数据通信基础02
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(习题答案)
第2章数据通信基础习题及答案一、填空题(1)按使用的传输介质划分，信道可以分为__有线信道___和__无线信道__两类。
(2)按允许通过的信号类型划分，信道可以分为_模拟信道_和_数字信道_两类。
(3)按数据传输的方向和时序关系分类，信道可以分为_单工信道__、__半双工信道__和__全双工信道__三类。
(4)按传输信号频谱分类，信道可以分为__基带信道__和___频带信道_两类。
(5)数据通信系统的主要技术指标有__码元速率__、__信息速率__、__误比特率_、__误码率_、__可靠度__、_频带利用率__和__通信建立时间___。
(6)常用的数字传输系统的标准有__ T1____和__E1__。
(7)按同步方式划分，交换可以分为（同步交换）和（异步交换）两种类型。
(8)按差错控制的方式划分，交换可以分为（分组交换）和（快速分组交换）两种类型。
(9)按存储转发的信息单位划分，交换可以分为（报文交换）和（分组交换）两种类型。
(10)按占用信道的方式划分，交换可以分为（电路交换）和（分组交换）两种类型。
(11)按交换的信号类型划分，交换可以分为（数字交换）和（模拟交换）两种类型。
(12)按信号分割方式划分，信道共享技术分为（频分复用）、（时分复用）、（波分复用）和（码分复用）四种类型。
(13)按接入信道的方式划分，信道共享技术分为（集中器接入）和（多点接入）两种类型。
(14)按共享策略的实施时间划分，信道共享技术分为（静态复用）和（动态接入）两种类型。
(15)采用交换技术的计算机通信网络的核心设备是（结点交换机/路由器）。
二、名词解释信息：从信息论的角度来讲，信息就是对消息解除不确定度。
通常把信息理解成所关注的目标对象的特定知识。
数据：数据是对所关注对象进行观察所得到的结果或某个事实的结果。
信号：信号是通信系统实际处理的具体对象。
基带、基带传输：在电磁波的傅利叶级数表示中，从零开始并覆盖了信号的主要能量表现的那段频率范围称为基本频带，简称基带。
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。
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
计算机网络基础(数据通信基础)课件
• 数据通信概述 • 数据传输方式 • 数据交换技术 • 数据链路控制 • 数据通信协议 • 数据通信网络安全
01 数据通信概述
数据通信的基本概念
01
02
03
数据通信定义
数据通信是实现计算机与 计算机之间、计算机与终 端之间以及终端与终端之 间信息交换的技术。
数据加密技术可以分为对称加密和公钥加密两种类型， 各有其适用的场景和优缺点。
防火墙技术
防火墙技术是用于防止未经授权的访问和恶意攻击的一种 安全技术。
防火墙可以阻止来自外部网络的非法访问和攻击，同时也 可以限制内部网络用户对外部网络的访问。
防火墙技术可以分为包过滤防火墙和应用层网关防火墙两 种类型。
IP协议通过IP地址来标识网络中的每个设备， 并使用路由算法来确定数据传输的最佳路径。
IP协议还提供了数据报文分片和重组功能，以 适应不同大小的数据报文在网络中传输。
06 数据通信网络安 全
数据通信网络安全概述
01
数据通信网络安全是确保数据在传输和存储过程中的机密性、完整性和可用性 的过程。
02
01
02
它采用全双工通信方式，支持流量控制和差错控制等功能。
HDLC协议具有简单、高效和可靠的特点，被广泛应用于数据通
03
信领域。
05 数据通信协议
数据通信协议的基本概念
数据通信协议是一组规则和标准，用于规范数据在计算机网络中的传输和交换。
它规定了数据如何在不同的设备之间传输，包括数据的格式、传输方式、传输顺序 以及控制信息等。
数据链路控制协议包 括物理层、数据链路 层和网络层协议。
它负责建立、维持和 终止通信链路，确保 数据的可靠传输。
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。
11
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。
19
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。
3、数据通信基础2
5 数据传输
单工、半双工和全双工通信
单工通信是指通信只在一个方向上进行，在发送方和接收方之间有明 确的方向性。 半双工通信指通信可以在两个方向上进行，但不能同时进行传输，必 须轮流进行。 全双工通信指通信可以在两个方向上同时进行。当设备在一条线路上 发送数据时，它也可以接收到其他的数据。
