第2章数据通信基础
第2章 数据通信基础
通道容量 带宽 log2 (1 SNR) 即：C W log2 (1 SNR) W SNRdB C 3
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在实际应用中，两者结合使用： Shannon 容量定理是确定噪声通 道理论上最高的数据速率; Nyquist 给出所需的信号电平的数量。
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2.4 无线介质
无线介质即空间传输介质；电磁波传输 和卫星传输都是在空间进行。 空间传输电磁波有三种技术：微波、 红外线和激光。这三种技术都需要在发 送方和接收方之间有一条视线通路。 卫星通信是利用人造地球卫星作为中 继站转发无线电信号，在多个地面站之 间进行通信。卫星线路最突出的优点是 数据传输成本不随传输距离的增加而增 加。
提示：卫星信道的延迟大约是270ms，有些题目 中把这个值当做一个常量
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在相隔2000km的两地间通过电缆以 4800b/s的速率传送3000比特长的数据包， 从开始发送到接收完数据需要的时间是 （19） 。如果用50kb/s的卫星信道传送， 则需要的时间是 （20） 。 （19）A．480ms B．645ms C．630ms D．635ms （20）A．70ms B．330ms C．500ms D．600ms
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图
2. 3 光纤
光导纤维简称光纤，是利用光的全反射原理——任何 以大于临界角入射的光线，在介质边界都能完全地反 射回介质内——制成的。通过光在光纤中不断被反射， 被调制的光脉冲信号可以携带信息从光纤一端传送到 另一端。（如图）
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光纤组成的光缆由四部分组成： 1、缆芯：通常是高纯的石英玻璃纤维。 在多模光纤中，芯的直径是15mm～ 50mm，单模光纤直径为8mm～10mm。 2、封套：光纤外面包裹的一层材料，它 对光的折射率低于光纤。 3、外套：厚的塑料外套，用来保护封套。 4、防护层：对整个光缆起保护作用。 按照光纤缆芯的物理特性光纤可分为 两类：
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2章 数据通信基础
2．1．2数据通信系统的模型
数据电路的连接方式：
S1
...
S1 (a)点-点式连接
S2
集中器 S 0 (b)点-多点式集中连接 S n
S A1 S0 S1 S2 (c)点-多点式连接 固定专线 交换网络 ... Sn S An
S B1
...
...
复用器 复用器 (d)多点-多点复用连接 固定专线
计算机A
计算机B
图2.3 数据通信系统的实例
2．1．3衡量数据通信系统的指标
1、有效性
有效性是指在给定信道内所传送信息量的大小
比特率 波特率
多电平时：比特率（数值）>波特率
2．1．3衡量数据通信系统的指标
2、可靠性 可靠性：指在给定信道内接收到的信息的可靠程度 二进制系统中，误码率为：
1、通信方式
1）单工通信
发送端 发送端 信息流向 接收端
(a)单工 不同时刻数据双向传输 发送端 接收端 (b)半双工 发送端 接收端
2）半双工通信 3）全双工通信
接收端
任何时刻都能双向传输
(c)全双工
通信的三种方式
2．1．8信息的传输方式
2、传输方式
需要8条线
1）并行传输 2）串行传输
发 送 端
2．1．4数字信号与传输代码
2．数字信号的码型 1）线路传输码型的要求
频谱中不存在直流成分 尽量减少码型频谱中的高频分量 具有一定的抗干扰能力 便于时钟信号的提取 具有较好的传输效率 码型变换设备简单，易于实现
2．1．4数字信号与传输代码
2）基带信号的码型
单极不归零 NRZ 单极归零 RZ 双极不归零 NRZ 双极归零 RZ 差分编码 双相脉冲编码（曼彻斯特编码）
第二章-数据通信基础
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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
第二章 数据通信基础
(a)模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，是一 种连续变化的电信号（如：语言信号），它可以不同频率在 介质上传输。
