重庆邮电大学——现代通信技术课件-数据通信

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1、1,现代通信技术,第六章 数据通信与数据网 2007年6月,2,6.1 数据通信概述,6.1.1数据通信的定义和特点 1、数据和数据通信的概念 在电信领域中，信息一般可分为话音、数据和图像三大类型。因此，对应三种通信方式：话音通信，数据通信和图像通信。 数据通信就是计算机和计算机之间的通信。它是计算机技术和通信技术结合的产物。计算机存储、处理、输入和输出都是数据信号。,3,数据表示信息的内容是十分广泛的，如电子邮件、各种文本文件，电子表格、数据库文件、图形和二进制可执行程序等。它们都是由数字、字母和符号等组成的，所以定义如下： 数据是预先约定的具有某种含义的数字、字母或符号的组合。 数据信号是

2、数字型的信号。在电路的传输中，可以用不同极性的电压、电流或脉冲来代表。 数据通信是将这样的数据信号加到数据传输信道上传输，到达接收地点后再正确恢复出原始发送的数据信息的一种通信方式。,4,数据通信可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的通信；需按照某种协议连接信息处理装置和数据传输装置，进行数据的传输和处理。 计算机与通信的结合，克服了时间和空间上的限制使人们可以利用终端在远距离共同使用计算机；提高了计算机的利用率，使计算机的应用范围扩大到各个社会生活领域，从而使信息化社会进一步向前推进。,5,2、数据通信的特点：,数据通信是人机或机机通信，计算机直接参与通信是数据通信的重要特征

3、； 数据传输的准确性和可靠性要求高； 数据传输速率高，因此要求接续和响应时间短； 通信持续时间差异大。,6,3、数据通信的发展与原有通信网资源的关系,在发展初期： 主要利用专线构成各种专用数据通信系统。 20世纪60年代初： 在电话网上开放数据业务。 20年代70年代： 一些国家逐步建立了公用数据网。,7,6.1.2数据通信系统的构成,数据通信就是计算机和计算机之间的通信。现代数据通信系统实际上是一个计算机网络，由两部分组成：数据传输系统和数据处理系统。 数据传输指的是通过某种方式建立一个数据传输通道将数据信号在其中传输，它是数据通信的基础； 数据处理的目的是为了使数据更有效、可靠地传输，它包

4、括数据集中、数据交换、差错控制、传输规程等。 研究数据通信系统包括两方面内容：,8,一方面研究信道的组成、连接、控制及其使用; 另一方面研究信号如何在信道传输和控制。 1、数据通信系统的组成 由终端(DTE)、数据电路和计算机系统三种类型设备组成。如下图所示：,9,数据终端：,数据终端设备由数据输入设备（产生数据的数据源），数据输出设备（接收数据的数据宿）和传输控制器组成。 数据输入/输出设备是操作人员与终端之间的界面，它把人可以识别的数据变换成计算机可以处理的信息或者相反的过程。 数据输入 / 输出可以通过键盘、鼠标、手写、声、光等手段。,10,最常见的输入设备是键盘、鼠标、扫描仪；输出设备

5、可以是CRT显示器、打印机、绘图机、磁带或磁盘的写入部分、传真机和各种记录仪等。 传输控制器是通信控制部分，主要执行与通信网络之间的通信过程控制，包括差错控制和通信协议实现等。 数据终端设备的种类很多，如按其使用场合可分为通用数据终端和专用数据终端，按其性能可分为简单终端（如一台只接收数据的打印机）和智能终端（如计算机）等等。,11,数据电路：,远端的数据终端设备通过数据电路与计算机系统相连。 数据电路由传输信道（通信线路）及两端的数据电路终接设备（ Data Circuit Terminating Equipment 简称DCE ）组成。 数据电路位于DTE和中央计算机系统之间，为数据通信提

