第二章数据通信基础
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第二章 数据通信基础
本章学习目标：
1.了解：数据通信的基本概念 2.掌握：数据通信的主要方式 3.了解：数据信号的调制与编码方式 4.了解：信道复用的各种技术 5.了解：差错检测与控制 6.掌握：各种数据交换技术
2.1 数据通信的基本概念
2.1.1数据通信系统
1.数据通信的基本概念 计算机之间互传数据是通信的一个方面。很多家庭选用有线电视服务，通过 光纤和同轴电缆将电视信号带进家里。通信技术的其他应用还有局域网和广域网， 分别允许近距离（LAN）或远距离（WAN）的不同计算机进行通信。一旦连接完毕， 用户就可以收发数据文件，进行远程登录，发送邮件。
2.1 数据通信的基本概念
4.出错率 出错率是衡量数据通信系统或信道传输可靠性的一个指标。它一般指传输中出 现错误码元（或bit）的个数占传输总码元数的比例，即误码率。 误码率Pe : 误位率Pb : 误字符率Pw: 5.延迟 指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。 6.吞吐量
吞吐量在数值上表示网络或交换设备在单位时间内成功传输或交换的总信息量， 单位b/s。
同步传输方式避免了异步传输方式中每个字符都需要附加信息的缺点， 因此效率较高。但实现起来有点复杂，所以通常用于需要高速传输的网络。
异步传输通常是面向字符的，同步传输可能面向字符的，也可能是面向二进制位的
2.2 通信方式
2.2.5 基带传输、频带传输和宽带传输
基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。
收 设 备
适合远距离传输
串行到并 行的转换
3 2 1
4
5
6
7
8
7 6 5 4 3 2 1
送 设 备
2.2 通信方式
2.2.3 单工、半双工和全双工通信
数据的传输是有方向的，按数据在信道上的传输方向与时间的关系，可以把 数据通信分为单工通信、半双工通信、全双工通信。
单工通信
• 只能有一个 方向的通信 而没有反方 向的交互。
2.1 数据通信的基本概念
1.3 数据通信的质量指标 数据通信的目的就是为了及时有效地传递信息。传递衡量数据传输的 质量标准是从有效性和可靠性两方面来考虑的。 ⑴ 有效性 有效性是指在给定的信道内所能传输的信息量大小。有效性越高的系 统性能越好。通常衡量有效性的指标是信息传输速率。在计算机数据通信 中，用比特每秒（bit/s）来表示传输速率。 ⑵ 可靠性 是指在给定的信道内接收信息的可靠程度。通常衡量可靠性的指标是 误码率。在计算机二进制系统中，误码率的定义为：出现错误的比特数／ 传输的总比特数。
2.1 数据通信的基本概念
2. 数据通信系统
一个通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传 输系统（或传输网络）和目的系统（或接受端、接收方）。
数据通信系统 数字比特流 正文 PC 机 模拟信号 公用电话网 模拟信号 数字比特流 正文 调制解调器 传输系统 目的系统 PC 机
调制解调器
2.1 数据通信的基本概念
1.2 数据通信的特点 与传统的电报和电话通信相比，数据通信的特点如下： . 数据通信是实现的人与机器或是机器与机器之间的通信。而电话 机仅仅能完成人与人之间的通信。由于计算机不具备人脑的思维能力， 因此要实现与人或与其它计算机之间的交流就一定要靠人预先编制的 程序来完成。这远比电话系统要复杂。 · 数据传输的准确性和可靠性要求高。在数据通信中，通常是用二进 制的“1”和“0”表示信息的。任何错误都可能造成严重的后果。因此需 要较低的误码率，并且传递系统应有自动纠正错误的能力。 · 传输速率高，响应时间快。数据信号的传输速率依照所使用的带宽不 同而不同。通常比电话线传输要迅速快捷。 · 通信的持续时间差异较大。数据通信的平均信息长度和平均时延随着 应用的不同而不同。 · 数据通信具有灵活的接口，能满足各种设备之间的相互通信。 从以上可以看出，数据通信与传统的电话通信有很大不同，面临的问 题也更为杂。
wenku.baidu.com
2.1 数据通信的基本概念
2.1 数据通信的基本概念
4.信道 信道是信息从发送端传输到接收端的一个通路，它一般由传输介质及相应的传 输设备组成。 信道分为物理信道和逻辑信道 ①物理信道：是由信道中的实际传输介质与相关设备组成。 ②逻辑信道：是指在同时建立的多条逻辑上的“连接”。
在数据通信系统中，信道为信号的传输提供了通路，信道有多种不同的类型。
数据通信与传统的电话通信相比，它们之间的在技术和原理上都有很大的不 同。
1.1 数据通信的定义 数据通信是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数 据信息。而数据传输是传播处理信号的数据通信，将源站的数据编码成信号， 沿传输介质传播至目的站。数据传输的品质取决于被传输信号的品质和传输介 质的特性。
