第2章 数据通信基础知识要点
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第二章：数据通信基础
第二章：数据通信基础名词解释：【信息】：是对客观食物的反映，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，也可以表示物质与外部的联系。
【数据】：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。
【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。
【码元】：计算机网络传送中的每1位二进制数字称为“码元”或“码位”。
【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编码的有效位数。
【波特率】：是一种调制速率，也称波形速率。
它是针对在模拟信通上进行数字传输时，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。
或者说，在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率。
【误码率】：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。
【吞吐量】：是单位时间内整个网络能够处理的信息总量。
【信道的传输延迟】：信号在信道中传输，从信源端到达信宿需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延）。
【信道带宽】：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。
【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。
【数据终端设备（DTE）】：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，在计算机网络中，它是资源子网的主题。
【数据线路端接设备（DCE）】：又称为数据通信设备，是介于DTE与传输介质之间的设备，用于将DTE发出的数字信号变换成适合于在传输介质上传输的信号形式，并将它送至传输截至上；或者将从传输介质上接收的远端信号变换为计算机能接收的数字信号形式，并送往计算机。
【频带传输】：就是将代表数据的二进制信号，通过调制解调器，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输，传输到接收端后再将模拟数据信号解调还原为数字信号。
【基带】：人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。
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
8
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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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数据通信基础技术要点
地面站之间 的直视线路
微波传送塔
❖两个地面站之间传 地面通信
送距离：50 15.10.2020 -100 km
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卫星通信：是利用地球同步卫星作为中
继来转发微波信号的一种特殊微波通信形
式。卫星通信可以克服地面微波通信距离
的限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全
部通信区域。
❖与地面站相对固定
位置，使用3个卫星
❖ 通信系统分为模拟和数字通信两类，分别传 输数据的信号为模拟和数字信号。
❖ 数据通信系统是传送和交换数据的通信系统。 由数据终端子系统、数据传输子系统和数据 处理子系统三部分组成。
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模拟通信系统与数字通信系统
❖ 1.模拟通信系统是通过调制器把信源传入信 道，再由接收端收到进行解调还原给信宿。 优点是信道利用率高，缺点是抗干扰能力差， 安全性差。
❖ 2.数字通信系统是在模数互换器的作用下把 模拟信号转为数字信号，采用多种方式传输 到信宿。
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2.1.3 数据通信的主要指标
数据通信的主要指标是指衡量数据传输的有效性和 可靠性的参数：
❖ 带宽，对于模拟信道，带宽是传输媒体能够传送 信号的频率范围，单位是Hz。对于数字信道，则 指在信道上能够传送的数字信号的速率，即数据 传输速率S 。
❖ 最大数据传输速率S：在信道的有效带宽上单位 时间内所传送的二进制代码的有效位数（b/S或 者bps）。通常来说，带宽越高，其最大数据传 输速率也越高。
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误码率P
❖ 误码率是指二进制码元在数据传输中被 传错的概率，单位为百分比。
P≈传错码元数/传输总码元数
信道容量
第二章数据通信技术基础
传送所有的比特。它比较便宜， 用在长距离连接中也比并行传 输更加可靠。因为它每次只能 发送一个比特位，所以其速度 比较慢。
（2）并行数据传输
并行传输指可以同时传输
一组比特，每个比特使用单独
一条线路（导线）。这些线路
通常被捆扎在一条电缆里。并
行传输非常普遍，特别是应用
于两个短距离和设备之间。
11
2.3 数据通信方式-பைடு நூலகம்步与同步
2
2.1 数据通信的基本概念
4、信道