6、供数字传输信道。DCE是DTE与传输信道之间的接口设备， DTE产生的数据信号可能有不同的形式，当都表现为脉冲信号，DCE的主要作用是信号变换。,12,具体地说就是在发送方DCE将来自DTE的数据信号进行变换，消除原数据信号内的直流分量，使信号概率谱与传输信道相适应，并防止数据信号中出现的长串“1”或“0”时可能导致的收发双方的失步，接收方则完成相反的变换。 当传输信道是模拟信道时，发送方将DTE送来的数字信号进行调制（频谱搬移）变成模拟信号送往信道或进行相反的变换，这时DCE是调制解调器（MODEM）。,13,当传输信道是数字信道时，DCE实际是数字接口设备(数字接口适配器)，其中包含数据服

7、务单元与信道服务单元。前者执行码型和电平转换、定时、信号再生和同步等功能；后者则执行信道均衡、信号整形和环路检测等功能。,14,计算机系统：,计算机系统由主机、通信控制器(又称前置处理机)及外围设备组成，具有处理从数据终端设备输入的数据信息， 并将处理的结果向相应数据终端设备输出的功能。 主机又称中央处理机，由中央处理单元 (CPU)主存储器、输入/输出设备及其他外围设备组成。其主要功能是进行数据处理。,15,通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。 当考察正在通信的一个DTE和计算机系统时，计算机系统等同于一个 DTE，这时的通信控制器的作用与传输控制器相同。 一个计算机系统可通过

8、通信线路连接多个数据终端， 实现主机资源共享。,16,2、传输信道的分类：,传输信道从不同角度有不同的分类方法： 模拟信道和数字信道； 专用线路和交换网线路； 有线信道和无线信道； 频分信道和时分信道等等。,17,3、数据通信与传统电话通信的比较,电话通信必须有人直接参加，即人参与了整个的通信过程并控制通信的进程。而数据通信没有人的直接参与，因而通信的进程控制必须有通信控制器和传输控制器来完成，它们是按照预先约定的传输控制规程来完成通信进程控制的。 这些工作包括通信线路的连接、收发双方的同步、工作方式的选择、传输差错的检测和校正、数据流的控制、数据交换过程中可能出现的异常情况的检测和恢复等。,

9、18,所以，当数据电路建立后，为了进行有效的数据通信，还必须由图2-1所示的传输控制器和通信控制器按照事先约定的传输控制规程来对传输过程进行控制，以使双方能够协调和可靠地工作，这些传输控制规程就是我们前面提到的通信协议. 因此，我们通常把由控制装置（传输控制器和通信控制器）和数据电路所组成的部分叫数据链路（Data Link）。 一般来说，只有建立起数据链路以后，通信双方才能真正有效地进行数据通信。,19,6.1.3数据信号的传输方式,1、数据电路连接方式：具体参见书199页图6.2 点到点的专线连接； 点到多点专线连接； 点到多点集中连接； 多点到多点复用连接； 通过交换网连接。,20,图6

10、.2 数据电路的连接方式,21,22,2、数据传输的基本形式,基带传输 所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带。 数字信号的基本频带是从0开始至某一频率的,这个频率由传输速率决定。 当利用数据传输系统直接传送基带信号，不经过频谱搬移时，称之为基带传输，这种数据传输系统就称之为基带传输系统。,23,频带传输,所谓频带传输，就是把二进制信号(数字信号)进行调制变换，使之成为能在公用电话网中传输的音频信号(模拟信号)，该音频信号通过传输介质传送到接收端后，再由解调器解调还原成原来的二进制电信号。 所以频带传输是利用公用电话网的音频话音信道进行数据传输。,24,宽带传输,宽带是指比音频带更宽的频带。

11、使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。它可以容纳全部业务，并可进行高速数据传输。宽带传输系统大多是模拟信号传输。 一般来说，与基带传输相比，宽带传输有以下优点： 能在一个信道中传输声音、图像和数据信息,使系统具有多种用途；,25,一条宽带信道能划分成多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加； 宽带传输的距离比基带远。 数字数据传输 数字数据传输采用PCM数字信道作为数据信号传输信道称为数字数据传输信道。 由于每一数字话路的传输速率为 64Kbit/s，所以，每一话路可复用5路9600bit/s或10路4800bit/s的数据。,26,这种传输系统的传输速率高，传输质量好，对

