二数据通信基础
02数据通信基础
• (3)全双工通信方式：通信双方可以同时进行双向的信息传输，通信的双 方必须都具有同时发送和接收的能力，并且需要两个信道分别传送两个 方向的信号。应用于计算机之间。
考点分析：数据传输的方式
• 数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传 输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。
• 信道按使用权限可分为专业信道和共用信道；接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。
• 5．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效率之差。带宽越大，所能达到的传 输速率就越大，所以信道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。例如， 若一条传输线路可以接受600～2000 Hz的频率，则该传输线的带宽是 1400 Hz(2000～600 Hz)。普通电话线路的带宽一般为3000 Hz。
• (3)宽带传输：在同一信道上，宽带传输系统是可以进行数字信息和模拟 信息服务的。计算机局域网采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输 两种方式，基带传输和宽带传输的主要区别在于数据传输速率不同
考点分析：数据交换技术
常用的数据交换技术有：电路交换、报文交换、分组交换技术 1．电路交换技术（又称线路交换技术） 电路交换技术是在电话系统中广泛应用的一种传统交换技术，即在两个工 作站之间建立实际的物理连接。 基本过程包括三个阶段：建立连接（信道建立）、传输数据、拆除连接 （释放信道）。适合远距离成批传输数据。 电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是 线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时 工作。
2 数据通信基础
又称为延迟，是指一个分组从发送端开始发送到接收端接收 所需的时间。数据传输总的时延等于发送时延、传播时延和 处理时延的总和。
2.4 数据交换方式
2.4.1 电路交换（Circuit Switching）
使用电路交换的通信意味着在通信的两个站之间 首先需要存在一条专用的通信通路。电话通信就是 线路交换的典型例子。
信息传输率Rb与码元传输率RB之间的关系为： Rb=RB*log2N 式中，N为码元的进制数。
3. 误码率
误码率是指二进制码元在数据正常传输过程中出错的概率， 也称为“出错率”，常用Pe表示。Pe的定义公式如下：
ne Pe n
4. 时延（delay）
n为传输的二进制代 码总数，ne 表示接收
中传错的码元数。
2.2.2差错控制编码
2.2.2.1 奇偶校验码
基本原理：在需要传输的k位信息的尾部都加上1个冗余 校验位，构成一个带有校验位的码组，使码组中“1”的个数成 为偶数（称为偶校验）或奇数（称为奇校验），并把整个码 组一起发送出去。接收端在收到码组后，对码组中的每个码 元进行异或运算检查其中“1”的个数是否为偶数（偶校验）或 奇数（奇校验），如果检查通过就认为收到的数据正确，否 则认为出错。 奇偶校验法简单，易于实现，编码效率高，其编码效率为 R=k/(k+1)，但它并不是一种十分安全可靠的检错方法。
2 数据通信基础
2.1 数据通信系统
2.1.1数据通信基本概念
1. 信息
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
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。数据可分为模拟数据和数字数据 两类。
第2章 数据通信基础
2.3.4三种交换技术的比较 (1) 数据报分组交换适用于短报文交换,虚 电路分组交换适用于长报文交换. (2) 两节点间的负载较重且持续时间较长时, 租用线路,采取线路交换的方式是很合算的. (3) 在交互性要求较高的场合下,报文交换 是不合适的. (4) 分组交换技术在局域网和公用数据网中 都有很多应用.
2.1.3数据通信系统的主要质量指标 2.1.3数据通信系统的主要质量指标
1.数据传输速率 (1)数据传输速率 数据传输速率又称比特率,指单位时间内所传 送的二进制位数的个数,单位为比特每秒,表 示为b/s. (2)信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率,指单位 时间内所传送的信号的个数,单位为baud(波 特)
2.数据通信系统 通信的目的是传输信息.为了实现这一目的, 通信必须具备3个必要条件:信源,媒体和信 宿.信源,媒体和信宿也称为通信的三要素. 信源是发出信息的信息源,信息源可以是人, 也可以是机器.
2.1.2数据通信系统的分类
在数据通信系统中,传输模拟信号的系 统称为模拟通信系统,传输数字信号的 系统称为数字通信系统.
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.
