网络控制技术第讲网络与数据通信
数据通信原理课程
(学时： 50 )数据通信原理课程是面向电子信息工程、网络工程等专业开设的一门必修的专业基础课程，是该专业的主干课程，共 50 学时， 3.0 学分，其中实验课程 10 学时。
本课程在电子信息工程专业教学计划中是一门专业基础课程，又是一门专业的数字信号传输的理论课，它是为满足通信领域对应用人材的需要而设置的。
通过本课程的学习，为以后学习计算机通信网络和计算机通信接口技术等后继课程打下必备的基础，并且为以后从事计算机通信工作提供一定的技术支持。
1．基本要求通过本课程的学习，要求学生掌握数据通信的构成原理和工作方式；掌握数据信号的传输理论：基带传输和频带传输；掌握差错控制的基本原理和工作方式，理解常用差错控制码的构成原则；理解数据交换的原则，掌握分组交换的基本内容，了解分组交换网的构成。
本课程是一门原理性的课程，要求学生掌握数据通信较完整的概念和构成。
2．基本方法本课程的教学方式和方法主要以课堂讲授为主，并以课堂讨论和习题课为辅。
1．授课教材《数据通信原理》詹仕华主编，中国电力出版社(2022 年第 1 版)。
2．主要参考书目《数据通信技术教程》蒋占军编著，机械工业出版社(2022 年第 2 版)。
《数据通信原理》毛京丽等编著，北京邮电大学出版社(2000 年第二版)；《数据通信原理》杨世平等编著，国防大学出版社(2001 年第一版)；《现代通信原理》钱学荣编，清华大学出版社(1999 年)。
本课程共 3.0 学分，总教学共 50 学时，具体学时分配如下表：各章节内容学时数第一章：绪论 4第二章：数据通信基础知识 6第三章：数据信号的基带传输 8第四章：数据信号的频带传输 8第五章：差错控制与信道编码 8第六章：物理层接口与传输控制规程 2第七章：分组交换数据网 4实验 10第一章绪论(4 学时)1、目的要求：本章介绍数据通信有关的重要概念和定义，要求理解数据通信系统的构成、数据传输速率、方式、质量和信道容量的基本内容。
通信网络基础3
7.9 数据通信网络
• 计算机通信网 – 以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络 – 计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式 – 由两级子网构成： • 以计算机通信网为通信子网； • 以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网 – 以数据通信为手段，以资源共享为目的 – 数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功 能 – 网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志
• 接收端 指用来接受信息的目的地设备，包括通信模型中的整个信
宿以及接收器的部分逆变换功能。常用的信宿有电话、数据终端、 主计算机系统和视频显示器。 • 除无线广播和电视等单向传输外，发送和接收通常是双向的。
7.3 电路
– 电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两 点或多点之间的端到端的信息传输通路。
7.10.2 城域网（MAN）
Metropolitan Area Network
7.10.3 广域网（WAN）
• 覆盖的地理范围很大 • 跨越公共信道 • 部分依赖共享的载波电路 • 可以选用的交换技术
– Circuit switching – Packet switching – Frame relay – Asynchronous Transfer Mode (ATM)
第三部分：网络控制理论
Electric & Information College, Hunan University
第7章 通信网络的传输系统
7.1 数据通信网络连接
1. 数据通信的传输系统
– 点到点数据链路（专用线路） – 点到多点数据链路 – 数据通信网络
2. 都使用点到点通信不现实
– 设备相距太远 – 大批设备需要的连接线难以估量
计算机控制中的网络与通信技术
计算机控制中的网络与通信技术作者：叶跃龙于福宁来源：《科技资讯》2013年第10期摘要：随着计算机技术的发展计算机自动控制系统广泛应用在了各个领域中。
计算机控制中的网络与通信技术就是计算机自动控制技术和网络通信技术相结合的产物。
论文首先介绍了计算机控制和网络通信技术发展的四个阶段接着介绍了当前网络与通信技术采用的两种主要控制技术。
并指明了各自的优势和不足文末指明了这种技术未来的发展趋势。
关键词：通信技术网络通信自动控制系统中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（a）-0030-01计算机控制中的网络与通信技术就是计算机自动控制技术和网络通信技术相结合的产物。
它是随着信息技术的共享和信息传递的要求而发展起来的。
它利用通信设备和线路将地理位置不同的功能独立的多个计算机系统连接起来。
然后借助功能强大的计算机信息处理软件对通信设备发出指令，用以控制整个网络与通信设备的正常运营。
在这个系统中多台联网的计算机共同组成了指挥命令的中枢系统。
而网络和通信设备犹如四肢，担当着信息的共享与传递任务他们共同组成了一个完整统一的信息处理系统。
1 计算机控制和网络通信技术的发展在历史上经过了这样四个阶段第一阶段：联机系统。
主要有一台中央主处理机将大量地理位置分散的其他计算机连接起来。
这台主处理机担负了运算指挥数据的收集和存储等大量功能，而其他计算机只担负部分信息的收集和反馈功能。
因此由于连接终端的计算机越来越多，中央主处理机担负的数据处理任务就越来越多，导致运行速度变慢。