在数据通信系统中，信道是传输信号的通道。 逻辑上，信道一般都是用来表示向某一个方向 传送信息的“介质”。一般来说，一条通信线路至 少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于 接收的信道。 信道可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道。
3
2.1 数据通信的基本概念
半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省 传输线路。
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2.3 数据通信方式-传输方向
3．全双工通信（双向同时通信 ） 全双工通信是指能同时做双向通信。如图所示。这种方
式适用于普通电话、手机以及计算机——计算机间高速数据 通信。
全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控制简单，但 是结构较复杂，成本较高。
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
(2)如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计算。 传输延迟 数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花 费的时间。
（2）并行数据传输
并行传输指可以同时传输
一组比特，每个比特使用单独
一条线路（导线）。这些线路
通常被捆扎在一条电缆里。并
行传输非常普遍，特别是应用
于两个短距离和设备之间。
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2.3 数据通信方式-பைடு நூலகம்步与同步
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2.1 数据通信的基本概念
4、信道
在数据通信系统中，信道是传输信号的通道。 逻辑上，信道一般都是用来表示向某一个方向 传送信息的“介质”。一般来说，一条通信线路至 少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于 接收的信道。 信道可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道。
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2.1 数据通信的基本概念
半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省 传输线路。
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2.3 数据通信方式-传输方向
3．全双工通信（双向同时通信 ） 全双工通信是指能同时做双向通信。如图所示。这种方
式适用于普通电话、手机以及计算机——计算机间高速数据 通信。
全双工与半双工比较,全双工通信效率高，控制简单，但 是结构较复杂，成本较高。
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
(2)如果不是二进制码元，必须折合成二进制来计算。 传输延迟 数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花 费的时间。
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。
第2章数据通信基础知识
数据编码 调制
解调 数据解码
• 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
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2. 数据通信系统的构成
DTE DCE
▪ 数据传输系统
• 传输线路
▪ 有线介质、无线介质
• 传输设备
• 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信， 如通过电话线拨号上网。
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2. 信道的最大数据传输率
▪ Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道
C = 2W log2 M
C = 数据传输率，单位b/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数
▪ Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数
信 ▪ 号损：耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。 ▪ 延迟会使接收端的信号产生畸变。 ▪ 噪声会破坏信号，产生误码。
• 例如：数据传输速率为56kb/s时，持续时间0.01s的干扰会破坏约
噪声： 560个比特。
信号与 噪声叠加：
采样时序： 接收数据： 原始数据：
0 1 0 1 1 01 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 00 1 1 0 0 1 0 1 0
• 模拟信号
▪ 时间上连续，包含无穷多个信号值 ▪ 模拟信号能在数字信道上传输吗？
• 数字信号
▪ 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号 ▪ 数字信号能在模拟信道上传输吗？
t
t
a） 模拟信号
b） 数字信号
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▪ 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）
第二章 数据通信基础知识
信号的传输方式——宽带传
输
宽带传输