2.2 通信方式
2.2.1 模拟传输与数字传输
1.模拟传输（Analog Transmission）
传输的是模拟信号，即连续变化的信号。 它是一种不考虑其内容的模拟信号 传输方式。 2.数字传输（Digital Transmission）
是指信道中传输的是数字序列，它关心的是信号的内容。不论传输的是模拟 信号还是数字信号，只要它代表了0和1变化模式的数据，就可以采用数字传输。 数字传输系统与模拟传输系统对比有如下优点： （1）便于加密处理。 （2）便于存储、处理和交换。 （3）设备便于集成化、微型化。 （4）便于构成综合数字网和综合业务网 当然，数字通信系统也存在缺点，如占用信道频带较宽等。 综上所述，数字通信具有很多优点，所以全国都在积极发展数字通信。
（4）按数据的传输方式划分，可分为串行信道和并行信道。
（5）按通信的使用方式划分，可分为专用信道和公共信道。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.4 通信系统的主要技术指标
1. 传输速率
（1）码元速率（ RB ）
（2）信息（数据）速率（ Rb ） 对于M进制信号，数据速率与码元速率之间关系是： Rb = RB log2M （3）消息（报文）速率（ Rm ） 2.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，如电话线路的频率范围在300～3400Hz，则它的带宽3400～300Hz。 3.信道容量 是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信 道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率 超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
半双工通信
• 通信的双方 都可以发送 信息，但不 能双方同时 发送(当然 也就不能同 时接收)。
全双工通信
• 通信的双方 可以同时发 送和接收信 息。
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2.4 异步传输和同步传输
模拟或是数字信号通信的基本要求是接收端应知道发送端发送数据的开始 时间和结束时间。 对于串行线路为了有效地传输数据，必须使字符码同步传输。目前的两种 同步方式有：异步传输和同步传输，下面分别介绍。
例如：以太网（局域网）
频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
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
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2.2 并行传输和串行传输
从传输的数据位排列方式，数据传输有并行传输和串行传输两类。串行通信和 并行通信是两种基本的通信方式。串行通信通常用于计算机之间的通信，并行通信 则一般用于计算机内部或与近距离设备之间的传输通信。
1.并行传输
并行传输是数据以成组的多个数据位（一般为8位）方式，在多条并行信道上 同时在两个设备之间进行传输。通常是将构成一个字符代码的几位二进制码分别在 几个并行信道上进行传输。（计算机的LPT端口就是并行通信口）图2-9是并行传输
（1）按数据介质来划分，可分为有线信道和无线信道。使用有形的线路作为传输 介质的信道称为有线信道，常见的有同轴电缆、双绞线、光纤等；以电磁波、红外线 等方式传输信号的信道叫做无线信道，常见有红外线、无线电、微波、卫星通信等。 （2）按信号传输方向与时间关系来划分，可分为单工、半双工、全双工信道。 （3）按传输信号的类型划分，可分为模拟信道和数字信道。
数据线 接 收 设 备 数据位 8 7 6 5 4 3 2 1 校验 发 送 设 备
•
传输速度快，近距离传输
2.串行传输
2.2 通信方式
串行传输指的是数据流以串行方式逐位地在通信线路中的一条信道上传输。一 个字符的8位二进制码由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码。这 样串接起来形成串行数据流进行传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现， 是目前经常采用的一种传输方式。（计算机的COM端口就是串行通信口）图2-10为 串行传输 并行到串 8 接 发 行的转换
源系统
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
传输 系统
