第二章 数据通信的基础知识 计算机通信网

第二章数据通信的基础知识数据通信是指通过计算机技术与通信技术的结合来实现信息的传输、交换、存储和处理。2.1基本概念2.1.1信息、数据和信号数据：模拟数据和数字数据信息：数据的内涵信号：数据的电、磁、光形式的编码第二章数据通信的基础知识2.1.1信息、数据和信号信源：产生和发送信号信宿：接受和处理信号信道：信源和信宿之间的传输线路和传输设备。物理信道和逻辑信道，同一物理信道可提供多条逻辑信道，而每一逻辑信道上只允许一路信号通过。第二章数据通信的基础知识2.1.2数据通信系统的基本结构第二章数据通信的基础知识2.1.3通信信道的分类1.物理信道和逻辑信道2.有线信道和无线信道3.模拟信道和数字信道4.专用信道和公共交换信道第二章数据通信的基础知识2.1.4数据通信的技术指标1.数据传输速率S（比特率）单位时间内所传送的二进制代码的有效为数。2.信号传输速率B（波特率）单位时间内所传送的波形单元数。S=B*Log2N（N为一个码元所取的有效离散值）第二章数据通信的基础知识2.1.4数据通信的技术指标B=10BaudS=10b/s1个码元1秒1秒B=10BaudS=20b/s00011011101101001001第二章数据通信的基础知识2.1.4数据通信的技术指标3.带宽F物理信道的频带宽度。4.信道容量C物理信道上能够传输数据的最大能力。1）无噪声时的信道容量公式B.max=2*FC=2F*Log2N（Nyquist公式）10.707带宽Hz第二章数据通信的基础知识2.1.4数据通信的技术指标2）有噪声时的信道容量公式C=F*Log2N（1+S/N）S/N：信噪比5.误码率Pe传输可靠性的指标Pe=Ne/N6.吞吐量7.网络负荷量第二章数据通信的基础知识2.2数据的传输2.2.1串/并行通信1.串行传输串行传输是一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可,节省设备，适用于远程通信接收设备2314567812345678发送设备串行到并行的转换并行到串行的转换第二章数据通信的基础知识2.2数据的传输2.2.1串/并行通信2.并行传输并行传输的速率高，可以一次同时传输若干比特的数据。2345678发送设备接收设备校验数据线数据位第二章数据通信的基础知识2.2.2信道的通信方式串行数据通信又有3种不同方式：即单工通信、半双工通信和全双工通信单工数据传输只支持数据在一个方向上传输，如电视网；半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信，如对讲机的信号传输；全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，如电话系统。第二章数据通信的基础知识1.2.3信号的传输方式根据传输的信号是数字信号还是模拟信号可将传输方式分为基带传输和频带传输；根据信号传输时的同步方式的不同又可将传输方式分为异步传输和同步传输。第二章数据通信的基础知识1.基带传输与频带传输数字信号也被称为“数字基带信号”，简称为“基带信号”。如果在线路上直接传输基带信号，就称为“数字信号基带传输”，简称为“基带传输”。频带传输，又称宽带传输。在频带传输中常用普通电话线作为传输介质，需要进行数/模、模/数转换。2.异步传输与同步传输都是为了实现信号同步第二章数据通信的基础知识1.2.4数据传输的同步技术在计算机通信网络中，广泛采用的同步方法有位同步法和群同步法两种。1.位同步HLHLHL(a)不归零码(NRZ)(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码001101第二章数据通信的基础知识2.群同步字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时，是群同步的特征。所以，群同步实际上就是异步传输。第二章数据通信的基础知识1.3数据的编码和调制技术所谓数据的编码，就是将数据转换成信号或将一种数据形式转换为另一种数据形式的过程；解码就是将信号还原成数据或将数据形式还原的过程。而调制和解调是最常用的一种编码与解码方法。第二章数据通信的基础知识1.3.1数字数据的模拟信号编码1.远程通信为什么要使用调制解调器数字数据进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换第二章数据通信的基础知识2.数字数据调制的基本形式数字数据调制有3种基本形式：移幅键控法(ASK)、移频键控法(FSK)、移相键控法(PSK)，如图1-11所示。第二章数据通信的基础知识1.3.2数字数据的数字信号编码数字数据可转换为数字信号直接采基带传输。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，它是一种最简单的传输方式，近距离通信的局域网都采用基带传输。第二章数据通信的基础知识1.数字数据的数字信号编码的基本方法HLHLHL(a)不归零码(NRZ)(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码001101第二章数据通信的基础知识1.3.3模拟数据的数字信号编码对模拟数据进行数字信号编码的最常用方法是脉码调制(PulseCodeModulation，PCM)，它常用于对声音数据进行编码。