(b)数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个 数，它以恒定的正电压/负电压，表示“1”、“0”，可以用不 同的位速率在介质上传输。
2. 传输（通信） 传输又叫通信，是把信息从一个地方送到另一个地方。 涉及模拟通信、数字通信、数据通信几个概念。 通信系统模型如右图： 接收信息 的目的地 1) 模拟通信 若信源产生模拟信号，且以模拟信道传输，则称为模 拟通信，如电话、电视系统目前都采用这种方式。 2) 数字通信 若信源产生模拟信号，但以数字信道传输，（传输的 是数字信号），则称为数字通信。如IP电话，把语音信号 经压缩编码后，经Intenet把数字编码传到对方，再解码还 原为语音信号。 信息产生和出现 的发源地
注意： 1个码元，是一个电脉冲，它表示一个脉冲状态，1个码 元并不一定代表一个比特，它所表示的信息（携带信息）可 能是2bit、3bit，若脉冲状态有4种，00、01、10、11，则一 个码元传2bit信息。 仅当电脉冲信号状态数为2时，即只有“0”“1”两个状态 时，每个电信号只传输1位二进制数，比特率=特波率，但意 义仍不同。 此外，波特和比特含义不同，一个是码元速率，一个是 信息量的单位。 · 波特率与比特率间关系： S=Blog2N (bps) N：脉冲状态数（电信号的状态数）
(2)信道容量
· 信道容量 指信道上能够传送的最大数据率。当传输率高于信道容 量时，信道上根本不能传送信号，即信道容量是信道的一个 极限参数。 · 传输率受限原因： 任何信道都不是理想的，信道带宽有限，信道上存在多 种干扰，在传输信号时会带来各种失真。 1924奈奎斯特（Nyquist）有限带宽无噪声信道极限数据率 · 奈奎斯特公式： Rmax=2W (Baud) =2Wlog2N (bps) 其中： W为信道带宽，N为脉冲状态数（码元离散值个数）。 当N=2时， Rmax=2W
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
第二章数据通信技术基础
（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
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。
【软考网络工程师教程-成功笔记】第2章数据通信基础
【软考网络工程师教程-成功笔记】第2章数据通信基础2.1数据通信的基本概念（了解）通信的目的就是传递信息。
通信中产生和发送信息的一端叫做信源，接收信息的一端叫做信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。
图2-1 通信系统模型2.2信道特性2.2.1信道带宽（10下15，13下15，14下15，15下15，16上14，17上12，13）在模拟信道：带宽W=f2-f1，其中f1是信道能通过的最低频率，f2是信道能通过的最高频率，单位是赫兹（Hz）。
在数字信道：数字信道是一种离散信道，带宽决定了信道能达到的最高数据传输速率。
码元：一个数字脉冲称为一个码元。
---相同时间间隔（可理解为是钟周期）相同的信号。
码元速率：单位时间内通过信道传送的码元个数，如果信道带宽为T秒，则码元速率为B=1/T。
单位叫波特（Band）。
（09下）尼奎斯特采样定理：在一个理想的（即没有噪声的环境）信道中，若信道带宽为W，则最大码元速率为：B=2W（Baud），其数据速率取决于1码元携带的比特数，这是由信道的物理特性决定的。
码元携带的信息量n与码元种类N关系为n=log2N，则极限数据速率为R=Blog2N=2Wlog2N香农定理：在一个噪声信道的极限数据速率和带宽之间的关系。
极限数据速率公司为C=Wlog2(1+S/N) 分贝与信噪比关系：dB=10log10S/N其中W为带宽，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，S/N为信噪比【真题2010年下半年】●设信道采用2DPSK调制，码元速率为300波特，则最大数据速率为（15）b/s。
（15）A.300 B. 600 C. 900 D. 1200【解析】：P292DPSK二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，代表一个码元携带的信息量为2位。
R=B*log2(N)=300*log2(2)=300bps （R为最大数据速率、B为码元速率）【参考答案】：（15）A【真题2017年上半年】●电话信道的频率为0~4KHz，若信噪比为30dB，则信道容量为（12）kb/s，要达到此容量，至少需要（13）个信号状态。
