计算机网络技术-第2章-数据通信基础课件.ppt

1、2023-1-17计算机网络技术-第2章_数据通信基础计算机网络技术计算机网络技术-第第2章章_数据通信基础数据通信基础计算机网络技术-第2章_数据通信基础 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.6 差错检测与控制差错检测与控制 2.5 数据交换技术数据交换技术 2.4 多路复用技术多路复用技术 2.2 数据通信方式数据通信方式 2.3 数据编码技术数据编码技术计算机网络技术计算机网络技术-第2章_数据通信基础知识结构网网络络数数据据通通信信数据通信的数据通信的基本概念基本概念数据交换数据交换技术技术异步传输与同步传输异步传输与同步传输多路复用多路复用技术技术数据编码数据编码技术技

2、术电路交换电路交换分组交换分组交换报文交换报文交换数据传输方向数据传输方向数据通信数据通信方式方式频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用基带传输与频带传输基带传输与频带传输数据通信系统数据通信系统信息、信号和数据信息、信号和数据模拟传输和数字传模拟传输和数字传输输信道带宽和信道容信道带宽和信道容量量码分多路得用码分多路得用差错检测差错检测与控制与控制差错控制方法差错控制方法差错检测方法差错检测方法数据编码类型数据编码类型数据编码方法数据编码方法串行通信与并行通串行通信与并行通信信波分多路复用波分多路复用计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1数据通信的基本概念 任何一个通信系统都可

3、以看作是由发送设备、传输信道任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。我们把产生和发送信息的一端称为和接收设备三大部分组成。我们把产生和发送信息的一端称为信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线路称为信道。线路称为信道。在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰影响。因此，数据通信系统的基本结构如下图所示。扰影响。因此，数据通信系统的基本结构如下图所示。通信系统的基本结构通信系统的基本结构数据数据+噪音噪音噪音源噪音源信信 源源信信 道道信

4、信 宿宿计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.1数据通信系统 在数据通信系统中，将传输模拟信号的系统称为模拟通在数据通信系统中，将传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，将传输数字信号的系统称为数字通信系统。信系统，将传输数字信号的系统称为数字通信系统。(1)(1)模拟通信系统：模拟通信系统：普通的电话、广播、电视等信号都普通的电话、广播、电视等信号都属于模拟信号属于模拟信号,由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型

5、如下图所示。及噪音源组成，其基本结构模型如下图所示。模拟通信系统结构模拟通信系统结构信信 源源调制调制器器解调器解调器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.1数据通信系统 (2)(2)数字通信系统：数字通信系统：计算机通信、数字电话以及数字电计算机通信、数字电话以及数字电视等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数视等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统字通信系统。数字通信系统通常由信源数字通信系统通常由信源、编码器编码器、信道信道、解码器解码器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如下图所示。、信宿以及噪音源组成，其基本结

6、构模型如下图所示。数字通信系统结构数字通信系统结构信信 源源编码编码器器解码器解码器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源 由于数字信号不适合远距离传输，所以在传输前将其变由于数字信号不适合远距离传输，所以在传输前将其变为模拟信号。因此，数字通信系统通常由信源、信源编码器、为模拟信号。因此，数字通信系统通常由信源、信源编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪音源组成，其结构模型如下页图所示。音源组成，其结构模型如下页图所示。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.1数据通信系统 在数字通信系统中，调制器用于将发送端数字信

7、号变换成在数字通信系统中，调制器用于将发送端数字信号变换成模拟信号；解调器用于将模拟信号还原成数字信号。我们将具模拟信号；解调器用于将模拟信号还原成数字信号。我们将具备调制与解调功能的设备称为调制解调器，它在数据通信系统备调制与解调功能的设备称为调制解调器，它在数据通信系统中的连接如下页图所示。中的连接如下页图所示。信信宿宿噪音噪音源源信信道道编编码码器器信信源源译译码码器器信信源源编编码码器器信信源源解解调调器器调调制制器器信信道道信信道道译译码码器器数字通信系统结构模型数字通信系统结构模型计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.1数据通信系统 以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，

