18数据通信技术

计算机网络技术倪玉兴主讲江南大学人文学院教育技术系计算机网络技术第2章数据通信技术Ch2DataCommunicationTechnology2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有2Ch2数据通信技术第2章的主要内容数据通信技术是实现计算机网络数据交换的基础，本章主要学习网络底层通信相关的概念和技术，包括通信模型、通信信道、通信方式、信号传输与数据编码、信道复用、数据交换、介质访问控制、差错控制等。第2章的授课安排课堂讲授：10～12课时[课外20课时]第2章的重点和难点数据通信方式和数据传输技术信道复用和数据交换技术、介质访问控制和差错控制技术2020年2月8日3江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有Ch2数据通信技术2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有4本章引言2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有5数据通信技术是计算机网络实施数据交换的基础。为了使计算机间能够相互通信，就必须进行数据传输，这就需要将计算机处理的数据转换成可以传输的光、电等信号，然后通过网络传输介质和网络设备进行传输与交换。对于非网络硬件设备和最底层通信协议的设计人员而言，有必要适当了解底层的数据通信技术以更好地系统地完整地理解计算机网络的工作原理，从而更好地使用、管理、维护计算机网络。对于计算机网络硬件设备和传输介质的使用者和管理者，虽然不需要彻底了解底层的具体电路构成和工作原理，但从使用和管理的需要出发，掌握底层数据通信相关的知识技能也是必不可少。第二章涉及的内容广泛而庞杂，专业术语非常多，知识点相当多且相互联系，因此需要更多的投入和足够的耐心与努力才能真正理解和掌握。作为非专业人士，第二章大部分内容只需要从面上了解，因此教材上的内容显得比较简洁，课程进行中适当扩展和补充，并删减部分教材内容。CH2数据通信技术第1节数据通信的基本概念Section1BasicConceptsofDataCommunication2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有6三个基本术语2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有7什么是信息？不同的人对信息有不同的理解和表述，导致信息的定义有很多。控制论创始人维纳（NorbertWiener）认为：信息既不是物质也不是能量。他第一次把信息与物质、能量相提并论。[信息、物质和能量是人类生存所依靠的三大资源。]信息论的奠基者香农（ClaudeE.Shannon）认为，信息就是能够用来消除不确定性的东西。他第一次阐明了信息的功能和用途。•香农的信息论提出了“熵[shāng]”的概念，用来描述不确定性的量化程度，也就是信息的量。熵越小信息量就越大。利用熵的概念，可以从理论上研究信息的计量、传递、变换、存储等问题。哲学界认为，信息是事物普遍联系的方式。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有8什么是信息？世界（客观和主观）的一切“存在”都有信息。信息是“存在”的属性、状态、方式、关系、效用等的集合。人的五官生来就是为了感受信息的，是信息的接收器，它们所感受到的一切都可以认为是“信息Information”。还有大量的信息是人类的五官不能直接感受的，人类正通过各种技术手段，发明各种仪器来感知它们，发现它们。信息的基本特征依附性、可识别性、可存储性、可传递性；可转换性、可共享性、价值的相对性、可压缩性衡量信息质量高低的主要指标准确性、时效性、完整性、简明性2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有9什么是信息？信息的价值在于利用，为了有效利用信息必须对信息作必要的处理。人类社会的发展历程就是信息处理能力的发展历程。收集、筛选、鉴别、存储、加工、传播、评价等信息技术IT(InformationTechnology)：信息处理的相关技术信息系统IS(InformationSystem)：信息处理和应用的系统计算机和网络是信息处理的理想平台和现代工具。利用计算机和网络可实现信息的收集、存储、加工、传播等的高效准确处理，其中很多信息处理功能在传统信息处理方式中不能很好实现或根本就不能实现。计算机网络对单个计算机拥有的信息处理能力作了“无限的”扩大和增强。如今的信息社会单个计算机的作用越来越小了。单个计算机形成的“信息孤岛”被计算机网络彻底打破了。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有10什么是数据？数据（data）是表示信息的实体，涉及到事物的存在形式，是关于事物的一组离散的客观的事实描述，是构成信息的原始材料。数据是对客观事物的符号表示，用于表示客观事物的未经加工的原始素材，如图形符号、数字、字母等。数据是通过物理观察得来的事实和概念，是关于现实世界中的地方、事件、过程、对象或概念等的描述。数据有多种描述形式，不同的数据表示形式在不同场合可能表示不同的含义。数据总是采用一定的符号体系描述“存在”的特性。在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的总称。计算机中的数据采用二进制系统描述，数据处理的过程均采用二进制符号实现。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有11信息和数据之间的关系数据Data是信息的载体，也是信息的表现形式。信息Information是对数据所包含内容的一种解释。数据是信息的物理表示和载体，数据经过处理、组织并赋予一定意义后即可成为信息。信息的采集、存储、加工、传播、利用等处理工作都是通过某种数据（符号系统）的形式来进行。计算机和网络的作用就是在数据处理的基础上通过I/O设备的作用以合适的方式向人们传达数据中承载的信息。信息和数据是不可分离而又有一定区别的两个概念，但在许多场合，信息与数据两个术语并不要严格加以区别，如信息处理常称为数据处理。在特定的场合针对不同的人可能需要严格鉴定这两个术语。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有12什么是信号？