2.3.3分组交换 1.分组交换原理 分组交换(Packet Switching)也称包交换, 它是将用户发送的一个报文,分割成若干规 定长度的信息组,即分组信息,接着将这些 分组信息逐一在网络上通过多个地点(分组交 换)发送出去,当这些分组信息到达终点后, 再将它们重新装配成完整的报文.在主机中 产生的信息是以报文形式出现的,送到主机 去的信息也是报文形式,也就是说主机与主 机间是以报文形式通信的,报文是面向用户 的,根据用户需要而定,格式与长度都是与 用户使用要求紧密相连的.
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
数据通信基础2
数据通信基础一．基础概念1．信号（signal）信息（information）是事物现象及其属性标识的集合，它是对不确定性的消除。
数据（data）是携带信息的载体。
信号（signal）是数据的物理表现，如电气或电磁。
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可以分为两大类：（1）模拟信号：连续信号，代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号：离散信号，代表消息的参数的取值是离散的。
2．频率（frequency）物理学中的频率是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。
信号通信中的频率往往是描述周期性循环信号在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量。
频率常用符号f或v表示，单位为赫兹（秒-1）。
常用单位换算：1kHz=1000Hz，1MHz=1000kHz，1GHz=1000MHz。
人耳听觉的频率范围约为20~20000Hz，超声波不为人耳所觉察；人的视觉停留大概是1/24秒，故影视帧率一般为24~30fps；中国电源是50Hz的正弦交流电，即一秒钟内做了50次周期性变化；GSM（全球移动通信系统）系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900：1900MHz等几个频段；WiFi（802.11b/g）和蓝牙（bluetooth）的工作频段为2.4GHz。
3．信号带宽（Signal Bandwidth）信号带宽即信号频谱的宽度，它是指信号中包含的频率范围，取值为信号的最高频率与最低频率之差。
例如对绞铜线为传统的模拟电话提供300～3400Hz的频带，即电话信号带宽为3400-300=3100Hz。
4．数据通信系统（Data Communication System）数据通信系统实现信息的传递，一个完整的数据通信系统可划分为三大组成部分：（1）信源（源系统：发送端、发送方）（2）信道（传输系统：传输网络）（3）信宿（目的系统：接收端、接收方）5．信道带宽（Channel Bandwidth）信道是指通信系统中传输信号的通道，信道包括通信线路和传输设备。
数据通信基础知识点(二)
数据通信基础（二）1. 数据通信方式1.1通信方向：单工、全双工、半双工。
1.2传输方式：异步传输、同步传输。
异步传输模式同步传输模式2. 数据交换方式2.1电路交换：优点：独占性、实时性，适合传输大量的数据。
缺点：需要建立一条物理连接，利用率低。
比如早期的电话系统。
2.2报文交换：优点：不需要专用通道，线路利用率高，存储转发节点可校验纠错。
缺点：有通信时延。
比如物流包裹。
2.3分组交换：优点：利用率更高、可选路径、数据率转换、支持优先级。
缺点：时延、开销大。
比如邮局寄信,分为数据报和虚电路。
2.4:分组数据报:单向传送、无连接的。
如普通通信网络。
2.5分组虚电路：交互式、逻辑链接。
3. 多路复用技术3.1频分复用FDM：不同的频率，子信号隔离频带防串扰。
如CATV、WIFI。
3.2时分复用TDM：不同的时间，轮流占用，如手机。
分为同步时分T1、E1；统计时分。
如ATM。
3.3波分复用WDM：在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息。
4. 数字传输标准4.1T1标准:1.544Mbps、125us=8000次。
1.544Mbps=[24*(7+1)+1]*8000。
T2、T3、T4口诀：T476踢是去喽（美国和日本标准）4.2E1标准：2.048Mbps、125us=8000次。
2.048Mbps=[32*(7+1)]*8000。
CH0和CH16控制指令，30个话音数据。
E2、E3、E4口诀：E444。
（中国和欧洲）4.3SONET标准（美国）和SDH标准（国际）：用于光纤网络。
155.5205. 数据检错纠错5.1检错码：奇偶校验看1的个数是奇数/偶数。
只能检错不能纠错。
移动通信广泛采用。
5.2海明码：在数据为m后面增加用于校验位k，组成信息m+k，则满足m+k<2k-1可纠正一位错误。
不但能检错还能纠错。