8、无论是以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，无论是实现模拟通信实现模拟通信,还是实现数字通信还是实现数字通信,都涉及到一系列的技术问题都涉及到一系列的技术问题，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。数据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。调制解调器的功能作用调制解调器的功能作用电话电话线线电话交换电话交换网网计算计算机机Modem电话电话机机ModemModem电话电话机机计算计算机机电话电话线线计算机网络技术-第2章_数据通信基础 信息泛指那些通过各种方式传播的信息泛指

9、那些通过各种方式传播的、可被感受的声音可被感受的声音、文文字字、图像图像、符号等所表征的某一特定事物的消息符号等所表征的某一特定事物的消息、情报或知识情报或知识。数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所有输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。数据分有输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。数据分为模拟数据和数字数据两种。为模拟数据和数字数据两种。模拟数据：模拟数据：在时间和幅值取值上都是连续变化的在时间和幅值取值上都是连续变化的、例例如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据

10、通常用传感器收集。数字数据：数字数据：在时间上是离散的，在幅值上是经过量话在时间上是离散的，在幅值上是经过量话的的,它一般是由它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。构成的二进制代码组成的数字序列。2.1.2信息、信号和数据计算机网络技术-第2章_数据通信基础 信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述，如电信号、光信号或磁场强度等。信号分为数理描述，如电信号、光信号或磁场强度等。信号分为数字信号和模拟信号两种。字信号和模拟信号两种。2.1.2信息、信号和数据计算机网络技术-第2章_数据通信基础 模拟传输是传输模拟信号的一种方法，这些

11、信号与模拟传输是传输模拟信号的一种方法，这些信号与模拟数据或数字数据无关，它们可以代表模拟数据，如模拟数据或数字数据无关，它们可以代表模拟数据，如声音；也可以代表数字数据，如通过调制解调器变换了声音；也可以代表数字数据，如通过调制解调器变换了的二进制数据。模拟信号传送一定距离后，由于幅度衰的二进制数据。模拟信号传送一定距离后，由于幅度衰减而失真变形，所以在长距离传送时，需在沿途加若干减而失真变形，所以在长距离传送时，需在沿途加若干放大器将信号放大。相反，数字传输是用以数字信号形放大器将信号放大。相反，数字传输是用以数字信号形式传输的。它可以直接传输二进制数据或编码的二进制式传输的。它可以直接传

12、输二进制数据或编码的二进制数据（为了更适合传输介质的要求），也可以传输数字数据（为了更适合传输介质的要求），也可以传输数字化了的模拟数据，如数字化了的声音。化了的模拟数据，如数字化了的声音。模拟数据和数字数据两者均可由模拟信号和数字信模拟数据和数字数据两者均可由模拟信号和数字信号表示和传输。通常，模拟数据是时间的函数并占有一号表示和传输。通常，模拟数据是时间的函数并占有一定的频率范围，这种数据可直接由占有相同频率范围的定的频率范围，这种数据可直接由占有相同频率范围的电磁信号表示。电磁信号表示。2.1.3模拟传输和数字传输计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.3 模拟信号与数字信号波形模拟

13、信号与数字信号波形ty（a）连续的模拟信号ty（b）离散的数字信号 模拟信号：模拟信号：是一种连续是一种连续变化的电脉冲序列，例如电话变化的电脉冲序列，例如电话语音信号、电视信号等，它是语音信号、电视信号等，它是随时间变化的函数曲线，如右随时间变化的函数曲线，如右图图（a a）所示。所示。数字数字信号：信号：是离散的不是离散的不连续的电信号，通常用连续的电信号，通常用“高高”和和“低低”电平脉冲序列组成的电平脉冲序列组成的编码来表示数据，如右图编码来表示数据，如右图(b)所所示。示。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.4 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占信道带宽是指信道

