第二章 数据通信的基础知识
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第二章数据通信的基础知识
• CATV、无线电广播、电话拨号线路
▪ 数字通信与模拟通信
• 数字通信
▪ 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输
• 模拟通信
▪ 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输
▪ 数字通信的优点
• 抗噪声（干扰）能力强 • 可以控制差错，提高了传输质量 • 便于用计算机进行处理 • 易于加密、保密性强 • 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
期 •T 信
•T •T
周 期
号
信
•t 号
•t
•T •T •T
▪ 信息编码：将信息用二进制数表示的方法
• 例如：ASCII编码、BCD编码等
▪ 数据编码：将数据用物理量表示的方法
• 例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数 据编码可能为
•0 •1 •0 •0 •0 •0 •0 •1 •t
不同方向的信号传输。
•单工方式 ：
•发送器
•半双工方式： •发送器/ 接收器
•全双工方式：
•发送器/ 接收器
•A站
•不可同 时
•可同 时
•接收器
•发送器/ 接收器
•发送器/ 接收器
•B站
2.2.4 传输方式
▪ 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。
• 例如：以太网（局域网）
• 终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。
▪ 传输系统
• 可以是简单的物理通信线路
• 也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备
数据通信的基本过程
▪ 5个阶段 ▪ 包含两项内容：数据传输和通信控制
过程 • 建立物理连接 • 建立逻辑连接 • 数据传输 • 断开逻辑连接 • 断开物理连接
▪ 数字通信与模拟通信
• 数字通信
▪ 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输
• 模拟通信
▪ 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输
▪ 数字通信的优点
• 抗噪声（干扰）能力强 • 可以控制差错，提高了传输质量 • 便于用计算机进行处理 • 易于加密、保密性强 • 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
期 •T 信
•T •T
周 期
号
信
•t 号
•t
•T •T •T
▪ 信息编码：将信息用二进制数表示的方法
• 例如：ASCII编码、BCD编码等
▪ 数据编码：将数据用物理量表示的方法
• 例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数 据编码可能为
•0 •1 •0 •0 •0 •0 •0 •1 •t
不同方向的信号传输。
•单工方式 ：
•发送器
•半双工方式： •发送器/ 接收器
•全双工方式：
•发送器/ 接收器
•A站
•不可同 时
•可同 时
•接收器
•发送器/ 接收器
•发送器/ 接收器
•B站
2.2.4 传输方式
▪ 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。
• 例如：以太网（局域网）
• 终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。
▪ 传输系统
• 可以是简单的物理通信线路
• 也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备
数据通信的基本过程
▪ 5个阶段 ▪ 包含两项内容：数据传输和通信控制
过程 • 建立物理连接 • 建立逻辑连接 • 数据传输 • 断开逻辑连接 • 断开物理连接
第二章：数据通信基础
第二章：数据通信基础名词解释：【信息】：是对客观食物的反映，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。
【数据】：信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。
【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。
【码元】：计算机网络传送中的每1位二进制数字称为“码元”或“码位”。
【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编码的有效位数。
【波特率】：是一种调制速率，也称波形速率。
它是针对在模拟信通上进行数字传输时，从调制解调器输出的调制信号，每秒钟载波调制状态改变的次数。
或者说，在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率。
【误码率】：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。
