第二章 数据通信
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第2章 数据通信基础知识(4学时)
8个比特顺次发送 个比特顺次发送 发 送 端 0 1 1 0 0 1 0 1 01100101 0 1 1 0 0 1 0 1 接 收 端
并/串 串 转换器
串 /并 并 转换器
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2.2.2 信道的通信方式
按照信号传送方向与时间的关系， 按照信号传送方向与时间的关系 ， 信道的通信方式 可以分为单工 半双工和全双工三种 单工、 三种。 可以分为单工、半双工和全双工三种。 1. 单工通信 单工方式指通信信道是单向信道， 单工方式指通信信道是单向信道 ， 数据信号仅沿一 个方向传输，发送方只能发送不能接收， 个方向传输 ， 发送方只能发送不能接收 ， 而接收方只能 接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 接收而不能发送 ， 任何时候都不能改变信号传送方向 。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。
1、并行通信 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并 行的信道同时传输， 并行传输中一次传送8个比特。 行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送8个比特。 优缺点：速度快，但发送端与接收端之间有若干条线路， 优缺点： 速度快 ，但发送端与接收端之间有若干条线路 ，费 用高， 适合于近距离和高速率的通信。 用高， 仅适合于近距离和高速率的通信。 并行通信在计算机内部 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。
发送端 主机
数据的单方向性
接收端 显示器
13
2. 半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送， 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一 时刻一个信道只允许单方向传送， 时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只 能交替进行。当改变传输方向时， 能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行 切换。 切换。
并/串 串 转换器
串 /并 并 转换器
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2.2.2 信道的通信方式
按照信号传送方向与时间的关系， 按照信号传送方向与时间的关系 ， 信道的通信方式 可以分为单工 半双工和全双工三种 单工、 三种。 可以分为单工、半双工和全双工三种。 1. 单工通信 单工方式指通信信道是单向信道， 单工方式指通信信道是单向信道 ， 数据信号仅沿一 个方向传输，发送方只能发送不能接收， 个方向传输 ， 发送方只能发送不能接收 ， 而接收方只能 接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 接收而不能发送 ， 任何时候都不能改变信号传送方向 。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。 例如，无线电广播和电视都属于单工通信。
1、并行通信 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 方式：将构成1 方式：将构成1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并 行的信道同时传输， 并行传输中一次传送8个比特。 行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送8个比特。 优缺点：速度快，但发送端与接收端之间有若干条线路， 优缺点： 速度快 ，但发送端与接收端之间有若干条线路 ，费 用高， 适合于近距离和高速率的通信。 用高， 仅适合于近距离和高速率的通信。 并行通信在计算机内部 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。 总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。
发送端 主机
数据的单方向性
接收端 显示器
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2. 半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送， 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一 时刻一个信道只允许单方向传送， 时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只 能交替进行。当改变传输方向时， 能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行 切换。 切换。
第二章数据通信基础知识数据通信原理
第二章数据通信基理础知识•回返数据通信•束原结
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
第二章-数据通信基础
告 诉 自 己 那 个人我 曾经爱 过。或 许人一 生可以 爱很多 次，然 而总有 一个人 让我们 笑 的 最 灿 烂 ，哭的 最透彻 ，想的 最深切 。 3.无 论 生 活 的 多么艰 难，最 后你总 会 找 到 一 个 让你心 甘情愿 傻傻相 伴的人 。 4.每 个 人 都 有 一个死 角，自 己走不
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▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号
信道：模拟信道 数字信道
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▪ 模拟传输和数字传输所使用的技术
模拟数据，模拟信号
语音
模拟
移频,调制
模拟数据，数字信号
模拟
数字
PCM编码
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▪ 信息通过数据通信系统进行传输的过程
➢ 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
“A” 01000001
01000001 “A”
信息→数据→信号→在信道信道上传输→信号→数据→信息
信息编码 数据编码 调制
解调 数据解码 信息解码
