数据通信基础-第二章资料讲解
第2章数据通信的基础知识课件
第2章数据通信的基础知识▪本章内容•数据通信系统•基本概念•传输介质•数据编码•多路复用技术•数据交换技术•差错控制•数据通信性能指标2.1数据通信系统▪源系统•源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。
•发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。
▪目的系统•接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。
•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与打电话比较•建立物理连接拨号，拨通对方•建立逻辑连接互相确认身份•数据传输互相通话•断开逻辑连接互相确认要结束通话•断开物理连接双方挂机2.2基本概念▪数据与信号▪信道▪通信方式▪传输方式▪同步方式2.2.1数据与信号▪数据（Data）传递（携带）信息的实体。
▪信息（Information）数据的内容或解释。
▪信号（Signal）数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播▪模拟信号•时间上连续，包含无穷多个信号值▪数字信号•时间上离散，仅包含有限数目的信号值。
最常见的是二值信号▪周期信号信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）▪非周期信号信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。
▪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▪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•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▪不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况：▪模拟传输和数字传输所使用的技术▪编码与调制的区别•编码：用数字信号承载数字或模拟数据•调制：用模拟信号承载数字或模拟数据2.2.2 信道▪信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）▪数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道•计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输•ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网▪模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道•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▪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。
第二章数据通信的基础知识
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.4.2 报文交换 ❖ 在数据交换中，对一些实时性要求不高的信
息，可以采用另一种方法叫作报文交换的数 据交换方法。报文交换方式传输的单位是报 文，在报文中包括要发送的正文信息和指明 收发站的地址及其他控制信息。 比如信件。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 2. 报文交换的特点 ❖ (1) 报文从源点传送到目的地采用“存储—转发”
第二章 数据通信的基础知识
❖ 2. 报文交换的特点 ❖ (4) 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的
地，而电路交换网络很难做到这一点。 ❖ (5) 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。 ❖ (6) 不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过
网络的延迟时间长且不定。 ❖ (7) 有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能
正反纠错码等。 检错码：奇偶校验码
第二章 数据通信的基础知识
❖ 3. 编码效率 ❖ R=k/n=k/(k+r) ❖ 式中：k为码字中的信息位位数； ❖ r为编码时外加冗余位位数； ❖ n为编码后的码字长度。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.6.2 奇偶校验
第二章 数据通信的基础知识
第二章 数据通信的基础知识
及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文 不按顺序到达目的地。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 1.4.3 分组交换 ❖ 1. 什么是分组交换 ❖ 分组交换又叫报文分组交换，是国际上计算
机网络普遍采用的数据交换方式。综合报文 交换和线路交换的优点。
第二章 数据通信的基础知识
❖ 分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交 换两种，如图1-14所示。它是计算机网络中 使用最广泛的一种交换技术。
第二章-数据通信基础
23.03.2022
9
zhuxh
▪ 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
23.03.2022
10
zhuxh
▪ 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
zhuxh
▪ 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
23.03.2022
25
zhuxh
码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
第2章_数据通信基础