【吞吐量】：是单位时间内整个网络能够处理的信息总量。
【信道的传输延迟】：信号在信道中传输，从信源端到达信宿需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延）。
【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频率之差。
【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。
【数据终端设备（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信宿，在计算机网络中，它是资源子网的主题。
【数据线路端接设备（DCE）】：又称为数据通信设备，是介于DTE与传输介质之间的设备，用于将DTE发出的数字信号变换成适合于在传输介质上传输的信号形式，并将它送至传输截至上；或者将从传输介质上接收的远端信号变换为计算机能接收的数字信号形式，并送往计算机。
【频带传输】：就是将代表数据的二进制信号，通过调制解调器，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输，传输到接收端后再将模拟数据信号解调还原为数字信号。
【基带】：人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。
第2章 数据通信基础知识
内信道上传输的信息量就越多，传输效率也就越高。信号传
输速率受信道带宽的限制。
2．信道、信道容量、信道带宽
“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽 度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据 率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
➢ 对应不同的信源和信道，信号变换器有不同的组成 和变换功能。
➢ 发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收 端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。
模型中各部分的功能
信号变换器
➢ 编码器：把输入的信号（二进制数字）作相应的变换，使 之成为其他形式的数字信号或不同形式的模拟信号，以便 在信道中传输或在接收端正确识别信号。
数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路 连接分布在各地的数据终端设备以执行数据传输 功能的系统。本任务将学习数据通信系统的组成、 基本概念和数据通信的主要技术指标。
1.1.1 数据通信系统模型
1．通信系统的基本组成
➢ 通信系统必须具备3个基本要素：信源、传输介质 和信宿。
➢ 通信系统的一般模型如图所示，包括信源、发送 设备、信道、噪声源、接收设备和信宿6个部分。
➢ 数据是独立的，是尚未组织起来的事实的集合；信息是 按照一定要求以一定格式组织起来的数据，凡经过加工 处理或换算成人们想要得到的数据，都可称为信息。
信号（Signal）是数据的物理表示形式。 电信号有模拟信号和数字信号两种形式。
2.1.2 数据通信的基本概念
2．模拟通信和数字通信
➢ 根据信道传输信号的差异，通信系统分为模拟 通信系统和数字通信系统。
6. 时延(delay 或 latency)
➢ 传输时延（发送时延 ）：发送数据时，数据块从结 点进入到传输媒体所需要的时间。
输速率受信道带宽的限制。
2．信道、信道容量、信道带宽
“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽 度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据 率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
➢ 对应不同的信源和信道，信号变换器有不同的组成 和变换功能。
➢ 发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收 端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。
模型中各部分的功能
信号变换器
➢ 编码器：把输入的信号（二进制数字）作相应的变换，使 之成为其他形式的数字信号或不同形式的模拟信号，以便 在信道中传输或在接收端正确识别信号。
数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路 连接分布在各地的数据终端设备以执行数据传输 功能的系统。本任务将学习数据通信系统的组成、 基本概念和数据通信的主要技术指标。
1.1.1 数据通信系统模型
1．通信系统的基本组成
➢ 通信系统必须具备3个基本要素：信源、传输介质 和信宿。
➢ 通信系统的一般模型如图所示，包括信源、发送 设备、信道、噪声源、接收设备和信宿6个部分。
➢ 数据是独立的，是尚未组织起来的事实的集合；信息是 按照一定要求以一定格式组织起来的数据，凡经过加工 处理或换算成人们想要得到的数据，都可称为信息。