宽带传输采用75Ω的CATV电视同轴电缆或 光纤作为传输媒体，带宽为300MHz。使用 时通常将整个带宽划分为若干个子频带， 分别用这些子频带来传送音频信号、视频 信号以及数字信号。宽带同轴电缆原是用 来传输电视信号的，当用它来传输数字信 号时，需要利用电缆调制解调器（Cable Modem）把数字信号变换成频率为几十兆 赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。
可利用宽带传输系统来实现声音、文字和 7 图像的一体化传输，这也是通常所说的
数据的串行传输和并行传输
并行通信
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若 干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率 的通信。
0
1
1
发端
0 0
0
1
0
8个比特顺次发送 01100010
并/串 转换器
串/并 转换器
0
1
1
0 0
收端
0
1
0
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波特（Baud）：码元传输的速率单位。波特 率为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。
比特率、波特率和信号编码级数的关系如下：
Rbit = Rbaud log2M
上式中： M-信号的编码级数，Rbit-比特率，Rbaud-波特率
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波分多路复用WDM
WDM主要用于全光纤网组成的通信系统。波 分复用就是光的频分复用。人们借用传统的载 波电话的频分复用的概念，可以做到使用一根 光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号, 提高了光纤的传输能力。
第二章数据通信基础内容知识总结
第二章数据通信基础内容知识总结第一篇：第二章数据通信基础内容知识总结第二章数据通信基础内容知识总结数据通信的基本概念是什么？：数据通信是两个实体间的数据传输和交换，他是通过各种不同的方式和传输介质，把处在不同地理位置的终端和计算机，或计算机与计算机连接起来，完成数据传输、信息交换和通信处理等任务。
什么是信息和数据？信息：是对客观事物的反应，信息有各种存在形式，例如，数字、文字、声音、图像、图形等。
数据：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。
数据是信息的载体，信息则是数据的内在含义或解释。
什么是信道和信道容量？信道：是传输信号的一条通道，分为物理通道和逻辑通道。
物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路由传输介质及其附属设备组成。
逻辑信道也是传输信号的一条通路。
信道容量：是指信道传输信息的最大能力，用信息速率来表示。
什么是码元和码字？：在数据传输中，有时把一个数字脉冲成为一个码元是构成信息编码的最小单位。
数据通信系统主要技术指标有以下几项：比特率：是一种数字信号的传输速率，他表示单位时间内所传送的二进制带码的有效位数，单位比特每秒（bps）或千比特每秒（bps）表示。
波特率：是一种调制速率，也称为波形速率。
单位（Baud）误码率：信息传输的错误率，也称错误率，是通信系统在正常工作的情况下，衡量传输可靠性的指标。
误码率Pe=Ne除N 吞吐量：是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。
在单信道总线型网络中：吞吐率=信道容量乘传输速率。
信道传输延迟：信号在信道内传输时，从信源到信宿需要一定的时间，这个时间成为传播延迟或（时延）《与距离有关》带宽与数据传输率是什么？信道带宽：是指信道所能传送的信号频率宽度，他的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。
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S=Blog2NB是数字信号的脉冲频率，即波特率；N是调制电平数。
数字传输方式数据通信系统模型包括：数据线路端设备数据终端设备数据终端设备：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。
计算机网络 第2章 数据通信基础
2.2.1双绞线（twisted pair）
双绞线分为屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)和非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）。其中STP的内部与UTP相同， 其外包有一层金属铝箔，以减小幅射，防止信 息被窃听，抗干扰能力也较强，同时具有较高 的数据传输速率(5类STP在100m内可达到 155Mbit／s，而UTP只能达到 100 Mbit／s)。 但STP电缆的价格相对较高，安装时要比UTP 电缆困难，
数字通信系统的组成与模拟通信系 统相比，增加了信源编码器对模拟信号 进行采样、量化和编码，使其变成数字 信号，然后经过信道编码器进行逆过程， 用于实现信道的编码，以降低信号的误 码率，再经过调制器将其基带信号调制 成宽带信号再进行传输。在信道上传输 的信号是数字信号。
数字通信系统与模拟通信系统相比有很多的优点：
① RG－8或RG－11， 50欧姆（Ω ）; ② RG－58 ，50欧姆（Ω ）; ③ RG－59 ，75欧姆（Ω ）; ④ RG－62 ，93欧姆（Ω ）。
2.2.3光纤（fiber）
