宽又叫频宽是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每

7、秒传送周期或赫兹Hertz (Hz)来表示。频宽对基本输出入系统 (BIOS ) 设备尤其重要，如快速磁盘驱动器会受低频宽的总线所阻碍。,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 单位时间内能够在线路上传送的数据量，常用的单位是bps(bit per second)。 计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 单位时间内能够在线路上传送的数据量，常用的单位是bps(bit per second)。 计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 严格来说，数字网络的带宽应使用波

8、特率来表示（band），表示每秒的脉冲数。而比特是信息单位，由于数字设备使用二进制，则每位电平所承载的信息量是1(以2为底2的对数，如果是四进制，则是以2为底的4的对数，每位电平所承载的信息量为2)。因此，在数值上，波特与比特是相同的。由于人们对这两个概念分的并不是很清楚，因此常使用比特率来表示速率，也正是用比特的人太多，所以比特率也就成了一个带宽事实的标准叫法了。,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 1.指信号具有的频带宽度.信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围.2.在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络

9、中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”.,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 1.指信号具有的频带宽度.信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围.2.在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”.,第二章数据通信基础,信首带宽与数据传输率 数据传输速率，每秒钟信道内传输的信息量，单位为比特/秒（b/s或bps），所以也称比特率。若码元可取的离散值的个数为M，则R=1/TM=BM。,第二章数据通信基础,数据通信系统的基本结构 数据通信系统的基本结构可以用一个简单的通信模型来

10、表示。产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信。在数据通信系统中，也将通信线路称为信道，,通信系统的简单模型,第二章数据通信基础,数据通信系统的基本结构 1、模拟通信系统 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统，模拟通信系统的结构模型如下图所示。模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制后再通过信道传输。到达信道后，再通过解调器将信号解调出来。,模拟通信系统,第二章数据通信基础,数据通信系统的基本结构 2、数字通信系统 计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统，数字通信系统的结

11、构模型如图2-4所示。数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码、信源译码器、信宿、噪声源组成。在发送端和接收端还要时钟同步系统。,数字通信系统,第二章数据通信基础,数据线路的通信方式 按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可以分为单工、半双工和全双工三种。,第二章数据通信基础,数据线路的通信方式 1. 单工通信 单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。,第二章数据通信基础,数据线路的通信方式 2. 半双工通信 半双工通

12、信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行。例如，公安系统使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。,第二章数据通信基础,数据线路的通信方式 3. 全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行双向传输。例如，电话机通话。,第二章数据通信基础,数据传输方式 1. 基带传输 就数字信号而言，它是一个离散的矩型波，“0”代表低电平，“1”代表高电平。这种矩形波固有的频带称为基带，矩形波信号称为基带信号。,第二章数据通信基础,数据传输方式 2. 频带传输 所谓频带传输，在发送端就是将数字信号调制成音频信号后再进行发送和传输，当音频信号到达

13、接收端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。,第二章数据通信基础,数据传输方式 3. 宽带传输 宽带传输系统实现声音、文字和图像的一体化传输，这也就是通常所说的“三网合一”，三网是指语音网、数据网和电视网,第二章数据通信基础,数字数据的调制 典型的模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界上覆盖面最广、应用最普遍的通信信道之一。传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频3003400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。,第二章数据通信基础,数字数据的调制 调制：

14、在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调制（Modulation），调制设备就称为调制器（Modulator). 解调：在接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调(Demodulation),解调设备就称为解调器(Demodulator).,第二章数据通信基础,数字数据的调制 若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要一个同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem），这一过程如图所示。,第二章数据通信基础,交换又称转换，数据交换技术在交换通信网中实现数据传输是必不可少的。数据通过通信子网的交换方式可以分为电路交换和存储交换两大类。常用的交换技术

15、有：线路交换、报文交换和分组交换（包交换）三种。,第二章数据通信基础,电路交换 电路交换（Circuit Switching），也称为线路交换，它是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。 目前，公用电话交换网广泛使用的交换方式是电路交换，经由电路交换的通信包括：电路建立、数据传输和电路拆除三个阶段,第二章数据通信基础,存储转发技术 存储转发交换（Store and Forward Switching）方式又可以分为报文存储转发交换与报文分组存储转发交换两种方式。其中，报文分组

16、存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路方式,第二章数据通信基础,报文交换 1. 报文交换（Message Switching） 对较为连续的数据流（如话音），电路交换是一种易于使用的技术。对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术。在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入时进行缓冲存储。节点接收一个报文之后，报文暂时存放在节点的存储设备之中，等输出电路空闲时，再根据报文中所指的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。,第二章数据通信基础,报文交换 报文交换的特点如下： 源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道。 与电

17、路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延。 电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据。 要求节点具备足够地报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当。 数据传输地可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控制，即检错和纠错。,第二章数据通信基础,分组交换 分组交换（Packet Switching） 交换网可采用两种方式：数据报文分组交换或虚电路分组交换。,第二章数据通信基础,数据报文分组交换 数据报分组交换的特点如下： 同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。 同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象。 每一个报

18、文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点地址。 使用数据报文方式时，数据报文传输延迟较大，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。,第二章数据通信基础,虚电路分组交换 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，用户不需要在发送和接收数据时清除连接。 虚电路分组交换的特点如下：,第二章数据通信基础,虚电路分组交换 虚电路无专用电路，而是选定了特定路径进行传输，报文分组所途径的所有节点都对这些分组进行存储/转发，而电 路交换无此功能。 一次通信的所有报文分组都从这条逻辑连接的虚电路上通过。因此，报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只

19、需要携带虚 电路标识号。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复与乱序的现象。 节点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。 通信子网中的每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。,三种交换方式比较,第二章数据通信基础,信元交换技术 信元交换又叫异步传输模式ATM，是一种面向连接的快速分组交换技术，它是通过建立虚电路来进行数据传输的。 信元交换技术是一种快速分组交换技术，它结合了电路交换技术延迟小和分组交换技术灵活的优点。信元是固定长度的分组，ATM采用信元交换技术，其信元长度为53字节。信元头5字节，数据48字节。,第二章数据通信基础,异步传输模式（ATM，Asynchronous Transf

20、er Mode Switching）是CCITT为B-ISDN制定的信息传送标准。ATM的基本思想是为了进一步提高通信的速度，适应各种速率的业务需求。因此，ATM采用异步时分复用数据传输技术，这种交换方式综合了分组交换和线路交换的优点，使网络的处理工作十分简单。与同步时分交换TDM（如数字程控交换）所不同的是，ATM用户信息与时隙的位置在不同的帧中不是固定不变的，这就是异步的含义。ATM的基本特征是信息的传输、复用和交换以一定长度的信元（ce11）为统一的信息单位。信元的格式是统一的，信元的种类各不相同。信息码流由不同的信元灵活组成，这样就容易实现高达数百兆比特秒以上的传输速率。与传统的同步时分交换相比，ATM具有带宽宽、无速率限制、进网灵活、时延小等优点。ATM可大大提高网络资源利用率，如下图2-15所示，支持远程教学的ATM网拓朴图。,第二章数据通信基础,奇偶校验 奇偶监督码是一种增加二进制传输系统最小距离的简单和广泛采用的方法。例如，单个的奇偶监督将使码的最小距离由一增加到