计算机网络技术基础-第4版-尚晓航-第2章 数据通信基础

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1、 “十二五”职业教育国家级规划教材计算机网络技术基础 （第4版）主编：尚晓航 高等教育出版社2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航第一篇 网络技术篇第2章 数据通信基础计算机网络技术基础（第4版）主编：尚晓航高等教育出版社2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航本章学习目标：1. 了解：数据通信的基础知识 2. 了解：数据传输方式的类型和特点 3. 掌握：数据传输的类型及相应的编码方法 4. 掌握：多路复用技术的分类和适用场合 5. 了解：数据通信中的同步技术 6. 了解：广域网中的数据交换技术 7. 掌

2、握：差错控制技术的类型和方法第2章 数据通信基础2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航1. 信息和编码信息的载体是文字、语音、图形和图像等。计算机及 其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字 母、数字或控制符号的组合。 用二进制代码来表示信息中的每一个字符就是二进制 编码。2. 二进制编码标准目前，最常用的二进制编码标准为美国标准信息交换 码（ASCII），它已被国际标准化组织（ISO）和国际电报 电话咨询委员会（CCITT）采纳，并已经发展为国际通用 的标准交换代码。2.1 数据通信的基本概念2014-9-28，第2章 数据通信基础，计

3、算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航3. 数据和信号 网络中传输的二进制代码被统称为“数据” 。 “信号（signal）”是数据在传输过程中的电磁波表 示形式。从时间域来看，图2-1（a）所示的“数字信号 ”是一种离散信号；而图2-1（b）所示的“模拟信号” 是一种连续变化的信号。 2.1 数据通信的基本概念图2-1 数字信号和模拟信号2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航 4. 信道及信道的分类（1）信道 “信道”是数据信号传输的必经之路，它一般由传输线 路和传输设备组成。（2）物理信道和逻辑信道物理信道：是由信道中的实际传输介质与相关设备

4、组成。 逻辑信道：是指在同时建立的多条逻辑上的“连接 ”。2.1 数据通信的基本概念2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航（3）有线信道和无线信道根据传输介质是否有形。（4）模拟信道和数字信道按照信道中传输的数据信号的类型来分。5.数据单元在数据传输时，通常将较大的数据块（如报文）分割 成较小的数据单元（如分组），并在每一段数据上附加一 些信息。这些数据单元及其附加的信息在一起被称为“数 据单元”。其中附加的信息通常是序号、地址及校验码 等。2.1 数据通信的基本概念2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓

5、航1. 传输速率S（比特率） 传输速率“S”是指是指在信道的有效带宽上，单位时 间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数。S的单位为 ：b/s、千比特每秒kb/s（1103b/s）等单位来表示。2. 波形调制速率B（波特率） 1Baud/s就表示每秒钟传送一个码元或一个波形。波 特率是数字信号经过调制后，模拟信号的传输速率。3. 比特率和波特率之间的关系波特率（调制速率）和比特率（数据传输速率）是两个最容易混 淆的概念，表2-1给出了两者之间的数值关系。两者在实际应用中的 区别与联系，如图2-2所示。2.2 通讯系统的主要技术指标 2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章

6、 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航图2-2 比特率和波特率的区别2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航4. 带宽对于模拟信道，带宽是指物理信道的频带宽度，其本 来的意思是指信道允许传送信号的最高频率和最低频率之 差, 单位为：赫兹（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz） 等。 对于数字信道，人们说的“带宽”是指在信道上能够 传送的数字信号的速率，即数据传输速率S。因此，此时 带宽的单位就是比特每秒（bit/s），表示为：b/s、 Kb/s、Mb/s等。2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章 数据通信基础

7、，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航5. 信道容量信道容量是一个极限参数，一般是指物理信道上 能够传输数据的最大能力。在实际应用中，高传输速 率的通信设备常常被通信介质的信道容量所限制，而 得不到充分利用。6.带宽、数据传输速率和信道容量的关联带宽与数据传输速率这两个术语原来都是用来度 量信道实际传输能力的指标。现在，一个物理信道常 常既可以作为模拟信道，又可以作为数字信道，所以 人们既可以使用“带宽”，也可以使用“速率”来描 述网络中信道的传输能力。2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航7. 误码率Pe（

8、1）误码率Pe的定义误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率 ，也称“出错率”。 Pe的定义式如下： 式中：N为传输的二进制码元总数，Ne表示在接收 码元中被传错的码元数。2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航（2）误码率的性质、获取与实用意义 性质：可靠性的指标。 获取：在大量重复测试。 采用差错控制技术的意义：在使用普 通通信信道传输数据时，物理信道本身的 平均误码率不满足可靠性指标的要求，因 此，必须采用差错控制技术。2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技