指令传达延后，通信终端获取信息的速度就大受影响，所以后来就在通信线路和中央主处理机中间设置了一个前端处理机或通信控制器，专门负责与终端之间的信息控制。
第二阶段：计算机互联网络。
20世纪60年代出现了多个计算机互联系统。
这一时期计算机网络通信系统的主要特点就是资源多向共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。
第一讲 数据通信网络基础
数据通信网络基础主讲人：华山制作：华山第1章数据通信基础▪主要内容：数据通信的发展历史数据通信的构成原理数据通信方式分类及特点数据通信常用的传输介质和基本传输方式1.1 数据通信的发展历史▪三个阶段：第一阶段：具有通信功能的联机系统——多终端系统第二阶段：计算机网络——多机系统第三阶段：互联网——多网络系统1.2数据通信的构成1、计算机网络是一组自治的计算机互联的集合。
把分布在不同地理区域的独立式计算机及外部设备利用通信介质互连成功能强大的网络系统，实现相互通信和共享信息资源。
2、通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计数机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。
3、协议是通信双方约定并且共同遵守的格式和规范。
4、数据通信是计算机网络的基本功能，用以实现计算机与终端之间或计算机与计算机之间的传递各种信息，将地理上分散的单位和部门通过计算机网络连接起来进行集中管理。
5、信息分布处理对于较大型的综合性信息通过某些算法将数据处理功能交给不同的计算机处理，以达到均衡使用网络资源，实现分布处理的目的。
6、比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成接口接口数据电路终接设备数据电路终接设备传输信道数据终端设备数据输入输出设备通信控制器通信控制器中央处理机计算机系统1.3 数据通信的交换方式1、电路交换——面向连接的网络2、报文交换报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。
3、分组交换——面向无连接的网络将用户发来的整份报文分割成若干个定长的数据块（称为分组或打包），将这些分组以存储_转发的方式在网内传输。
1.4 数据通信方式分类及特点 有线数据通信1．数字数据网（DDN）✓什么是数字数据网是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。
是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。
数据通信_第一章
数据通信系统质量指标例题
频带利用率： η=传输速率/占用频带 单位：比特／秒· 赫（b／s· Hz）、波特／赫（B／Hz）。 例如某数据通信系统，其传信率为9600bit/s，占用频带 为6kHz，则其频带利用率为η＝1.6bit/(s· Hz)。 可靠度： 可靠度=系统正常工作时间/系统工作总时间*100%
• 二进制情况下相等 • 多进制时误码率≥误信率
+3 +1
+3
+1
-1
-3 01001011 01 00
• +3/+1和-1/-3容易产成混淆,但+3/-1和-3/+1不容易 • +3错成+1, 错了一个码元, 但只错了一个比特的信息
– 假设共传送5个码元, 错了一个码元(+3错成+1) – 误码率=20%; 误信率=10%
数据线
1 1 1
发 送 端
00010111…
接 收 端
发 送 端 控制线
0 0
发 送 端
串行传输
并行传输
串行传输与并行传输谁更强 ★
• 要辩证的看待串行传输与并行传输方式，如果个单元分布集中，传输 距离短使用并行方式效率较高；例如计算机主板、IC内部。 • 反之分布较为分散，传输距离较长串行则具备优势，例如计算机硬盘 等外设的连接。
原始数据（101110） 传输中出错 原始数据（100110） 校验（1011） 校验（0011） 校验没通过 通知重传
原始数据（101110）
校验（1011）
校验通过，继续通信
数据通信系统组成 ★
D T E D C E
传输信道
D C E
D T E
第二章-数据通信基础
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zhuxh
▪ 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
数据通信基本原理
数据通信基本原理
数据通信基本原理是指数据在网络系统之间传输的基本过程和方法。
数据通信的基本原理包括数据的编码、调制解调、信道传输和错误控制等几个关键步骤。
首先是数据的编码。
数据需要进行编码以便在传输过程中能够准确地传递。
常见的数据编码方式包括ASCII码、二进制编码和压缩编码等。
通过编码将数据转换成可传输的格式，确保数据在传输过程中的完整性和准确性。
接下来是调制解调。
调制是将数字信号转换为模拟信号，而解调则是将模拟信号转换回数字信号。
调制解调的过程主要包括调制器和解调器的使用，通过改变信号的频率、振幅和相位等属性来调节信号的特征，以适应传输过程中的噪声和失真等因素对数据的影响。
然后是信道传输。
信道是数据在发送端和接收端之间的传输媒体，可以是有线传输或者无线传输。
在传输过程中，数据需要通过电缆、光纤、无线信号等传输媒介进行传输。
传输媒介的选择和使用对数据传输的速度、带宽和稳定性等有重要影响。
最后是错误控制。
数据在传输过程中可能会受到噪声、干扰或者丢失等影响，导致数据错误或者丢失。
为了保证数据的可靠传输，需要在传输过程中采取一系列的错误控制措施。
常见的错误控制技术包括检错码和纠错码等，通过添加冗余信息和检验位来检测和纠正数据传输中的错误。