2.误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占 总传输码元的比率，可用如下公式表示： 误码率=传输出错的码元数/传输的总码元数 误比特率是指在传输过程中，传输出错的比 特数占传输的总比特数的比率，可用如下公 式表示： 误比特率=传输出错的比特数/传输的总比特 数
3.信道带宽和信道容量 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，例如，电话线 路的频率范围为300～3 400 Hz，则它的带宽 范围也是300～3 400 Hz。
2.线路交换方式的特点 通信通道利用率很低，连接期间该通道完全 被用于整个连接过程，即使没有数据传送， 别人也无法使用。 实时性好，连接期间无延迟，一旦线路建立， 网络对于用户实际上是透明的。 交换设备简单(纯硬件)，收发速度快。 线路交换方式适用于远程成批处理和发送大 量数据的场合。
2.3.2报文交换 通道可复用，线路效率较高，多个报文可分 时共享一条通道。 能够建立报文的优先权。 可实现一对多通信，而这在线路交换中是办 不到的。 实时性差，延迟时间较长，不适用于声音和 图像之类实时或交互性要求较高的通信需求。
1.传输介质的分类 通信介质分为有线介质和无线介质两大类。 网络中常用的有线介质是双绞线、同轴电缆 和光纤；常用的无线介质是无线电波、微波 和红外线等
2.传输介质的特性 （1）物理特性：指传输介质的特征。 （2）传输特性：传输信号调制技术、信道容 量及传输的频带范围。 （3）覆盖地理范围：指在不用中继设备情况 下，无失真传输所能达到的最大距离。 （4）抗干扰特性：指防止噪声对传输信息影 响的能力。 （5）价格：指线路安装、维护等费用总和。
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。
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 数据通信基础知识--数据通信原理
随机信号的频谱常用其功率普密度表示：
P ()LiE m |F()|2
t
T
功率普密度与信号平均功率的关系：
S P(f)df
上一页 返回 下一页
2.1.2 信号的带宽
信号的绝对带宽(B)通常是指信号频谱正频域非零部分对应的频率 范围，如下图所示：
P(f)
-fb
fb f
0B
基带数据信号的一般都具有无穷大的绝对带宽，如下图所示：
段上的过程，而解调是将信道中来的频带信号恢复为基带信号的反过程。
调制解调器(Modem)就是调制和解调的统称
上一页 返回 下一页
2.1.3 调制解调的基本概念
2. 调制器模型
x(t)
s(t)
C(t) Ac cos(2f ct 0)
x(t) 调制信号，即数据终端产生的基带信号 C(t)是载波，AC是载波幅度，fC是载波频率简称载频,θ0是载波的初始相位。 s(t)是已调信号，即调制后的频带信号，其中包含了x(t)的全部信息，信道中
C B lo 2 ( 1 g S /N ) b/s it
其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
上一页 返回 下一页
2.2.5 话音信道传输数据信号
1. 线性系统分析
输入端 时域： x(t) 频域： X(f)
时域分析（卷积）
冲激响应h(t) 线性系统 传输函数H(f)
按照调制器功能
幅度调制：调制信号控制载波幅度变化，例如AM、ASK等 频率调制：调制信号控制载波瞬时频率变化，例如FM、FSK等 相位调制：调制信号控制载波瞬时相位变化，例如PM、PSK等。
上一页 返回 下一页
2.1.3 调制解调的基本概念
4. 解调分类
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• SYN：同步字符（Synchronous character），每帧可加1个（
单同步）或2个（双 同步）同步字符。
• SOH：标题开始（Start of Header）。
• 标题：Header，包含源地址（发送方地址）、目的地址（接收 方地址）、路由指示。
异步通信和同步通信
异步通信和同步通信 • 同步通信
效率较高，一次传送一批字符（即字符块 或数据块）。
8
同步通信协议 1．面向字符的同步协议（IBM的BSC协议）
BSC协议结构
SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验
• PAD (01010101,85)位同步字 • SYN (00010110,22) 同步字符（可加1个或2个） • SOH (00000001, 1) 标题开始 • ACK (00000110, 6) 肯定确认 • STX (00000010, 2) 正文开始 • NAK (00010101,21) 否定应答 • ETB (00010111,23) 传输块结束 • ITB (00010101,21) 中间传输块结束 • ETX (00000011，3) 正文结束 • DLE（00010000,16) 数据链路转义 • EOT (00000100, 4) 传输结束
数据通信基础-第二章
2.2.2 并行传输和串行传输
并行数据通信
特点：主要用于近距
离通信，传输速度快， 处理简单
应用：计算机内的总
线结构及并行接口。
2
2.2.2 并行传输和串行传输
串行数据通信
特点：节省信道，用于长
距离的数据传送，传送速度 比并行数据传送慢。在计算 机之间若要串行数据通信， 需在发送端把并行转变成串 行，而在接收端则把串行还 原成并行。
• STX：正文开始（Start of Text）。
• 数据块：正文（Text），由多个字符组成。
• ETB:块传输结束（end of transmission block）， 标识本数
据块结束。
• ETX：全文结束（end of text），（全文分为若干块传输）。
• 块校验：对从SOH开始，直到ETB/ETX字段的检验码。
• FC场：帧校验场。16位循环冗余校验码CRC。除F场和 自动插入的“0”位外，均参加CRC计算。
• I场：信息场。要传送的数据。
呼叫损失(呼损)
在正常情况下，用户发起呼叫后，由于网路的原因呼叫未 能完成而损失的比率（呼叫损失的次数与总的呼叫次数的比 值）。
总的呼叫次数是指用户发起的有效呼叫次数，其中不包括 由于主叫用户原因造成的呼叫损失，如用户错拨号，中途放 弃（主叫早释）等。
呼叫损失的次数是指由于网路原因导致呼叫没有完成的呼 叫次数，其中不包括用户忙、用户无应答、用户锁定、用户 关机、用户不在覆盖区、用户拒绝等。
2.3 信息及其度量
– 信息：是消息中包含的有效内容 – 如何度量离散消息中所含的信息量?