码距d：也叫海明距离，两个码字之间不同的最小的位数（比特数）。
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
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。
通信原理02-数据通信的基础知识
1.4
信息及其度量
假设P(x)是一个消息发生的概率 （1） 信息量是概率的函数， 即 I=f［P(x)］ （2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且
P(x)→1时， I→0
P(x)→0时， I→∞
（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息
具有相加性: I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…
数据是事实或观测结果，是数字、字母和符号。
信号是数据的具体表现形式。数据是借助信号来 传输的，是通信中传输的主体。
信息及其度量
消息中的信息量与消息发生的概率紧密相 关。消息出现的概率愈小，则消息中包含 的信息量就愈大，且概率为0时（不可能发 生事件）信息量为无穷大；概率为1时（必 然事件）信息量为0。
1.5 通信系统的主要性能指标
（3）N Bn 0 n 0 : 噪声单边功率谱密度 S C B log 2 (1 ) N S limB log 2 (1 ) Bn 0 B S S lim log 2 (1 ) Bn 0 B n 0 S S log 2 e 1.44 n0 n0
1.5
通信系统的主要性能指标
若有信号x1x2….x256（共N种信号） 用2进制描述 用4进制描述 用8进制描述 需8位 用M进制描述，需 logMN位
需4位
需3位
在保证信息速率不变的情况下，M进制的码元速率
RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系： RB2=RBMlog2 M (B)(1.5-2)
H(x) P(x1 )(x 1 ) P(x 2 )(x 2 ) ... P(xn )(x n ) P(x1 )[ log 2 P(x 1 )] P(x 2 )[ log 2 P(x 2 )] ... P(xn )[ log 2 P(x n )] P(xi )log 2 P(xi )(bit / 符号）
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。
第二章 数据通信基础(1) (1)
• 全双工：通信是双向的，可同时发送和接收（两条独 立信道，单一信道，共享带宽）
数字信号和模拟信号下的双工与半双工
• 数字化信号通常全双工需要独立的两条路径(如两路双 绞线),而半双工只需一条。 • 对模拟化信号, 复用技术将取决于可用的频率,如果一 工作站在同一频率上发送和接收信号,它只能工作在半 双工模式下(除非使用两条独立的、相互绝缘的传输导 体)；如果工作站发送和接收各占一段频率,它便可以 以全双工模式工作。
2.1.2 信道和信道参数
信道描述的重要指标： • 数据传输速率、带宽（网络中一样，通信中不同） • 信号传播速率（信号在介质中的传播速度） • 载波频率：物理媒体有很一定的带宽，可以分成多个 信道，每个信道都有不同的载波频率（无线电传播） • 采样频率：网络中接收端要将连续的信号转变成数字 数据的方法 • 量化：量化的等级和噪声的大小有关系 • 噪声，信噪比 信道其他参数 信息流方向：单工、半双工、全双工
2.2 数据传输
• 模拟传输：指模拟数据的传输，不关心所传输信号的 内容，而只关心尽量减少信号的衰减和噪声，长距离 传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同时 也放大了信号中的噪声（电话机到电话局）
• 数字传输：指数字数据的传输，关心信号的内容，长 距离传输时，采用转发器，可消除噪声的积累（电话 局之间） • 长距离传输时，通常采用的是数字传输
信道容量－有噪声
• 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 数据传输速率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N 的关系为Rmax = B· 2（1+S/N） log S/N为信噪比（S为信号功率，N为噪声功率） 信躁比S/N的表示（分贝） • S/N＝1000：该信道上的信号功率是噪声功率的1000 倍 • 若S/N＝1000，B=3000HZ，那么最大数据传输速率约 为30kb/s • 信噪比可以用分贝表示（db),所以若S/N＝1000，那么 S/N(db)=10lg(S/N)=30db
第二章 数据通信基础
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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.