光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信 号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。20世纪80年 代初期，光缆开始进入网络布线领域。与铜质介质相 比，光纤具有一些明显的优势。因为光纤不会向外界 辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在安 全性、可靠性，还是网络性能方面都有了很大的提高。
红外信号没有能力穿透墙壁和一些其它固体，每 一次反射都要衰减一半左右，同时红外线也容易被强 光源给盖住。红外波的高频特性可以支持高速度的数
据传输，它一般可分为点到点与广播式两类。
⑴点到点红外系统
家用电器的遥控器就是点到点红外系统一个典型的 例子，红外传输器使用光频（大约100GHz到1000THz） 的最低部分。除高质量的大功率激光器较贵以外，一 般用于数据传输的红外装置都非常便宜。然而它的安 装必须精确到绝对点对点。目前它的传输率一般为几 Kbps，根据发射光的强度、纯度和大气情况，衰减有 较大的变化，一般距离为几米到几公里不等。聚焦传 输具有极强的抗干扰性。
计算机网络技术 第2章 数据通信基础知识
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。如图2-9所示。该技术为异步传输模式ATM的研究奠定了理论基础。
图2-9 时分多路复用的基本工作原理
2.4 数据交换技术
本节主要讲述： 1、电路交换 2、存储转发交换 3、其他高速交换技术
2.3 数据传输技术
2.3.3 多路复用技术
1.频分多路复用(Frequency Division Multiplexing)
原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频 率通道之间留有防护频带，适用于模拟信号传输 。如图2-7所示。
频分多路复用的特点是：每个用户终端的数据通过专门分配给它的子信道传输， 在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用。
在计算机网络中，一般要求误码率低于10－6 。
P= 错误的位数 / 传输的总位数
2.2 数据编码技术
本节主要讲述： 1、数据编码类型 2、数字数据的模拟信号编码方法 3、数字数据的数字信号编码方法 4、模拟数据的数字信号编码方法
2.2 数据编码技术
2.2.1. 数据编码类型
1.数字数据的模拟信号编码技术。 2.数字数据的数字信号编码技术。 （非归0编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码） 3.模拟数据的数字信号编码技术。
2.字符同步：保证收发双方正确传输字符。 （1）同步式：由同步控制字符领先，以组为单位连续传送。
（2）异步式：每个字符独立传送，各字符间的时间间隔可以任意。需添加冗余位以 确认字符的开始和结束。
2.3 数据传输技术
2.3.3 多路复用技术
指在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。 发送方通过复用器将多个用户的数据汇集，经一条物理线路传送到接收设备，接收设
图2-9 时分多路复用的基本工作原理
2.4 数据交换技术
本节主要讲述： 1、电路交换 2、存储转发交换 3、其他高速交换技术
2.3 数据传输技术
2.3.3 多路复用技术
1.频分多路复用(Frequency Division Multiplexing)
原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频 率通道之间留有防护频带，适用于模拟信号传输 。如图2-7所示。
频分多路复用的特点是：每个用户终端的数据通过专门分配给它的子信道传输， 在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用。
在计算机网络中，一般要求误码率低于10－6 。
P= 错误的位数 / 传输的总位数
2.2 数据编码技术
本节主要讲述： 1、数据编码类型 2、数字数据的模拟信号编码方法 3、数字数据的数字信号编码方法 4、模拟数据的数字信号编码方法
2.2 数据编码技术
2.2.1. 数据编码类型
1.数字数据的模拟信号编码技术。 2.数字数据的数字信号编码技术。 （非归0编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码） 3.模拟数据的数字信号编码技术。
2.字符同步：保证收发双方正确传输字符。 （1）同步式：由同步控制字符领先，以组为单位连续传送。
（2）异步式：每个字符独立传送，各字符间的时间间隔可以任意。需添加冗余位以 确认字符的开始和结束。
2.3 数据传输技术
2.3.3 多路复用技术
指在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。 发送方通过复用器将多个用户的数据汇集，经一条物理线路传送到接收设备，接收设
第二章 数据通信的基础知识 计算机通信网
❖ 1）无噪声时的信道容量公式
❖ B.max=2*F C=2F*Log2N （Nyquist公式）
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/N 6. 吞吐量 7. 网络负荷量
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
❖ 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Frame Relay，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
❖ 1.3 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2章数据通信基础【计算机网络】
第2章数据通信基础数据通信是计算机网络中最为基础的部分，它涉及到信息的传输、交换和接收。
在这一章节中，我们将探讨数据通信的基本概念、技术和应用，帮助读者理解计算机网络的核心原理。
2.1 数据通信的基本概念数据通信是指通过通信系统传输数字信号的过程。