信号（Signal）是数据的物理表示形式。 电信号有模拟信号和数字信号两种形式。
2.1.2 数据通信的基本概念
2．模拟通信和数字通信
➢ 根据信道传输信号的差异，通信系统分为模拟 通信系统和数字通信系统。
6. 时延(delay 或 latency)
➢ 传输时延（发送时延 ）：发送数据时，数据块从结 点进入到传输媒体所需要的时间。
第2章 数据通信的基础知识
第16页，共82页。
2. 信道的最大数据传输率
• Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道
C = 2W log2 M
C = 数据传输率，单位b/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数
• Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据
传输速率提供了依据。
– 例如，话音级线路的带 宽约为3.1kHz，根据上
• 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输
– 模拟通信
• 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输
• 数字通信的优点
– 抗噪声（干扰）能力强
– 可以控制差错，提高了传输质量
– 便于用计算机进行处理
– 易于加密、保密性强
– 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
– 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信， 如通过电话线拨号上网。
第6页，共82页。
– 时延带宽乘积：某一信道所能容纳的比特数。
• 时延带宽乘积=带宽×传播时延
带宽
管道体积=时延带宽乘积
信道
传播时延
• 例如，某信道的时延带宽乘积为100万比特，这意味着 第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。
第7页，共82页。
– 往返时延（Round-Trip Time，RTT）：从发送端 发送数据开始，到发送端收到接收端的确认所经 历的时间 • RTT≈2×传播时延
与打电话比较 拨号，拨通对方
互相确认身份 互相通话 互相确认要结束通话 双方挂机
*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。
第12页，共82页。
2.2 信道及其主要特征
1. 数字信道和模拟信道 • 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传
输数据的信道。
2. 信道的最大数据传输率
• Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道
C = 2W log2 M
C = 数据传输率，单位b/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数
• Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据
传输速率提供了依据。
– 例如，话音级线路的带 宽约为3.1kHz，根据上
• 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输
– 模拟通信
• 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输
• 数字通信的优点
– 抗噪声（干扰）能力强
– 可以控制差错，提高了传输质量
– 便于用计算机进行处理
– 易于加密、保密性强
– 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
– 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信， 如通过电话线拨号上网。
第6页，共82页。
– 时延带宽乘积：某一信道所能容纳的比特数。
• 时延带宽乘积=带宽×传播时延
带宽
管道体积=时延带宽乘积
信道
传播时延
• 例如，某信道的时延带宽乘积为100万比特，这意味着 第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。
第7页，共82页。
– 往返时延（Round-Trip Time，RTT）：从发送端 发送数据开始，到发送端收到接收端的确认所经 历的时间 • RTT≈2×传播时延
与打电话比较 拨号，拨通对方
互相确认身份 互相通话 互相确认要结束通话 双方挂机
*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。
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2.2 信道及其主要特征
1. 数字信道和模拟信道 • 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传
输数据的信道。
第2章 数据通信的基础知识----
数据(data)是运送信息的实体，而信号(signal) 则是数据的电气的或电磁的表现。