➢ 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
➢ 例如：通过电话网络传输数据
▪ 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ 到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
➢ 例如：闭路电视的信号传输
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码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
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▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号
信道：模拟信道 数字信道
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▪ 模拟传输和数字传输所使用的技术
模拟数据，模拟信号
语音
模拟
移频,调制
模拟数据，数字信号
模拟
数字
PCM编码
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▪ 信息通过数据通信系统进行传输的过程
➢ 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
“A” 01000001
01000001 “A”
信息→数据→信号→在信道信道上传输→信号→数据→信息
信息编码 数据编码 调制
解调 数据解码 信息解码
➢ 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
➢ 例如：通过电话网络传输数据
▪ 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ 到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
➢ 例如：闭路电视的信号传输
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第2章_数据通信基础
2.误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占 总传输码元的比率，可用如下公式表示： 误码率=传输出错的码元数/传输的总码元数 误比特率是指在传输过程中，传输出错的比 特数占传输的总比特数的比率，可用如下公 式表示： 误比特率=传输出错的比特数/传输的总比特 数
3.信道带宽和信道容量 信道带宽是指信道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(Hz)表示。信道带宽是 由信道的物理特性所决定的，例如，电话线 路的频率范围为300～3 400 Hz，则它的带宽 范围也是300～3 400 Hz。
2.线路交换方式的特点 通信通道利用率很低，连接期间该通道完全 被用于整个连接过程，即使没有数据传送， 别人也无法使用。 实时性好，连接期间无延迟，一旦线路建立， 网络对于用户实际上是透明的。 交换设备简单(纯硬件)，收发速度快。 线路交换方式适用于远程成批处理和发送大 量数据的场合。
2.3.2报文交换 通道可复用，线路效率较高，多个报文可分 时共享一条通道。 能够建立报文的优先权。 可实现一对多通信，而这在线路交换中是办 不到的。 实时性差，延迟时间较长，不适用于声音和 图像之类实时或交互性要求较高的通信需求。
1.传输介质的分类 通信介质分为有线介质和无线介质两大类。 网络中常用的有线介质是双绞线、同轴电缆 和光纤；常用的无线介质是无线电波、微波 和红外线等
2.传输介质的特性 （1）物理特性：指传输介质的特征。 （2）传输特性：传输信号调制技术、信道容 量及传输的频带范围。 （3）覆盖地理范围：指在不用中继设备情况 下，无失真传输所能达到的最大距离。 （4）抗干扰特性：指防止噪声对传输信息影 响的能力。 （5）价格：指线路安装、维护等费用总和。
三种数据交换技术总结如下： (1)线路交换：在数据传送之前需建立一条物 理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被 一对用户完全占有。 (2)报文交换：报文从发送方传送到接收方采 用存储转发的方式。在传送报文时，只占用一 段通路：在交换节点中需要缓冲存储，报文需 要排队。因此，这种方式不满足实时通信的要 求。 (3)分组交换：此方式与报文交换类似，但报 文被分成组传送，并规定了分组的最大长度， 到达目的地后需重新将分组组装成报文。这是 网络中采用最广泛的一种交换技术。
第二章数据通信基础
数据传输以信号传输为基础，数据传输质 量的好坏，除了与发送和接收设备的性能 有关外，还取决于： • 传输信号本身的质量 • 传输信道的特性
2.1.3 通信方式
2.1.3.1 并行传输和串行传输
按照计算机系统各部件之间同时传送的 位数，可以分为并行传输和串行传输。 并行传输
• 串行传输
2.1.3.2 信道的通信方式
冗余（校验码）产生方法 ----即已知k(x)求R(x)的过程 生成多项式G(x):根据多项式理论求得的具 有某种特殊属性的多项式 生成多项式的国际标准： CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+x0 CRC-16=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT=x16+x12+x5+1 利用生成多项式，就可以通过k(x)求得R(x)
2.3 数据传输技术
2.3.1 多路复用技术
当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可 以将信道分割成若干个子信道，每个子信 道用来传输一种信号。 1.频分多路复用----FDM：频分多路复用要通 过频谱搬移技术，保证各路信号的频谱在 传输过程中在传输过程中不相干扰
2.时分多路复用----TDM 将使用信道的时间分成一个个的时间片， 每一路信号只能在自己的时间片内独占信 道进行传输。 · 同步TDM：时间片的分配是事先约定的，且 固定不变。 · 异步TDM：时间片是按需分配，事先申请。
5. 误码率：传输出错的码元数占传输总码元 数的比例。用来衡量数据通信系统在正常工 作情况下传输的可靠性。 Pe=Ne/N 意义：决定传输数据单元大小的一个重要依据。
6.吞吐量：单位时间传输的总信息量（bps） • 受网络拥挤程度影响 7.延迟时间：网络中相距最远的两个节点的 传输时间。 如:500m的同轴电缆，延迟时间是2.5us 卫星信道延迟时间是270ms
第2章-数据通信基础知识
同步 TDM
带宽浪费
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
周期1 统计TDM
周期2 可用带宽
A1 B1 B2 C2
周期1
周期2
2.5 差错控制与流量控制
1.差错的产生
1）差错的定义
通过通信信道后接收的数据与发送的数据不 一致的现象。