2第二章数据通信基础
数据通信基础
现场总线
2.1 基本术语 1. 总线基本术语 总线操作：总线上数据发送者与接收者之间的连 接－数据传送－脱开这一操作序列，称为一次总 线操作。
连接（connection)：指的是通信对象之间的逻辑绑定（ binding）。 数据传送：连接完成之后通信报文的发送与接收过程， 或者数据的读写操作过程。 脱开(disconnect)：完成一次或多次总线操作后，断开发 送者与接收者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。
例：信道带宽W=3KHz，信噪比为10dB（S/N=10)，则 C=3000*log2(1+10) ≈10380bps 如果信噪比提高为20dB（S/N=100)，则 C=3000*log2(1+100) ≈19980bps
1. 增加带宽也可以提高信道容量。但噪声功率N=Wn0(n0为噪声的 单边功率谱密度）。随着W增大，N增大，会导致信噪比降低。 2. 在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信 道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较高 的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。
数据通信基础
现场总线
2.1 基本术语 1. 总线基本术语 总线仲裁（bus arbitration）：总线通信过程中 出现冲突。为解决冲突需要进行总线占有权的仲 裁。
某一时刻只允许一个主设备占有总线，它完成操作后释 放总线占有权，其他主设备才能使用总线； 访问等待时间(access latency):主设备获得总线占有权等 待仲裁的时间； 总线占有期(bus latency):设备占有总线的时间。
位（bit）/秒
可度量通信系统每秒传送的信息量。二进制信号的信息速率用每 秒比特（bit/s,bps,b/s）作单位。如比特率为9600bps意味着每秒 可传输9600个二进制脉冲。当信道一定时，信息速率越高，有 效性越好。
第二章数据通信基础参考答案 (1)
第二章数据通信基础一、填空题1.单位时间内传输的二进制信息位数是指__数据传输___速率。
2.我们平时用的GSM手机采用的是___无线___通信。
3.在通信领域中，数据分为模拟数据与数字数据，电脑里的硬盘存储的数据属于___数字数据。
4.数据包分为三部分:__地址信息______，数据和___校验码____。
5.发送方计算机将数据切分成协议能够处理的较小的部分,称为__分组__.6.__光纤____更适于高速,高容量的数据传输,因为它衰减程度低,信号纯度高.7.接收方计算机将数据包中的数据复制到____缓存_____中,以便进行重新组装.8.数据可分为_模拟数据_和_数字数据_两大类。
9.调制解调器在信源端是把_数字_信号转换成_模拟_信号，在另一端是把_模拟_信号反转换成__数字_信号。
10.数字信号实现模拟传输时,数字信号变换成音频信号的过程称为__调制____;音频信号变换成数字信号的过程称为__解调_____。
11.单位时间内传输的二进制信息位数是指__数据传输____速率,而单位时间内传输的码元个数是指__调制___速率。
12.串行通信可以有_单工__、半双工和_全双工__三种方向性结构。
13.数字调制的三种基本形式为_幅移键控ask_、频移键控法fsk和_相移键控psk.javascript:MM_openBrWindow ('22c.htm - 11','winkj2','screenX=200,screenY=200,directories=0,fullscreen=0,width=400,hei ght=140,location=0,menubar=0, scrollbars=1,status=0,toolbar=0,top=112,left=75') 14.为了能利用廉价的电话公共交换网实现计算机之间的远程通信,必须将发送端的__数字_信号变换成能在电话公共交换网上传输的_模拟_信号。
第二章数据通信基础习题与答案
第二章数据通信基础习题与答案一、判断题1. ( v)计算机中的信息都是用数字形式来表示的。
2. ( V )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，单位时间内传送的比特数越多，表示信道容量越大。
3. ( X )波特率是指信息传输的错误率，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。
4. ( X )在单信道总线型网络中，带宽=信道容量X传输效率。
5. ( v )在共享信道型的局域网中，信号的传播延迟或时延的大小与采用哪种网络技术有很大关系。
6. ( V ) 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住宿。
7. ( V ) DCE是数据通信设备，是介于数据终端设备与传输介质之间的设备。
8. ( X ) Modem属于DT吕9. ( V )在单工通信的两个节点中，其中一端只能作为发送端发送数据不能接收数据，另一端只能接收数据不能发送数据。
10. ( V )在半双工通信的双方可以交替地发送和接收信息，不能同时发送和接收，只需要一条传输线路即可。
11. ( X )在全双工通信的双方可以同时进行信息的发送与接收，只需要一条传输线路即可。
12. ( V )在局域网中，主要采用的是基带数据传输方式。
13．( V )信道带宽的单位是赫兹。
14. ( X )数据通信系统主要技术指标中的信道容量=吞吐量X传输效率。