一般说来，模拟数据和数字数据都可以转换为模 拟信号或数字信号。因此我们有以下四种情况：
（1）模拟数据、模拟信号。 （2）模拟数据、数字信号。 （3）数字数据、模拟信号。
（4）数字数据、数字信号。 图3-2给出了模拟的和数字的数据、信号的 示意图。
文字发明后， 利用驿站传 递文书
1837年莫尔斯电报
传输线
发报
收报
2
§2.1 通信技术的发展与信息社会
1876年贝尔电话
话筒
耳机
1864年麦克斯韦从理 论上预言了电磁波的 存在
1887年赫兹用实验证 实了电磁波的存在
5
1862年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文《论 物理力线》，不但进一步发展了法拉第的思想， 扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结 果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的 存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示 了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研 究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三 篇论文《电磁场的动力学理论》，从几个基本 实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建 立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和 磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作， 全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研 究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一 部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达 尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》 相媲美的里程碑式的著作。
15
2.2 基本概念
通信的目的 把含有信息的消息从一地传到另一地。电
信号传递信息准确而快速，不受时间、地点、 距离的限制。所以，电信号来传递消息是最 好的。
2.2.1 信号、信道与容量 2.2.2 带宽与传输速率 2.2.3 通信系统模型 2.2.4 通信网络的基本结构
第二章-数据通信基础
告 诉 自 己 那 个人我 曾经爱 过。或 许人一 生可以 爱很多 次，然 而总有 一个人 让我们 笑 的 最 灿 烂 ，哭的 最透彻 ，想的 最深切 。 3.无 论 生 活 的 多么艰 难，最 后你总 会 找 到 一 个 让你心 甘情愿 傻傻相 伴的人 。 4.每 个 人 都 有 一个死 角，自 己走不
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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
8
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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
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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
计算机网络数据通信的基础知识
2.1 数据通信的基本概念
4. 通信系统模型
通信的三个要素：信源、信宿和信道
信源：一次通信中产生和发送信息的一端
信宿：一次通信中接收信息的一端 信道：信源和信宿之间传送信息的通道，以通信线路为物质基础
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第五页，共五5十三页。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信系统的主要构成
2.1 数据通信的基本概念
1. 数据传输系统（通信子网）的组成：
传输线路：信息的传输路径（包括传输介质和中继设备）
传输介质：有线的（如同轴电缆、光纤，双绞线等），无线 的（微波、无线电、红外线等）
中继设备：信号在传输过程中有衰减，每隔一定距离需要对 传输信号放大、恢复信号幅度和相位后继续传送
调制解调器
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。
➢ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号能力的重要参数。
“带宽”同“速率”之间关系如何？
由于信道带宽总是有限的，以及信道干扰的存在，信道的数据 传输速率总会有一个上限，并且和带宽有相应关系。
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22 第二十二页，共五22十三页。