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
数据通信基础
UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线
屏蔽双绞线（STP）
优点： 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当
缺点： 安装不合适有可能引入外界干扰
2. 同轴电缆
同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层以及保护塑料外层所组成，如图所示。
图 【同轴电缆】
§2.1.2通信系统模型
通信系统模型 通信系统的三个基本要素：
➢信源是产生和发送信息的一端 ➢信道是信息传输的介质 ➢信宿是接受信息的一端
数据通信系统的实例
2.1.3 数据的传输方式
1、并行传输 数据以成组的方式在多条并行信道上同时进行传输。 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
2.4数据交换
3、分组交换方工式
将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
优点： 1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快； 2）转发延时小——适用于交互式通信； 3）某个分组出错仅重发该分组——效率高； 4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。 特点： 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。 2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。
电话机
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
单工、半双工与全双工通信综合比较
传 通信方 输
式方 向
固
单工
定 单
向
限
半双工
时 双
向
全双工
双 向
信
道 个
收发方的限制
数
优缺点
应用
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
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。
中职计算机网络-第2章-数据通信基础
填空1、有两种类型的数据，取连续值的数据称为模拟数据，取离散值的数据称为数字数据。
2、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；按传输信号的种类可以分为模拟信道和数字信道等。
3、数据通信系统它是由数据终端设备（DTE）、数据线路端接设备（DCE）和通信线路等组成。
4、根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有单工通信、半双工通信和全双工通信。
5、通常使用三种交换技术：电路交换、报文交换和分组交换。
6、ATM模型分为三个功能层：ATM物理层、ATM层和ATM适配层。
7、分组交换又分为数据报和虚电路。
8、差错检验的方法有奇偶校验和循环冗余码校验。
名词解释数据通信：是两个实体间的数据传输和交换，在计算机网络中占有十分重要的地位，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任务。
信息：是对客观事物的反映,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，也可表示物质与外部的联系。
信息有各种存在形式。
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：信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。
物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输及其附属设备组成。
逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。
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：在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。