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2.通信线路的连接方式
一般网络中的各节点通过通信线路相互连接的方式大致有下列几种： （1）点-点(point-point)连接 通过通信线路将两个DTE（源节点和目的节点）相互连接。这种连接不一 定都是通过固定专用线路连接两节点，在某些场合也采用固定的专用线路。 （2）分支式连接 这是一种多点连接方式或称广播连接方式，它是在一条公共信道上连接多个 站点，通信时依靠地址进行识别。
2.1 数据通信的基本概念
（3）集线式连接 计算机（DTE）和相距较远的若干台终端（DTE）通过网络连接时，可在这 些终端前设置集中器，用低速线路将这些终端和集中器连接起来，再由高速线路 将集中器和主计算机相连，如图2-4所示。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.3 数据、信息、信号和信道
1.数据（Data）:承载信息的物理符号或有意义的实体。 2.信息 信息是对客观事物属性和特征的表征。它反映了客观事物的存在形式和运动 状态。信息是字母、数字及符号的集合，其载体可以是数字、文字、语音和图像 等。 信息与数据的区别在于，信息是数据的内在含义或解释，而数据是装载信息的实体 3.信号 信号，简单的说，就是数据的表现形式。通信系统中常表现为电信号，具体的 电信号是电磁波或电编码。和数据取值是否连续类似，信号也可分为模拟信号和数 字信号两类。（如图2-5和图2-6）
⑴ 异步传输
异步通信方式又称为起止方式。这是最早使用和最简单的一种同步方式。
这种方式是以字符为单位进行同步的。在通信过程中，发送端会给一个字 符加上开始和结尾信息，即在字符前设置“起”信号和在结尾处设置“止”信 号。 异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了字符的同步信息，不需要 在线路两段专门设置同步设备。其缺点是每发一个信息就要添加起止信号，造
成了附加数据开销。异步传输方式目前仍被广泛使用。
2.2 通信方式
⑵ 同步传输
同步传输方式是以固定的时钟频率来发送串行信号的。同步传输方式有 被称为比特同步传输方式。 实现同步传输方式的同步时钟有两种方法: 一种是外部同步法，该方法是在传输线路中加一条时钟信号线，以连接 到接收设备的时钟上。 另一种是自同步法，该方法是让接收端的调制解调器从接收数据信息中 直接提取同步信号，并以此获得同步的时钟频率。自同步法通常用于远距离 的传输。
本章学习目标：
1.了解：数据通信的基本概念 2.掌握：数据通信的主要方式 3.了解：数据信号的调制与编码方式 4.了解：信道复用的各种技术 5.了解：差错检测与控制 6.掌握：各种数据交换技术
2.1 数据通信的基本概念
2.1.1数据通信系统
1.数据通信的基本概念 计算机之间互传数据是通信的一个方面。很多家庭选用有线电视服务，通过 光纤和同轴电缆将电视信号带进家里。通信技术的其他应用还有局域网和广域网， 分别允许近距离（LAN）或远距离（WAN）的不同计算机进行通信。一旦连接完毕， 用户就可以收发数据文件，进行远程登录，发送邮件。
2.1 数据通信的基本概念
4.出错率 出错率是衡量数据通信系统或信道传输可靠性的一个指标。它一般指传输中出 现错误码元（或bit）的个数占传输总码元数的比例，即误码率。 误码率Pe : 误位率Pb : 误字符率Pw: 5.延迟 指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。 6.吞吐量
吞吐量在数值上表示网络或交换设备在单位时间内成功传输或交换的总信息量， 单位b/s。
同步传输方式避免了异步传输方式中每个字符都需要附加信息的缺点， 因此效率较高。但实现起来有点复杂，所以通常用于需要高速传输的网络。
异步传输通常是面向字符的，同步传输可能面向字符的，也可能是面向二进制位的
2.2 通信方式
2.2.5 基带传输、频带传输和宽带传输
基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。
收 设 备
适合远距离传输
串行到并 行的转换
3 2 1
4
5
6
7
8
7 6 5 4 3 2 1
送 设 备
2.2 通信方式
2.2.3 单工、半双工和全双工通信
数据的传输是有方向的，按数据在信道上的传输方向与时间的关系，可以把 数据通信分为单工通信、半双工通信、全双工通信。
单工通信
• 只能有一个 方向的通信 而没有反方 向的交互。
2.1 数据通信的基本概念
1.3 数据通信的质量指标 数据通信的目的就是为了及时有效地传递信息。传递衡量数据传输的 质量标准是从有效性和可靠性两方面来考虑的。 ⑴ 有效性 有效性是指在给定的信道内所能传输的信息量大小。有效性越高的系 统性能越好。通常衡量有效性的指标是信息传输速率。在计算机数据通信 中，用比特每秒（bit/s）来表示传输速率。 ⑵ 可靠性 是指在给定的信道内接收信息的可靠程度。通常衡量可靠性的指标是 误码率。在计算机二进制系统中，误码率的定义为：出现错误的比特数／ 传输的总比特数。