按数据代码传输的顺序可以分为并行传输和串行传输； 按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输； 按数据传输的流向和时间关系可分为单工、双工和全双工数据传输； 按传输的数据信号特点可分为基带传输、频带传输和数字数据传输。
为了保证数据准确地传递，要求系统定时信号满足：
接收端的定时信号频率与发送端定时信号频率相同。 定时信号与数据信号间保持固定的相位关系。
5 数据传输
（3）噪声 在数据传输过程中，不可避免地会有噪声，就其性质和影响 来说，可以分为随机噪声和脉冲噪声。 ①随机噪声 随机噪声又称为白噪声（white noise），是在时间上分布 比较平稳的噪声，包括： 热噪声，通信传输介质和电子器件热运动所引起的，不可能 完全消除。 内调制杂音，系统的非线性因素造成的交调干扰。 串扰，由系统的电磁耦合引起，像近端串扰、远端串扰等
5 数据传输
数据通信的主要指标 在通信系统中，通信质量是人们关心的问题。所谓通信质量 是指整个通信系统的性能，主要是传输的有效性和可靠性。 1.传输损耗 传输存在着或多或少的损耗，所以任何通信系统接收到的信 号和发送的信号都会有所不同。对于模拟信号，传输损耗使得 信号出现各种随机的改变，降低了信号的质量；对于数字信号 ，则会在传输中出现位串错误。 影响传输损耗的主要参数有：衰减、衰减失真、延迟变形和 噪声等。
T为一个数字脉冲信号的宽度，单位为秒。一个数字脉冲也称为一个码元 ；N为一个码元所取的有效离散值个数，也称调制电平数，一般取2的整数 次方值。
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。
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。
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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。
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 2 章 数据通信基础
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。
第2章数据通信基础【计算机网络】
第2章数据通信基础数据通信是计算机网络中最为基础的部分，它涉及到信息的传输、交换和接收。
在这一章节中，我们将探讨数据通信的基本概念、技术和应用，帮助读者理解计算机网络的核心原理。
2.1 数据通信的基本概念数据通信是指通过通信系统传输数字信号的过程。
在计算机网络中，数据通信是实现不同设备之间信息交换的关键。
它包括数据的编码、传输、接收和解释等环节。
2.2 数据通信的模型数据通信模型是描述数据传输过程的抽象模型，它将数据通信过程划分为不同的层次，以便更好地理解和实现。
常用的数据通信模型包括OSI模型和TCP/IP模型。
2.3 数据通信的介质数据通信介质是数据传输的物理载体，它可以是电缆、光纤、无线电波等。
不同的介质具有不同的传输速率、传输距离和抗干扰能力等特点。
选择合适的通信介质对于保证数据传输的质量和效率至关重要。
2.4 数据通信的协议数据通信协议是规定数据传输过程中各环节操作和行为的规则。
它包括数据编码、传输控制、错误检测和纠正等内容。
常见的协议有TCP、IP、HTTP等。
协议的选择和实现对于数据通信的可靠性和效率具有重要影响。
2.5 数据通信的安全数据通信安全是保护数据在传输过程中不被未授权访问、篡改或泄露的关键。
常用的数据通信安全技术包括加密、身份认证、访问控制等。
保障数据通信安全对于保护个人隐私和商业机密具有重要意义。
通过学习本章内容，读者可以更好地理解数据通信的基本概念、技术和应用，为深入学习计算机网络打下坚实的基础。
2.6 数据通信的拓扑结构数据通信的拓扑结构是指网络中各个节点之间的连接方式。
常见的拓扑结构包括星型、环型、总线型和网状型等。
不同的拓扑结构具有不同的优点和缺点，适用于不同的应用场景。
了解和选择合适的拓扑结构对于构建高效、稳定的计算机网络至关重要。
2.7 数据通信的传输方式数据通信的传输方式是指数据在通信介质上的传输方式。
它可以是串行传输或并行传输。
串行传输是指数据按位顺序传输，而并行传输是指数据同时传输多个位。
第2章数据通信的基础知识2
不易分支，普遍用于点到点的链路
2016/5/27
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2.3
传输媒体（介质）
2.3.4 无线介质（大气和外层空间）：无线传输