9、术基础（第4版） 主编：尚晓航8. 时延时延是信道或网络性能的另一个参数，其数值是指 一个报文或分组从一个网络的一端传送到另一端所需要 的时间，其单位是秒s、ms（毫秒，10-3秒）、s（微 秒，10-6秒）等。时延是由：传播时延、发送时延和排队延时等三部 分组成的。2.2.1 数据通信技术的重要指标2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航网络中任意两台计算机的通信过程需要解决哪些技术 问题呢？ 二进制编码； 传输的信号类型； 数据传输与通信方式； 同步技术； 多路复用技术； 广域网数据交换技术； 差错控制技术。2.2.2 数据通信过程中涉及的主要技

10、术问题2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航数据通信专指信源（发送信息的一方）和信宿（接 收数据的一方）中信号的形式均为数字信号的通信方 式。因此，可以将“数据通信”定义为：在不同的计算 机和数字设备之间传送二进制代码“0”、“1”对应的比 特位信号的过程。在数据通信过程中，传输的数据信号的类型不同， 使用的技术就不同。为此，数据传输系统有“基带传输 ”和“频带传输”两种传输方式。2.3 数据传输类型及相应技术2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航1. 基带、基带信号和基带传输数字信号也被称为“数字基带

11、信号”，简称为“基带 信号”。在线路上直接传输基带信号的方法称为 “基带 传输”方法。 在基带传输中，必须解决两个基本问题， 其一，基带信号的编码问题； 其二，收发双方之间的同步问题。2.3.1基带传输与数字信号的编码2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航2.数字信号的编码在基带传输中，用不同极性的电压、电平值代表数字 信号 “0”和“1”的过程，称为基带信号的“编码”；其 反过程称为“解码”。在发送端，编码器将计算机等信源设备产生的信源信 号，变换为用于直接传输的基带信号；在接收端，解码器将接收到的基带信号，恢复为与发 送端相同的、计算机可以接收

12、的信号。 下面介绍3种基本的编码方法：2.3.1基带传输与数字信号的编码2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航（1）非归零（NRZ）编码 编码规则：NRZ编码方法的示例如图2-3（a） 所示。用负电压代表数字“0”，正电压代表数字“1”。 特点：NRZ编码的优点是简单、容易实现；缺 点是接收方和发送方无法保持同步。 位同步：为了保证收、发双方的按位同步，必 须在发送NRZ编码的同时，用另一个信道同时发送同步时 钟信号，参见图2-3（a）。应用：计算机串口与调制解调器之间使用的就 是基带传输中的非归零码技术。2.3.1基带传输与数字信号的编码2014

13、-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航（2）曼彻斯特（Manchester）编码编码规则：前半周期为该位值“反码”电平值 ，后半周期为该位值的“原码”电平值。中间的电平跳变 作为双方的同步信号。如图2-3（b）所示。曼彻斯特编码的同步信号：曼彻斯特编码中的 中间电平跳跃，既代表了数字信号的取值，也作为自带的 “时钟”信号。 特点：优点是收发信号的双方可以根据自带的 “时钟”信号来保持同步；缺点是效率较低。 应用：典型的10BASET、10BASE2、和 10BASE 5低速以太网使用的是曼彻斯特编码技术。2.3.1基带传输与数字信号的编码2014-9-28

14、，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航（3）差分曼彻斯特（De-manchester）编码 编码规则：遇“0”跳变，遇“1保持”，“中 间跳变”。其示例的波形如图2-3（c）。特点：差分曼彻斯特编码的优点是自含同步时 钟信号、抗干扰性能较好；缺点是实现的技术复杂。同步信号：中间的电平跳变作为“同步时钟” 信号。 2.3.1基带传输与数字信号的编码2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航2.3.1基带传输与数字信号的编码图图2-3 2-3 二进制数据的基带信号的编码波形二进制数据的基带信号的编码波形2014-9-28，第2章

15、 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航基带传输的特点总结： u 优点：抗干扰能力强、成本低。 u 缺点：由于基带信号频带宽，传输时必须占 用整个信道，因此通信信道利用率低；占用频带 宽，信号易衰减；只能使用有线介质传输，限制 了使用的场合。在局域网中经常使用基带传输技 术。2.3.1基带传输与数字信号的编码2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航1. 调制、解调与频带传输利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为“ 频带传输”。 在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称 为“调制”，相应的设备称为“调制器”；在接收 端把模拟信号还原为数字信号的过程称为“解调” ， 相应的设备称为“解调器”；而同时具有调制与 解调功能的设备被称为“调制解调器”（modem ）。 Modem就是数字信号与模拟信号之间的变换设 备。2.3.2频带传输与模拟信号的调制2014-9-28，第2章 数据通信基础，计算机网络技术基础（第4版） 主编：尚晓航 2. 数字数据（信号）的调