第2章數據通信基礎_中職_高教出版社第3版

1、第第2 2章章 數據通信基礎數據通信基礎計算機教研組計算機教研組 唐曉平唐曉平2.1 數據通信的基本概念2.1.1 數據通信系統(tǒng)模型 1、通信系統(tǒng) 用來實現通信過程的系統(tǒng) 2、通信系統(tǒng)的基本組成u通信系統(tǒng)必須具備3個基本要素：信源信源、傳輸介質傳輸介質和信宿信宿。u通信系統(tǒng)的一般模型如下圖所示，包括信源、發(fā)送設備、信道、噪聲源、接收設備和信宿6個部分。u例如：電話，傳真，手機，電報，對講機模型中各部分的功能1）信源信源：作用是將原始信息轉換為相應的信號（常稱為基帶信號）2）發(fā)送設備：對基帶信號進行各種變換和處理，使其適合在信道中傳輸3）信道信道：發(fā)送設備和接收設備之間用于傳輸信號的介質。4）接

2、收設備：對接收信號進行必要的處理和變換后，恢復為相應的基帶信號5）信宿：將恢復的基帶信號轉換成相應的原始信息6）噪聲源：信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表現。模型中各部分的功能2.1.2 數據通信的基本概念1、信息、數據信息（Information）: 是對客觀事物的反映，可以是對物質的形態(tài)、大小、結構、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物質和外部的聯系。常見的存在形式有數字、文字、聲音、圖形和圖像等數據（Data）：數字化后的信息。是記錄下來的可以被鑒別的符號，是把事物的某些特征（屬性）規(guī)范化后的表現形式。具有穩(wěn)定性和表達性。數字通信的主要優(yōu)點（1）抗干擾能力強（2）便于加密

3、處理（3）易于實現集成化，從而減小通信設備體積和功耗（4）利于采用時分復用實現多路通信模擬通信和數字通信抗干擾性能的比較2.1.2 數據通信的基本概念2、模擬通信和數字通信 根據信道傳輸信號的差異，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數字通信系統(tǒng)。 模擬通信系統(tǒng)： 信道中傳輸模擬基帶信號或模擬頻帶信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。 數字通信系統(tǒng)： 信道中傳輸數字基帶信號或數字頻帶信號的通信系統(tǒng)稱為數字通信系統(tǒng)。2.1.2 數據通信的基本概念3、信道： 就是傳送信號的通道，分為物理信道和邏輯信道。4、信道容量 信道容量是指信道傳輸信息的最大能力。它由帶寬、可使用的時間、信號功率和噪聲功率決定。5、碼元和碼字

4、： 將計算機網絡傳送中的每1位二進制數字稱為碼元（碼位）； 由7個碼元組成的序列，稱為碼字 例如：1000001 在7位ASCII碼中，這個碼字就是字母“A”同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元的開始 同步脈沖也可位于碼元的中部 一個碼元也可有多個同步脈沖相對應2.1.2 數據通信的基本概念碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5碼元6碼元7碼元t信號同步脈沖2.1.3 數據通信的主要技術指標1、數據傳輸速率1）比特率：單位時間內所傳送的二進制代碼的有效位（bit）數，單位是“位/秒”，記作bit/s或bps。 常用的數據傳輸速率單位： kbit/s、Mbit/s、Gbit/s、Tbit/s 或 kb

5、ps、 Mbps、Gbps、 Tbps 1kbps=1X103bps 1Mbps=1X106bps 1Gbps=1X109bps 1Tbps=1X1012bps2.1.3 數據通信的主要技術指標1、數據傳輸速率2）波特率： 調制速率，又稱碼元速率，是數字信號經過調制后的傳輸速率，也即線路上每秒傳送的波形個數，單位為波特（Baud）3）誤碼率： 也即錯誤率，在數值上等于出錯倍數與傳送的總位數之比。 PeNe/N 誤碼率是衡量數據通信系統(tǒng)在正常情況下傳輸可靠性的指標。計算機網絡中，不高于10-62.1.3 數據通信的主要技術指標2、信道、信道容量、信道帶寬1）信道：傳送信號的通路2）信道容量：一個

6、信道的最大數據傳輸速率，單位為bps3）信道帶寬： 指信道上能夠傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位為Hz3、吞吐量： 單位時間內整個網絡能夠處理的信息總量。單位是字節(jié)/秒或位/秒。（bit/s）4、網絡負荷量： 網絡負荷量是指網絡單位面積中的數據分布量，即數據在網絡中分布密度。 網絡負荷量過小，吞吐量也會小，導致網絡利用率過低； 網絡負荷量過大，容易產生阻塞現象，直接導致網絡吞吐量降低。2.1.3 數據通信的主要技術指標2.2.1 數據通信系統(tǒng)模型2.2 數據傳輸方式1、數據終端設備（DTE）2、數據線路端接設備（DCE）DTEDTEDCEDCEDTE/DCE接口DTE/DCE接口通信系統(tǒng)

7、1、并行通信 并行通信是指多個數據位同時在設備之間進行傳輸。 一般適用于短距離、要求傳輸速度高的場合；2.2.2 并行通信和串行通信2.2 數據傳輸方式2、串行通信 串行通信是指一次只有一個數據位在設備之間進行傳輸。 一般適用于計算機與計算機或與外部設備之間。2.2.3 數據線路的通信方式2.2 數據傳輸方式1、單工通信通信信道是單向信道，數據信號僅沿一個方向傳輸；3、全雙工通信數據可以同時沿相反的兩個方向雙向傳輸。2、半雙工通信通信雙方可交替發(fā)送和接收信息，但不能同時發(fā)送和接收。1、基帶傳輸 基帶（Baseband） 是指調制前原始電信號占用的頻帶，是原始電信號固有的基本頻帶?；鶐盘?是未