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，例如，电话线路的频率
范围在300～3400Hz，则它的信道带宽300～3400Hz ；
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21 第二十一页，共2五1十三页。
2.2 信道及其主要特征
2.信道容量（信道最大数据传输速率 ）：
➢ 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）
0 100 10 1 A B
码元 信息比特
第二章 数据通信基础
计算机网络 理论与实践
2.1.1 数据、信号与信息
数据、信号和信息是数据通信中的三个核心概念，它们之间存在着紧密的关系。 （1）数据（Data） 数据是指特定形式的符号或数字，它们对现实世界的观测、记录和测量结果的描述。 (2)信号（Signal） 信号是指用于在通信系统中传输数据的电信号、光信号或无线电信号，是数据的物理 表现形式。 （3）信息（Information） 信息是在接收方获取并理解数据后所带来的知识、理解或意义，它们的传递和交流需 要通过信号来实现。
计算机网络 理论与实践
2.1.3 数据通信中的主要技术指标
电磁波在链路上的传播速率主要有以下三种： 1)电磁波在自由空间中的传播速率约为3×108m/s。 2)电磁波在铜线电缆中的传播速率约为2.3×108m/s。 3)电磁波在光纤中的传播速率约为2×108m/s。例如：1000 km长的光纤线路产生的传 播时延大约为5ms。
计算机网络 理论与实践
第2章 数据通信基础
数据通信是指通过某种介质或网络，将数据从一个地方传输到另一个地方的过程。在 数据通信中，信息被转化为特定的格式，并通过物理或虚拟的通信通道进行传输。数 据通信可以是在计算机或设备之间进行的，也可以是在不同计算机网络之间进行的。 它是现代信息社会中信息传播和交流的基础，包括互联网、无线通信、电子邮件、即 时通信等各种技术和应用。
（1）单工、半双工与全双工通信 按信道上信号的传输方向与时间的关系，数据通信方式可分为单工通信、半双工通信 与全双工通信，如图所示。
计算机网络 理论与实践
2.1.2 数据通信方式
<1>单工通信 在单工通信中，通信的一方只能发送数据，而另一方只能接收数据，无法进行同时的 发送和接收操作。常见的单工通信的例子包括广播电台和电视台向观众发送内容、无 线电等设备的发射端向接收端发送信号等。
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2）字符同步
– 同步通信
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
– 异步通信
空 闲 起 始 位 一个字符帧 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
2.2 传输介质
定义
– 网络中连接收发双方的物理通路，也是通信 中实际传送信息的载体。
分类
– 有线介质（导向传输介质）
4
5 6 7 8
没有使用
没有使用 RX-（接收） 没有使用 没有使用
蓝
白蓝 橙 白棕 棕
4
5 6 7 8
没有使用
没有使用 RX-（接收） 没有使用 没有使用
蓝
白蓝 绿 白棕 棕
3）双绞线电缆类型
– 直通电缆 • 电缆两端的水晶头都遵循568-A标准或5 68-B标准，两端线序排列一致。 • 适用场合：计算机-集线器/交换机 – 交叉电缆 • 一端水晶头遵循568-A标准，而另一端 遵循568-B标准，即两个水晶头的连线 交叉连接 • 适用场合：计算机-计算机；集线器-集 线器；交换机-交换机
输入脉冲 输出脉冲
4、特点
– 支持极高的数据传输率，理论上可达 50Gbps – 光纤信号衰减小，可支持远距离传输， 通常可达2km以上 – 不受外界电磁干扰的影响，高速传输中 可保持低误码率 – 体积小，重量轻 – 价格较高
5、光纤传输系统
发送端 输入 光电 转换 光纤 接收端 光电 转换 输出
信号可分为 – 模拟信号 幅度随时间连续变化的信号。 – 数字信号 幅度被限制在有限个数值之内，它不 是连续的。
0
t 模拟信号波形
0
t 数字信号波形
发送端
发送的 信号
信道 噪声
接收的 信号
接收端
2、信道和噪声 信道：传输信号的物理媒质。 噪声：信号在传输过程中受到的外界的干扰。
噪声小，失真小，可识别
2、光纤传输工作原理
– 通过内部的全反射来传输一束光信号
保护层 包层 光纤 包层 保护层
– 光纤在任何时间都只能单向传输，因此， 要进行双向通信，它必须成对出现，每 个传输方向一根。 – 多条光纤组成一束，构成一条光缆。ຫໍສະໝຸດ 芯光纤包层塑料外套
玻璃内芯
多芯光缆
外壳 塑料外套
玻璃内芯
包层
3、分类
输入脉冲
3、特点（基带同轴电缆） – 粗缆和细缆都只能用于总线拓扑结构。当 任一连接点发生故障时，会影响到电缆上 所有的机器 – 局域网中，细缆的最大传输距离可达 925m，粗缆的最大传输距离可达2500m。 （有中继情况下） – 抗干扰能力强 – 造价高，不易安装
2.2.2 双绞线