2）差错产生的原因和类型
差错产生的原因是热噪声。主要有信道固有 的随机热噪声和外界因素引起的冲击热噪声。
外护套
加固材料 塑料屏蔽层
玻璃纤维和包层
图2-4光缆结构
（4）无线通信
电磁波传播方式有两种：无线、有线 常用的有微波、红外线和可见光。 无线通信系统有：微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。
微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点方式通信。 蜂窝移动通信是广播式传输，采用多址接入技术区分用户。
卫星通信覆盖面积大，通信距离远，通信费用和距离无关， 有传输延迟。
• 单工：数据单向传输（无线电广播）
• 半双工：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：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
数据通信的操作方式
3.数据通信中的主要技术指标
统计时分多路复用（ATDM）－也叫异步时分多路复用
根据用户对时间片的需要来分配时间片，没有数据传 输的用户不分配时间片，同时，对每一个时间片加上用户 标识，以区别该时间片属于哪一个用户。提高了通信线路 利用率。
该技术为异步传输模式ATM的研究奠定了理论基础。
t1 t2 t3
A B C D
待发数据
计算机网络第二章
第二章数据通信基础1、数据通信：是两个实体间的数据传输和交换，它是通过各种不同的方式和传输介质，把处在不同位置的终端和计算机，或者计算机与计算机连接起来，从而完成数据传输、信息交换和通信处理等。
2、信息：是对客观事物的反应，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，也可以表示物质与外部的联系。
3、数据：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息成为数据。
4、数据和信息的关系：数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释。
5、信道：是传送信号的一条通道，可分为物理信道和逻辑信道。
6、信道按使用权限可分为专业信道和共用信道；按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道；按信号的种类可分为模拟信道和数字信道等。
7、信道容量：是指信道传输信息的最大能力，通常用信息速率来表示。
8、信道容量的单位是：bps9、码元（码位）是构成信息编码的最小单位。
10、7个码元组成的序列，通常称为码字。
11、比特率：是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位数。
12、比特率单位：bps或kbps。
13、波特率：它是针对在模拟信道上进行数字传输时，每秒钟载波调制状态的改变的次数。
14、波特率单位：baud15、误码率：指信息传输的错误率，也称错误率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标16、吞吐量：单位时间内整个网络能够处理的信息总量17、吞吐量单位：字节/秒或位/秒18、传播延迟：信号在信道中传播，从信源端到信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播延迟。
19、信道带宽：是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。
20、普通电话线路的带宽一般为3000Hz。
21、数据传输率：是指单位时间内信道内传输的信息量，即比特率。
22、传输每一位所占时间越小，则速率越高。
23、数据通信系统时由数据终端设备、数据线路端接设备和通信线路组成。
24、数据终端设备：是指用于处理用户数据的设备，是数据通信系统的信源和信宿。
第二章 数据通信技术基础
1）点到点的连接方式（专线直通 ）
公共交换 电话网 计算机 调制解调器 调制解调器 计算机
2）多点的连接方式（交换网络 ）
通信
计算机
终端
终端
终端
3）集中式连接方式
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2.3 数据通信方式-同步处理
数据通信的同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收。 同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与 字符间的传输是同步无间隔的。 异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样， 字符与字符间的传输是异步的。
2.4
• 双绞线
内导体芯线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽
传输介质
外套
--螺旋绞合的双导线，≈1mm --每根4对、25对、1800对 --典型连接距离100m（LAN） --RJ45插座、插头 --优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离短 应用领域：电话网络、局域网
数据通信方式-字符同步
例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一个 字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即 空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验 位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性， 表示该字符已结束。
异步方式实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步 提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较 大，线路效率低，数据传输速率多在1.2kb/s以下。 20
7
2.1
数据传输速率
数据通信的基本概念
是指信道每秒所能传输的二进制比特数，记作bps（比特 每秒）。常见单位：Kbps、Mbps、Gbps。它与信道带宽紧密 相连的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高。 波特率：每秒传送的码元数。它与数据传输速率成正比关 系。 1 Baud = （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 Rbit = Rbaud log2M （比特率=波特率X信号所含比特数 ）
公共交换 电话网 计算机 调制解调器 调制解调器 计算机
2）多点的连接方式（交换网络 ）
通信
计算机
终端
终端
终端
3）集中式连接方式
