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1、第2章 网络数据通信基础,本章学习要求： 了解数据通信的概念 认识模拟传输与数字传输技术 掌握数据传输类型 掌握数据交换技术 掌握多路复用技术 认识差错控制方法,中国政法大学计算机教研室（2011）,2.1 数据通信的基本概念,1、通信技术的发展及概念 古时候的通信 近现代时期的通信,中国政法大学计算机教研室（2011）,附：20世纪10项重大通信信息技术,1838年 莫尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段。其重要性在于提出了一个新的完整的通信方法，即包括数据通信设备与数据编码的完整的方法。 1895年 无线电报，马可尼利用无线电波技术试验成功无线电报机。 1918年 载波通信，改变了一对线传送
2、一路电话的局面，能够在同一物理介质上传送多个音频电话信号。 电视20年代电视的发明深刻地改变了人们的生活，它加大了信息传播速度和信息量，使世界开始变小。 电子计算机1946年2月10日，世界上第一台电子计算机ENIAC 正式宣告诞生。计算机被认为是本世纪最重要的发明。,中国政法大学计算机教研室（2011）,6.集成电路微电子技术的突破性发展，使人类的信息传输能力、信息处理能力有了空前的提高。 7.光纤通信光纤通信的出现，使通信线路资源变得极大丰富，并寻求到一种真正能够承担起未来信息化基础设施传输平台的物理介质。 8.卫星通信1960年8月，美国发射“回声一号”卫星，这是人类使用人造天体实现通信
3、所迈出的第一步。卫星通信将人类带入了太空通信时代。 9.蜂窝移动通信70年代，美国贝尔实验室研制成功了先进移动电话系统AMPS并于1979年在芝加哥试运行，这是世界第一个蜂窝模拟移动通信系统。 10.因特网1969年，美国国防部出资兴办一个计算机网络ARPANET，它是因特网的前身。因特网的出现把人类社会推入了信息时代，把地球变成了一个没有距离的村落。,中国政法大学计算机教研室（2011）,通信的概念： 广义上讲，用任何方法，通过任何媒介将信息从一个地方发送到另一个地方，就是通信。 当今，普遍采用电信号来进行信息的传递，数据通信是指建立在特定通信协议的基础上，利用各种数据传输技术，以实现在长距
4、离的通信终端之间传递数据信息。,中国政法大学计算机教研室（2011）,2、数据通信系统的构成和基本原理,数据终端设备-DTE 数据通信设备-DCE,中国政法大学计算机教研室（2011）,通常将计算机或终端与数据传输线路连接起来，达到传输、收集、分配和处理数据目的的系统，称其为数据通信系统。 数据通信主要是针对计算机系统之间的数据传输和信息处理，其中包含了通信和信息处理两方面的含义。通常点到点的通信系统包括信源，信道和信宿三个部分。,中国政法大学计算机教研室（2011）,网络中数据通信的常用术语,信息 数据 信号 通信信道 数据传输,中国政法大学计算机教研室（2011）,信息、数据、信号,通信的
5、目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制数据来表示 -数据 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字编码的方式表示信号 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据被定义为有意义的实体，而信息是指数据的内容和解释。对于数据通信来说被传输的二进制代码称之为“数据”（DATA），数据是信息的载体，数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据的所表示的内容
6、。 数据通常分为模拟数据和数字数据两种形式。模拟数据是指在某个区间内产生的连续的数值。而数字数据是指产生的离散的数值。,中国政法大学计算机教研室（2011）,信号,信号是数据的表示形式，或称为数据的电子编码、电磁编码，它使数据能以适当的形式在介质上传输。信号有模拟信号和数字信号两种基本形式。 模拟信号(analog signal)是指在一定数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号。见图(a) 数字信号(digital signal)是一种离散的脉冲序列。见图(b),中国政法大学计算机教研室（2011）,通信信道,通信信道是指电信号沿发送器到接收器的通路，它包括传输介质及其有关的中间
7、通信设备。在数据通信系统中经常采用的传输介质有双绞线、光纤、电话线以及卫星通信等。,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据传输,数据传输是指电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。通信信道为数据信号从发送端到接收端提供了电通路，但也会使信号畸变和带来噪声和干扰，其结果是使数据在传输后造成差错。同时，通信信道的介质特性不同，信息传输率也会不同。 计算机之间的数据传输随着传输距离的增加，传输的准确性会受到很大的影响，数据通信所关注的正是独立于端点的计算机或其他数据信号源之外的数据传输过程,中国政法大学计算机教研室（2011）,3、数据通信的主要技术指标,在数据通信中有很多技术指标，下面将对这些
8、指标进行简单的介绍。 传输速率 信道带宽 出错率 数据延迟,中国政法大学计算机教研室（2011）,传输速率（码元速率（RB）数据速率（Rb）报文速率（Rm）,数据速率 数据速率是指传送的信息量每秒，单位为bit/s，记为bps（bit per second）。由于二进制信号每个码元含1个bit信息，故码元速率和数据速率在数值上是相等的。但对于M进制信号，数据速率大于码元速率，,中国政法大学计算机教研室（2011）,信道带宽,信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占据的频率范围，通常也被称为信道的通频带，它是由信道的物理特性所决定的。 如：电话频率范围300Hz-3400Hz 带宽越大，