比特率：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（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。
波特率：波特率是一种调制速率，也称波形速率。
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，其单位为波特（baud）。
计算机网络技术第2章数据通信基础
信道
解码器
信宿
噪音源
数字通信系统结构
由于数字信号不适合远距离传输，所以在传输前将其变为模拟 信号。因此，数字通信系统通常由信源、信源编码器、调制器、 信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪音源组成， 其结构模型如下页图所示。
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2.1.1 数据通信系统
信
信
信
调
信
解
信
信
信
源道
道
源
编
编
制
调
译
译
源
信道容量是指信道能传输信息的最大能力，一般用时间内最大可传
送的字节数来表示。信道容量由信道带宽F、可使用的时间T以及信 道质量决定。信道容量和信道带宽具有正比关系，带宽越宽， 则容量越大，传输效率也就越高。关于信道容量的计算有两条 著名的定理。
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2.1.4 信道带宽和信道容量
⑴ 奈奎斯特(Nyquist)定理：1942年,H.Nyquist证明，任何 一个信号如果通过带宽为W（Hz）的理想低通滤波器，若每秒取样 2W次，就可以完整地重现该滤波过后的信号。在理想条件下 (无噪音有限带宽W的信道)，其最大的数据传输速率C（信道容
⑴ 数据块长度为108bit，数据发送速率为1Mbps； ⑵ 数据块长度为1000bit，数据发送速率为1Gbps；
解：根据上述计算发送时延公式和计算传播时延公式，分别求出不 同链路的不同时延。
⑴ 发送时延＝108bit/(1Mbps)＝100s
传播时延＝1000bit/(2×108m/s)＝5ms
信源
调制器
信道
解调器
噪音源 模拟通信系统结构
5
信宿
2.1.1 数据通信系统
(2) 数字通信系统：计算机通信、数字电话以及数字电视等信号 都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统。 数字通信系统通常由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及噪音 源组成，其基本结构模型如下图所示。
第2章数据讲义通信基础
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2、频带传输：是指利用模拟信道传输数据信号的方法
在计算机的远程通信中，现有的电话交换网属于模拟通信 信道，是不能直接传输原始的电脉冲信号的（也就是基带信号 了）。因此就需要利用频带传输，就是用基带脉冲对载波波形 的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，这就是调 制。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过线路传输到 接收端，然后经过解调恢复为原始基带脉冲。这种频带传输不 仅克服了目前许多长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点， 而且能实现多路复用的目的，从而提高了通信线路的利用率。 不过频带传输在发送端和接收端都要设置调制解调器。
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信道是传输数据经过的路径，是连接两个DTE的线路， 包括传输介质和有关设备。一条由通信介质构成的线路上通 常包含多个信道。
信号变换器：其作用是将信源发出的信息变换成适合在 信道上传输的信号。发送端的信号变换器可以是编码器或调 制器，接收端的信号变换器可以是译码器或解调器。
编码的目的有两个：一是将信源输出的信息变换后便于 在信道上传递，此为信源编码；二是将信息再根据一定规则 加入一些冗余码元，以便在接收端能正确识别信号，降低出 现差错的概率，此为信道编码。
因噪声而变形的数字信号被转发 由于数字传输要比依靠可变电压的模拟传输可靠得多，并 且数字发送几乎不受噪声影响。所以大部分网络仅限于使用数 字传输。