1、概念 – 由两根相互绝缘的导线双双相互缠绕、 绞合在一起 – 一根电缆中可包含多对双绞线，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。
接收设备
输出 数据
信宿
输出 信息
4、接收端 接收设备：完成发送设备的反变换。 信宿：信息的归宿点，其作用是将数 据转换成相应的信息。
2.1.2 数据通信方式
1、串行通信与并行通信
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
发送端
串行通信信道 (a)
接收端
发送端
接收端
并 行 通 信 信 道
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
信道（噪声小） 发送信号 波形 接收信号 波形 发送信号 波形
噪声大，失真大，无法识别
信道（噪声大） 接收信号 波形
信源
输入 信息 输入 数据
发送设备
发送的 信号
信道
3、发送端
信源：信息的产生地，其作用是把信息 转换成数据。 发送设备：将信源产生的数据变换成适 合在信道中传输的信号。
信道
接收的 信号
铜芯 绝缘材料 外屏蔽层 保护性 塑料外层
传输数据 内芯与屏蔽层间的绝缘 屏蔽外部干扰
保护电缆
2、分类 – 基带同轴电缆（早期计算机网络用） • 屏蔽层由网状铜丝编织成 • 适用于传输数字信号，数据传输率为10 Mbps • 根据同轴电缆的直径粗细，分为细缆和 粗缆两种 – 宽带同轴电缆（有线电视用） • 屏蔽层由铝箔缠绕而成 • 适用于传输模拟信号
地球表面
地球表面
(a)
(b)
3、移动无线通信
4、卫星微波通信 – 地面站之间利用地球同步卫星作为中继 器的一种微波接力通信。
地球同步卫星
又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨 道上的人造卫星。 卫星距离地球的高度约为36000 km
卫星的运行方向与地球自转方向相同、运 行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、 运行周期与地球自转一周的时间相等。GO 在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星，即 可实现除两极外的全球通讯。
– 频带传输：利用模拟信道传输数字信号。
– 调制是将数字信号变换成模拟信号的过程， 解调是将模拟信号还原成数字信号的过程。
电话线 Modem
电话交换网
电话线 Modem
数字信号
模拟信号
模拟信号
数字信号
modem(调制解调器)=modulator(调制器)+demodulator(解调器)
– 模拟数据编码方法
直通电缆
568A-568B
交叉电缆
水晶头C1 白绿 1 绿 2 白橙 3 蓝 4 白蓝 5 橙 6 白棕 7 棕 8
水晶头C2 1 白橙 2 橙 3 白绿 4 蓝 5 白蓝 6 绿 7 白棕 8 棕
2.2.3 光纤
1、结构
光纤芯 包层 外部保护层
– 光纤芯：8~100μm的柔软、能传导光波的 介质，可用玻璃或塑料制造 – 包层：由玻璃纤维构成，用来将光线反射 到纤芯上 – 保护层：加固纤维，防止受外力折断
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
ASK调幅 FSK调频 PSK相对调相
2、通信信道允许直接传输数字信号 – 数字信道（以太网） – 基带传输：在数字信道上直接传送数 字信号（但为了更好的实现，需对初 始数字信号进行编码）。
568B-568B 水晶头A1 白橙 1 橙 2 白绿 3 蓝 4 白蓝 5 绿 6 白棕 7 棕 8 水晶头A2 1 白橙 2 橙 3 白绿 4 蓝 5 白蓝 6 绿 7 白棕 8 棕
568A-568A 水晶头B1 白绿 1 绿 2 白橙 3 蓝 4 白蓝 5 橙 6 白棕 7 棕 8 水晶头B2 1 白绿 2 绿 3 白橙 4 蓝 5 白蓝 橙 6 7 白棕 8 棕
– 红外（infrared）
– 可见光（visible light）
频率 (Hz) 10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10 微波
10
10
12
10
14
10
16
10
18
10
20
10
22
10
24
无线电
红外
X-射线
γ-射线
可见光 紫外线 f(Hz) 10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
10
10
10
11
10
12
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
(b)
2、单工、半双工与全双工通信
1）单工通信 – 数据信号仅可以从一个站点传送到另一 个站点。 – 信息流仅沿单方向流动，发送站和接收 站是固定的。
A
发送器
数据流
B
接收器
– 应用：无线电广播、有线电视、远程数 据收集系统等
2）半双工通信
– 信号可以双向传输，但是必须是交替进 行，一个时间只能向一个方向传送。
10
13
10
14
10
15
10
16
双绞线 同轴电缆
卫星通信
光纤
地面微波通信 无线电(AM) 无线电(FM) 电视频道 频段 LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