• 度量信息量的原则
– 能度量任何消息，并与消息的种类无关。 – 度量方法应该与消息的重要程度无关。 – 消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关 – 【例】 – 1.《儒林外史》中范进中举后发疯 – 2.今天下雨
应用：公用电话系统，计
算机中的串口等
3
2.2.3 异步传输和同步传输
异步通信和同步通信 • 异步通信
以不规则数据段进行传送为特征的串行数 据通信。对字符的二进制编码的通信，采用7位 的ASCII码表示。
异步通信的数据结构包括起始位、数据位、 奇偶位和停止位几部分。
4
2.2.3 异步传输和同步传输
2．面向bit的同步协议
（1）IBM的同步数据链路控制SDLC协议结构
1 byte 1-2 bytes 1-2 bytes Variable 2 bytes 1 byte
Flag Address field Control field Data FCS Flag
Flag：启动和终止差错校验。
Address field(目标地址字段)： 包括次站 SDLC 地址，表明帧来自于主站 还是次站。
Data ：包含路径信息单元（PIU）或交换识别（XID）信息。
Frame check sequence （FCS)： 优于结束标签分隔符，通常指循环冗余校 验（CRC）计算余数。
CRC即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check）：是数据通 信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段 的长度可以任意选定。
Control ：使用3种不同格式，取决于使用的 SDLC 帧类型： Information（I）frame ： 传递上层信息和一些控制信息。 Supervisory （S）frame ： 提供控制信息。S 帧可以请求和挂起传输、报告 状态、确认 I 帧接收。S 帧不包含信息帧（information field）。 Unnumbered （U）frame： 支持控制目标，无编号。U 帧用于启动次站。取决 于 U 帧，其控制字段可能为1字节也可能为2字节。有些 U 帧包含信息字段。
异步通信和01101 第n个字符
空闲位 第n+1字符
~~
0 1 01 10 0 1 1
0
起 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 奇 停
始 位
数据位
偶止 位位
5
⑵ 同步传输
同步传输不是以字符为单位而是以数据块(帧，一组字符或比特流 )为单位进行传输的。同步传输不再为数据块内的每个字符添加起始 位和停止位，而是在数据块之前加上一个或多个同步字符SYN。接 收端接收到SYN字符，并根据SYN来实现二进制位的同步和确定数 据块的起始位。
（2）ISO的高级同步数据链路控制HDLC协议结构
• F场：标志场。作为一帧的开始和结束，标志字符为8 位，01111110。
• A场：地址场。规定接收方地址，可为8的整倍位。接 收方检查每个地址字节的第1位，如果为"0"，则后边 跟着另一个地址字节。若为"1"，则该字节为最后一个 地址字节。
• C场：控制场。指示信息场的类型，8位或16位。若第1 字节的第1位为0，则还有第2个字节也是控制场。