14、中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（调制用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（调制速率）表示。信道带宽由信道的物理特性所决定，例如电话速率）表示。信道带宽由信道的物理特性所决定，例如电话线路的频率范围在线路的频率范围在3003003400Hz3400Hz，那么，它的带宽范围也在，那么，它的带宽范围也在3003003400Hz3400Hz。信道宽度用。信道宽度用W W表示。表示。）信道容量是指信道能传输信息的最大能力，一般用时间信道容量是指信道能传输信息的最大能力，一般用时间内最大可传送的字节数来表示。信道容量由信道带宽内最大可传送的字节数来

15、表示。信道容量由信道带宽F F、可使、可使用的时间用的时间T T以及信道质量决定。信道容量和信道带宽具有正比以及信道质量决定。信道容量和信道带宽具有正比关系，带宽越宽，则容量越大，传输效率也就越高。关于信关系，带宽越宽，则容量越大，传输效率也就越高。关于信道容量的计算有两条著名的定理。道容量的计算有两条著名的定理。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.4 奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)定理：定理：19421942年年,H.Nyquist,H.Nyquist证明，证明，任何一个信号如果通过带宽为任何一个信号如果通过带宽为W W（HzHz）的理想低通滤波器，若）的理想低

16、通滤波器，若每秒取样每秒取样2W2W次，就可以完整地重现该滤波过后的信号。在理次，就可以完整地重现该滤波过后的信号。在理想条件下想条件下(无噪音有限带宽无噪音有限带宽W W的信道的信道)，其最大的数据传输速率，其最大的数据传输速率C C（信道容量）为：（信道容量）为：式中：式中：N N为离散性信号或电平的个数。为离散性信号或电平的个数。【例例2-12-1】一个无噪音的】一个无噪音的3000Hz3000Hz信道传输二进制信号，试问信道传输二进制信号，试问信道容量（可允许的数据传输速率）是多少？信道容量（可允许的数据传输速率）是多少？解：由于传输的二进制信号是解：由于传输的二进制信号是“1”1”、

17、“0”0”两个电平，即两个电平，即N=2N=2，W=3000HzW=3000Hz，则信道容量：，则信道容量：计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.4 式中：式中：RmaxRmax为最大功率；为最大功率；W W为信道带宽；为信道带宽；L L为信道上传输的为信道上传输的信号可取的离散值的个数。信号可取的离散值的个数。【例例2-22-2】一个数字信号通过两种物理状态，经信噪比为】一个数字信号通过两种物理状态，经信噪比为20dB20dB的的3kHz3kHz带宽信道传送，其数据率不会超过多少？带宽信道传送，其数据率不会超过多少？香农（香农（ShannonShannon）定理：）定理：1948194

18、8年，年，Claude ShannonClaude Shannon在在NyquistNyquist定理基础上进而给出了在噪音的环境中，信道容量将定理基础上进而给出了在噪音的环境中，信道容量将与信噪功率比有关。信道容量与信道带宽之间的关系：与信噪功率比有关。信道容量与信道带宽之间的关系：式中：式中：N N为噪音功率；为噪音功率；S S为信号功率。信道传输的信息多少完为信号功率。信道传输的信息多少完全由带宽所决定。此时，信道中的每秒所传输的最大比特数全由带宽所决定。此时，信道中的每秒所传输的最大比特数由奈奎斯特（由奈奎斯特（NyquistNyquist）准则决定：）准则决定：计算机网络技术-第2章

19、_数据通信基础 数据传输的质量参数是衡量数据传输的有效性和可靠性数据传输的质量参数是衡量数据传输的有效性和可靠性的参数。有效性主要由数据传输速率、调制速率、信道带宽、的参数。有效性主要由数据传输速率、调制速率、信道带宽、通信容量、误码率、传输延迟等来衡量；可靠性一般用数据传通信容量、误码率、传输延迟等来衡量；可靠性一般用数据传输的误码率指标来衡量；比特率和波特率是用来描述系统传输输的误码率指标来衡量；比特率和波特率是用来描述系统传输率的参量。率的参量。数据传输单位通常可用比特、码元、码字、码字来表示数据传输单位通常可用比特、码元、码字、码字来表示。比特：比特：是二进制的缩写，即计算机常用术语是