在计算机网络中，数据通信是实现不同设备之间信息交换的关键。
它包括数据的编码、传输、接收和解释等环节。
2.2 数据通信的模型数据通信模型是描述数据传输过程的抽象模型，它将数据通信过程划分为不同的层次，以便更好地理解和实现。
常用的数据通信模型包括OSI模型和TCP/IP模型。
2.3 数据通信的介质数据通信介质是数据传输的物理载体，它可以是电缆、光纤、无线电波等。
不同的介质具有不同的传输速率、传输距离和抗干扰能力等特点。
选择合适的通信介质对于保证数据传输的质量和效率至关重要。
2.4 数据通信的协议数据通信协议是规定数据传输过程中各环节操作和行为的规则。
它包括数据编码、传输控制、错误检测和纠正等内容。
常见的协议有TCP、IP、HTTP等。
协议的选择和实现对于数据通信的可靠性和效率具有重要影响。
2.5 数据通信的安全数据通信安全是保护数据在传输过程中不被未授权访问、篡改或泄露的关键。
常用的数据通信安全技术包括加密、身份认证、访问控制等。
保障数据通信安全对于保护个人隐私和商业机密具有重要意义。
通过学习本章内容，读者可以更好地理解数据通信的基本概念、技术和应用，为深入学习计算机网络打下坚实的基础。
2.6 数据通信的拓扑结构数据通信的拓扑结构是指网络中各个节点之间的连接方式。
常见的拓扑结构包括星型、环型、总线型和网状型等。
不同的拓扑结构具有不同的优点和缺点，适用于不同的应用场景。
了解和选择合适的拓扑结构对于构建高效、稳定的计算机网络至关重要。
2.7 数据通信的传输方式数据通信的传输方式是指数据在通信介质上的传输方式。
它可以是串行传输或并行传输。
串行传输是指数据按位顺序传输，而并行传输是指数据同时传输多个位。
第02章数据通信的基础知识2
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•单工通信
第02章数据通信的基础知识2
2. 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。 当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换，如图所示。
半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的 “对 讲机”和军队使用的“步话机”。半双工方式在计算机 网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。
需要一条传输信道，易
于实现，成本低，但速
度比较低。串行通信通 过计算机的串行口得到
•图2－7 串行通信
广泛的应用，而且在远程通信中一般采用串行通信方式。
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第02章数据通信的基础知识2
2.2.2 通信电路的连接方式
1、点对点的线路连接
• 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路
连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路和交换线路，如 图2－8所示。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理 上比较分散的站点之间传输数据，比如，通过公用电话交换网 实现点－点的连接。
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•图2－8 点到点的线路连接
第02章数据通信的基础知识2
2. 多点线路连接
多点线路连接是 指各个站点通过一条 公用通信线路连接， 如图2－9所示。在多 点线路连接方式中， 一条线路被所有的站 点共享，若所有的站 点可以同时发送数据， 则这条线路在空间上 是共享的。
第02章数据通信的基础知识2
2.1 数据通信的基本概念
•2.1.1 信息、数据与信号
• 信息的载体可以包含语音、音乐、图形图像、文 字和数据等多种媒体。计算机的终端产生的信息一般 是字母、数字和符号的组合。 • 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、 数字、符号的二进代码0和1比特序列的过程。
第二章节数据通信的基础知识
第二章节数据通信的基础知识
信号的两种类型：
•模拟信号波型 •数字信号波型
第二章节数据通信的基础知识
信号、信源、信宿
• 信号：信号是数据的电、磁、光形式的编码。 • 信源：信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设
备或计算机。 • 信宿：信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设
备或计算机。
第二章节数据通信的基础知识
• 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。
第二章节数据通信的基础知识
2.3.1 数字数据的模拟信号编码
• 数字数据调制的三种基本形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移 相键控法PSK。
• 在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率ω的正 （余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：
双工通信和全双工通信。
第二章节数据通信的基础知识
3种串行数据通信方式
第二章节数据通信的基础知识
2.2.3 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。
第二章节数据通信的基础知识
1.基带传输与频带传输 :
7.网络负荷量
• 网络负荷量是指单位面积中数据在网络中的分布 量，即数据在网络中分布密度。
第二章节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 .