15．( X )比特率和波特率是两个相同的概念。
16. ( V )基带传输与宽带传输的主要区别在于数据传输速率不同。
17. ( V )分组交换是以长度受到限制的报文分组为单位进行传输交换的。
18. ( V )电路交换有建立连接、传输数据和拆除连接三个通信过程。
19. ( V )分组交换比电路交换线路利用率高，但实时性差。
20. ( V ) ATM即异步传输模式)是一种广域网主干线常采用的技术。
21. ( V )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. ( X )使用调制解调器进行网络数据传输称为基带传输。
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2.1.1 数据通信的基本概念
1．信息、数据和信号 2．数据通信系统的模型
1．信息、数据和信号
(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。
图2-12 多模光纤
多模光纤和5类双绞线的衰减与频率关系如图 2-13所示，当传输频率超过100MHz时，5类双 绞线随着频率的增加衰减愈来愈大；而光纤 在300MHz以内，衰减基本不变。
通过调制振幅、频率和相位等载波特性或者这些特 性的某种组合，来对数字数据进行编码。最基本的 数字数据→模拟信号调制方式有以下三种（如图25所示）。 （1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying）
（2）频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying）
（3）相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）
源1 源2 源3 源4 源5 源6 通道（1） 目标 1
FDM
多 路 复 用 器
MUX
通道（2） 通道（3） 通道（4） 通道（5） 通道（6）
多 路 复 用 器
MUX
目标 2 目标 3 目标 4 目标 5 目标 6
图 2 原 理 7 -
2.3.2 时分多路复用
TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的 时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧，用每个 时分复用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信 道，每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复 用帧所占的时间也是相同的（如图2-8所示）， 即在同步TDM中，各路时隙的分配是预先确定的 时间且各信号源的传输定时是同步的。对于TDM， 时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时 隙数就越多，所容纳的用户数也就越多，其原理 如图2-9所示。
第2章 数据通信基础
2.1 概述
2.2
2.3
数据调制与编码
多路复用技术
2.4
2.5
异步与同步通信
数据传输介质
2.6
2.7
差错控制与校验
信息交换技术
本章学习目标
了解模拟传输与数字传输的基本原理 熟悉异步与同步通信的接口标准 掌握常用数据编码及多路复用技术 掌握信息交换技术
2.1 概述
2.1.1 数据通信的基本概念 2.1.2 数据通信系统的主要质量指标
图2-4
10进制数字 4bit码 0 0 0 0 0
4B/5B编码方式
15 1 1 1 1 0 0 2 1 0
5bit码 1 5bit码的波形 （NRZ方式） 经差分编码 后的光信号 1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
0
图2.8 4B/5B编码方式
2.2.2 数字数据的模拟信号编码
(3)信号（Signal）简单地讲就是携带信息的传输介质。在通 信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波 信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的具 有不同形式或特性的传输介质。
2．数据通信系统的模型
图2-1 单向通信系统 图2-1 通信系统模型
图 2-1 为单向通信系统，从通信的双方信息交互的 方式来看，可以有以下三种基本方式：
图2-8
TDM子信道示意图
图2-9
TDM原理
2.4 异步与同步通信
•同步就是接收端按发送端发送的每个码元的起止时间及重复 频率来接收数据，并且要校准自己的时钟以便与发送端的发送 取得一致，实现同步接收。
•数据传输的同步方式一般分为位同步、字符同步，字符同步 通常是识别每一个字符或一帧数据的开始和结束；位同步则识 别每一位的开始和结束。 •在异步通信中，发送端可以在任意时刻发送字符，字符之间 的间隔时间可以任意变化。该方法是将字符看作一个独立的传 送单元，在每个字符的前后各加入1～3位信息作为字符的开始 和结束标志位，以便在每一个字符开始时接收端和发送端同步 一次，从而在一串比特流中可以把每个字符识别出来。
•传输数字信息的方法是按传输波形来分 类的。
1．基带方式 2．4B/5B编码
1.基带方式
对于码型的选择，通常要考虑以下的因素： 对于传输频带低端受限的信道，线路传输码型的 频谱中不应含有直流分量； 信号的抗噪声干扰能力强，产生误码时，在译码 中产生的误码扩散或误码增值小； 便于从信号中提取位同步定时信息； 尽量减少基带信号频谱中高频分量，以节省传输 频带，并减小串扰； 编译码的设备应尽量简单。