综上所述，数据通信的基本原理包括数据的编码、调制解调、信道传输和错误控制等几个关键步骤。
这些原理的应用可以有效地保证数据在网络系统之间的可靠传输。
网络与通讯技术
1.2 网络的功能
计算机网络是以共享资源（硬件、软件和数据）目的而连接起来的、 在协议的控制下，由一台或多台计算机、若干台终端、数据传输 设备等组成的系统之集合。这些计算机应当具有独立自治的能力。 由定义可知，计算机网络具有如下几个方面的功能：
常由一个单位投资组建，规模小、专用、传输延 迟小。
2.按网络的拓扑结构分类
网络的拓扑通常是指连接网络设备的物理线缆 的铺设形式 。 （1）星型网 （2）总线型网 （3）环型网 （4）网状型网
星型采用集中控制方式。环型和总线型主要采用 分布式控制方式。网状结构一般用在远程网络中。网 络的拓扑结构需根据应用场合、任务要求和经济承受 能力等诸多因素综合分析确定。需要指出的是，从可 靠性及易于维护的角度出发，越来越多的网络转向物 理上的星型拓扑结构。
1.4 网络的组成 计算机网络由硬件系统和软件系统组成。 1.网络硬件系统
扫描
仪
服务
器
交换机
Inter net
路由器
服务 器
服务
器
防火
墙
图2.2 网络硬件系统结构图
工作站
1.4 网络的组成
（1）网络服务器 是可被网络用户访问的计算机系统，它包括可为网 络用户提供服务的各种资源，并负责对这些资源的管理，协调网络 用户对这些资源的访问。
（3）由于各层之间相互独立，某一层的变更不会波及到整个系统，所以， 构成的系统具有良好的扩充性能。
4．OSI参考模型
OSI参考模型将整个计算机网络分成了7层，较低层通过层间 接口向较高层提供服务。在层间接口中定义了服务请求的方式 以及完成服务后返回的确认事项和动作，详见图所示。
数据通信基础教案
三、 循环冗余码校验（CRC）。
循环冗余码 （Cyclic Redundancy Code， CRC），又称为多项式码。CRC的工作方法是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，则通知发送端重发。
*调制技术
1、调制：发送端根据数据内容命令调制器(modulator)改变载波的物理特性使其能够携带信息。
“调制”常通过改变载波的“振幅、频率、相位”三种物理特性来完成。控制载波振幅的技术称为“振幅调制”技术；控制载波频率的技术则为“频率调制”技术；控制载波相位的技术便是“相位调制”技术。
2、振幅调制技术
B为信道带宽，S为接受端信号的平均功率，N为信道内噪声平均功率，C为信道容量。
三、 码元和码字
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。
计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。
四、 数据通信系统主要技术指标
电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。
电路交换的三个阶段：
（1）电路建立阶段
（2）数据传输阶段
（3）拆除电路阶段
三、 报文交换
报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。
带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。
2.数据传输率
数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。
计算机网络技术基础教程-第一讲
计算机网络技术基础教程-第一讲计算机网络技术基础教程-第一讲第一章网络基础概念1.1 计算机网络的定义与分类计算机网络的定义计算机网络的分类- 局域网（LAN）- 城域网（MAN）- 广域网（WAN）- 互联网（Internet）1.2 网络协议与网络体系结构网络协议的定义与作用网络体系结构的分类- OSI参考模型- TCP/IP参考模型1.3 网络拓扑结构星型拓扑环形拓扑总线拓扑树型拓扑网状拓扑第二章物理层2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本要素电信号与数据信号2.2 信息的编码数字信号的编码模拟信号的采样和量化2.3 传输介质与传输方式常用的传输介质常用的传输方式- 单工传输- 半双工传输- 全双工传输2.4 调制与解调调制的概念与分类解调的概念与分类第三章数据链路层3.1 帧的概念与结构帧的定义帧的结构- 帧起始标志- 地质字段- 控制字段- 数据字段- 帧检验序列3.2 数据链路的控制流程数据链路的建立与终止数据链路的数据传输控制3.3 差错检测与纠正奇偶校验循环冗余校验（CRC）3.4 流量控制与可靠传输机制流量控制的定义与分类可靠传输机制的原理与实现第四章网络层4.1 IP协议与路由IP协议的功能与特点路由的定义与分类4.2 网际协议IPv4IPv4的地质分配与分类IPv4的分组格式与传输4.3 网际协议IPv6IPv6的地质分配与分类IPv6的分组格式与传输4.4 子网划分与子网掩码子网划分的概念与目的子网掩码的定义与使用法律名词及注释：1、OSI参考模型：国际标准化组织制定的网络体系结构模型，将计算机网络通信过程分为七个层次，每个层次负责特定的功能。
2、TCP/IP参考模型：基于TCP/IP协议族的网络体系结构模型，将计算机网络通信过程分为四个层次，分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层。
3、CRC：循环冗余校验是一种常用的差错检测方法，通过将数据与一个多项式做模运算来计算校验值，通过接收端对接收到的数据与校验值进行再次计算，判断是否存在差错。
