数据通信原理简介
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2.1 通信系统简介
计算机技术和现代通信技术相结合形
成了计算机网络。 数据通信技术是构成现
代计算机网络的重要基石之一。 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 通信基本概念 数据交换方式 数据传输方式 常用性能指标
1
2.1.1 通信基本概念
通信的目的是信息交换
数据通信网
信源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发送器
传输 信道
报文 分组数据
校验
11
数据交换方式
优点 数据传输灵活，线路利用率较高 转发时延短 分组长度固定，简化了存储管理 减少了出错几率和重发数据量
同一报文的不同分组可按不同路径传输 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发
缺点 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率， 增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性
7
数据交换方式 优点 传输时延小，实时性强 数据按序传送和接收 设备简单 缺点 平均通路建立时间较长 独占通路和一组设备，信道利用率低 若出现故障，需重新建立连接 计算机以及不同速率的设备难于协同工作
8
数据交换方式 (2)报文交换(Message Switching)
12
数据交换方式
分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。 数据报(Datagram) 无连接的数据传输方式，这种方式下被传输的分组 称为数据报。是尽力而为的服务。 虚电路(Virtual Circuit) 面向连接的数据传输方式，工作过程类似于电路交换。 能提供较好的通信质量。
13
数据交换方式
模拟信号
调频(FM) 调幅(AM) 调相(PM)
模拟信道
21
数据编码
(1)非归零编码(NonReturn to Zero Code, NRZ) “1”=正电压，“0”=负电压 编码效率高 发送端和接收端需要同步；编码有直流分量，易失真
22
数据编码 (2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding) “1”= 信号位中间发生“高到低”的跳变 “0”=信号位中间发生“低到高”的跳变
广义信道 —不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终
端（收/发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码 /解码、调制/解调设备等
3
通信基本概念
数据以信号方式在信道中传输。
模拟信号 (Analog Signal)— 连续变化的电磁波
数字信号 (Digital Signal)— 幅度的取值是离散的，幅
不管被传送数据的长度，都把它当作一个逻辑单元，附 上相应的控制信息，组成一个报文发送。 采用存储转发的技术，无建立信道的过程，中间结点暂存 报文，并根据目的地址确定转发的下一个结点。 报文号 目的地址 源地址 报文数据 校验
9
数据交换方式
优点 线路利用率较高 报文数据按序传送和接收 不同速率的终端设备之间可以进行数据传送 支持多点传输，一个报文可以同时向多个地址传送 缺点 传送时延较长，不适合实时或交互式数据通信业务， 如语音通话 中间结点必须配置大容量的存储设备
虚电路
数据报 14
2.1.3 数据传输方式
(1)基带传输和频带传输
基带传输 数据信号不经过调制，直接在线路中传输。
频带传输 信号经过调制送到信道中传输，在接收端进行解调。 目的是适合信道特性，同时也提高了线路利用率。
15
数据传输方式
(2)有线传输和无线传输
(3)单工、半双工和全双工
单工
半双工
全双工
16
数据传输方式
(4)串行传输方式和并行传输方式
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 发送端 发送端
串行通信信道
发送端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 并行通信信道 接收端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
适合于 近距离
17
数据传输方式
(5)同步传输方式和异步传输方式 同步传输方式 在传送数据前通过特定同步字符建立同步，使收发双 方具有完全同步的时钟信号。传输效率高。 异步传输方式 每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间 隔任意。需在每一字节的开始和结尾附加起始位和停 止位。传输效率较低，但设备便宜。如USB接口。
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2.1.4 常用性能指标
传输速率 — 每秒传输数据的数量
码元传输速率（波特率，Baud/s）
比特传输速率（bit/s）：二进制码元时
带宽 — 信道中所允许的传输速率最大值（或者在传
送模拟信号时所允许的频带宽度）
误码率 — 单位时间内出错码元数与发送码元数之比 时延 —单位数据信号从数据电路的一端传输到达另 一端所经历的总的时间
接收器
信宿
(a)数据通信模型
PSTN 工作站 Modem 公共电话网 Modem 服务器
2
(b)数据通信系统实例
通信基本概念
信息（Information) — 通信传输过程中包含的内容，如 数字、文字、语音和图像等。 数据(data) — 运送信息的实体，一般用二进制代码表示。 信号(signal) — 数据的电气或电磁的表现。 狭义信道 — 传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等
10
数据交换方式
(3)分组交换/包交换(Packet Switching) 采用存储转发的技术。限制一次传输数据的最大长度， 如果传输数据超过规定的最大长度，发送方就将它分成 多个报文分组发送。 目前公用数据网采用的是分组交换技术。
分组的概念1967年由英国国家实验室NPL提出。
报文 报文 目的 源 号 分组号 地址 地址
值表示被限制在有限个数值之内
4
通信基本概念
不同数据可以用不同信号方式传输
5
2.1.2 数据交换方式
交换技术的引入 目的是节约和优化资源 三种常见的数据交换方式：电路交换、报文交换 和分组交换
6
数据交换方式 (1)电路交换(Circuit Switching)
通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并 且在整个传输过程中独占该通路。 呼叫建立 信息传送 连接释放
19
2.2 数据通信相关技术简介
2.2.1 数据编码 2.2.2 信道复用 2.2.3 差错控制
20
2.2.1 数据编码
数字信号 非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 ……
数字信道
PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码
频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相)
计算机技术和现代通信技术相结合形
成了计算机网络。 数据通信技术是构成现
代计算机网络的重要基石之一。 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 通信基本概念 数据交换方式 数据传输方式 常用性能指标
1
2.1.1 通信基本概念
通信的目的是信息交换
数据通信网