图2-3
1 高H 低L 0
常用数字信号编码
1 1 0 0
“1”高电平
“0”低电平 （a）不归零制编码
高H
中间跳 “0”上跳
低L （b）曼彻斯特编码 高H
“1”下跳
中间总有跳变
低L （c）差分曼彻斯特编码
“0”开头跳
2．4B/5B编码
在光纤分布式数据接口（FDDI，Fiber Distributed Data Interface）中采用了独特的4B/5B编码。这种编码的特点是 将欲发送的数据流每４bit作为一个组，然后按照4B/5B编码 规则将其转换成相应5bit码。 5bit码共有32种组合，但只采用其中的24种，16种对应4bit 码的16种，8种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤 线路的状态（静止、空闲、暂停）等。标准4B/5B编码对照 表见表 2-1 ，用于 100MbpsFDD1PMD 的 4B/5B 编码控制码表 见表2-2。 现用不归零编码画出4bit码和5bit码的对应波形，5bit码经差 分编码后，转换成光信号，如图2-4所示。
光纤
实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某 一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许 多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种 光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber），如图 2-12所示。
（a）折射角大于入射角
（b）光波在纤芯中传播
（c）62.5/125μm渐变 增强型多模光纤
图2-5 对基带数字信号的几种调制方法
基带信号
0
1
0
0
1
1
1
0
0
幅移键控 ASK
频移键控 FSK
相移键控 PSK
2.2.3 模拟数据的数字信号编码
脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）是 波形编码中最重要的一种方式，在光纤通信、数字 微波通信、卫星通信等均获得了极为广泛的应用， 现在的数字传输系统大多采用PCM体制。PCM最初 并不是用来传送计算机数据的，采用它是为了解决 电话局之间中继线不够，使一条中继线不只传送一 路而是可以传送几十路电话。PCM过程主要由采样、 量化与编码三个步骤组成。
通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行 通信用于距离较远的情况。在并行数据传输中，至 少有8个数据位同时从一个设备传送到另一个设备， 发送设备将8个数据位通过8条数据线传送给接收设 备。接收设备在收到这些数据后，不需经过任何改 变就可以直接使用。计算机内部的总线数据传送通 常都是以并行方式进行传输的。在串行数据传输中， 每次由源地传到目的地的数据只有一位，与同时传 输好几位数据的并行传输相比，串行数据传输的传 输速度要比并行传输慢，但在实际应用中往往选择 串行数据传输，这是因为实现串行数据传输的硬件 具有经济性和实用性。
2.5 数据传输介质
2.5.1 双绞线 2.5.2 同轴电缆
2.5.3 光纤
2.5.4 无线电短波通信 2.5.5 地面微波接力通信 2.5.6 红外线和激光 2.5.7 卫星通信
2.5.8 VSAT卫星通信
2.5.1 双绞线
表2-3是UTP电缆的常见类型，10BaseT局域网中主 要使用3类和5类线，它们的有效传输距离一般在 100m左右。另外还有超5类双绞线电缆，通过对其 “信道”性能测试结果表明，与普通5类双绞线电 缆比较，它的近端串扰、衰减和结构回波等主要性 能指标都有很大提高。
克服不归零制编码缺点的一种编码方案是曼彻斯特 （Manchester）编码（见图2-3（b）），它是一种 自同步编码方式，包括数据信息和时钟信息。 另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码 （见图2-3（c）），它的编码规则是：若码元为1， 则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元 的电平一样；但若码元为 0 ，则其前半个码元的电 平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码 元是１或０，在每个码元的正中间时刻，一定要有 一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的 技术，但可以获得较好的抗干扰性能。
频率 组成子信道A的时隙
源1 源2 源3
目标1
可 用 频 段Biblioteka A BCD A BCD A BCD A BCD
源4 源5
多 路 复 用 器 MUX
1 23 4 56 12 3 4 5 6
多 路 复 用 器 MUX
目标2 目标3 目标4 目标5 目标6
时分复用帧
源6 时间
图2.28 TDM子信道示意图
图2.29 TDM原理
频率
可 用 频 段 子信道A 子信道B 子信道C 子信道D
示 图 意子 2 图信 6 道 时间
FDM
图2.24 FDM子信道示意图
FDM系统的原理示意图如图2-7所示，它假设有6个 输入源，分别输入6路信号到频分多路器FDMMUX，多路器将每路信号调制在不同的载波频率上 （例如f1，f2，…，f6）。每路信号以其载波频率为 中心，占用一定的带宽，此带宽范围称作一个通道， 各通道之间通常用保护频带隔离，以保证各路信号 的频带间不发生重叠。