使用电磁波或光波携带信息 发送天线所产生的信号带宽比介质的特性更为重要 基本方法：定向和全向 − 定向：信号频率越高越容易聚焦成定向的电磁波；传送和接 收天线必须仔细对齐 − 全向：较低频率传输的信号是全向性的，很多天线都能收到 无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰、易被侦听
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2.3
传输媒体（介质）
单模光纤采用注入式激光二极管 作为光源，激光的定向性强。
单模光纤的纤芯直径一般为几个
光波的波长，当激光束进人玻璃 芯中的角度差别很小时，能以单 一的模式无反射地沿轴向传播。 单模光纤的传输距离可以达到几 十甚至上百公里。 纤芯/覆层的直径为8/125微米。
1000BASE-T）
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2.3
传输媒体（介质）
2. 屏蔽双绞线 （STP）：以铝箔屏蔽以减少干扰和串扰
安装比UTP困难，必须配有支
持屏蔽功能的特殊连接器和相应
的安装技术
价格比UTP高，但低于同轴电缆 传输速率高，100m内可达到
155Mbps，常见速率为16Mbps和
100Mbps
细同轴电缆和粗同轴电缆都只能用于总线拓扑结构
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2.3
2.3.2 双绞线
传输媒体（介质）
双绞线是由两根绞合的绝缘铜线外部包裹屏蔽层和橡胶外皮 而构成。
一根电缆中通常包含多对双绞线，线对数量视用途在2对到 1800对之间，连接计算机终端的双绞线电缆通常包含2对或4 对双绞线。 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。主要用于星形 网络拓扑，即以集线器或网络交换机为中心、各网络工作站 用一根双绞线与之相连。 双绞线电缆可分为非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair） 。
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数据通信基础02
CRC
循环冗余码（CRC-Cyclic Redundancy Code） Ø 在计算机网络中用的最广泛，漏检率低，便于实现。 Ø CRC码又称多项式码。 Ø 任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含
有0和1两个系数的多项式建立一一对应的关系： 一个K位帧可以看成是从XK-1到X0的K次多项式的系数
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CRC
Ø K位信息 （k-1）次多项式K（x）
Ø R位冗余位 （r-1）次多项式R（x）
Ø N=K+R （n-1）次多项式T（x）
T（x）=xrK(x)+R（x）
信息位 1010001
K（x）= X6+X4+1
冗余位 1101
R（x）= X3+X2+1
序列，这个多项式的阶数为K-1，高位（最左边）是XK-1 项的系数，下一位是XK-2的系数，依次类推。
例如，1011011有7位，表示成多项式是 X6+X4+X3+X+1；而多项式X5+X4+X2+X对应的位串 是110110。 f(x)= X6+X4+X3+X+1 系数对应 1011011 g(x)= X5+X4+X2+X 系数对应 110110
3. 按模2减法从对应于xrK(x)的位串减去余数 （总是等于或小于r位）。结果就是要传送 的带检验和的帧，叫多项式T（x）。
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CRC
G（x） xrK(x)
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CRC
Ø G（X）由协议规定
CRC-12： x12 + x11 + x3 + x2 + x +1
CRC-16： x16 + x15 + x2 +1
CRC-CCITT： x16 + x12 + x5 +1
CRC-32：
x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x11 +
x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x +1
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奇偶校验码
Ø 在实际的数据通信中，垂直奇偶检验主要用于异步传输， 通常情况下一列对应一个字符。当采用ASCII编码时， P=7，其结果就是在7位表示字符的数据位上再附加第8 位的奇偶位。例如，字符A用ASCII码表示为1000001， 采用偶检验，第8位应该是0。