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2.3 数据通信方式-同步处理
数据通信的同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收。 同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与 字符间的传输是同步无间隔的。 异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样， 字符与字符间的传输是异步的。
2.4
• 双绞线
内导体芯线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽
传输介质
外套
--螺旋绞合的双导线，≈1mm --每根4对、25对、1800对 --典型连接距离100m（LAN） --RJ45插座、插头 --优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离短 应用领域：电话网络、局域网
数据通信方式-字符同步
例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一个 字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即 空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验 位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性， 表示该字符已结束。
异步方式实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步 提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较 大，线路效率低，数据传输速率多在1.2kb/s以下。 20
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2.1
数据传输速率
数据通信的基本概念
是指信道每秒所能传输的二进制比特数，记作bps（比特 每秒）。常见单位：Kbps、Mbps、Gbps。它与信道带宽紧密 相连的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高。 波特率：每秒传送的码元数。它与数据传输速率成正比关 系。 1 Baud = （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 Rbit = Rbaud log2M （比特率=波特率X信号所含比特数 ）
第二章数据通信基础
2.1
数据通信系统概述
数据通信的产生和发展
现代意义上的数据通信是在电流发现之后产生的，可大致分为3个阶段：初级阶段、近代阶段和现代阶段
2.11数据通信的产生和发展 1.初级数据通信阶段
1837年，莫尔斯展示了实用电报系统，在莫尔斯电报系统中，所有的传输都采用二进制信号形式，且所 有的用户文本信息必须首先被转换成二进制数据形式，因此,莫尔斯电报系是现代数据通信系统的先驱。
3.编码
将量化后的数值编码成一定位数的二进制数值。当量化值为N时，对应的二进制位数为
log2N。
调制解调器（modem），是调制器和解调器的缩写 ，一种计算机硬件，它能把计算机的数字 信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调 器接收，并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机间的通信。
2.4
同步技术和多路复用技术
同步技术
在数据通信系统中,接收端收到的信息应与发送端发出的信息完全一致,这就要求在通信中收发双 方必须有统一的、协调一致的动作。若收发两端的动作互不联系不协调,则收发之间就会出现误差,随 着时间的增加和误差的积累将导致收发“失步”,使系统不能正确传输信息。为了避免收发“失步”, 使整个通信系统可靠地工作,需要采取“同步”技术，统一收发两端动作、保持收发步调一致的过程就 称为“同步”。常用的同步方式有两种同步传输方式和异步传输方式。
全双工通信
全双通信是指同时可以作双向的通信。通信的一方在发送信息的同时也能够接收信息。例如：电 话和电话、计算机和计算机之间的通信。
广播式通信
若一台计算机用通信信道发送分组时，所有其他的计算机都能接收到改分组，这种通信方式称为 广播式通信。发送的分组中带有目的地址和源地址，接收到分组的计算机检查目的地址是否与本地址 相同，相同接收，不同丢弃。
高职高专周珂(第四版).第二章数据通信技术详解
2．非屏蔽双绞线的类型
按照EIA/TIA（电气工业协会/电信工业协会）568A标准，共分为 1～6 类。
1类线 可用于电话传输，但不适合数据传输，这一级电缆没有固定 的性能要求。 2类线 可用于电话传输和最高为4Mbit/s的数据传输，包括4对双绞 线。 3类线 可用于最高为10Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线，常用于 10Base－T以太网的语音和数据传输。 4类线 可用于16Mbit/s的令牌环网和大型10Base－T以太网，包括4 对双绞线。其测试速度可达20Mbit/s。 5类线 既可用于100Mbit/s的快速以太网连接又支持150Mbit/s的 ATM数据传输，包括4对双绞线，是连接桌面设备的首选传输介质。 超5类线 比5类线具有更小的信号衰减、串扰和时延误差，其主要 用途是保证5类线更好的支持1000 Base－T千兆位以太网。
单工通信
单工通信是指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接 收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。 如图2-2所示：
发送端
数据的单方向性
主机
接收端
显示器
图2-2 单工通信示意图
半双工通信
半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只 允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。 如图2-3所示：
在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发 送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束， 如图2-8所示。
同步字节
数据帧
同步字节
01111110 1011010101101100...1111010110110100 01111110
计算机
计算机
第二章 数据通信基础
A 主机 B 结点 C
1 3
4
D
2,存储转发交换(报文和分组) ,存储转发交换(报文和分组)
报文交换:以报文为单位进行交换
两个工作站之间无须建立专门的通路,把目的地址添加 到报文中一起发送出去.在每个节点中,要接收整个报文并 进行暂时存储,然后经过路由选择再发送到下一个节点.