20、二进制的缩写，即计算机常用术语“位位”，在数据通信中用来度量消息的信息量。在数据通信中用来度量消息的信息量。码元：码元：是对计算机网络传送的二进制数字中的每一位是对计算机网络传送的二进制数字中的每一位的通称。例如二进制数字的通称。例如二进制数字10000011000001是由是由7 7个码元组成的序列。个码元组成的序列。码字：码字：在在7 7位位ASCIIASCII码中，码中，10000011000001这这7 7个码元组成的序个码元组成的序列代表字母列代表字母A A，通常将这个字母，通常将这个字母A A称为称为“码字码字”。2.1.5其他相关术语计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.5

21、其他相关术语 数据传输速率是指每秒能传输的二进制信息位数，又数据传输速率是指每秒能传输的二进制信息位数，又称为比特率，用称为比特率，用bpsbps标记，表示每秒传输的二进制位数，单标记，表示每秒传输的二进制位数，单位用比特位用比特/每秒表示，它可由下式确定：每秒表示，它可由下式确定：式中：式中：T T为数字信号脉冲重复周期；为数字信号脉冲重复周期；N N为一个脉冲信号为一个脉冲信号代表的有效状态数，是代表的有效状态数，是2 2的整数倍。例如二进制的一个脉冲的整数倍。例如二进制的一个脉冲可以表示可以表示“0”0”和和“1”1”两个状态，故两个状态，故N N2 2。LogLog2 2N N为单位脉

22、冲为单位脉冲能表示的比特数，如能表示的比特数，如N N4 4时表示一个单位脉冲为时表示一个单位脉冲为2bit2bit。一个数字脉冲也称为一个码元，一个数字脉冲也称为一个码元，N N为一个码元所取的有为一个码元所取的有效离散值个数效离散值个数,若一个码元仅可取若一个码元仅可取0 0和和1 1两种离散值两种离散值,则则N N2 2；若一个码元可取若一个码元可取0000、0101、1010、1111四种离散值，则四种离散值，则N N4 4。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.5其他相关术语 波特率也称调制速率，或码元速率。码元对应于网络中波特率也称调制速率，或码元速率。码元对应于网络中传输的

23、每一位二进制数字。调制速率是脉冲信号在调制过程中传输的每一位二进制数字。调制速率是脉冲信号在调制过程中信号状态变化的次数，或者说是信号经过调制后的传输速率，信号状态变化的次数，或者说是信号经过调制后的传输速率，单位是波特（单位是波特（BaudBaud），通常用于表示调制解调器之间传输信号），通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。的速率。误码率是衡量数据通信系统或通信信道传输可靠性的一误码率是衡量数据通信系统或通信信道传输可靠性的一个参数。其定义是：二进制位在传输中被传错的概率。当所传个参数。其定义是：二进制位在传输中被传错的概率。当所传送的数字序列足够长时，它近似地等于被传错的二进制位与所

24、送的数字序列足够长时，它近似地等于被传错的二进制位与所传输总位数的比值。传输总位数的比值。在计算机网络中，误码率要求低于在计算机网络中，误码率要求低于10-610-6，即平均每传输，即平均每传输1 1兆位，才允许错兆位，才允许错l l位。位。在通信线路上，信号在单位时间内传送的距离称为传播在通信线路上，信号在单位时间内传送的距离称为传播速度。速度。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.5其他相关术语 时延是指一个报文或分组从一条链路的一端传送到另一时延是指一个报文或分组从一条链路的一端传送到另一端所需的时间，它包括端所需的时间，它包括3 3部分：部分：时延发送时延传播时延处理时延时延发送

25、时延传播时延处理时延 发送时延：发送时延：发送数据时使数据块发送数据时使数据块(分组或报文分组或报文)从结点从结点进入到传输媒体所需要的时间。进入到传输媒体所需要的时间。发送时延（传输时延）数据块长度信道宽度发送时延（传输时延）数据块长度信道宽度 传播时延：传播时延：电磁波在信道上的传播一定的距离所需要电磁波在信道上的传播一定的距离所需要花费的时间速度花费的时间速度 传播时延信道长度传播时延信道长度/电磁波在信道上的传播速度电磁波在信道上的传播速度(m/s)(m/s)处理时延：处理时延：数据在交换结点为存储转发而进行一些必数据在交换结点为存储转发而进行一些必要处理所花费的时间。处理时延的长短取