计算机网络与Internet应用基础教程 第3章 数据通信与通信网基础
图3-7同步传输方式 内同步指某些编码技术内含时钟信号。外同步指由 通信线路设备提供同步时钟信号，该同步信号与数 据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。 总之，同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 它的优点是开销少、效率高，适合以较高的速率传 输数据；缺点是整个数据块一旦有一位错传，就必 须重传整个数据块的内容。
3.2 数据通信方式
3.2.1 并行传输方式与串行传输方式
数据传输有并行与串行两种方式。在计算机中，通 常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据 通信中，人们可以按图3-5（a）所示的方式，将待 传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺 序依次发送，这种工作方式称为“串行传输”。在 数据通信中，人们也可以按图3-5（b）所示的方式， 将表示一个字符的8位二进制代码通过8条并行的通 信信道同时发送出去，每次发送一个字符代码，这 种工作方式称为“并行传输”。
数据传输是数据通信系统的基础，其系统模型如图 3-4所示。数据通信系统除了数据传输之外还包括 数据链路和规程控制、数据在传输前后的处理等。 数据通信中的链路控制等功能牵涉到了OSI物理层 以上的协议。
图3-4 数据传输系统模型
3.1.2 信道带宽与信道最大传输速率
信道在通信系统中具有非常重要的地位，其中信道 带宽与信道最大传输速率是影响信道质量的两个主 要因素。 在数据通信系统中，信道是传送电信号的通路。广 域网包含了通信子网和资源子网，而通信子网又包 括传送线路和交换设备两部分。这里，我们将在机 器之间传输比特流的传送线路叫做信道。提到信道 的概念，首先要说明它的应用范围。本章我们要讨 论的信道，主要是指数据通信中广义的信道概念。
第3章 数据通信与通信网基础
3.1 数据通信的基本概念 3.2 数据通信方式 3.3 传输介质 3.4 通信网简介 习题3
试论计算机控制中的网络与通信技术
设备 ， 将分布在不同地区的， 能够独立工作的计算机设备连接在一起， 及时的通信，而其价格方面的优势 ， 则可以在提高通信 网络性能的同
Байду номын сангаас
它的数据传输方式主要为基带传输，具有极大地实时性和抗干扰 的性能。此外， 现场总线技术的功能模块相对分散 ， 便于系统的维护， 具 有极强的可靠性。 而其开放式的互联结构 ， 可以使同层之间的网络实现 互连， 保证与信 息管理网络的互连。同时， 它的互操作性极强， 可以保证 不同厂家生产的通讯设备 ，能够在相同的通信协议下，实现统一的组
３ ． １联机 阶段
４计算机控制中的网络与通信的主要技术
４ ． １以太 网
以太 网是 一种具有极 大优势 的计 算机控 制技术 ，它具有例 如 网络 的成本 低 、 应用 的范 围广 、 软件 和硬 件 资源 丰富 、 通 信速 率高 以及 市场 潜力大等特点， 这些优势的存在， 决定了以太网具有极为广阔的市场前 景， 逐渐控制甚至是垄断了商用计算机的通信管理， 并开始向工业现场
态。
在这个阶段， 计算机主要是利用中央处理机， 将分散在不同地理位 置 的大 量计算 机连接在 一起 ，来 实现信 息控制 和交换 的。在这种 方式 下， 主处理 器负 责主要 的运算和指 挥工作 ， 并 将大量 的数据 收集和存 储 起来。而其他的计算机只是针对部分信息进行收集和反馈。 但是， 随着连 接终端 的计算机 数量 的不 断增 多 ， 主处理机 所负担 的 处理任 务也持 续增加 ， 造 成 了沉 重处理负 担 ， 使得其 运行 的速度越来 越 慢，其通信终端的信息获取速度也受到极大的影响。为了解决这个问 题， 便在通信线路和中央主处理机之间， 设置了一个通信控制器或者前 端处理机 ， 用来负责与终端计算机之间的信 息控制 ， 可以极大地提高数 据 处理 的速度 。 ３ ． ２计算机 互联 阶段 互联 网络 阶段主要 出现在二 十世纪 的六十 年代 ，主要 是指通 过多 个 计算机 的互联 ， 形成互 联系统 ， 以实现信息 的共享 。这种通信 系统 具 有 分组交 换 、 控制分 散 、 资源 多项共 享等优势 ， 但 同时也 有相 对封 闭 、 过 于独立等方面的缺陷 ， 很难实现网络的完全互通和信息的完全共享。 ３ － ３标准化 网络阶段 随着微处理器和集成电路的出现和高速发展 ，计算机技术得到了 迅猛的进步 ， 这是标准化网络阶段出现的技术前提。 从二十世纪八十年 代起 ， 计算机的体积越变越小， 运行的速度却越来趱 陕， 功能不断齐全， 使用的可靠陲也在不断提升。 此外， 随着局域网的迅速发展， 以在路由器和调制解调器的相继使 用， 许多计 算机和 通讯系 统逐渐形成 了一个 交互式 的 网络 ， 真正地 实现 了计算机之间的信息共享。 ３ ． ４互连和高 速网络 阶段 信 息高速公路的建设 ，是在二十世纪九十年代时提出的一个重大 的课题 ， 适应了信 息化通信的具体要求。紧随美国之后 ， 世界上的其他 各个国家也都开始重视国家的信息工程建设， 并逐渐在全球范围内， 形 成了以互联网为核心的网络通信技术 ， 以实现全球资源的共享。
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。
6
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。
13
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。