12、长距离的数据传输是比较理想的数据传输信道，另外，不需要调制解调器，是当前大力发展的一种数据传输方式。 但是，采用数字传输要求全网的时钟系统保持同步，因此这种数字数据传输方式的灵活性不如模拟传输方式。,27,3、同步传输与异步传输,如上面所述，利用PCM数字信道传输数据信号,首先要解决一个问题：数据信号如何进入 PCM话路的问题。有两种情况： 同步方式 这里的“同步”是指数据终端设备 DTE发出的数据信号和待接入的PCM信道的时钟是相互同步的,即DTE发出的数据信号在速率和时间上都受到PCM信道的时钟控制。因此只需要对数据信号进行多路复用。这种方式中，数据终端设备处于受控制的从属地位，因此灵活性

13、差。,28,异步方式,如果DTE发出数据信号的时钟与PCM信道时钟是非同步的，即没有相互控制关系，则称为异步方式。这时的数据信号可采用填充方式复用到64Kb it/s的集合信号。填充方式可分为比特填充、字符填充两种方式。 比特填充方式 采用缓冲存储器使输入输出信号同步。 其原理是首先将多路数据信号复用成零次群，然后输入缓冲存储器，但按PCM系统的时钟读出.速率差通过插入脉冲来调节。 字符填充方式（不要求）,29,数字数据传输的包封方式,在数字数据传输中，CCITT(现为ITU-T)颁布了X.50建议和X.51建议来规范将用户数据流复用成64Kbit/s的复用信号的包封方法。 其中X.50建议规

14、定采用的6+2包封格式，X.51建议规范是采用 8+2的包封格式。这两种包封格式如下图所示。,(b) (8+2)包封方式,S：状态比特；A：包封同步比特；D：数据比特,30,在图中， X.50的包封由8个比特构成，6个比特为数据比特，2个比特为同步和管理比特，F比特在复用时构成复用帧的帧同步比特；S 比特表示本包封中数据的状态，例如，S=1 表示本包封中的D比特为数据信息，S=0 表示本包封内的 D 比特为控制信息 (如信令等)。,F：帧同步比特；D：数据比特；A：状态比特,(b) (6+2)包封方式,31,在 X.50包封中，6/8为数据信息比特，2/8为同步和管理比特。所以，64Kbit/

15、s的6/8，即 48K bit/s用于数据信息的传输， 64Kbit/s的2/8，即 1 6Kbit/s用于同步和管理信息的传输。 因而，一个 64Kbit/s的的话路可以传送 5路9600bit/s的数据信号；或传送 10路 4800bit/s的数据信号。 X.51的情况与X.50的情况类似，只是8/10用于传输数据信息。但是，一个 64Kbit/s 的的话路同样只能传送 5 路 9600bit/s 的数据信号； 或传送10 路 4800bit/s 的数据信号。 当前国际上较多采用X.50的6+2=8包封复用.,32,6.2差错控制方式,数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够

16、低。然而，数据信号在传输过程中不可避免地会发生差错，即出现误码。 造成误码的原因很多，但主要原因可以归结为两个方面： 一是信道不理想造成的符号间干扰； 二是信道上存在的噪声和外部各种干扰对信号的干扰。 对于前者通常可以通过均衡方法予以改善甚至消除，因此，常把信道中的噪声作为造成传输差错的主要原因。,33,所以，差错控制是针对噪声干扰而采取的技术措施，其目的是提高传输的可靠性。 计算机与计算机之间的数据传输要求误码率低于109。现实信道的误码率情况是达不到数据传输的误码率要求的。若要显著到降低Pe数量，提高数据传输、数据交换的可靠性，就需要具有检错和纠错的功能。 差错控制的核心是差错控制编码。,34,基本思想： 在发送端被传送的信息码序列的基础上，按照一定的规则加入若干“监督码元”后进行传输，这些加入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系。 在接收数据时，检验信息码元与监督码元之间的既定的约束关系，如该关系遭到破坏，则在接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。 可以看出，用纠(检)错来控制差错