9、信道容量越大。要提高信号的传输率，信道就要有足够的带宽，目前人们也常用信道带宽来表示信道容量。,中国政法大学计算机教研室（2011）,出错率,出错率是衡量数据通信系统或信道传输可靠性的一个指标。它一般指传输中出现错误码元（或bit）的个数占传输总码元（或bit）数的比例，即误码率。但有时也指传输中错误的字符数、信息组数，它们的表示公式如下： 1）误码率（Pe） Pe=接收中错误的码元数/传输的总码元数 2）误bit率（Pb） 3）误字符率（Pw） 4）误组率（PB）,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据延迟,对信道而言，延迟用来表示网络中相距最远的两个站点之间的传播时间。对于网络上的某一
10、站点来讲，延迟表示从接收信息到将该信息再转发出去的时间。,中国政法大学计算机教研室（2011）,2.2 模拟传输与数字传输,数据是一组有意义的实体，信号则是对数据的电磁或电子编码，数据信号可用于表示任何信息。可以把数据理解成有意义的逻辑实体，而信号则是逻辑数据在实际传输介质中的表现形式。在数据通信中，各种数据在计算机中存储和处理都必须被转换为0或1表示的二进制数据，这些0或1表示的二进制数据串必须被转换成通信信号才能在通信线路中进行传输，也就是将数字数据串转换成模拟信号或者其他信号，这种对数字数据进行信号转换的方法就是数据编码技术。,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据转换与编码,在通信
11、系统中，模拟信号在时间和振幅上都是连续的，它虽然直观、易于实现，但是存在保密性差、抗干扰能力弱等缺点。 数字信号的振幅取值为离散的，信号振幅的数值被限制在有限的离散数值内，数字信号的保密性较高，而且抗干扰能力强；但其存在占用频带较宽、处理技术复杂等缺点。,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据转换,中国政法大学计算机教研室（2011）,数据编码类型,中国政法大学计算机教研室（2011）,模拟信道传输数字信号的简化模型,1、模拟传输,中国政法大学计算机教研室（2011）,模拟信号和数字信号都能够在合适的传输媒体上进行传输，即模拟传输和数字传输。模拟信号可以表示模拟数据，也可以表示数字数据。无
12、论哪种情况，在传输一定距离之后，模拟信号都将衰减。为了实现长距离传输，模拟传输系统要用放大器来增强信号的能量，但同时也会使噪音分量加大，以至引起信号畸变。 在数据发送端，信源发送的是基带信号，即没有经过转换的原始信号，只有通过调制解调器将基带信号转换为适合模拟信道传输的频带信号后才能够在模拟信道中传输；而在数据的接收端，需要通过调制解调器将接收到的频带信号转换为基带信号后，接收方才能够顺利地读取和接收发送端发送的信号。,中国政法大学计算机教研室（2011）,数字数据的模拟信号编码,模拟信号的发送基础是一种称为载波信号的连续的频率恒定的信号，通常会采用载波的3种特性之一对数字数据进行编码：振幅、
13、频率、相位。 幅移键控法（ASK，Amplitude-shift Keying）通过正弦载波信号的振幅变换来进行编码的，振幅是关于基带数字信号的变量，每种振幅代表了数字信号元。 频移键控法（FSK，Frequency-shift Keying）通过正弦载波信号的频率的变换来进行编码的 相移键控法（PSK，Phase-shift Keying）通过正弦载波信号的相位变换来进行编码的,中国政法大学计算机教研室（2011）,中国政法大学计算机教研室（2011）,2、数字传输,1）数字数据的数字传输 数字信号可以直接采用基带传输，所谓基带就是指基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，这
14、是一种最简单的传输方式。 基带传输时，需要解决数字数据的数字信号表示以及收发两端之间的信号同步问题。对于传输数字信号来说，使用高、低电平的方式来表示1、0这两个二进制数字是将数字数据转换成数字信号最简单的办法。,中国政法大学计算机教研室（2011）,常用的数字信号编码方式有多种。 不归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码,中国政法大学计算机教研室（2011）,信号编码方式,中国政法大学计算机教研室（2011）,2）模拟数据的数字传输-脉冲编码调制（PCM）编码,通常情况下，使用脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）能够将模拟信号转换成数字信号。PCM将模拟信号转换
15、成数字信号的过程分为采样、量化和编码3个步骤。 采样-要保证不失真地还原出初始的模拟信号，采样频率不能低于模拟信号自身最高频率（fm）的2倍。这就意味着需要按照采样时间周期T（T1/(2fm)）的时间间隔测量模拟信号的幅度值。 量化 -量化是将采样幅度值赋予一个整数值。在这里使用数字2的倍数来对其进行量化。 编码 -编码是将量化后的结果转化成二进制代码。,中国政法大学计算机教研室（2011）,采样、量化与编码的过程,中国政法大学计算机教研室（2011）,2.3 数据传输类型,数据的传输类型，可以按照不同的分类方法进行划分，下面将介绍几种常用的数据传输类型。 1）按传输信号的类型分：基带传输、频
16、带传输 与宽带传输 2）按数据传输的方式分：并行传输和串行传输 3）按数据传输的方向分：单工通信、半双工通信和全双工通信,中国政法大学计算机教研室（2011）,1、基带传输、频带传输与宽带传输,基带传输 频带传输 宽带传输,中国政法大学计算机教研室（2011）,基带传输,所谓基带，是一个原始信号所占有的基本频带，若信号具有基本频带时，称为基带信号。通常情况下，没有经过调制的原始信号都是基带信号，可以是模拟的或者是数字的信号。基带传输是一种最简单的传输方式，它将基带信号直接送到信道上进行传输。基带信号所占有频带很宽，基带传输时需要独占信道的带宽，传输易于衰减，传输距离受到限制。,中国政法大学计算机教研室（2011）,频带传输,将基带信号调制后形成的模拟信号称为频带信号，将频带信号通过信道进行传输则称为频带传输。频带传输的优点是传输距离长，缺点是信道容量有限。,中国政法大学计算机教研室（2011）,宽带传输,多路的基带信号、音频信号和视频信号通过调制后，可以利用一条电缆的不同频段来传输，其中各条信号互相不会干扰，这种传输方式称为宽带传输。宽