网络技术基础数据通信基础PPT课件
带宽与速度：1.54Mb/s
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2.2信息及主要特点
1、数据信道和模拟信道
0
1
0
0
1
1
1
0
0
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数据信道和模拟信道
1、模拟信道传送
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数字信道传送
数字通信系统的任务是传输数字信息，数 字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号， 也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码 信号。 频带信号：指音频模拟信号，即带宽为300Hz3400Hz的普通电话信号。 基带信号：在计算机数据通信中，主要指数字 信号，它是一种矩形波，其分量的频率范围相差 很大。
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字节级同步
两端每次以字节为单位传输数据，并在字 节两端加特殊记号，作为开始与结束。 优点： 接收方按字节来接收，虽然会出现时钟差 异，但由于字节短，差错较少。 异步机制与同步机制。
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同步传输与异步传输
同步传输：接收端与发送端具有共同时钟。
方式
位级同步与帧级同步采用同步控制
异步传输：接收端与发送端不需要严格的时间
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基本概念 信息及其主要特性 传输介质 数据编码 多路复用技术 数据交换技术 差错控制及检错
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本章学习目标
➢记忆数据通信的基本概念 ➢了解数据通信的主要构成与信息主要特性 ➢记忆主要传输介质的特性 ➢理解数据编码 ➢了解多路复用技术、交换技术 ➢理解差错控制
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2.1基本概念
通信系统模型
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(1)信息（Information）是客观事物属性和相互联系特 性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。
(2)数据（Data）一般可以理解为“信息的数字化形式” 或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具 有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量 数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机 网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、 处理和传输的二进制数字编码。
计算机科学技术导论(第二版) 第4章 计算机网络与通信
2．纠错码 纠错码是指在发送每个组信息时发 送足够的附加位，借助这些附加信息， 接收端在接收译码器的控制下不仅可以 发现错误，而且还能自动纠正错误。 目前，比效常见的纠错编码有海明 纠错码、正反纠错码等。
返 回
4.3 因特网
4.3.1 因特网的历史演变
因特网的英文原词是“Internet”，它起源于1969年在美国 建立的ARPA网 。随着网络技术的发展，连接到ARPA网 中的节点数量不断增加专家开始深入研究适合于在多个网 络互联时使用的协议。1974年，专门为在互联网上通信设 计的TCP/IP模型和协议产生了。 1983年以后，军事部分分 成一个单独的子网，称为“MILNET”。 在20世纪70年代末，美国国家科学基金会（NSF）注意到 了ARPA网在大学科研上所起的重要作用，1984年，NSF 开始设计并建立替代ARPA网的高速互联网，以使所有美 国大学可以自由地加入其中。这个互联网称为“NSFNET”。 NSFNET从一开始就使用了简单易用的TCP/IP协议，从而 使得连接到ARPANET和NSFNET上的网络、机器和用户 快速增长，产生了专门的“互联网”的概念。
4.1.7 计算机网络的功能
1．数据通信：数据通信即数据传送，是计算机 网络最基本的功能之一。它包括传输文件和使用 电子邮件（E—mail）。 2．资源共享：资源共享包括硬件、软件和数据 资源的共享，它是计算机网络最具有吸引力的功 能之一。 3．易于进行分布处理：在计算机网络中，每个 用户可根据情况灵活选择计算机网络的资源，以 就近的原则快速处理。
4.2.2 数据传输方式
1．数据基本传输方式 数据传输的基本方式可分为并行传输和串行传输 两种。 并行传输是指数据的各位同时进行传送，而串 行是指数据一位一位地按顺序传送。图4.1
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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(2) 调制与编码
《网络控制技术》第2部分 网络与数据通信
0
1
0
0
0
1
1
0
(a) 幅 度 调 制
(b) 频 率 调 制
F1
F2 F1
F1
F2
F1
(c) 相 位 调 制