A 主机 B
2 1 3
1,线路交换(Circuit Exchanging) ,线路交换( )
两台计算机通过通信子网进行数据交换前,首先要建立一 台计算机通过通信子网进行数据交换前, 台计算机通过通信子网进行数据交换前 个实际的物理线路连接.包括3个过程 建立连接, 个过程: 个实际的物理线路连接.包括 个过程:建立连接,传输数据 和拆除连接. 和拆除连接.
结点 C
4
D
分组交换:以分组为单位进行交换. 分组交换与报文交换十分相似.主要区别在 于:在分组交换网中,要限制所传输的数据单 位的长度.一般限制在一千到数千比特.而报 文交换网络中的报文长度则要长得多. 限制数据单元的长度对改善网络能产生显 著的效果.
3,快速分组交换 ,
帧中继(FR) 以帧为单位进行数据交换 异步传输模式(ATM) 以信元为单位进行数据交换
电子教案
第二章 数据通信基础
2.1 数据通信基本概念 2.2 数据编码技术 2.3 数据传输与交换技术
2.1 数据通信基本概念
数据是对客观事物的符号表示,用来记录事物的属性
值.数据分为模拟数据和数字数据. 信号是数据的表示形式,或称为数据的电子编码.它 使数据以适当的形式在通信介质上传输.信号有模拟 信号和数字信号. 数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端 的过程.模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数 字信号来表示.
1 3
4
D
2,存储转发交换(报文和分组) ,存储转发交换(报文和分组)
报文交换:以报文为单位进行交换
两个工作站之间无须建立专门的通路,把目的地址添加 到报文中一起发送出去.在每个节点中,要接收整个报文并 进行暂时存储,然后经过路由选择再发送到下一个节点.
A 主机 B
2 1 3
1,线路交换(Circuit Exchanging) ,线路交换( )
两台计算机通过通信子网进行数据交换前,首先要建立一 台计算机通过通信子网进行数据交换前, 台计算机通过通信子网进行数据交换前 个实际的物理线路连接.包括3个过程 建立连接, 个过程: 个实际的物理线路连接.包括 个过程:建立连接,传输数据 和拆除连接. 和拆除连接.
结点 C
4
D
分组交换:以分组为单位进行交换. 分组交换与报文交换十分相似.主要区别在 于:在分组交换网中,要限制所传输的数据单 位的长度.一般限制在一千到数千比特.而报 文交换网络中的报文长度则要长得多. 限制数据单元的长度对改善网络能产生显 著的效果.
3,快速分组交换 ,
帧中继(FR) 以帧为单位进行数据交换 异步传输模式(ATM) 以信元为单位进行数据交换
电子教案
第二章 数据通信基础
2.1 数据通信基本概念 2.2 数据编码技术 2.3 数据传输与交换技术
2.1 数据通信基本概念
数据是对客观事物的符号表示,用来记录事物的属性
值.数据分为模拟数据和数字数据. 信号是数据的表示形式,或称为数据的电子编码.它 使数据以适当的形式在通信介质上传输.信号有模拟 信号和数字信号. 数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端 的过程.模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数 字信号来表示.
第2章 数据通信基础知识
模拟通信系统仅使用模拟传输方式 数字通信系统既可以使用模拟传输方式又可使 用数字传输方式。
数字通信的主要优点
（1）抗干扰能力强 （2）便于加密处理 （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
图2-2 模拟通信和数字通信抗干扰性能的比较
2.1.3 数据通信的主要技术指标
2.3.2 信源编码技术
1．数字数据的模拟信号编码
① 幅移键控法（ASK，Amplitude Shift Keying）。幅移 键控法又称幅度调制（AM，简称调幅），是调制载波的 振幅，用载波信号的幅度值表示数字信号“1”和“0”。 通常用有载波ω表示数字信号“1”，无载波表示数字信号 “0”。 ② 频移键控法（FSK，Frequency Shift Keying）。频移 键控法又称频率调制（FM，简称调频），是调制载波的 频率，用载波信号的不同频率（幅值相同）表示数字信 号“1”和“0”。用ω1表示数字信号“1”，用ω2表示数字 信号“0”。 ③ 相移键控法（PSK，Phase Shift Keying）。相移键控 法又称相位调制（PM，简称调相），是调制载波的相位， 用不同的载波相位（幅值相同）表示数字信号“1”和 “0”。绝对调相使用相位的绝对值，相位为0表示数字信 号“1”，相位为π表示数字信号“0”。相对调相使用相位 的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化；数字数 据为1时，相位偏移π