8、經載波調制的信號。 由0和1組成的數字信號又稱為“數字基帶信號”基帶傳輸 在信道中直接傳輸基帶信號時，稱為基帶傳輸。 基帶傳輸的信號即可以是模擬信號，也可以是數字信號，具體類型由信源決定。2.2.4 數據傳輸方式2.2 數據傳輸方式2、頻帶傳輸利用模擬信道實現數字信號傳輸的方法，稱為“頻帶傳輸”將數字信號調制成模擬信號后再發(fā)送和傳輸，到達接收端時，再把模擬信號解調為原來的數字信號。調制解調器2.2.4 數據傳輸方式2.2 數據傳輸方式3、頻帶傳輸與基帶傳輸的區(qū)別：基帶傳輸中，基帶信號占有信道的全部帶寬；頻帶傳輸中，模擬信號通常由某個頻率或某幾個頻率組成，占用一個固有頻帶（高頻），即整個頻道的一

9、部分。采用多路復用技術，頻帶傳輸的波形比較單一，因為在頻帶傳輸中只需要用不同幅度或不同頻率表示0、1兩個電平。4、寬帶傳輸 寬帶是指帶寬比聲頻更寬的頻帶。利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸。 寬帶傳輸可以在傳輸介質上使用頻分多路復用技術。 由于數字信號的頻帶很寬，不便于在寬帶網中直接傳輸，通常將其轉化成模擬信號后再在寬帶網中傳輸。 寬帶傳輸信道容量大，傳輸距離遠，基帶傳輸速率快，距離近。2.2.4 數據傳輸方式2.2 數據傳輸方式數字數據的模擬信號編碼 發(fā)送端將數字數據信號變換成模擬數據信號的過程稱為調制。接收端將模擬數據信號還原成數字數據信號的過程稱為解調。 廣義： 調制：將信源發(fā)出的信號轉化成

10、適合信道傳輸的信號； 解調：將信道上的信號轉化成原始信號，即調制的反過程。2.2.5 信源編碼技術2.2 數據傳輸方式信號在信道中傳輸時，最簡單的是一條信道傳輸一路信號。 為了提高效率，考慮在一條信道上同時傳輸多路信號信道復用（multiplexing）技術就是在發(fā)送端將多路信號進行組合，然后在一條信道上傳輸，接收端再將組合信號分離出來。 利用信道復用技術，一條信道邏輯上劃分成互不影響的多條信道復用技術中最關鍵的問題是如何劃分信道而不出現混亂。2.2.6 多路復用技術2.2 數據傳輸方式將多路信號組合起來在一條物理線路上傳輸，稱為多路復用技術（Multiplexing mltpleks ）。優(yōu)

11、點：遠距離傳輸時可大大節(jié)省物理線路的安裝和維護費用2.2.6 多路復用技術2.2 數據傳輸方式問題：為什么要采用數據交換技術？2.3 數據交換技術一個擁有眾多用戶的通信網不可能采用兩兩之間連接的全互聯方式，必須采用交換設備為降低通信線路造價，大型網絡主要采用部分連接的拓撲結構。兩個端節(jié)點之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點的轉接，中間節(jié)點要在它所連接幾條線路中選擇一條進行接續(xù)。交換網絡有多條信道供多個終端共用，網絡的交換設備能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來交換機2.3.1 電路交換2.3 數據交換技術交換機一般定義：交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理的固定傳輸通路，直到通信完畢后

12、再拆除。通信的三個階段：建立連接通信釋放連接特點：數據傳輸前需要先建立一條臨時的端到端的通道，雙方在通信過程中始終占用該條鏈路。電路交換的優(yōu)點：信息傳輸時延短信息傳輸速率、效率高對用戶提供“透明”傳輸通路適合傳輸信息量大，通信對象比較確定的用戶2.3.1 電路交換2.3 數據交換技術電路交換的缺點：傳輸短信息時，鏈路建立和釋放時間贊成通信效率低。一旦鏈路建立，在連接時間內是專用的，電路資源的利用率較低。電路交換機不具備編碼變換、速率調制的功能，不同類型的終端不能互相通信。當出現對方用戶終端忙或交換網負載過重時可能產生呼叫不通的情況。2.3.1 電路交換2.3 數據交換技術屬于“存儲轉發(fā)”式交換

13、，不需要在通信的兩個節(jié)點之間建立專用的物理線路。2.3.2 報文交換2.3 數據交換技術在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時再轉發(fā)出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數據傳輸技術稱為存儲轉發(fā)。過程：信息從數據源到目的地一般要經過多級轉發(fā)，中間經過的每個交換機（路由器）都有一個緩沖區(qū)，在交換機進行轉發(fā)時，先把信息存放到數據緩沖區(qū)，等到線路空閑時，將信息傳輸出去。特點：可靠性高，不需要一條條專用的通路，能大大提高信道的利用率。以報文為單位發(fā)送信息。整個報文作為一個整體一起發(fā)送。報文就是計算機一次性要發(fā)送的數據塊，其長度不限且可變。報文包括三部分：報頭、報文正文和報尾。 報頭由源地址、目的地址及控制信息組成，報尾一般是校驗信息。優(yōu)點：線路利用率比電路交換高。缺點：1）報文大小不一，造成緩沖區(qū)