信号（Signal）是数据（信息）的物理表现形式。任何携带信息（数据）的物理量皆可以作为信号。信号处理：信号本身所携带的信息（数据）是我们的最终目的，提取有用信号、抑制干扰信号是信号处理目标。信号处理需要相关的技术手段，实现信号处理的系统就是信号处理系统。通过信号分析与处理可获取其携带的信息。信号有多种表现形式，和承载信号的介质等有直接的关系，如电信号、光信号、生物信号、太空信号等。网络系统中传输介质中传输的就是信号，在信号中携带着交换的数据（信息）。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有13电信号的分类2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有14A、连续信号•信号在时间轴上连续变化•最典型的连续信号是模拟信号（AnalogSignal）B、离散信号•信号在时间轴上不连续变化•最典型的离散信号是数字信号（DigitalSignal）[脉冲信号]在分析和处理电信号时需描述电信号的特性。电信号的很多特性是动态的，随着时间的变化而改变。用数学方法分析电信号时常把电信号表示成时间的函数。信号波形2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有15信号和数据之间的关系2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有16数据Data信号Signal模拟信号AnalogSignal数字数据(间接)数字信号DigitalSignal数字数据(直接)模拟数据(间接)计算机调制解调器电话系统数字信号模拟信号调制解调器模拟信号数字信号计算机信息数据信号2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有17•人（信息消费者）•计算机网络用户•其他信息消费者•信息存储者•信息处理者•计算机网络设备（硬件和软件）•信道（承载者）•硬件电路（元件）•信号分析者/电路设计者什么是通信？通信：把信息/数据/信号从一个节点传输到另一个节点的过程；由于信息/数据/信号的普遍存在性，从广义上讲通信也是普遍存在的。狭义的通信是指满足人类信息/数据交流需要而专门设计与研究的通信。通信系统：实施通信过程的专门系统，如传统的电话通信系统；数据通信(DataCommunication)：把指定数据（承载一定的信息）从一个节点传输到另一个节点的过程；任何通信过程都可以理解成数据通信过程，因为信号中总包含数据，而数据中承载着信息。现在所说的数据通信有专门意义，是指在传统通信过程所传输的语音（数据/信息）基础上，传输和交换更多类型的其他数据（信息）。数据通信系统：实施数据通信过程的系统，如计算机网络系统。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有18数字通信技术的特点随着数字数据处理技术和设备的日益成熟和发展，采用数字信号传输而实现的数字数据通信系统逐渐取代了传统的模拟通信系统，代表着通信技术的发展方向。当前，一般场合下所指的数据通信实际就是数字数据通信，它具有如下的特点：通信数据的传输和处理采用数字信号；数据通信的通信速度高，且通信量突发性强；数据传输的可靠性高，可实现差错控制；通信双方必须遵守的、功能齐备的通信协议；数据通信的信息传输效率很高；数据通信每次呼叫的平均持续时间短。现代计算机网络大多都是高速数字数据通信系统。2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有19CH2数据通信技术第2节数据通信模型Section2DataCommunicationModel2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有20数据通信系统的构成2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有21通信系统CommunicationSystem信道Channel信源SourceSender信宿DestinationReceiverABC数据通信系统的分类2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有22数据通信系统模拟通信系统系统采用模拟传输信道和模拟通信设备节点间传输的是模拟信号数字通信系统系统采用数字传输信道和数字通信设备节点间传输的是数字信号模拟数据OR数字数据数据通信的基本模型2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有23信源SourceSender信宿DestinationReceiver信道Channel介质Media变换器Converter反变换器Converter干扰信号（噪声Noise）单向数据通信示例2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有24变换器Modem信源——计算机A电信网络信道反变换器Modem信宿——计算机B双向数据通信示例2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有25网络B网络A信源/信宿信宿/信源公共网络Internet路由器m路由器n思考：这里的变换器和反变换器在哪里？数据通信的过程2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有26第四阶段第三阶段第二阶段第一阶段通信结束确认阶段通信数据传输阶段通信链路建立阶段通信线路建立阶段通信过程结束阶段第五阶段传统计算机数据通信模型2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有27计算机或终端设备通信控制设备计算机或终端设备通信控制设备DTE:DataTerminalEquipmentDCE:DataCircuit-terminatingEquipment(DCE:DataCommunicationEquipment)数据电路DataCircuit数据链路DataLink现代计算机数据通信模型2020年2月8日江南大学人文学院倪玉兴2008-2012版权所有28计算机或终端设备网络适配器计算机或终端设备网