2．通信系统的性能指标
（2）数字通信系统的质量指标
数字通信系统的有效性用信息传输速率来度量。 它是指单位时间内传输的信息量，单位为bit/s。 数字通信系统的可靠性用误码率来度量。它是 指接收错误的码元数与传输的总码元数之比， 即
在有线信道或卫星传输信道中，误码率可以达 到10-7；而在无线短波信道内只能达到10-3。
第二章数据通信技术
多车道公路是并行传输
通信线路上通常都是串行传输
„„100101110100100111010001011010
数字通信系统与模拟通信系统
• 如果在数据通信系统中，处于DCE• 间的 之 信号是模拟信号，则这个通信系统就被称 之为模拟通信系统。 • 如果在是数据通信系统中，处于DCE之间 的信号为数字信号，则这个通信系统就被 称为数字通信系统。
• 频带传输就是把基带数字信号经调制变换，变换 成能在话音电路上传输的模拟信号(例：音频信 号)，模拟信号经传输媒体被传送到接收端，在 接收端，模拟信号再被复原的传输。 • 频带传输与基带传输不同，基带传输中，基带信 号占有信道的全部带宽，而频带传输中的模拟信 号通常由某一频率或某几个频率组成，它占用一 个固有频带，即整个频道的一部分，这也是称之 为频带传输的原因。
通信信道
• 在通信系统中，各种信号都要通过通信 信道才能从一端点传至另一端点，通信 信道是通信双方以传输媒体为基础的信 号传递的通道。从抽象的角度看，信道 是指电信号在通过传输媒体时所占有的、 指定的一段频带，它在准许信号通过的 同时，对信号传输加以限制。信道中的 设备包括：传输媒体和有关设备。
信号的时域
2.3.1 模拟传输与数字传输
• 模拟传输所传输的信号是模拟信号. • 在传输过程中，信号会受到干扰和信号能量 的损失而产生变形和衰减。 • 所以，传输中每隔一定的距离就要通过放大 器来放大信号的强度，但同时也放大了畸变 信号。传输距离越远，所需要的放大器个数 越多，从而信号失真就越大。
• 模拟传输不考虑其传输的内容，而数字 传输关心的是信号的内容，即0或1。 • 不论是数字信号，还是模拟信号，只要 他代表了0和1变化模式的数据，就可以 采用数字传输。 • 在数字传输中也存在信号变形和衰减问 题，其解决的方法与模拟传输解决的方 法不同。数字传输解决信号变形和衰减 采用的方法是每隔一定的距离放一个转 发器。转发器将完全消除了衰减和畸形 的信号转发出去，从而解决了失真累加 的问题。
网络技术基础(第二章)
第二章数据通信基础本章主要内容2.1 数据通信的基本概念2.2 信号同步与编码2.3 数据通信系统模型2.4 传输方式2.5 多路复用技术2.6 传输差错检测与校验2.1 数据通信的基本概念2.1.1 信号与信道a、信号（signal）计算机内部的数据（文字/数值/图像/声音等）均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。
通信信号一般可分为两类：◆模拟信号（analog signal）连续变化值（如数学中之实数）。
自然界产生的物理量一般均为模拟信号。
◆数字信号（digital signal）离散变化值（如数字中之整数）。
计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号（1和0），又称为“基带信号”。
信号的特性有：振幅（变化的大小）、频率（变化的快慢）、相位（变化的时间）。
振幅越大、频率越高，信号传送的距离越远（如高音喇叭）。
b、信道（channel）所谓“信道”，顾名思义，就是通信信号传输的“通道”。
信道与实际通信线路并不等同。
一条通信线路往往包括一条发送信道和一条接收信道。
信道一般也可分为两类：◆模拟信道专用于传送模拟信号◆数字信道专用于传送数字信号无论是模拟信号还是数字信号,在传输过程中都要变成适合信道传输的信号形式，否则就会因传输衰减等原因变得无法使用.信源是模拟数据，在模拟信道上传输——模拟通信信源是模拟数据，在数字信道上传输——数字通信信源是数字数据，在模拟信道或数字信道上传输——数据通信c、带宽（bandwidth）信号所占据的频率范围称为信号的带宽。
信道能传送的频率范围称为信道的带宽。
信道带宽必须大于被传送的信号的带宽，否则就会出现失真。
对模拟信号，带宽为通信信道所能提供的频率宽度（范围）；对数字信号，带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数（bps ）。
一般认为具有8～10Mbps 及以上数据传输速率的网络称为“宽带网”。
最新发展还有所谓“广带”（broadband ）无线接入技术，其传输速率≥10兆位/秒。