信源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发送器
传输 信道
报文 分组数据
校验
11
数据交换方式
优点 数据传输灵活，线路利用率较高 转发时延短 分组长度固定，简化了存储管理 减少了出错几率和重发数据量
同一报文的不同分组可按不同路径传输 中间结点可不必等待未到达的分组而继续转发
缺点 每个分组增加的控制信息一定程度降低了通信效率， 增加了处理时间，分组长度的合理选择非常重要 目的站点要重组报文，增加了控制的复杂性
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数据交换方式 优点 传输时延小，实时性强 数据按序传送和接收 设备简单 缺点 平均通路建立时间较长 独占通路和一组设备，信道利用率低 若出现故障，需重新建立连接 计算机以及不同速率的设备难于协同工作
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数据交换方式 (2)报文交换(Message Switching)
12
数据交换方式
分组交换在应用中有两种方法来管理被传输的分组流。 数据报(Datagram) 无连接的数据传输方式，这种方式下被传输的分组 称为数据报。是尽力而为的服务。 虚电路(Virtual Circuit) 面向连接的数据传输方式，工作过程类似于电路交换。 能提供较好的通信质量。
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数据交换方式
模拟信号
调频(FM) 调幅(AM) 调相(PM)
模拟信道
21
数据编码
(1)非归零编码(NonReturn to Zero Code, NRZ) “1”=正电压，“0”=负电压 编码效率高 发送端和接收端需要同步；编码有直流分量，易失真
22
数据编码 (2)曼彻斯特编码(Manchester Encoding) “1”= 信号位中间发生“高到低”的跳变 “0”=信号位中间发生“低到高”的跳变
广义信道 —不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终
端（收/发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码 /解码、调制/解调设备等
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通信基本概念
数据以信号方式在信道中传输。
模拟信号 (Analog Signal)— 连续变化的电磁波
数字信号 (Digital Signal)— 幅度的取值是离散的，幅
不管被传送数据的长度，都把它当作一个逻辑单元，附 上相应的控制信息，组成一个报文发送。 采用存储转发的技术，无建立信道的过程，中间结点暂存 报文，并根据目的地址确定转发的下一个结点。 报文号 目的地址 源地址 报文数据 校验
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数据交换方式
优点 线路利用率较高 报文数据按序传送和接收 不同速率的终端设备之间可以进行数据传送 支持多点传输，一个报文可以同时向多个地址传送 缺点 传送时延较长，不适合实时或交互式数据通信业务， 如语音通话 中间结点必须配置大容量的存储设备
虚电路
数据报 14
2.1.3 数据传输方式
(1)基带传输和频带传输
基带传输 数据信号不经过调制，直接在线路中传输。
频带传输 信号经过调制送到信道中传输，在接收端进行解调。 目的是适合信道特性，同时也提高了线路利用率。
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数据传输方式
(2)有线传输和无线传输
(3)单工、半双工和全双工
单工
半双工
全双工
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数据传输方式
(4)串行传输方式和并行传输方式
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 发送端 发送端
串行通信信道
发送端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 并行通信信道 接收端 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
适合于 近距离
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数据传输方式
(5)同步传输方式和异步传输方式 同步传输方式 在传送数据前通过特定同步字符建立同步，使收发双 方具有完全同步的时钟信号。传输效率高。 异步传输方式 每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间 隔任意。需在每一字节的开始和结尾附加起始位和停 止位。传输效率较低，但设备便宜。如USB接口。
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2.1.4 常用性能指标
传输速率 — 每秒传输数据的数量
码元传输速率（波特率，Baud/s）
比特传输速率（bit/s）：二进制码元时
带宽 — 信道中所允许的传输速率最大值（或者在传
送模拟信号时所允许的频带宽度）
误码率 — 单位时间内出错码元数与发送码元数之比 时延 —单位数据信号从数据电路的一端传输到达另 一端所经历的总的时间
接收器
信宿
(a)数据通信模型
PSTN 工作站 Modem 公共电话网 Modem 服务器
2
(b)数据通信系统实例
通信基本概念
信息（Information) — 通信传输过程中包含的内容，如 数字、文字、语音和图像等。 数据(data) — 运送信息的实体，一般用二进制代码表示。 信号(signal) — 数据的电气或电磁的表现。 狭义信道 — 传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等
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数据交换方式
(3)分组交换/包交换(Packet Switching) 采用存储转发的技术。限制一次传输数据的最大长度， 如果传输数据超过规定的最大长度，发送方就将它分成 多个报文分组发送。 目前公用数据网采用的是分组交换技术。
分组的概念1967年由英国国家实验室NPL提出。
报文 报文 目的 源 号 分组号 地址 地址
值表示被限制在有限个数值之内
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通信基本概念
不同数据可以用不同信号方式传输
5
2.1.2 数据交换方式
交换技术的引入 目的是节约和优化资源 三种常见的数据交换方式：电路交换、报文交换 和分组交换
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数据交换方式 (1)电路交换(Circuit Switching)
通信双方在传输数据之前建立一条实际的物理通路，并 且在整个传输过程中独占该通路。 呼叫建立 信息传送 连接释放
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2.2 数据通信相关技术简介
2.2.1 数据编码 2.2.2 信道复用 2.2.3 差错控制
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2.2.1 数据编码
数字信号 非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分非归零编码 ……
数字信道
PCM(脉冲编码调制)编码 采样量化编码
频移键控法FSK(调频) 幅移键控法ASK(调幅) 相移键控法PSK(调相)