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也有使用模拟信号传输数据的情况：比如使用调制解调器连 接两个系统。在发送端，调制解调器将数字信号调制成模拟信号， 通过传输模拟信号的电话线传输；在接收端，调制解调器将数字 信号解调成模拟信号。Modem (调制解调器)是Modulator(调制)／ Demodulator(解调)。这个词反映数字3，2，1。按照8比特位 的扩展A S C I I编码（前面以0开头），下面的比特将被发送：
第2章 数据通信基础
数据报方式的特点是：
①同一报文的不同分组可以由不同的传输路 径通过通信子网。 ②同一报文的不同分组到达目的节点时可能 出现乱序、重复和丢失现象。 ③每一个分组在传输过程中都必须带有目的 地址和源地址。 ④报文传输延迟较大，适用于突发性通信， 不适用于长报文、会话式通信。
(2)虚电路(virtual circuit)
③节点A向节点C发送分组P1时，节点C要对P1 传输的准确性进行检测。如果传输正确，节 点C向节点A发送正确传输的确认信息ACK；节 点A收到节点C的ACK信息后，确认P1已正确传 输，则废弃P1的副本。其他节点间的传输与 交换过程与此类似。这样，报文分组P1通过 通信子网中的多个节点存储——转发，最终 到达目的节点B。P2及其他分组传输情况也类 似。 ④目的主机收到全部报文分组，按照报文分 组号进行重新排列和组装，还原成原来的报 文。
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。
第二章 数据通信基础
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2章 数据通信基础知识
40
设有一个10000字符的文件，采用异步传 输，以2400b/s速率进行传输，
1）设每一个字符包含一个起始比特，8位 数据比特和一个停止比特，试问：额外 的开销是多少？
2）设数据以帧的方式传播，每个帧包含了 1000个字符，以及48控制比特，试问： 额外的开销是多少？
41
2.3.1 传输方式(续4)
n
e(t) e(kt) (t kt)t，
k 0
取极限
e(t )
e(
)
(t
)d
17
其中一个脉冲函数的响应：
rk (kt) e(kt)h(t kt)t
取和：
n
r(t) e(kt)h(t kt)t
k 0
取极限，得到卷积公式：
r(t)
t
0
e(
)h(t
)dt
e(t)
h(t)
18
（2）频域分析法 频域分析的基本思想：
33
2.3.1 传输方式(续1)
2、串行传输和并行传输
按照传输数据的时空顺序，传输方式可分为 两类：
串行传输 指数据在一个信道上按位、依次 传输的方式。
按位：一位一位地进行传输，每一位数据都 占据一个固定的时间长度。
例：键盘、鼠标器与主机间采用的就是串行 数据传送。
34
其特点：① 所需线路数少，投资省，线 路利用率高；② 在发送和接收端需要分 别进行并/串和串/并转换；③ 收发之间必 须实施同步。适用于远距离数据传输。
最高频率与最低频率这之间的频率范围 。
调制：把基带信号变换成传输信号的技术。
31
回顾
带宽：某信号所具有的频带宽度,表征信 道传送信号的能力。 1 模拟信号 Hz 2 数字信号 b/s
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第2xx 数据通信基础练习1．计算机网络中的通信网络是一个数据通信系统，计算机网络的工作原理和数据通信是紧密相关的。
2．数据是信息的表示形式是信息的物理表现。
所有信息都要用某种形式的数据表尔和传播。
信息是数据表示的含义，是数据的逻辑抽象，它不会因数据的表示形式不同而改变。
3．数据通信主要研究二进制编码信息的通信过程。
无论信息采用什么数据形式表示，在数据通信系统中都必须转化成二进制编码。
4．信号是在特定通信方式中数据的物理表现,它有具体的物理描述。
5．模拟信号是一个连续变化的物理量，数字信号是离散取值的物理量，例如表示二进制数据的1、0 信号。
6．数字信号的再生是指在信号传递过程中受到外界干扰而产生变形后，通过信号判决再恢复成原来的信号。
7．信道是通信系统中传输信号的通道，它包括通信线路和传输设备。
根据信道使用的传输介质可以分成有线信道和无线信道。
根据适合传输的信号类型可以分为模拟信道和数字信道。
模拟信道用于传输模拟信号,如电话用户线路，数字信道用于直接传输数字信号，例如光纤线路。
8．信号带宽是信号中包含的频率范围。
对于模拟信号，带宽计算方法为：信号带宽=信号最高频率- 信号最低频率9．信道带宽是信道上允许传输电磁波的有效频率范围。
模拟信道的带宽等于信道可以传输的信号频率上限和下限之差，单位是Hz信道的带宽不一定等于传输介质允许的带宽。
10．数字信道的带宽一般用信道容量表示，它是信道的最大数据传输速率，单位是比特/秒(b/.s)。