26、决于数据通信系统中要处理所花费的时间。处理时延的长短取决于数据通信系统中当时的通信量。当通信量很大时，还会发生溢出，使分组丢失当时的通信量。当通信量很大时，还会发生溢出，使分组丢失。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.1.5其他相关术语 【例例2-32-3】若】若A A、B B两台计算机之间的距离为两台计算机之间的距离为1000km,1000km,假设假设在电缆内信号的传播速度是在电缆内信号的传播速度是2 210108 8m/s,m/s,试对下列两种链路分试对下列两种链路分别计算发送时延和传播时延。别计算发送时延和传播时延。数据块长度为数据块长度为10108 8bitbit，数据发送速率为

27、，数据发送速率为1Mbps1Mbps；数据块长度为数据块长度为1000bit1000bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Gbps1Gbps；解：根据上述计算发送时延公式和计算传播时延公式，解：根据上述计算发送时延公式和计算传播时延公式，分别求出不同链路的不同时延。分别求出不同链路的不同时延。发送时延发送时延10108 8bit/(1Mbps)bit/(1Mbps)100s100s 传播时延传播时延1000bit/(21000bit/(210108 8m/s)m/s)5ms5ms 发送时延发送时延1000bit/(1Gbps)1000bit/(1Gbps)1s1s 传播时延传播时延1000k

28、m/(21000km/(210108 8m/s)m/s)5ms5ms 通过此例说明，并非信道带宽越宽，数据在信道上跑的通过此例说明，并非信道带宽越宽，数据在信道上跑的速度越快。速度越快。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.2数据通信方式 2.2.1 串行通信与并行通信 串行通信是指数据以串行方式，在一条信道上传输。在串行通信是指数据以串行方式，在一条信道上传输。在计算机中，通常是用计算机中，通常是用8 8位的二进制代码来表示一个字符。在数位的二进制代码来表示一个字符。在数据通信中，串行传输方式如下图所示。据通信中，串行传输方式如下图所示。接接收收设设备备发发送送设设备备1234567812

29、387645并行到串行的转换串行到并行的转换串行通信示意图串行通信示意图计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.2.1 串行通信与并行通信接接收收设设备备发发送送设设备备12345678校验校验数据位1数据线 并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输并行通信是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。将表示一个字符的。将表示一个字符的8 8位二进制代码同时通过位二进制代码同时通过8 8条并行的通信信条并行的通信信道发送出去，这种工作方式称为并行通信，如下图所示。道发送出去，这种工作方式称为并行通信，如下图所示。并行通信示意图并行通信示意图计算机网络技术-第2章_数据通信基础 在数据通信系

30、统中，整个计算机通信系统能否正确有效在数据通信系统中，整个计算机通信系统能否正确有效地工作，在相当程度上依赖于是否能很好地实现同步。目前地工作，在相当程度上依赖于是否能很好地实现同步。目前,串行通信的传输按通信约定的格式分为两种，即同步通信方串行通信的传输按通信约定的格式分为两种，即同步通信方式和异步通信方式。式和异步通信方式。位同步：位同步：在数据通信过程中，接收端根据发送端发在数据通信过程中，接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率，这个过程就叫做位同步。实现位同步的方法主要有以频率，这个过程就叫做位同步

31、。实现位同步的方法主要有以下两种：下两种：外同步法。外同步法。是在发送端发送一路数据信号的同时，是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。2.2.2 异步传输与同步传输计算机网络技术-第2章_数据通信基础 内同步法。内同步法。是从自含时钟编码的发送数据中提取同是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时

