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1、计算机网络基础 基于案例与实训,机械工业出版社,教学课件,了解数据通信基本概念和数据通信模型； 理解数据传输模式、数据编码技术、数据调制技术； 掌握数据交换技术的分类及特点； 理解信道复用技术和差错控制技术。,学习目标,计算机网络基础 基于案例与实训,第2章 数据通信基础,2.1 数据通信基本概念,2.1.1 数据、信息和信号 信息（Information）是人们对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。信息的表示形式多种多样，可以是数值、文字、图形、声音、图像和动画等，这些信息的表现形式通常被称为数据。 数据（Data）的概念包括两个方面：其一，数据内容是事物特性的反映或描述；其二，数据以
2、某种介质作为载体，即数据是存储在介质上的。显然，数据和信息的概念是相对的，甚至有时可以将两者等同起来。数据可以分为模拟数据和数字数据两种。 信号（Signal）是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。信号可以是模拟的，也可以是数字的。,2.1 数据通信基本概念,2.1.2 数据通信基本模型 1.理想状态的通信模型 2.实际状态的通信模型,2.1.3 数据通信技术指标 1.数据通信速率（传输速率） 码元速率RB：每秒钟传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s），又称为波特率。 信息速率Rb：每秒钟传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s或bps），又称为比特率。 一般来
3、说，对于采用M进制信号传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是： RbRBlog2M,2.1 数据通信基本概念,2.误码率和误比特率 误码率Pe传输出错的码元数/传输的总码元率 误比特率Pb传输出错的比特数/传输的总比特数,2.1 数据通信基本概念,2.1.3 数据通信技术指标 3.信道带宽与信道容量 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，电话线路的频率范围在3003400Hz，它的带宽范围也在3003400Hz。 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大
4、比特数，用比特率（bit/s）表示。当传输速率超过信道的最大信号速率时就会产生失真。,4.频带利用率 在比较不同的通信系统的效率时，只看它们的传输速率是不够的，还要看传输过程所占用的频带，所以真正用来衡量数据通信系统信息传输效率的指标应该是单位频带内的传输速率，记为： 频带利用率传输速率/占用频带带宽,2.2 数据传输方式,2.2.1 信道通信方式 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。 2.半双工通信 半双工通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。 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。,2.2 数
5、据传输方式,2.2.2 串/并行通信 1.串行通信 串行通信是指数据比特流以串行方式一位一位的在信道上传输的方式，每次传输一位。串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低；缺点是传输速度比较低。常见的串行传输应用包括计算机接口中的USB口、串口（Com口）以及远程通信中的光纤传输等。 2.并行通信 并行通信是指数据比特流以成组的方式在并行信道上同时进行传输的方式，一次可以传输多位。并行通信的优点是速度快，缺点是发送端与接收端之间需要并行线路，费用高，适合于近距离和高速率的通信。常见的并行通信传输应用包括计算机内部的PCI总线、IDE总线、计算机接口中的并口（LPT口）等。,
6、2.2 数据传输方式,2.2.3 传输模式 1.基带传输 由信源发出的没有经过调制（频谱搬移或变换）的原始电信号所固有的频带称为基带（Base band）。 对基带信号不加调制而直接在线路上进行传输，它将占用线路的全部或大部分带宽，因此这种传输方式多用在短距离或独占信道的数据传输中。 2.频带传输 由信源发出的并经过调制（频谱搬移或变换）后的电信号的频带称为频带（frequency band）。适合远距离传输。 2.宽带传输 宽带指的是比4kHz更宽的频带。传统电话频率范围低于4kHz，因此把高于4kHz的频带称为宽带。宽带传输的特点是数据传输速率更高。,2.2 数据传输方式,2.2.4 数据
7、编码技术 数据编码分为数字数据编码和模拟数据编码。其中使用较多的是数字数据编码。数字数据编码是指将不同数字信号（二进制中为0和1）转换为不同的电信号的过程。常用的数字数据编码方式主要有：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。,2.2 数据传输方式,2.2.5 数据调制技术 调制：在发送端将数字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：在接收端将模拟信号还原成数字信号的过程称为解调（Demodulation），解调设备就称为解调器（Demodulator）。 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
8、同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。,2.2 数据传输方式,2.2.5 数据调制技术 由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可以用Acos（2ft+）表示，其中A表示波形的幅度，f代表波形的频率，代表波形的相位，t表示时间。因此，根据这3个不同参数的变化，将数字数据调制的方法分为如下3种：幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）3。,2.3 数据交换技术,不关心传输的数据，只实现为数据提供交换功能的中间网络，被称为交换网络。 常用的交换技术分类如下：,2.3 数据交换技术,2.3.1 电路交换 电路交换（Circuit Switching）是一种
9、直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点提供一条临时的专用通道。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的。这条临时的专用通道在双方通信结束前，即使双方并没有进行任何数据传输，也不能为其他站点服务。,2.3 数据交换技术,2.3.2 存储交换 存储交换原理是输入信息在交换装置控制下先暂时存入缓冲存储器，并对暂存的数据进行一些必要的处理，等待输出线路空闲时，再将数据转发输出。存储交换分为报文交换和分组交换两种。 1.报文交换 在报文交换中，每一个报文由数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点设备根据报头中的目标地址为报文选择路径，并且对收发的报文进行相应的处理，如差
10、错校验、调节输入输出速度、流量控制。,2.3 数据交换技术,2.分组交换 分组交换也称包交换，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组（Packet）。分组交换与报文交换都是采用存储转发交换方式。二者的主要区别是：报文交换的报文长度不限且可变，而分组交换的报文长度不变。 分组交换通常有两种方式：数据报方式和虚电路方式。 （1）数据报（Datagram） 数据报服务是无连接的服务。发送数据报像发送信件和邮包一样。在数据报服务控制下，网络接收来自源点的单一报文分组，并独立地传到目的点。 （2）虚电路（Virtual Circuit） 虚电路是面向连接的服务。在发送者和接收者之间首
11、先要建立一条逻辑电路，以后的数据就按照相同的路径进行传送，直到通信完毕后该通路被拆除。采用多路复用技术，在一条物理通路上可以建立多条逻辑通路，,2.4 信道复用技术,信道多路复用指的是利用一个物理信道同时传输多个信号，以提高信道利用率，使一条线路能同时由多个用户使用而互不影响。 目前主要有以下4种信道复用方式： 频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用（TDM，Time Division Multiplexing） 波分多路复用（WDM，Wave-length Division Multiplexing） 码分多址（CDMA，Codi
12、ng Division Multiplexing Access）,2.5 差错控制技术,2.5.1 差错的产生,2.5 差错控制技术,2.5.2 差错的控制 差错控制常采用冗余编码来检测和纠正信息传输中产生的错误，即在发送端把要发送的有效数据和使用某种规则产生的冗余码一起发送，当信息到达接收端后，再按照相应的校验规则检验收到的信息是否正确。 冗余编码分为差错检测码和差错纠错码两类： (1)差错检测编码可以检测出编码是否发生错误，但不能纠正错误（此时可以要求发送方重新发送），常用的差错检测编码有奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码、CRC循环冗余码等； (2)差错纠错编码可以检测并纠正发生的错误，常用的差错纠错编码有汉明码和卷积码等。,