第二章节数据通信的基础知识
串行传输
•图2.5 串行数据传输
较强，是目前最常用的调制方法之一。
信号的两种类型：
•模拟信号波型 •数字信号波型
第二章节数据通信的基础知识
信号、信源、信宿
• 信号：信号是数据的电、磁、光形式的编码。 • 信源：信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设
备或计算机。 • 信宿：信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设
备或计算机。
第二章节数据通信的基础知识
• 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。
第二章节数据通信的基础知识
2.3.1 数字数据的模拟信号编码
• 数字数据调制的三种基本形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移 相键控法PSK。
• 在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率ω的正 （余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：
双工通信和全双工通信。
第二章节数据通信的基础知识
3种串行数据通信方式
第二章节数据通信的基础知识
2.2.3 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。
第二章节数据通信的基础知识
1.基带传输与频带传输 :
7.网络负荷量
• 网络负荷量是指单位面积中数据在网络中的分布 量，即数据在网络中分布密度。
第二章节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 .
第二章节数据通信的基础知识
串行传输
•图2.5 串行数据传输
较强，是目前最常用的调制方法之一。
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t )h(t k t )t
k 0
n
取极限，得到卷积公式：
r (t ) 0 e( )h(t )dt e(t ) h(t )
t
18
9
例1：若谢军在一次国际象棋赛中获得冠 军的概率为0.1（记为事件A）,而在另一 次国际象棋赛中夺冠的概率为0.9(记为事 件B)。试分别计算当你得知谢军获得冠 军时，从这两个事件中获得的信息量各 为多少？ I(A)=-log 20.1≈3.32(比特) I(B)=-log 2 0.9≈0.152(比特)
i 0
m1
(2-2)
平均信息量是每个符号所含信息量的统计平均值， 平均信息量又称为信息熵。
7
补充：数学期望
若X为离散型随机变量 ， 分布律为 PX xk pk , k 1,2,
则其数学期望为EX xk pk
k 1
8
总结
信息量： 1）任何事情的信息量大于0； 2）不可能发生的事情发生了，其信息量无 穷大； 3）一定发生的事情，信息量为0 信息熵：信息的一种数量化的衡量尺度,系 统有序化程度的度量。一个系统越是有 序，信息熵越低；越是混乱，信息熵越 高。
(2-2)
11
2.1.2 数据
数据是对某一事实的不经解释并赋予一定含义的数 字、字母、文字等符号及其组合的原始表达。是消 息的一种表示形式，是传达某种意义或信息的实体。 当信息被表示为数据时，数据中就包含了信息。因 此，信息可以通过解释数据来产生。 信息强调“处理”和“使用”两个方面，尤其是 “使用”。 数据分为模拟数据和数字数据。模拟数据在一段时 间内具有连续的值(如声音等)，而数字数据则具有 离散的值(如文本等)。
6
2.1.1 信息(续2)
定义：一条消息所荷载的信息量等于它所表示的 事件发生的概率P的倒数的对数。（比特）
1 I loga loga p p
(2-1)
若一条消息有m个符号，第i个符号出现的概率是 Pi，则每个符号包含的平均信息量是（比特/符号）
H pi log2 pi
单位脉冲响应：h（t） 预备知识：对任意输入e(t),有
e(t ) e(k t ) (t k t )t，
k 0
n
取极限 e(t ) e( ) (t )d
17
其中一个脉冲函数的响应：
rk (k t ) e(k t )h(t k t )t
15
（1）时域分析法 1、基本概念 ①输入端：激励 ②输出端：响应 2、基本思路 ①把外加激励信号在 时域 中分解成一系 列单元激励信号 ②分别计算各单元信号通过系统的响应 ③在输出段叠加得到总响应