32、钟的编码方法。时钟的编码方法。字符同步：字符同步：为保证收发双方正确传输字符为保证收发双方正确传输字符,将字符将字符以组为单位传送，在每组字符之前加上一个用于同步控制的以组为单位传送，在每组字符之前加上一个用于同步控制的同步字符同步字符SYNSYN，数据结束后加上后同步信号，接收端根据，数据结束后加上后同步信号，接收端根据SYNSYN与后同步信号确定数据字符的起始与终止。与后同步信号确定数据字符的起始与终止。同步传输方式如下图所示。同步传输方式如下图所示。同步传输方式示意图同步传输方式示意图1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

33、1 1 0 0 0 0.1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0同步字节同步字节 数据帧数据帧 同步字同步字节节2.2.2 异步传输与同步传输计算机网络技术-第2章_数据通信基础 异步传输一次只传输一个字符，每个字符用一位起始位异步传输一次只传输一个字符，每个字符用一位起始位引导、一位停止位结束。起始位为引导、一位停止位结束。起始位为“0 0”,占一位；停止位为占一位；停止位为“1 1”

34、,占占1 12 2位。在没有数据发送时发送方可发送连续的停止位位。在没有数据发送时发送方可发送连续的停止位，接收方根据，接收方根据“1 1”至至“0 0”的跳变来判别一个新字符的开始，然的跳变来判别一个新字符的开始，然后接收字符中的所有位。异步传输方式如下图所示。后接收字符中的所有位。异步传输方式如下图所示。1 11 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 01 10 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 01 10 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 10 01 10 01 11 10 01 11 10 00 0数据传输方向停止位

35、 数据位 起始位同步传输方式示意图同步传输方式示意图2.2.2 异步传输与同步传输计算机网络技术-第2章_数据通信基础 指传送的信息始终是一个方向传送指传送的信息始终是一个方向传送,没没反反 方向的交互。其信道一般是二线制，一方向的交互。其信道一般是二线制，一 根用于传输数据根用于传输数据,另一根用于监测信号另一根用于监测信号。允许数据在两个方向上传输允许数据在两个方向上传输,但在某一但在某一时时 刻，只允许数据在一个方向上传输刻，只允许数据在一个方向上传输,它它实实 际上是一种切换方向的单工通信。际上是一种切换方向的单工通信。允许数据同时在两个方向上传输允许数据同时在两个方向上传输,它是它是

36、两两 个单工通信方式的结合个单工通信方式的结合,它要求发送设它要求发送设备备 和接收设备都有独立的接收和发送能力和接收设备都有独立的接收和发送能力。单工数据传输单工数据传输半双工数据传输半双工数据传输全双工数据传输全双工数据传输 数据在通信线路上传输是有方向的，根据信号传送的方数据在通信线路上传输是有方向的，根据信号传送的方向与时间关系，数据通信可分为三种基本工作方式：单工通信向与时间关系，数据通信可分为三种基本工作方式：单工通信、半双工通信与全双工通信。、半双工通信与全双工通信。2.2.3 数据传输方向计算机网络技术-第2章_数据通信基础基带传输基带传输频带传输频带传输 基带传输是指数字脉冲

37、信号在传输介质基带传输是指数字脉冲信号在传输介质 上保持数据波形按原样进行传输。上保持数据波形按原样进行传输。频带传输指把数字信号调制成模拟信号频带传输指把数字信号调制成模拟信号 后再发送和传输，到达接收端再把音频后再发送和传输，到达接收端再把音频 信号解调成原来的数字信号。信号解调成原来的数字信号。在计算机网络中，根据传输介质的信道带宽可分为基带在计算机网络中，根据传输介质的信道带宽可分为基带、频带和宽带。局域网中主要采用基带和频带传输、频带和宽带。局域网中主要采用基带和频带传输,有线电视有线电视和无线局域网中主要采用宽带传输。和无线局域网中主要采用宽带传输。2.2.4 基带传输与频带传输计