脉码调制(PCM)是以采样定理为基础的。Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs第二章数据通信的基础知识2．脉码调制(PCM)采样量化编码第二章数据通信的基础知识1.4数据交换技术数据经编码后在通信线路上进行传输，按数据传送技术划分，交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。1.4.1电路交换1．什么是电路交换方式建立起专用的通信信道，也就是在两个网络结点之间建立起实际的物理线路连接，可分为电路建立阶段、数据传输阶段和拆除电路连接3个阶段。第二章数据通信的基础知识2.电路交换的特点(1)数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。(2)在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。(3)在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。第二章数据通信的基础知识1.4.2报文交换在数据交换中，对一些实时性要求不高的信息，可以采用另一种方法叫作报文交换的数据交换方法。报文交换方式传输的单位是报文，在报文中包括要发送的正文信息和指明收发站的地址及其他控制信息。比如信件。第二章数据通信的基础知识2.报文交换的特点(1)报文从源点传送到目的地采用“存储—转发”方式。在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。(2)电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个结点之间的通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低。(3)在电路交换网络上，当通信量变得很大时，就不能接受新的呼叫；而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。第二章数据通信的基础知识2.报文交换的特点(4)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。(5)报文交换网络可以进行速度和代码的转换。(6)不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。(7)有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。第二章数据通信的基础知识1.4.3分组交换1.什么是分组交换分组交换又叫报文分组交换，是国际上计算机网络普遍采用的数据交换方式。综合报文交换和线路交换的优点。第二章数据通信的基础知识分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种，如图1-14所示。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。第二章数据通信的基础知识1.4.4高速交换技术1.帧中继帧中继是80年代初发展起来的一种数据通信技术，其英文名为FrameRelay，简称FR。它是从X.25分组通信技术演变而来的。2.ATMATM是一种传输模式。在这一模式中，信息被组织成信元，因包含来自某用户信息的各个信元不需要周期性出现，这种传输模式是异步的。3.光交换技术第二章数据通信的基础知识1.5信道复用技术信道多路复用技术是指在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术。因此，多路复用技术也就是在一条物理信道上建立多条逻辑通信信道的技术。第二章数据通信的基础知识1.5.1频分多路复用(FDM)通道（1）通道（2）通道（3）通道（4）通道（5）通道（6）多路复用器MUXMUX源1源2源3源4源5源6目标1目标2目标3目标4目标5目标6多路复用器图1-15频分多路复用第二章数据通信的基础知识1.5.2时分多路复用(TDM)时分多路复用(TDM)利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传输多个数字信号，可分为同步TDM和异步TDM第二章数据通信的基础知识1.5.3波分多路复用(WDM)波分复用就是不同波长的光载波同在一根光纤上传输，它的本质就是光纤上频分复用技术，每个通路通过频域的分割实现，每个通路占用一段光纤的带宽。1.5.4码分多路复用(CDM)码分多路复用(CDM)又叫码分多址(CDMA)。这种技术多用于移动通信。1.5.5空分多路复用(SDM)空分多路复用(SDM)也叫空分多址(SDMA)。这种技术是利用空间分割构成不同的信道。第二章数据通信的基础知识1.6差错控制技术1.6.1差错控制技术概述1.差错产生的原因传输中的差错都是由噪声引起的。2.差错的控制方法差错控制编码可分为检错码和纠错码。现在比较常见的纠错编码有：海明纠错码、正反纠错码等。检错码：奇偶校验码第二章数据通信的基础知识3.编码效率R=k/n=k/(k+r)式中：k为码字中的信息位位数；r为编码时外加冗余位位数；n为编码后的码字长度。第二章数据通信的基础知识1.6.2奇偶校验第二章数据通信的基础知识第二章数据通信的基础知识