1绝 对 调 相 2相 对 调 相
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图2.12 数据调制方式
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(3) 异步传输与同步传输
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(2) 通信方式
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单工通信方式 半双工通信方式 全双工通信方式
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图2.9 数据通信方式
控制技术》第2部分 网络与数据通信
(3) 常用指标
比特率S 和波特率B 带宽 信道容量 误码率Pe
广域网（WAN：Wide Area Network） 广域网又称远程网， 通 常是指作用范围为几十到几千公里的网络。
城域网（MAN：Metroplitan Area Network) 通常是指作用范围 在WAN与LAN 之间，其运行方式与LAN相似，但距离可以到 5～50千米的网络
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2、计算机网络的概念
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计算机网络是由资源子网(虚框外部)和通信子网(虚框内部)构成的，资 源子网负责信息处理，通信子网负责全网中的信息传递。
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图2.2 计算机网络构成示意图
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《网络控制技术》第2部分 网络与数据通信
《网络控制技术》第2部分 网络与数据通信
调制：将数字信号转换成模拟信号 解调：把模拟信号转化为数字信号
载波信号可以用数学表达式表示为：
U(t)=A(t)sin(ωt+φ)
(2.4)
通过调制参数的改变对模拟信号进行编码，构成调幅、调频
和调相三种基本调制形式。
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(2) 星型结构
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图2.4 电话网的星型结构
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图2.5 以Hub为中心的结构
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(2) 星型结构
星型拓扑的优点是： 控制简单 。 故障诊断和隔离容易 。 方便服务 。
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2、数据传输
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(1) 传输方式 (2) 调制与编码 (3) 异步传输与同步传输 (4) 多路复用技术
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(1) 传输方式
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按照传输信号的时序：
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(4) 多路复用技术
波分多路复用(WDM)
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图2.18 波分多路复用
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3、信息交换技术
(1) 线路交换 (2) 报文交换 (3) 分组交换
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图2.14 同步传输方式
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(4) 多路复用技术
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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。 多路复用技术的实质就是共用物理信道，有效利用通信线路。
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图2.15 多路复用技术原理图
按数据交换方式划分：电路交换网、报文交换网 和分组交换网。
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2、计算机网络的概念
按覆盖范围对网络进行划分
局域网（LAN：Local Area Network）是一种在近距离内具有很 高数据传输速率的物理网络，覆盖范围在几米到几千米之间。 如：以太网、令牌总线网、令牌环网等。
2、计算机网络的概念
(2) 计算机网络的功能
➢ 信息交换 ➢ 资源共享 ➢ 均衡使用网络资源 ➢ 分布处理 ➢ 数据信息的综合处理 ➢ 提高计算机的安全可靠性
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2、计算机网络的概念 (3) 计算机网络的分类
