1、第第2 2章章 数据通信基础数据通信基础计算机教研组计算机教研组 唐晓平唐晓平2.1 数据通信的基本概念2.1.1 数据通信系统模型 1、通信系统 用来实现通信过程的系统 2、通信系统的基本组成u通信系统必须具备3个基本要素：信源信源、传输介质传输介质和信宿信宿。u通信系统的一般模型如下图所示，包括信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿6个部分。u例如：电话，传真，手机，电报，对讲机模型中各部分的功能1）信源信源：作用是将原始信息转换为相应的信号（常称为基带信号）2）发送设备：对基带信号进行各种变换和处理，使其适合在信道中传输3）信道信道：发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。4）接
2、收设备：对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号5）信宿：将恢复的基带信号转换成相应的原始信息6）噪声源：信道中的噪声及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。模型中各部分的功能2.1.2 数据通信的基本概念1、信息、数据信息（Information）:是对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物质和外部的联系。常见的存在形式有数字、文字、声音、图形和图像等数据（Data）：数字化后的信息。是记录下来的可以被鉴别的符号，是把事物的某些特征（属性）规范化后的表现形式。具有稳定性和表达性。数字通信的主要优点（1）抗干扰能力强（2）便于加密处
3、理（3）易于实现集成化，从而减小通信设备体积和功耗（4）利于采用时分复用实现多路通信模拟通信和数字通信抗干扰性能的比较2.1.2 数据通信的基本概念2、模拟通信和数字通信 根据信道传输信号的差异，通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统：信道中传输模拟基带信号或模拟频带信号的通信系统称为模拟通信系统。数字通信系统：信道中传输数字基带信号或数字频带信号的通信系统称为数字通信系统。2.1.2 数据通信的基本概念3、信道：就是传送信号的通道，分为物理信道和逻辑信道。4、信道容量 信道容量是指信道传输信息的最大能力。它由带宽、可使用的时间、信号功率和噪声功率决定。5、码元和码字：将计算机网
4、络传送中的每1位二进制数字称为码元（码位）；由7个码元组成的序列，称为码字 例如：1000001 在7位ASCII码中，这个码字就是字母“A”同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始 同步脉冲也可位于码元的中部 一个码元也可有多个同步脉冲相对应2.1.2 数据通信的基本概念码元1码元2码元3码元4码元5码元6码元7码元t信号同步脉冲2.1.3 数据通信的主要技术指标1、数据传输速率1）比特率：单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数，单位是“位/秒”，记作bit/s或bps。常用的数据传输速率单位：kbit/s、Mbit/s、Gbit/s、Tbit/s 或 kbps、Mbps、Gb
5、ps、Tbps 1kbps=1X103bps 1Mbps=1X106bps 1Gbps=1X109bps 1Tbps=1X1012bps2.1.3 数据通信的主要技术指标1、数据传输速率2）波特率：调制速率，又称码元速率，是数字信号经过调制后的传输速率，也即线路上每秒传送的波形个数，单位为波特（Baud）3）误码率：也即错误率，在数值上等于出错倍数与传送的总位数之比。PeNe/N 误码率是衡量数据通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。计算机网络中，不高于10-62.1.3 数据通信的主要技术指标2、信道、信道容量、信道带宽1）信道：传送信号的通路2）信道容量：一个信道的最大数据传输速率，单位为
6、bps3）信道带宽：指信道上能够传送信号的最高频率与最低频率之差，单位为Hz3、吞吐量：单位时间内整个网络能够处理的信息总量。单位是字节/秒或位/秒。（bit/s）4、网络负荷量：网络负荷量是指网络单位面积中的数据分布量，即数据在网络中分布密度。网络负荷量过小，吞吐量也会小，导致网络利用率过低；网络负荷量过大，容易产生阻塞现象，直接导致网络吞吐量降低。2.1.3 数据通信的主要技术指标2.2.1 数据通信系统模型2.2 数据传输方式1、数据终端设备（DTE）2、数据线路端接设备（DCE）DTEDTEDCEDCEDTE/DCE接口DTE/DCE接口通信系统1、并行通信 并行通信是指多个数据位同时
7、在设备之间进行传输。一般适用于短距离、要求传输速度高的场合；2.2.2 并行通信和串行通信2.2 数据传输方式2、串行通信 串行通信是指一次只有一个数据位在设备之间进行传输。一般适用于计算机与计算机或与外部设备之间。2.2.3 数据线路的通信方式2.2 数据传输方式1、单工通信通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输；3、全双工通信数据可以同时沿相反的两个方向双向传输。2、半双工通信通信双方可交替发送和接收信息，但不能同时发送和接收。1、基带传输 基带（Baseband）是指调制前原始电信号占用的频带，是原始电信号固有的基本频带。基带信号 是未经载波调制的信号。由0和1组成的数字信号又称为
