计算机网络工程2数据通信的基础知识

1计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用第二章第二章数据通信的基本知识数据通信的基本知识基本概念；基本概念；数据传输方式；传输介质；数据编码;本章主要内容：本章主要内容：多路复用；多路复用；数据交换技术；差错控制2计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的过程。●数据通信的基本概念信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。3计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念●数据通信的基本概念数据是信息的载体。数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据所表示内容的解释。在数据通信中，被传输的二进制代码称为“数据（data）”；数据通信的任务就是传输二进制代码比特序列，而不需要解释代码所表示的内容。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。4计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念z数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。--模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据z信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。--模拟信号与数字信号--基带(Baseband)与宽带(Broadband)信号5计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念模拟信号和数字信号tta)模拟信号b)数字信号‹模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值‹数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值6计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念周期信号和非周期信号‹周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）‹非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。ttTTTTTT周期信号7计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念非周期周期信号8计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念数字信道与模拟信道‹数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输，如ISDN、DDN、ATM、局域网。‹模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。如CATV、无线电广播、电话拨号线路。z信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。物理信道：传输信号的物理通路，由通信设备和传输介质组成；逻辑信道：建立在物理信道之上，一个物理信道可提供多个逻辑信道，如多路复用。有线信道与无线信道、公用信道与专用信道（专线）。9计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念z比特率(BitRate)：数据传输速率，单位时间内传输二进制数据的位数(bps，b/s)z码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲同步脉冲：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10计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念z波特率(Baud)：每秒传送的码元数，即信号传送速率1Baud=（log2M）bps其中M是信号的编码级数,即一个脉冲信号所表示的有效状态数。也可以写成Rbit=Rbaudlog2M（比特率=波特率X信号所含比特数）一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。例如：当波特率为9600时若M=2，数据传输率为9600b/s若M=16，数据传输率为38.4kb/s11计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念带宽(Bandwidth，BW)：信号或信道占据的频率范围（模拟信号）/信号的传输速率Mbps(数字信号)信道传输能力的度量。在传统的通信工程中：BW≈fmax－fmin单位：赫兹（Hz）在计算机网络中，一般用每秒允许传输的二进制位数作为带宽的计量单位。主要单位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。例如：传统以太网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽为10Mb/s。•信道容量(Channelcapacity)：信道的最大数据率•误码率(Biterrorrate)：信道传输可靠性指标P=错误的位数/传输的总位数12计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念•信息编码：将信息用二进制数表示的方法•数据编码：将数据用物理量表示的规则例如：字母‘A’的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为01000001t13计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念●通信系统模型任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：通信的三个要素：信源、信宿和信道噪声信源编码调制信道解调解码信宿产生和发送信息端产生和发送信息端接受信息端接受信息端通信线路通信线路ƒ任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信号产生干扰，称为“噪声”。ƒ外界：闪电、串扰、电气设备ƒ内部：介质特性（衰减、延迟－与频率有关）14计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念信息通过数据通信系统的传输过程把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位解调：接收波形→数字信号解码：数字信号→原始数据信息→数据→信号→在信道上传输→信号→数据→信息数据编码调制解调数据解码01000001‘A’01000001‘A’信道15计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念模拟通信与数字通信（1）模拟通信模拟通信指信道中传输模拟信号。当传输的是模拟信号时，可以直接进行传输。当传输的是数字信号时，信号进入信道前要经过调制解调器调制，变换为模拟信号。（a）信源为模拟数据（b）信源为数字数据其主要优点在于信道的利用率较高，但是其在传输过程中信号会衰减，会受到噪声干扰，且信号放大时噪声也会放大。16计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念（2）数字通信数字通信指信道中传输数字信号。当传输的信号是数字信号时，可以直接进行传输。当传输的是模拟信号时，进入信道前要经过编码解码器编码，变换为数字信号。（a）信源为模拟数据（b）信源为数字数据为什么要进行数字化？（1）抗干扰、抗噪声性能好；（2）差错可控；（3）易加密；（4）便于计算机处理。17计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念●通信系统的构成◆数据传输系统：1）传输线路：包括传输介质和中继设备2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机、路由器等.调制解调器等网络接入设备也称DCE（DataCircuitEquipment）。◆数据处理系统：计算机、终端等。又分为：源系统（信源＋发送器）：发出数据的计算机目的系统（信宿＋接收器）：接收数据的计算机计算机、终端等设备也称为DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE18计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念数据通信基本过程5个阶段包含两项内容：数据传输和通信控制过程与打电话比较建立物理连接拨号，拨通对方建立逻辑连接互相确认身份数据传输互相通话断开逻辑连接互相确认要结束通话断开物理连接双方挂机*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。19计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.12.1基本概念基本概念通信网络中站点的连接方式点-点连接主站交换连接集线式连接次站次站次站中心站集中器交换机多点连接20计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式●●数据传输摸式数据传输摸式((比特串从一台设备传送到一台设备的方式比特串从一台设备传送到一台设备的方式))1.按照字节使用通道数分‹串行传输：按照由低位到高位的顺序逐个传送比特位。（一条线路，适应长距离传输，成本低，速度慢）‹并行传输：同时传输多个比特，每个比特使用一条线路。（适应短距离之间的通信，如主机和打印机、显示器、硬盘等）21计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式2.按照信号传送方向分•单工(Simplex)：数据单向传输（无线电广播）•半双工(HalfDuplex)：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）•全双工(FullDuplex)：数据可同时双向传输（电话）两个方向的信号共享链路带宽：1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输22计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式单工、半双工与全双工通信通信方式传输方向信道个数收发方的限制优缺点应用单工固定单向1一方只能发送，一方只能接收结构简单、效率低、只能单向传输信息广播、电视半双工限时双向2通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息效率低对讲机等全双工双向2通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息结构复杂、成本高、性能最好计算机之间23计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式3.按信号是否调制分•基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送(基带：调制前原始信号所占的频带)，基带传输的信号可以是模拟信号，也可以是数字信号。例如：以太网，令牌环网•频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输●宽带传输：采用模拟传输技术，将不同频率的多种调制信号在统一传输线路中传输。如多路复用（闭路电视系统）24计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式宽带传输的主要特点：一个宽带信道可划分为多个逻辑信道或频率段，进行多路复用传输，信道容量大增；¾可在同一信道上进行数字信息或模拟信息的传输；¾宽带传输的距离比基带传输要远许多，因为数字数字需要被模拟信号运载后传输，模拟信号传输比数字信号远；¾宽带传输中的信号具有单向性，如要实现双向传输需要同时具备两条数据同路。注：注：宽带传输采用了频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输采用了频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。宽带传输。一般认为，当网络传输速率大于一般认为，当网络传输速率大于2Mbps2Mbps时，称为宽带网。时，称为宽带网。25计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式4.数据同步方式通信收发双方在时间基准上必须保持一致(包括开始时间、位边界、重复频率等)——同步。有三种同步方法：●位同步（同步传输）●字符同步（同步与异步传输）●帧同步（同步传输）26计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。（接收端根据发送段发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准和时钟频率）●外同步——发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。●自(内)同步——接收方通过特殊编码（如曼彻斯特编码，这些数据编码信号包含了同步脉冲），提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。发送站同步信号数据接收的同步信号锁定后的同步信号接收站接收站收到的数据数据27计计算算机机网网络络技技术术与与应应用用2.22.2数据传输模式数据传输模式字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收。（同步式与异步式）z同步式：将字符组织成组，以组为单位连续传送，在每组字符前加上同步控制字符SYN，每个数据字符内不加附加位。接收端接受到SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止。SYN数据字符一个或多个SYN字符SYN控制字符控制字符2