16
单位脉冲
0, t 0 (t ) , , t 0
(t )dt 1
5
2.1.1 信息(续1)
1948年，香农在《通信的数学理论》论文中给出 了关于信息的度量公式，他把信息定义为熵的减 少，即“用来消除不确定性的东西”。 熵：不确定性的度量。 根据香农理论，一条消息包含信息的多少称为信 息量。信息量的大小与消息所描述事件的出现概 率有关。如消息表示的事件是必然事件(概率为1)， 则该消息不含有任何信息量；如消息表示的事件 根本不可能发生(概率为0) ，则该消息含有无穷 的信息量。
数据通信与计算机网络
（第 3 版）
课 件
杨心强 陈国友编著 电子工业出版社
2007 年6 月
1
数据通信与计算机网络
第 2 章 数据通信基础知识
2
第 2 章 数据通信基础知识
教学目的
通过本章学习，要 求掌握数据通信的 必备知识和常用术 语
学习内容
信息、数据和信号
功率谱密度和信号带宽 传输方式和传输速率 传输质量 通信编码
3
第 2 章：内容提纲
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 信息、数据和信号 功率谱密度和信号带宽 传输方式和传输速率 传输质量 通信编码
4
2.1 信息、数据和信号
2.1.1 信息
通信是在源点与终点之间传递信息。 信息是指包含在消息中对通信者有意义的内 容。 消息是指能向人们表达客观物质运动和主观 思维活动的文字、符号、数据、语音和图像 等。它具有两个特点为：①能被通信双方所 理解； ②可以相互传递。 消息是信息的载体，消息中可能包含有信息。
14
2.1.3 信号(续2) 3、信号的分析
一个通信系统的输入信号，称为激励；而输出信 号，称为响应。通信系统的功能和特性是通过怎 样的激劢而产生怎样的响应来体现的。 分析通信系统有两种方法：
时域分析法是利用信号的时间特性，把激励和响应看 成是时间函数的分析方法。 频域分析法是利用信号的频率特性，把激励和响应经 过傅立叶变换，将时间变量变换为频率变量进行分析 的分析方法。
12
2.1.3 信号 1、信号的分类
信号是数据的具体表示形式。目前常用的是电信号。 对数据通信有用的几种分类： (1)连续信号与离散信号 (2)随机信号与确定信号 (3)周期信号与非周期信号
13
2.1.3 信号(续1) 2、信号的特性
信号的特性表现在时间特性和频率特性两个方面。
时间特性主要指信号随时间变化的特性。信号随时 间变化的表现包含了信号的全部信息量。 频率特性是指信号可用频谱函数来表示的特性。频 谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的 振幅和相位。
10
例2 设某条消息由A,B,C,D,E五个符号组 成，且分别以概率1/2,1/4,1/8,1/16,1/16传 送，每一符号的出现是相互独立的。试 计算其平均信息量（信息熵）？
H pi l bpi
i 0 m 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 lb lb lb lb lb 2 2 4 4 8 8 16 16 16 16 1 1 1 1 1 *1 *2 *3 *4 *4 2 4 8 16 16 1.875 b/符
k 0
n
取极限，得到卷积公式：
r (t ) 0 e( )h(t )dt e(t ) h(t )
t
18
9
例1：若谢军在一次国际象棋赛中获得冠 军的概率为0.1（记为事件A）,而在另一 次国际象棋赛中夺冠的概率为0.9(记为事 件B)。试分别计算当你得知谢军获得冠 军时，从这两个事件中获得的信息量各 为多少？ I(A)=-log 20.1≈3.32(比特) I(B)=-log 2 0.9≈0.152(比特)
i 0
m1
(2-2)
平均信息量是每个符号所含信息量的统计平均值， 平均信息量又称为信息熵。
7
补充：数学期望
若X为离散型随机变量 ， 分布律为 PX xk pk , k 1,2,
则其数学期望为EX xk pk
k 1
8
总结
信息量： 1）任何事情的信息量大于0； 2）不可能发生的事情发生了，其信息量无 穷大； 3）一定发生的事情，信息量为0 信息熵：信息的一种数量化的衡量尺度,系 统有序化程度的度量。一个系统越是有 序，信息熵越低；越是混乱，信息熵越 高。
(2-2)
11
2.1.2 数据