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数据通信原理
——基本概念及术语
基带传输、载带传输与宽带传输
宽带传输
如果要在一条信道上同时传送多路信号，各路信号 可以不同的载波频率加以区别，每路信号以载波频 率为中心占据一定的频带宽度，整个信道的带宽为 各路载波信号所分享，实现多路信号同时传输，这 就称之为宽带传输。
数据通信原理
——基本概念及术语
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
汉明距离的几何表示
x3 x3x2 x1 110 100 111 101
000
001
x1
010 x2
011
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
奇偶校验：垂直奇偶校验
设发送方要发送单词(world)，按ASCII编码， 其代码及校验位如下（采用偶校验）：
数据通信原理
——二进制数据的表示方法（基带传输）
时钟脉冲 数 据 (a) (b) (c) (d) (e) (f)
1 0 1 1 0 1 1 0 t t t 平衡、归零、双极性； t 平衡、归零、单极性； t 平衡、不归零、单极性； t t t
非平衡、归零、双极性；
非平衡、归零、单极性；
非平衡、不归零、单极性；
设发送方要发送单词(world)，按ASCII编码， 其代码及校验位如下（采用偶校验）：
w x1 x2 x3 x4 x5 1 1 1 0 1 o 1 1 1 1 0 r 0 1 0 0 1 l 0 0 1 1 0 d 0 0 1 0 0 xc 0 1 0 0 0
x6
x7 xc
1
1 0
1
1 0
1
1 0
发 送 装 置
接 收 装 置
并行传输
数据通信原理
——二进制数据的表示方法（基带传输）
(1)信息传输有平衡传输和非平衡传输
平衡传输时，无论0还是1均有规定的传输格式； 非平衡传输时，只有1被传输，而0则以在指定的时刻没有 脉冲信号来表示。
(2)根据对零电平的关系，信息传输可以分为归零传 输和不归零传输。
第二章 数据通信
《分散控制系统与现场总线控制系统》课件
什么是通信？ 通信就是信息从一 处传输到另一处的过 程。
通信系统的基本组成
信息
发送装置
信道
接收装置
发送装置将信息送上信道， 信息由信道传送给接收装置。
数据通信原理
——基本概念及术语
数据信息 具有一定编码、格式和字 长的数字信息被称为数据信 息。
1 1
1 1 1 0
0 1
1 1 1
1 1 1
1 1 0 1 0 1
0 1 1
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
码组、码字、分组码、编码率的概念
设一组信息的字长是k位，则这组信息可以有2k 个状态。如果在信息后面按一定规则附加r个冗余 位，则可组成长度为n=k+r的二进制序列，称之为 码组。码组共有2n个状态，其中有2k个是有用的 状态，即合法信息，其余的是无用的冗余状态， 即非法信息。 每个状态称为一个码字，这些码字的集合称为 分组码，记为(n，k)。k与n的比值称为编码率， 用R表示。R越大，有用信息所占的比重就越大， 信息的传输效率越高，但信息的冗余度就越小， 差错控制的能力就越弱。
数据通信原理
——基本概念及术语
传输速率
信道在单位时间内传输的 信息量。一般以每秒钟所能 够传输的比特数来表示，常 记为bps或b/s。
数据通信原理
——基本概念及术语
传输方式
单工(Simplex)方式
信息只能沿单方向传输的通信方式称为单工方式
半双工(Half duplex)方式
信息可以沿着两个方向传输，但在某一时刻只能 沿一个方向传输的通信方式称为半双工方式，
——基本概念及术语
异步传输与同步传输
同步传输
在同步传输中，信息不是以字符而是以数据 块为单位进行传输的。通信系统中有专门用来 使发送装置和接收装置保持同步的时钟脉冲， 使两者以同一频率连续工作，并且保持一定的 相位关系。在这一组数据或一个报文之内不需 要启停标志，所以可以获得较高的传输速度。
数据通信原理
——差错控制
2.传输错误及可靠性指标
突发错误 突发错误是由突发噪声引起的，其特征是 误码连续成片出现。 随机错误 随机错误是由随机噪声引起的，它的特征 是误码与其前后的代码是否出错无关。 可靠性指标：误码率 误码率（Pe）=出错的码元数／传输的总码 元数
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
垂直奇偶校验 水平奇偶校验 检错码 矩阵奇偶校验 在接收端校 验附加比特 根据应答， 由发送端重 发
发送装置
信道
接收装置
基带传输
发送装置
信道
接收装置
载带传输
发送装置
信道
接收装置
宽带传输
数据通信原理
——基本概念及术语
异步传输与同步传输
异步传输