2.1 数据通信的基本概念
2. 数据通信系统
一个通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传 输系统（或传输网络）和目的系统（或接受端、接收方）。
数据通信系统 数字比特流 正文 PC 机 模拟信号 公用电话网 模拟信号 数字比特流 正文 调制解调器 传输系统 目的系统 PC 机
调制解调器
2.1 数据通信的基本概念
1.2 数据通信的特点 与传统的电报和电话通信相比，数据通信的特点如下： . 数据通信是实现的人与机器或是机器与机器之间的通信。而电话 机仅仅能完成人与人之间的通信。由于计算机不具备人脑的思维能力， 因此要实现与人或与其它计算机之间的交流就一定要靠人预先编制的 程序来完成。这远比电话系统要复杂。 · 数据传输的准确性和可靠性要求高。在数据通信中，通常是用二进 制的“1”和“0”表示信息的。任何错误都可能造成严重的后果。因此需 要较低的误码率，并且传递系统应有自动纠正错误的能力。 · 传输速率高，响应时间快。数据信号的传输速率依照所使用的带宽不 同而不同。通常比电话线传输要迅速快捷。 · 通信的持续时间差异较大。数据通信的平均信息长度和平均时延随着 应用的不同而不同。 · 数据通信具有灵活的接口，能满足各种设备之间的相互通信。 从以上可以看出，数据通信与传统的电话通信有很大不同，面临的问 题也更为杂。
wenku.baidu.com
2.1 数据通信的基本概念
2.1 数据通信的基本概念
4.信道 信道是信息从发送端传输到接收端的一个通路，它一般由传输介质及相应的传 输设备组成。 信道分为物理信道和逻辑信道 ①物理信道：是由信道中的实际传输介质与相关设备组成。 ②逻辑信道：是指在同时建立的多条逻辑上的“连接”。
在数据通信系统中，信道为信号的传输提供了通路，信道有多种不同的类型。
数据通信与传统的电话通信相比，它们之间的在技术和原理上都有很大的不 同。
1.1 数据通信的定义 数据通信是依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数 据信息。而数据传输是传播处理信号的数据通信，将源站的数据编码成信号， 沿传输介质传播至目的站。数据传输的品质取决于被传输信号的品质和传输介 质的特性。
2.2 通信方式
2.2.1 模拟传输与数字传输
1.模拟传输（Analog Transmission）
传输的是模拟信号，即连续变化的信号。 它是一种不考虑其内容的模拟信号 传输方式。 2.数字传输（Digital Transmission）
是指信道中传输的是数字序列，它关心的是信号的内容。不论传输的是模拟 信号还是数字信号，只要它代表了0和1变化模式的数据，就可以采用数字传输。 数字传输系统与模拟传输系统对比有如下优点： （1）便于加密处理。 （2）便于存储、处理和交换。 （3）设备便于集成化、微型化。 （4）便于构成综合数字网和综合业务网 当然，数字通信系统也存在缺点，如占用信道频带较宽等。 综上所述，数字通信具有很多优点，所以全国都在积极发展数字通信。
（4）按数据的传输方式划分，可分为串行信道和并行信道。
（5）按通信的使用方式划分，可分为专用信道和公共信道。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.4 通信系统的主要技术指标
1. 传输速率
（1）码元速率（ RB ）
（2）信息（数据）速率（ Rb ） 对于M进制信号，数据速率与码元速率之间关系是： Rb = RB log2M （3）消息（报文）速率（ Rm ） 2.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，如电话线路的频率范围在300～3400Hz，则它的带宽3400～300Hz。 3.信道容量 是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信 道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率 超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
半双工通信
• 通信的双方 都可以发送 信息，但不 能双方同时 发送(当然 也就不能同 时接收)。
全双工通信
• 通信的双方 可以同时发 送和接收信 息。
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2.4 异步传输和同步传输
模拟或是数字信号通信的基本要求是接收端应知道发送端发送数据的开始 时间和结束时间。 对于串行线路为了有效地传输数据，必须使字符码同步传输。目前的两种 同步方式有：异步传输和同步传输，下面分别介绍。