Ø 水平检验码则是用于同步传输，通常是把一群字符作为 一个块传送，字符之间没有时间间隔（同步传输）结果 产生一个附加的字符跟在块的后面。通常人们还把这种 水平检验编码称作块检验码（BCC），把所附加的字符 叫做块检验字符。
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差错控制方法
Ø 检测与纠正 1. 时间冗余法 2. 设备冗余法 3. 数据冗余法
对数据块进行某种抗干扰编码 检错码&纠错码
奇偶校验码 循环冗余校验码(CRC) 海明码（R.Hamming)
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奇偶校验码
Ø 奇偶检验码是通过增加冗余位来使得码字中“1”的个数保持为奇数 或偶数的编码方法。它在通信中使用时又可以分为垂直奇偶检验、 水平奇偶检验和水平垂直奇偶检验等类型。
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2020/11/21
数据通信基础02
产生差错的原因及控制
1、出现差错的必然性 n 外部电磁场的干扰 n 由传输导体内部电子热运动产生的热噪声
2、避免出错的方法 n 提高通信系统的通信质量 n 检测错误并加以纠正
检错常用的方法是在发送数据时加入校验码
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生成多项式的最高幂次项系数是固定的1。
除法电路可以完成得到余式的编码操作。
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CRC
算法如下：
1. 设G（x）为r阶，在帧的末尾附加r个零， 使帧为k+r位，则其对应的多项式是xrK(x);
2. 按模2除法用对应G（x）的位串去除对应 xrK(x)的位串;
Ø 其还可以纠正部分差错，例如仅在某一行和某一 列中有奇数位错时，就能确定错误的位置就在该 行和该列的交叉处，从而得以纠正。另外，当某 一行出现偶数个错时，虽然水平检验不能发现， 但在其垂直检验中还是可能被查出。只有当有错 的各行和各列中出错位数均为偶数时，才不可能 被发现。
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码字 10100011101 T（x）= X10+X8+X4+X3+X2+1
Ø 由信息位产生冗余位的过程，就是已知K（x）求R（x）
Ø CRC中，可以通过找到一个特定的r次多项式G（x）来实
现。
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CRC
利用CRC进行检错的过程可简单描述为：在发送端根 据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个 校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成 一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去。在 接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检 验，以确定传送中是否出错。这个规则，在差错控制理 论中称为“生成多项式”。
CRC
接收方
按模2除法用对应G（x）的位串去除接收到 的位串：
Ø 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就
接受(accept)；
Ø 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出 现了差错。
Ø 垂直奇偶检验
编码效率为: R=p ÷（p+1）。
奇偶检验方法能检测出每列中的所有奇数个位的错，但检测ห้องสมุดไป่ตู้出偶 数个位的错。对于突发错误来说，奇数位错与偶数位错的概率接近 于相等，因而对差错的漏检率接近于1/2。
Ø 水平奇偶检验
编码效率是 R=q÷（q+1）
对各个信息段的相应位横向进行编码，对应每一行产生 一个奇偶检验冗余位;
不能在发送过程中边产生奇偶检验冗余位，边插入发送， 而必须等要发送的完整信息块到齐后，才能产生冗余位， 一定要使用记忆寄存器。
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奇偶校验码
Ø 同时进行水平奇偶检验和垂直奇偶检验就构成了 水平垂直奇偶检验
Ø 它能检测出所有3位或3位以下的错误奇数位错、 突发长度≤p+1的突发错以及很大一部分偶数位 错。