例如，当前主流局域网中使用的5类双绞线，其信道带宽为100Mb/S，即最大数据传输速率为100Mb/ S。
信道容量对信道传输介质的带宽有一定的依赖关系。
11 .数据终端设备DTE是数据通信中的数据源和数据宿，实际就是计算机设备。
12．数据通信是计算机与计算机间的通信，为了有效而可靠地进行通信，通信双方必须遵守通信协议。
通信控制器是数据链路层控制通信规程执行部件，完成收，发双方的同步。
常见的通信控制器有：串行通信控制器和网络接口卡。
13．串行通信控制器可以进行同步和异步传输。
由于在一般情况下都使用异步传输方式，所以习惯称其为异步串行通信接口。
14．网络接口卡，简称网卡，是计算机连接到局域网时常用的设备。
网卡为计算机之间的数据通信提供物理层连接、介质访问控制，并执行数据链路层通信规程。
15.DCE是用来连接计算机与通信线路的设备，其主要作用是把数据信号转换成适合通信线路传输的编码信号，并提供同步传输的时钟信号等。
在广域网连接中，一般需要使用DCE设备作为网络通信设备。
16.在数据通信中，信道也称作数据电路，一般指通信线路加DCE设备。
两个DTE之间通过握手建立起的传输通道称作数据链路。
数据电路属于物理层，数据链路属于数据链路层。
17.传输介质是信道的重要组成部分。
不同的传输介质具有不同的信道特性。
在数据通信中，常用的传输介质有以下几种类型：双绞线同轴电缆光纤无线传输介质。
18.双绞线是目前常用的一种信道传输介质，它采用一对互相绝缘的金属导线以绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。
19.把两根绝缘的铜导线按一定密度绞合在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。
20.大部分计算机联网都使用四对双绞线电缆。
双绞线电缆两端都需要安装RJ-45连接器，俗称水晶头”21．光纤是使用微米级直径的光导纤维制成的传输介质，是迄今为止频带最宽、可靠性最好、抗干扰能力最强，并且重量轻、体积小的有线传输介质。
光纤有多模光纤和单模光纤之分。
在单模光纤中仅仅提供单条光通道。
22 .单模光纤使用激光作为光源，信道带宽较高，理论带宽为40Gb/s，实验室记录带宽可达1200 Gb/s,在100Mb/s速率时传输距离可以达到50km以上，一般用于长距离通信。
23.多模光纤纤芯直径一般远大于光波波长。
所以光载波信号可以与光纤轴有多个可分辨角度的传输,多模光纤中可以提供多条光通道。
目前多模光纤主要有两种规格：多模光纤使用LED作为光源，成本较低，信道带宽较低，所以它多用干传输速率相对较低,并且传输距离较短的网络中。
24.在数据通信中,无线信道的传输介质主要采用微波和红外线。
25.微波信号是直线传输的。
在地面微波系统中,由于受地球曲面的影响,每隔40~48km 需要设置一个中继站。
26.激光也是一种无线传输介质,激光和红外有类似的特点,一般较少使用。
27 .在数据通信中,数据需要使用二进制编码表示,二进制编码数据需要使用信号表示,用两个电平值表示二进制数0, 1 是一种最简单的数据编码方法。
28.在数据通信中传输的都是二进制编码数据,终端设备把数据转换成数字脉冲信号。
数字脉冲信号所固有的频带称为基本频带,简称基带。
在信道中直接传送基带信号称为基带传输。
29.基带传输方式虽然简单,但不适合长距离传输,而且不适合在模拟信道上传输数字信号。
30.为了利用模拟信道长距离传输数字信号,需要把基带数字信号利用某一频率正弦波的参量表示出来。
这个正弦波称为载波。
31．幅度调制编码是使用数字信号控制载波的幅度，通过载波幅度变化表示二进制数字0 或1。
32．频率调制编码是使用数字信号控制载波的频率,通过载波频率变化表示二进制数字0 或1。
33．相位调制编码是使用数字信号控制载波的初相角，通过载波相位的变化表示二进制数字0 或1。
34．数据传输速率是单位时间内传输的二进制数据位数，单位是比特/ 秒（b/s，bps）。
35．误码率是指二进制码元在传输中出错的概率，是衡量传输系统可靠性的指标。
36．在基带传输系统中直接传输数据终端设备产生的数字信号。
但为了正确无误地传输数字数据，一般需要在DCE设备中对数据进行编码。
37．在基带传输系统中常用的数字信号编码方式有以下几种：非归零编码，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码，非归零交替编码与4B/ 5B 编码，其他数据编码。
38．在远距离通信系统中，通信线路的成本是最高的，所以并行传输方式一般只在系统内部或很短距离的系统之间使用。
计算机网络中的通信方式一般都是串行传输方式。