例如：以太网（局域网）
频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方 需要解调。
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
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2 通信方式
2.2.2 并行传输和串行传输
从传输的数据位排列方式，数据传输有并行传输和串行传输两类。串行通信和 并行通信是两种基本的通信方式。串行通信通常用于计算机之间的通信，并行通信 则一般用于计算机内部或与近距离设备之间的传输通信。
1.并行传输
并行传输是数据以成组的多个数据位（一般为8位）方式，在多条并行信道上 同时在两个设备之间进行传输。通常是将构成一个字符代码的几位二进制码分别在 几个并行信道上进行传输。（计算机的LPT端口就是并行通信口）图2-9是并行传输
（1）按数据介质来划分，可分为有线信道和无线信道。使用有形的线路作为传输 介质的信道称为有线信道，常见的有同轴电缆、双绞线、光纤等；以电磁波、红外线 等方式传输信号的信道叫做无线信道，常见有红外线、无线电、微波、卫星通信等。 （2）按信号传输方向与时间关系来划分，可分为单工、半双工、全双工信道。 （3）按传输信号的类型划分，可分为模拟信道和数字信道。
数据线 接 收 设 备 数据位 8 7 6 5 4 3 2 1 校验 发 送 设 备
•
传输速度快，近距离传输
2.串行传输
2.2 通信方式
串行传输指的是数据流以串行方式逐位地在通信线路中的一条信道上传输。一 个字符的8位二进制码由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码。这 样串接起来形成串行数据流进行传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现， 是目前经常采用的一种传输方式。（计算机的COM端口就是串行通信口）图2-10为 串行传输 并行到串 8 接 发 行的转换
源系统
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
传输 系统
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2.通信线路的连接方式
一般网络中的各节点通过通信线路相互连接的方式大致有下列几种： （1）点-点(point-point)连接 通过通信线路将两个DTE（源节点和目的节点）相互连接。这种连接不一 定都是通过固定专用线路连接两节点，在某些场合也采用固定的专用线路。 （2）分支式连接 这是一种多点连接方式或称广播连接方式，它是在一条公共信道上连接多个 站点，通信时依靠地址进行识别。
2.1 数据通信的基本概念
（3）集线式连接 计算机（DTE）和相距较远的若干台终端（DTE）通过网络连接时，可在这 些终端前设置集中器，用低速线路将这些终端和集中器连接起来，再由高速线路 将集中器和主计算机相连，如图2-4所示。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.3 数据、信息、信号和信道
1.数据（Data）:承载信息的物理符号或有意义的实体。 2.信息 信息是对客观事物属性和特征的表征。它反映了客观事物的存在形式和运动 状态。信息是字母、数字及符号的集合，其载体可以是数字、文字、语音和图像 等。 信息与数据的区别在于，信息是数据的内在含义或解释，而数据是装载信息的实体 3.信号 信号，简单的说，就是数据的表现形式。通信系统中常表现为电信号，具体的 电信号是电磁波或电编码。和数据取值是否连续类似，信号也可分为模拟信号和数 字信号两类。（如图2-5和图2-6）
⑴ 异步传输
异步通信方式又称为起止方式。这是最早使用和最简单的一种同步方式。
这种方式是以字符为单位进行同步的。在通信过程中，发送端会给一个字 符加上开始和结尾信息，即在字符前设置“起”信号和在结尾处设置“止”信 号。 异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了字符的同步信息，不需要 在线路两段专门设置同步设备。其缺点是每发一个信息就要添加起止信号，造
成了附加数据开销。异步传输方式目前仍被广泛使用。
2.2 通信方式
⑵ 同步传输
同步传输方式是以固定的时钟频率来发送串行信号的。同步传输方式有 被称为比特同步传输方式。 实现同步传输方式的同步时钟有两种方法: 一种是外部同步法，该方法是在传输线路中加一条时钟信号线，以连接 到接收设备的时钟上。 另一种是自同步法，该方法是让接收端的调制解调器从接收数据信息中 直接提取同步信号，并以此获得同步的时钟频率。自同步法通常用于远距离 的传输。