数据是对某一事实的不经解释并赋予一定含义的数 字、字母、文字等符号及其组合的原始表达。是消 息的一种表示形式，是传达某种意义或信息的实体。 当信息被表示为数据时，数据中就包含了信息。因 此，信息可以通过解释数据来产生。 信息强调“处理”和“使用”两个方面，尤其是 “使用”。 数据分为模拟数据和数字数据。模拟数据在一段时 间内具有连续的值(如声音等)，而数字数据则具有 离散的值(如文本等)。
6
2.1.1 信息(续2)
定义：一条消息所荷载的信息量等于它所表示的 事件发生的概率P的倒数的对数。（比特）
1 I loga loga p p
(2-1)
若一条消息有m个符号，第i个符号出现的概率是 Pi，则每个符号包含的平均信息量是（比特/符号）
H pi log2 pi
单位脉冲响应：h（t） 预备知识：对任意输入e(t),有
e(t ) e(k t ) (t k t )t，
k 0
n
取极限 e(t ) e( ) (t )d
17
其中一个脉冲函数的响应：
rk (k t ) e(k t )h(t k t )t
15
（1）时域分析法 1、基本概念 ①输入端：激励 ②输出端：响应 2、基本思路 ①把外加激励信号在 时域 中分解成一系 列单元激励信号 ②分别计算各单元信号通过系统的响应 ③在输出段叠加得到总响应
16
单位脉冲
0, t 0 (t ) , , t 0
(t )dt 1
5
2.1.1 信息(续1)
1948年，香农在《通信的数学理论》论文中给出 了关于信息的度量公式，他把信息定义为熵的减 少，即“用来消除不确定性的东西”。 熵：不确定性的度量。 根据香农理论，一条消息包含信息的多少称为信 息量。信息量的大小与消息所描述事件的出现概 率有关。如消息表示的事件是必然事件(概率为1)， 则该消息不含有任何信息量；如消息表示的事件 根本不可能发生(概率为0) ，则该消息含有无穷 的信息量。
数据通信与计算机网络
（第 3 版）
课 件
杨心强 陈国友编著 电子工业出版社
2007 年6 月
1
数据通信与计算机网络
第 2 章 数据通信基础知识
2
第 2 章 数据通信基础知识
教学目的
通过本章学习，要 求掌握数据通信的 必备知识和常用术 语
学习内容
信息、数据和信号
功率谱密度和信号带宽 传输方式和传输速率 传输质量 通信编码
3
第 2 章：内容提纲
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 信息、数据和信号 功率谱密度和信号带宽 传输方式和传输速率 传输质量 通信编码
4
2.1 信息、数据和信号
2.1.1 信息
通信是在源点与终点之间传递信息。 信息是指包含在消息中对通信者有意义的内 容。 消息是指能向人们表达客观物质运动和主观 思维活动的文字、符号、数据、语音和图像 等。它具有两个特点为：①能被通信双方所 理解； ②可以相互传递。 消息是信息的载体，消息中可能包含有信息。
14
2.1.3 信号(续2) 3、信号的分析
一个通信系统的输入信号，称为激励；而输出信 号，称为响应。通信系统的功能和特性是通过怎 样的激劢而产生怎样的响应来体现的。 分析通信系统有两种方法：
时域分析法是利用信号的时间特性，把激励和响应看 成是时间函数的分析方法。 频域分析法是利用信号的频率特性，把激励和响应经 过傅立叶变换，将时间变量变换为频率变量进行分析 的分析方法。
12
2.1.3 信号 1、信号的分类
信号是数据的具体表示形式。目前常用的是电信号。 对数据通信有用的几种分类： (1)连续信号与离散信号 (2)随机信号与确定信号 (3)周期信号与非周期信号
13
2.1.3 信号(续1) 2、信号的特性
信号的特性表现在时间特性和频率特性两个方面。
时间特性主要指信号随时间变化的特性。信号随时 间变化的表现包含了信号的全部信息量。 频率特性是指信号可用频谱函数来表示的特性。频 谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的 振幅和相位。
10
例2 设某条消息由A,B,C,D,E五个符号组 成，且分别以概率1/2,1/4,1/8,1/16,1/16传 送，每一符号的出现是相互独立的。试 计算其平均信息量（信息熵）？
H pi l bpi
i 0 m 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 lb lb lb lb lb 2 2 4 4 8 8 16 16 16 16 1 1 1 1 1 *1 *2 *3 *4 *4 2 4 8 16 16 1.875 b/符