39．在串行传输方式中,数据是按位传输的，发送方和接收方必须按照相同的时序发送和接收数据，才能够进行正确地数据传送。
根据传输时序的控制技术可以分为异步传输方式与同步传输方式。
40．异步传输方式是收、发双方不需要传输时钟同步信号的传输时序控制技术。
RS-232C接口一般使用异步传输方式（RS-232C的9针连接器只能使用异步传输方式）。
异步传输方式的传输时序控制简单，一般用于字节（字符）数据传输。
41．异步传输方式使用起始位、停止位和波特率控制传输时序。
42．异步传输方式一般使用Modem作为DCE设备，但异步传输的传输控制是由DTE设备完成的。
43．同步传输是通信的双方按照同一时钟信号进行数据传输的方式。
由于双方在同一时钟信号指挥下工作，例如发送方在时钟信号上升沿发送数据，接收方在时钟信号下降沿接收数据，收、发的双方可以达到步调一致地传输数据，即同步传输。
44．在传输电子信号的线路中，一条信道理论上由两条线路组成，两条线路形成一条信号回路。
一般把信道的两条线路中的一条称作数据信号线，另一条称作地线。
45．根据信道的不同结构，有三种通信方式，即单工通信、半双工通信和全双工通信。
46．单工通信信道为一种单方向的传输通道，信号只能向一个方向传输。
在计算机网络中一般不采用单工通信。
47．半双工通信信道中，发送信道和接收信道共用一条通信线路，数据可以向两个方向传输，但不能同时传输。
在总线型局域网中，多个站点共享一条通信线，所以其通信方式只能是半双工方式。
48．全双工通信信道结构中，发送信道和接收信道各自独立，可以同时发送和接收数据，数据通信效率高。
在星型局域网中都采用全双工通信方式。
49．在数据通信系统中，数据传输方式一般需要考虑是串行数据传输还是并行数据传输；是异步传输还是同步传输；是基带传输还是频带传输；是单向数据传输（半双工）还是双向（全双工）数据传输。
这就是数据传输方式包含的内容。
50．链路复用是利用一条通信线路实现多个终端之间同时通信的技术。
链路复用技术主要应用于通信网络的传输网络。
链路复用技术主要有电信号传输中的频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）和统计时分复用（STDM；光信号传输中的波分复用（WDM）;无线移动通信中的码分多址（CDMA等。
在计算机网络中主要采用统计时分复用技术，在无线局域网中主要采用码分多址复用技术。
51．频分多路复用是在传输介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，把多路信号调制在不同频率的载波上，实现在同一传输介质上同时传输多路信号的技术。
52．时分多路复用是一种当传输介质可以达到的数据传输速率超过被传输信号传输速率时，把多路信号按一定的时间间隔传送的方法，是实现在同一传输介质上“同时”传输多路信号的技术。
53．统计时分复用是根据用户有无数据传输需要分配信道资源的方法。
相对于频分多路复用和时分多路复用而言，统计时分复用是一种动态资源分配方式。
54．波分多路复用是指利用光具有不同波长的特性，在一根光纤上同时传输多个波长不同的光载波信号。
它就是光纤信道中的频分多路复用。
55．码分多址多路复用是移动通信中使置的信道复用技术，主要解决多用户使用相同频率同时传送数据的问题。
在线局域网中也采用CDMS技术。
56.无线局域网也采用了CDMA技术，IEEE 802.1标准对无线网络物理层规定了三种传输方式：红外和采用直序扩频技术、跳频扩频技术的射频信号传输方式。
57.数据通信的过程就是通信的双方通过信道交换数据的过程。
在广域网中，数据传输一般需要经过通信交换网络。
常见的数据交换方式有电路交换，报文交换和分组交换三种。
58.电路交换技术是指通信的双方在通信之前需要建立一条端到端的直通数据电路，引导数据从源点到达终点。
在电路交换技术中，通信过程包括三个阶段。
建立连接阶段；数据通信阶段：拆除连接阶段。
59.报文交换是利用“存储转发”方式传输数据。
用户在传送数据时不需要和对方建立连接，而是直接把包含对方地址的数据报文发送到交换机。
交换机可以存储大量的报文，根据其目的地址，报文在不同方向的发送缓冲区中排队等待发送，报文将被依次转发到下一个交换机，直至到达目的终端。
60．分组交换也称为包交换，是计算机网络中使用较多的数据交换方式。
分组交换是综合了电路交换和报文交换的优点，克服了它们的缺点而产生的数据交换方式。
分组交换采用报文交换的“存储一转发”传输方式。
61．差错控制的基础是进行差错检验，检查在信号传递过程中是否发生了错误。
常用的差错检验方法有以下两种：奇偶校验、CRC校验。
62. CRC即循环冗余校验，是一种检错能力非常强大的检错方法。