38、算机网络技术-第2章_数据通信基础2.3数据编码技术 2.3.1 数据编码类型 在计算机中的数据是用二进制在计算机中的数据是用二进制0 0、1 1比特序列表示的，在物理上是用比特序列表示的，在物理上是用低电平和高电平来呈现的。由于在线路上传输的数据有模拟数据和数字数低电平和高电平来呈现的。由于在线路上传输的数据有模拟数据和数字数据，因而数据传输的通信信道有模拟信道与数字信道之分。为了便于不同据，因而数据传输的通信信道有模拟信道与数字信道之分。为了便于不同数据在不同的信道中传输（适应不同的传输特性数据在不同的信道中传输（适应不同的传输特性),),在数据送入信道之前必在数据送入信道之前必须对其进行

39、调制和编码。在通信系统中须对其进行调制和编码。在通信系统中,数据的调制和编码可分为数据的调制和编码可分为4 4种基本种基本形式：形式：数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制12模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制3数字数据的数字编码数字数据的数字编码模拟数据的数字编码模拟数据的数字编码4计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.3.2数据编码方法 数字数据的数字编码就是如何把数字数据用物理信号的数字数据的数字编码就是如何把数字数据用物理信号的波形表示，是用高低电平的不同组合来表示二进制的方法。波形表示，是用高低电平的不同组合来表示二进制的方法。常用的编码方式主要有常用的编码方式主要有3 3种种：不

40、归零编码不归零编码、曼彻斯特编曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。码和差分曼彻斯特编码。不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出或不发出电流，每一位码占全部码元的宽度。不归间内发出或不发出电流，每一位码占全部码元的宽度。不归零码可分为单极性和双极性两种：零码可分为单极性和双极性两种：单极性不归零码单极性不归零码(Single Polarity NRZ)(Single Polarity NRZ)：是以无电是以无电压（无电流）表示压（无电流）表示“0”0”，而用恒定的正电压表示，而用恒定的正电压表示“1”1”。双极性不归零码双极性不归零码

41、(Double Polarity NRZ)(Double Polarity NRZ)：是以负电是以负电压表示压表示“0”0”，而用恒定的正电压表示，而用恒定的正电压表示“1”1”。以上反之亦然，即负电压表示以上反之亦然，即负电压表示“1”1”，正电压表示，正电压表示“0”0”。计算机网络技术-第2章_数据通信基础 曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。其编曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。其编码规则是：每个比特的周期码规则是：每个比特的周期T T分为前分为前T/2T/2与后与后T/2T/2两部分；通过两部分；通过前前T/2T/2传送该比特的反码，通过后传送该比特的反码，通过后T

42、/2T/2传送该比特的原码。传送该比特的原码。是对曼彻斯特编码的改进是对曼彻斯特编码的改进,它将时钟和数据包含在信号中它将时钟和数据包含在信号中,在传输代码信息的同时将时钟同步信号一起传输到对方，所在传输代码信息的同时将时钟同步信号一起传输到对方，所以都属于自同步编码，其数据传输速率只有调制速率的以都属于自同步编码，其数据传输速率只有调制速率的1/21/2。0 1 1 0 1 0 0 1tO曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 0 1 1 0 1 0 0 1tO2.3.2数据编码方法计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.4多路复用技术多多 路路 复复 用用 器器多多 路路

43、 复复 用用 器器一一 条条 传传 输输 线线 路路传传 输输 多多 路路 信信 号号计计 算算 机机计计 算算 机机 传输信号要求的带宽与传输介质允许通过的带宽是不一样传输信号要求的带宽与传输介质允许通过的带宽是不一样的，为了节省开销，应当充分利用传输介质的带宽。在一条介的，为了节省开销，应当充分利用传输介质的带宽。在一条介质上同时传送多于一路以上信号的传输方式，叫做该介质的多质上同时传送多于一路以上信号的传输方式，叫做该介质的多路复用。多路复用传输技术的基本原理如下图所示。路复用。多路复用传输技术的基本原理如下图所示。多路复用基本原理多路复用基本原理示意图示意图计算机网络技术-第2章_数据

44、通信基础2.4.1频分多路复用 在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频号带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。频分多路复用的基本工作原理如下图所示。分多路复用。频分多路复用的基本工作原理如下图所示。频分多路复用原理示意图频分多路复用原理示意图信道（1）f1信道（2）f2信道（3）f3信道（4）f4信道（5）f5信道（6）f6多多路复路复用器用器多多路复路复用器用器