按通信距离和作用范围划分：广域网、局域网和 城域网。
图2.6 环型拓扑结构示意图
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(3) 环型结构
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环型拓扑的优点是： 电缆长度短 。 当增加或减少工作站时，只需简单的连接操作 。 可使用光纤 。
环型拓扑结构的缺点是： 节点故障会引起全网故障 。 故障检测困难 。 环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式， 在负载较轻时，信道利用率相对来说就比较低。
串行传输 并行传输
发
接
发
接
送
收
送
收
设
设
设
设
备
备
备
备
(a) 串行传输方式
图2.10 传输方式
(b) 并行传输方式
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(1) 传输方式
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模拟数据
按照传输信号的表示形式 ：
数字数据
数字数据在通道中的传输又可分为“基带传输”和 “宽带传输”。
星型拓扑结构的缺点是： 电缆长度和安装工作量可观 。 中央节点的负荷较重，形成信息传输速率的瓶颈 。 对中央节点的可靠性和冗余度要求高 。
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(3) 环型结构
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环型拓扑结构是由站点和连接站点的链路组成的一个闭合环。
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2、计算机网络的概念
按数据交换方式划分
电路交换网：电路交换方式类似于传统的电话交换方式，用户在开 始通信前必须申请建立一条从发送端到接收端的物理信道，并且双方 在通信期间始终占用该信道。
报文交换网 ：当一个节点要发送报文时，它将一个目的地址附加 到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一 个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。端节点之间无需先通过呼 叫建立连接。
(1) 总线型结构
总线拓扑的优点是： 总线结构需要的电缆数量少。 总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。 易于扩充，数据端用户入网灵活。
总线拓扑结构的缺点是： 总线的传输距离有限，通信范围受到限制。 当接口发生故障时，将影响全网，且诊断和隔离较困难。 一次仅能由一个端用户发送数据，其它端用户必须等待，直到获 得发送权，因此媒体访问控制机制较复杂。
基带传输有三种编码方法 ： 非归零编码
曼彻斯特编码 差分曼彻斯特码
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(1) 传输方式
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数据 同步时钟
010010110
(a) 非归零编码
(b) 曼彻斯特编码
(c) 差分曼彻斯特码
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图2.11 数字信号的三种编码
图2.8 “星—总”拓扑示意图
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(4) 混合型结构
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环型拓扑的优点是： 故障诊断和隔离较为方便 。 易于扩展 。 安装方便 。
环型拓扑结构的缺点是： 需要选用带智能的集中器 。 故障检测困难 。 像星型拓扑结构一样，集中器到各个站点的电缆安装长度会增加。
(4) 典型的计算机网络应用系统
办公自动化OA(Office Automation)；
工业自动化IA(Industrial Automation)；
管理信息系统MIS(Manage Information System)；
图书、信息检索系统；
证券及期货交易系统；
POS与ATM系统；
电子政务(Electronic Government)；
1、计算机网络的形成与发展
(3) 开放式标准化计算机网络
1977年，国际标准化组织ISO(International Standardization Organization) 设立分委员会SC16，以“开放系统互连”为目标，专门研究网络体 系结构、 互连标准等。
1984年，ISO正式颁布了OSI(Open System Interconnection)参考模型。
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(4) 混合型结构
将总线型、星型、环型中的某两种单一拓扑结构混合起来， 取两者的优点构成的拓扑。
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图2.7 “星—环”拓扑示意图
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(4) 混合型结构
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