1、高频无线电通信（3*106Hz-3*107Hz）
电离层
地球表面
地球表面
(a)
(b)
2、地面微波通信（1*108Hz-1*1010Hz）
2、分类
– 屏蔽双绞线（shielded twisted pair, STP）
铜线
外部保护层 外屏蔽层
绝缘层
– 非屏蔽双绞线（unshielded twisted pair, UTP）
铜线
外部保护层
绝缘层
3、常用非屏蔽双绞线类型
– 3类线 • 带宽为16MHz • 适用于语音与10Mbps以下的数据传输 – 5类线 • 带宽为100MHz • 适用于语音与100Mbps的高速数据传 输
2.1 基本概念
2.1.1 通信系统的主要构成 2.1.2 数据通信方式
2.1.1 通信系统的主要构成
通信系统的一般模型
发送端 接收端
信源
输入 信息 输入 数据
发送设备
发送的 信号
信道
接收设备
接收的 信号 输出 数据
信宿
输出 信息
噪声
1、信息、数据和信号
信息：通信的目的是传送信息。如话音、文字、 图像等都是信息。
第二章 数据通信的基础知识
1
主要内容
2.1 基本概念 2.2 传输介质 2.3 数据传输类型 2.4 多路复用技术 2.5 数据交换技术 2.6 差错控制及检错
2.1 基本概念
通信的目的是交换信息。
为了传送这些信息，需要将字母、数字、 语音、图形或图像用二进制数据来表示。
– 同步通信
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
– 异步通信
空 闲 起 始 位 一个字符帧 数据位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符 起始位
LSB
MSB
2.2 传输介质
定义
– 网络中连接收发双方的物理通路，也是通信 中实际传送信息的载体。
分类
– 有线介质（导向传输介质）
4
5 6 7 8
没有使用
没有使用 RX-（接收） 没有使用 没有使用
蓝
白蓝 橙 白棕 棕
4
5 6 7 8
没有使用
没有使用 RX-（接收） 没有使用 没有使用
蓝
白蓝 绿 白棕 棕
3）双绞线电缆类型
– 直通电缆 • 电缆两端的水晶头都遵循568-A标准或5 68-B标准，两端线序排列一致。 • 适用场合：计算机-集线器/交换机 – 交叉电缆 • 一端水晶头遵循568-A标准，而另一端 遵循568-B标准，即两个水晶头的连线 交叉连接 • 适用场合：计算机-计算机；集线器-集 线器；交换机-交换机
输入脉冲 输出脉冲
4、特点
– 支持极高的数据传输率，理论上可达 50Gbps – 光纤信号衰减小，可支持远距离传输， 通常可达2km以上 – 不受外界电磁干扰的影响，高速传输中 可保持低误码率 – 体积小，重量轻 – 价格较高
5、光纤传输系统
发送端 输入 光电 转换 光纤 接收端 光电 转换 输出
信号可分为 – 模拟信号 幅度随时间连续变化的信号。 – 数字信号 幅度被限制在有限个数值之内，它不 是连续的。
0
t 模拟信号波形
0
t 数字信号波形
发送端
发送的 信号
信道 噪声
接收的 信号
接收端
2、信道和噪声 信道：传输信号的物理媒质。 噪声：信号在传输过程中受到的外界的干扰。
噪声小，失真小，可识别
2、光纤传输工作原理
– 通过内部的全反射来传输一束光信号
保护层 包层 光纤 包层 保护层
– 光纤在任何时间都只能单向传输，因此， 要进行双向通信，它必须成对出现，每 个传输方向一根。 – 多条光纤组成一束，构成一条光缆。ຫໍສະໝຸດ 芯光纤包层塑料外套
玻璃内芯
多芯光缆
外壳 塑料外套
玻璃内芯
包层
3、分类
输入脉冲
3、特点（基带同轴电缆） – 粗缆和细缆都只能用于总线拓扑结构。当 任一连接点发生故障时，会影响到电缆上 所有的机器 – 局域网中，细缆的最大传输距离可达 925m，粗缆的最大传输距离可达2500m。 （有中继情况下） – 抗干扰能力强 – 造价高，不易安装
2.2.2 双绞线
1、概念 – 由两根相互绝缘的导线双双相互缠绕、 绞合在一起 – 一根电缆中可包含多对双绞线，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。
接收设备
输出 数据
信宿
输出 信息
4、接收端 接收设备：完成发送设备的反变换。 信宿：信息的归宿点，其作用是将数 据转换成相应的信息。
2.1.2 数据通信方式
1、串行通信与并行通信
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
发送端
串行通信信道 (a)
接收端
发送端
接收端
并 行 通 信 信 道
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
信道（噪声小） 发送信号 波形 接收信号 波形 发送信号 波形
噪声大，失真大，无法识别
信道（噪声大） 接收信号 波形
信源
输入 信息 输入 数据
发送设备
发送的 信号
信道
3、发送端
信源：信息的产生地，其作用是把信息 转换成数据。 发送设备：将信源产生的数据变换成适 合在信道中传输的信号。
信道
接收的 信号
铜芯 绝缘材料 外屏蔽层 保护性 塑料外层
传输数据 内芯与屏蔽层间的绝缘 屏蔽外部干扰
保护电缆