45、源源1 1源源2 2源源3 3源源4 4源源5 5源源6 6目标目标1 1目标目标2 2目标目标3 3目标目标4 4目标目标5 5目标目标6 6信 道 带 宽信 道 带 宽BmBm警 戒 频 带警 戒 频 带BgBg计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.4.1频分多路复用频分多路技术实现示意图频分多路技术实现示意图104108kHz 108kHz 04Hz6064kHz 64kHz 04Hz100104kHz 104kHz 04Hz04Hz 108kHz 104108kHz04Hz 104kHz 100104kHz电话机1电话机n电话机204Hz 64kHz 6064kHz低通调制器带通多多

46、路路复复用用器器低通调制器带通调制器带通低通带通调制器低通带通调制器低通调制器低通带通多多路路复复用用器器 频分多路复用主要用于电话模拟信号的传输。频分多路频分多路复用主要用于电话模拟信号的传输。频分多路复用技术用于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电视系统复用技术用于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电视系统。一根。一根CATVCATV电缆的带宽大约是电缆的带宽大约是500MHz500MHz，可传送，可传送8080个频道的电视个频道的电视节目节目。每个频道每个频道6MHz6MHz的带宽中又进一步划分为声音子通道、视的带宽中又进一步划分为声音子通道、视频子通道以及彩色子通道，并留有警戒频带。频

47、子通道以及彩色子通道，并留有警戒频带。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.4.2时分多路复用 时分多路复用（时分多路复用（TDM）是将一条物理信道的传输时间）是将一条物理信道的传输时间划分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片，在其占有划分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片，在其占有的时间片内用户使用通信信道的全部带宽。如果与的时间片内用户使用通信信道的全部带宽。如果与FDM相比相比较，由于较，由于FDM是以信道频带作为分割对象，通过为多个信道是以信道频带作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的频率范围的方法来实现多路复用，因此频分分配互不重叠的频率范围的方法来实现多路复用，因此频分

48、多路复用更适于模拟数据信号的传输，而多路复用更适于模拟数据信号的传输，而TDM则以信道传输则以信道传输时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用，因此更适合于数字数据信号的传输的方法来实现多路复用，因此更适合于数字数据信号的传输。时分多路复用在技术实现上，可分为同步时分多路复时分多路复用在技术实现上，可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用两种方式。用和异步时分多路复用两种方式。计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.4.2时分多路复用 (1)(1)同步时分：同步时分：指发送端的多台计算机通过一条线路向指发送端的

49、多台计算机通过一条线路向接收端发送数据时进行分时处理，它们以固定的时隙进行分配接收端发送数据时进行分时处理，它们以固定的时隙进行分配。(2)(2)异步时分：异步时分：又被称为统计时分复用技术，它能动态又被称为统计时分复用技术，它能动态地按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现空闲时隙。异步时地按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现空闲时隙。异步时分在分配时隙时是不固定的，而是只给想发送数据的发送端分分在分配时隙时是不固定的，而是只给想发送数据的发送端分配其时隙段，当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。配其时隙段，当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。要接收的数要接收的数据据A A A AB BC

50、D D DBCDABDADAAA A A AB BCD D D复复 用用 器器解解 复复 器器要发送的数要发送的数据据时隙浪费时隙浪费,信道资源信道资源利用率底利用率底一个周期的数据块一个周期的数据块(帧帧)在不同时刻，开关切在不同时刻，开关切换到不同的输入设备换到不同的输入设备计算机网络技术-第2章_数据通信基础2.4.3波分多路复用 采用的是波长分隔多路复用技术采用的是波长分隔多路复用技术,在同一传输信道内传输在同一传输信道内传输多路不同波长的光信号。多路不同波长的光信号。WDM和和FDM基本上都基于相同原理基本上都基于相同原理,所不同的是所不同的是WDM应用于光纤信道上的光波传输过程应用