8、“数字基带信号”基带传输 在信道中直接传输基带信号时，称为基带传输。基带传输的信号即可以是模拟信号，也可以是数字信号，具体类型由信源决定。2.2.4 数据传输方式2.2 数据传输方式2、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”将数字信号调制成模拟信号后再发送和传输，到达接收端时，再把模拟信号解调为原来的数字信号。调制解调器2.2.4 数据传输方式2.2 数据传输方式3、频带传输与基带传输的区别：基带传输中，基带信号占有信道的全部带宽；频带传输中，模拟信号通常由某个频率或某几个频率组成，占用一个固有频带（高频），即整个频道的一部分。采用多路复用技术，频带传输的波形比较单一，因
9、为在频带传输中只需要用不同幅度或不同频率表示0、1两个电平。4、宽带传输 宽带是指带宽比声频更宽的频带。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输可以在传输介质上使用频分多路复用技术。由于数字信号的频带很宽，不便于在宽带网中直接传输，通常将其转化成模拟信号后再在宽带网中传输。宽带传输信道容量大，传输距离远，基带传输速率快，距离近。2.2.4 数据传输方式2.2 数据传输方式数字数据的模拟信号编码 发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制。接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调。广义：调制：将信源发出的信号转化成适合信道传输的信号；解调：将信道上的信号转化成原始信号，即调
10、制的反过程。2.2.5 信源编码技术2.2 数据传输方式信号在信道中传输时，最简单的是一条信道传输一路信号。为了提高效率，考虑在一条信道上同时传输多路信号信道复用（multiplexing）技术就是在发送端将多路信号进行组合，然后在一条信道上传输，接收端再将组合信号分离出来。利用信道复用技术，一条信道逻辑上划分成互不影响的多条信道复用技术中最关键的问题是如何划分信道而不出现混乱。2.2.6 多路复用技术2.2 数据传输方式将多路信号组合起来在一条物理线路上传输，称为多路复用技术（Multiplexing mltpleks）。优点：远距离传输时可大大节省物理线路的安装和维护费用2.2.6 多路复
11、用技术2.2 数据传输方式问题：为什么要采用数据交换技术？2.3 数据交换技术一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的全互联方式，必须采用交换设备为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设备能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来交换机2.3.1 电路交换2.3 数据交换技术交换机一般定义：交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理的固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。通信的三个阶段：建立连接通信释放连接特点：数据传输前需要先建
12、立一条临时的端到端的通道，双方在通信过程中始终占用该条链路。电路交换的优点：信息传输时延短信息传输速率、效率高对用户提供“透明”传输通路适合传输信息量大，通信对象比较确定的用户2.3.1 电路交换2.3 数据交换技术电路交换的缺点：传输短信息时，链路建立和释放时间赞成通信效率低。一旦链路建立，在连接时间内是专用的，电路资源的利用率较低。电路交换机不具备编码变换、速率调制的功能，不同类型的终端不能互相通信。当出现对方用户终端忙或交换网负载过重时可能产生呼叫不通的情况。2.3.1 电路交换2.3 数据交换技术属于“存储转发”式交换，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。2.3.2 报文交换
13、2.3 数据交换技术在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储转发。过程：信息从数据源到目的地一般要经过多级转发，中间经过的每个交换机（路由器）都有一个缓冲区，在交换机进行转发时，先把信息存放到数据缓冲区，等到线路空闲时，将信息传输出去。特点：可靠性高，不需要一条条专用的通路，能大大提高信道的利用率。以报文为单位发送信息。整个报文作为一个整体一起发送。报文就是计算机一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文包括三部分：报头、报文正文和报尾。报头由源地址、目的地址及控制信息组成，报尾一般是校验信息。优点：线路利用率比电路交换高。缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整报文全部重发。2.3.2 报文交换2.3 数据交换技术过程：在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，每个部分称为一个分组；每个分组的前面加一个分组头，由交换机根据目的地址转发至目的地，这个过程称为分组交换；接收端收到所有分组后，还原得到后报文2.3.3 分组交换2.3 数据交换技术分组交换也称为包交换进行分组交换的通信网络称为分组交换网。