在异步传输中，信息以字符为单位进行传输， 每个信息字符都具有自己的起始位和停止位， 一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符 之间的时间间隔是不确定的。
数据通信原理
数据通信原理
——信道 1.传输介质
双绞线
同轴电缆 光缆 无线传输（无线电波， 微波，红外线）
数据通信原理
——信道 1.传输介质
双绞线
同轴电缆
光缆
数据通信原理
——信道 1.传输介质
大气层中的电离层
发送端
无线电波
接收端
发送端
接收端
地表面 （a ）
地表面 （b ）
无线电波
数据通信原理
数据通信原理
——信道
介质 特点 项目 传输线价格 连接器件和 支持电路的价格 抗干扰能力 标准化程度 敷设 连接 适用于网络类型 对环境的适应性 较低 低 如采用屏蔽措施，则 比较好 高 简单 同普通导线一样简单 环形或总线型网络 较好 较高 较低 很好 较高 稍复杂 需要专用的连接器 总线型或环形网络 较好 较高 高 特别好 低 简单 需要很复杂的连接器件 和连接工艺 主要用于环形网络 特别好，耐高温，适用 于恶劣环境 双绞线 同轴电缆 光缆
——基本概念及术语
基带传输、载带传输与宽带传输
基带传输
计算机中的信息是以二进制形式存在的，这些二进 制信息可以用一系列的脉冲信号来表示，所谓基带 传输，就是直接将这些脉冲信号通过信道进行传输。
载带传输
基带传输不适用于远距离数据传输。当传输距离较 远时，需要进行调制。用基带信号调制载波之后， 在信道上传输调制后的载波信号，这就是载带传输 。
w x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 1 1 1 0 1 1 1 o 1 1 1 1 0 1 1 r 0 1 0 0 1 1 1 l 0 0 1 1 0 1 1 d 0 0 1 0 0 1 1 xc 0 1 0 0 0 1 1
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
奇偶校验：矩阵奇偶校验
1
1 0
1
1 1
1
1 1
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
汉明校验
汉明(Hamming)校验是在奇偶校验的基础上发 展起来的，汉明校验不像奇偶校验那样仅设置一 位校验码，而是设置若干位校验码，其中每个校 验位有一定的校验范围。例如，设被传输的数据 为x1 (仅1位)，如果采用汉明校验码，则需附加2 位校验位，记为xc1、xc2。由于、可以组合成四种 状态，故可用其中的一种状态表示无错，其他三 种状态分别表示x1 、 xc1 、 xc2出错。具体实现 方法如下：将x1和xc1编为一组，记为G１，再将x1 和xc2编为一组，记为Ｇ２。对每一组都分别进行 奇偶校验(在本例中采用偶校验) 。
传输信息中附加 冗余度的方法
纠错码
累加和校验
汉明码校验 循环码校验 其它编码校验 回送比较 回送 回送校验字符 并列传输 连发 重复传输
在接收端校 验附加比特 自己纠错
在发送端检错 由发送端重发 在接收端检错 由发送端重发
传输方法中附加 冗余度的方法
数据通信原理
——差错控制 3.差错控制方法
1 发送端 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 发送端 0 0 0 0 接收端 发送端 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 接收端 接收端
归零传输是指在每一位二进制信息传输之后均让信号返回 零电平； 不归零传输是指在每一位二进制信息传输之后让信号保持 原电平不变。
数据通信原理
——二进制数据的表示方法（基带传输）
(3)根据信号的极性，信息传输分为单极性传输和双 极性传输。
单极性是指脉冲信号的极性是单方向的， 双极性是指脉冲信号有正和负两个方向。
——信道 1.传输介质
微波
地表面
微波
数据通信原理
——信道 1.传输介质
传输速率 （Mbps）
10
1 0.1 双绞线 光缆
0.01 0.01
0.1
Байду номын сангаас同轴电缆 1 10
传输距离（km）
数据通信原理
——信道 2.连接方式
双绞线： 连接特别简单，只要通过普通的接线端子就 可以把各种设备与通信网络连接起来，不需要 任何专用设备。 同轴电缆 一般要通过专用的“Ｔ”形连接器进行连接。 这种连接器类似于闭路电视中的连接器，构造 比较简单，而且已经形成了一系列的标准件， 应用起来十分方便。
——基本概念及术语
串行传输与并行传输
串行传输
串行传输是把构成数据的各个二进制位依次 在信道上进行传输的方式；
并行传输
并行传输是把构成数据的各个二进制位同时 在信道上进行传输的方式。
数据通信原理