2、分类 – 基带同轴电缆（早期计算机网络用） • 屏蔽层由网状铜丝编织成 • 适用于传输数字信号，数据传输率为10 Mbps • 根据同轴电缆的直径粗细，分为细缆和 粗缆两种 – 宽带同轴电缆（有线电视用） • 屏蔽层由铝箔缠绕而成 • 适用于传输模拟信号
地球表面
地球表面
(a)
(b)
3、移动无线通信
4、卫星微波通信 – 地面站之间利用地球同步卫星作为中继 器的一种微波接力通信。
地球同步卫星
又称对地静止卫星，是运行在地球同步轨 道上的人造卫星。 卫星距离地球的高度约为36000 km
卫星的运行方向与地球自转方向相同、运 行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、 运行周期与地球自转一周的时间相等。GO 在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星，即 可实现除两极外的全球通讯。
– 频带传输：利用模拟信道传输数字信号。
– 调制是将数字信号变换成模拟信号的过程， 解调是将模拟信号还原成数字信号的过程。
电话线 Modem
电话交换网
电话线 Modem
数字信号
模拟信号
模拟信号
数字信号
modem(调制解调器)=modulator(调制器)+demodulator(解调器)
– 模拟数据编码方法
直通电缆
568A-568B
交叉电缆
水晶头C1 白绿 1 绿 2 白橙 3 蓝 4 白蓝 5 橙 6 白棕 7 棕 8
水晶头C2 1 白橙 2 橙 3 白绿 4 蓝 5 白蓝 6 绿 7 白棕 8 棕
2.2.3 光纤
1、结构
光纤芯 包层 外部保护层
– 光纤芯：8~100μm的柔软、能传导光波的 介质，可用玻璃或塑料制造 – 包层：由玻璃纤维构成，用来将光线反射 到纤芯上 – 保护层：加固纤维，防止受外力折断
0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0
ASK调幅 FSK调频 PSK相对调相
2、通信信道允许直接传输数字信号 – 数字信道（以太网） – 基带传输：在数字信道上直接传送数 字信号（但为了更好的实现，需对初 始数字信号进行编码）。
568B-568B 水晶头A1 白橙 1 橙 2 白绿 3 蓝 4 白蓝 5 绿 6 白棕 7 棕 8 水晶头A2 1 白橙 2 橙 3 白绿 4 蓝 5 白蓝 6 绿 7 白棕 8 棕
568A-568A 水晶头B1 白绿 1 绿 2 白橙 3 蓝 4 白蓝 5 橙 6 白棕 7 棕 8 水晶头B2 1 白绿 2 绿 3 白橙 4 蓝 5 白蓝 橙 6 7 白棕 8 棕
– 红外（infrared）
– 可见光（visible light）
频率 (Hz) 10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10 微波
10
10
12
10
14
10
16
10
18
10
20
10
22
10
24
无线电
红外
X-射线
γ-射线
可见光 紫外线 f(Hz) 10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
10
10
10
11
10
12
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
(b)
2、单工、半双工与全双工通信
1）单工通信 – 数据信号仅可以从一个站点传送到另一 个站点。 – 信息流仅沿单方向流动，发送站和接收 站是固定的。
A
发送器
数据流
B
接收器
– 应用：无线电广播、有线电视、远程数 据收集系统等
2）半双工通信
– 信号可以双向传输，但是必须是交替进 行，一个时间只能向一个方向传送。
10
13
10
14
10
15
10
16
双绞线 同轴电缆
卫星通信
光纤
地面微波通信 无线电(AM) 无线电(FM) 电视频道 频段 LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
1、高频无线电通信（3*106Hz-3*107Hz）
电离层
地球表面
地球表面
(a)
(b)
2、地面微波通信（1*108Hz-1*1010Hz）
2、分类
– 屏蔽双绞线（shielded twisted pair, STP）
铜线
外部保护层 外屏蔽层
绝缘层
– 非屏蔽双绞线（unshielded twisted pair, UTP）
铜线
外部保护层
绝缘层
3、常用非屏蔽双绞线类型
– 3类线 • 带宽为16MHz • 适用于语音与10Mbps以下的数据传输 – 5类线 • 带宽为100MHz • 适用于语音与100Mbps的高速数据传 输
2.1 基本概念
2.1.1 通信系统的主要构成 2.1.2 数据通信方式
2.1.1 通信系统的主要构成
通信系统的一般模型
发送端 接收端
信源
输入 信息 输入 数据
发送设备
发送的 信号
信道
接收设备
接收的 信号 输出 数据
信宿
输出 信息
噪声
1、信息、数据和信号
信息：通信的目的是传送信息。如话音、文字、 图像等都是信息。
第二章 数据通信的基础知识
1
主要内容
2.1 基本概念 2.2 传输介质 2.3 数据传输类型 2.4 多路复用技术 2.5 数据交换技术 2.6 差错控制及检错
2.1 基本概念
通信的目的是交换信息。
为了传送这些信息，需要将字母、数字、 语音、图形或图像用二进制数据来表示。