数据通信系统模型
第4讲数据通信和编码技术
带宽
对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz） 为单位。
对于数字信号而言，带宽是指单位时间内链路能够经 过旳数据量。
为了与模拟信道旳带宽进行区别，数字信道旳带宽一 般直接用波特率或符号率来描述。
时延(delay 或 latency)
信号从源端发送到宿端所需要旳时间 发送时延 传播时延 处理时延
数据通信和编码技术
1 数据通信概述 2 数据传播方式 3 传播介质 4 数据编码技术
1 数据通信概述
数据通信系统基本概念 数据通信系统旳模型 数据通信系统旳技术指标
1.1 数据通信系统基本概念
数据（Data）——数据通信中传播旳二进制代码，是传播 信息旳载体
信息（Information）——数据旳内容和解释 信号(Signal)——数据在传播过程中旳电磁波表达形式
模拟旳和数字旳数据、信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
放大器 整形器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
1.1 数据通信系统基本概念
数据通信：在两点或多点之间以二进制形式进行信息互换 信源：一次通信中发送信息旳一端 信宿：一次通信中接受信息旳一端 信道：信源和信宿之间旳通信线路
公里
抗干扰能力 较强
介于双绞线和 光纤旳成本之 间
在6至8公里
光 缆
直径细、质地柔 软旳能传导光波 旳介质
用在点到 点链路上
距离内可不使 用中继器实现 高速率数据传
不受电磁干扰 或噪声旳影响
播
较贵
2.2 无线传播介质
电磁波，根据其频谱可分为无线电波、微波、 红外线和激光等
对于数据加密的网络通信系统的安全模型设计与应用
此 ， 我们 就 在原 有的 数据 加密 网络通 信 系统 上进 行 了
一
些设计 ， 从 而确 保数 据 的传 输更 加 的安全 、可靠 。
２ ． １ 加解密模块的设计
本 系 统是 将对 称密 码算 法和 公钥 密码 算 法相 结合
，
相互 独立 ， 而 该 系统所 使 用的密 钥是 由系统 的随机 函
或 是篡 改 ，在 需要 用到 通信 系统 的领 域 都需 要使 用加 密 系统 ，从 而才 能保 障 网络 中信 息 的安全 性 。加 密 系 统是 网络 通信 系统必 不可 少 的一 个部 分 ，也 在 网络通
然后 随 机 选取 加 密 密 钥 ｅ 使 ｅ 和 （ Ｐ －１ ） （ ｑ 一１ ） 互 素 。最 后 用欧 几 里德 扩 展算 法 计 算 解密 密 钥 ｄ 满
解密 ： Ｐ ＝Ｄ Ｋ １ （ Ｅ Ｋ ２ （ Ｄ Ｋ ３ （ Ｃ） ） ） ＣＢ Ｃ不 是一 种加 密算法 ． 而 是一 种算 法 的实现 方
式 ， 是一 种 密码模 式 。密码 模式 不 会损坏 密 码算 法 的
安全性 ， 而ｃ Ｂ Ｃ模 式 的应 用 主要 就 是 在 明文被 加密
组 明文分 组进行 异 或运算 ， 一 直循 环 到明 文分 组加
密结 束 。Ｃ Ｂ Ｃ模式 采 用这 样 的方 法主要 就是 为 了将完 全相 同 的消息 加密 成不 同 的密文 消息 ． 这 样就 可 以避
免窃 听者 采 用分组 重放 的方 式再 进行 攻击 。整 个 加密 过程 实现 起来 并不 难 但 是 必须 保证 用于 加 密的 密钥
三重 Ｉ Ｄ Ｅ Ａ算 法 即是采 用 Ｉ Ｄ Ｅ Ａ算 法在 三个 密钥 的 作 用 下对一 个 明文进 行 多次加 密 ， 在该 算法 加密 的 系 统 中所 使 用的三 个密 钥必 须保 证相 互独 立 。假设 所使
通信系统的简化模型
通信系统的简化模型通信系统的简化模型一、引言通信系统是指用于传输信息的设备和网络。
它由多个组成部分构成，包括发送器、接收器、信道和协议等。
通信系统的设计和优化是一个复杂的过程，需要考虑诸多因素。
为了更好地理解通信系统的工作原理，我们可以采用简化模型来描述其基本结构和功能。
二、通信系统的基本结构通信系统可以分为两个主要部分：发送端和接收端。
发送端负责将信息转换为适合传输的形式，并通过信道将其传输到接收端。
接收端则负责将传输过来的信息还原为原始形式，并进行相应处理。
1. 发送端发送端由三个主要组成部分构成：源、编码器和调制器。
（1）源源是指产生信息的设备或人类活动。
例如，语音、图像、文字等都可以作为信息源。
在通信系统中，这些不同类型的信息需要经过不同的处理方式才能被传输。
（2）编码器编码器是将源产生的原始信息转换为适合传输的格式或编码方式。
常见的编码方式包括数字化、压缩和加密等。
（3）调制器调制器是将编码后的数字信号转换为适合传输的模拟信号。
调制器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输到接收端。
2. 接收端接收端由三个主要组成部分构成：解调器、译码器和目的地。
（1）解调器解调器是将模拟信号转换为数字信号。
其主要功能是将接收到的模拟信号转换为数字信号，并传递给译码器进行进一步处理。
（2）译码器译码器是将数字信号转换为原始信息。
其主要功能是将接收到的数字信号还原为原始信息，并进行相应处理。
（3）目的地目的地是指最终接收到信息的设备或人类活动。
例如，显示屏、扬声器、打印机等都可以作为信息的目的地。
三、通信系统中的信道通信系统中，信息需要通过一定类型的信道进行传输。
根据不同类型的传输媒介，可以将通信系统中使用的信道分为有线和无线两种类型。
1. 有线信道有线信道指通过电缆或光缆等物理媒介进行传输。
常见的有线通讯方式包括电话、电报、以太网等。
2. 无线信道无线通讯方式则使用了无线电波作为传输媒介。
辅以实例讲述数据通信系统模型的基本工作过程
辅以实例讲述数据通信系统模型的基本工作过程1. 回顾TCP/IP模型什么是数据网络（Data Network）？简单地说，数据网络就是一个由各种设备搭建起来的一张网，常见的设备有：路由器、交换机、防火墙、负载均衡器、IDS/IPS、VPN服务器等等。
数据网络最基本的功能就是实现不同节点之间的数据互通，也就是数据通信。
TCP/IP模型是当今IP网络的基础（也被称为DoD模型，上图我贴出的并不是标准的TCP/IP模型，为了方便下文的阐述，这里给出的是一个TCP/IP模型与OSI模型的对等模型），它将整个数据通信的任务划分成不同的功能层次（Layer）,每一个层次有其所定义的功能，以及对应的协议。
打个比方，对于一家公司而言，一笔业务需要各个部门相互协同工作才能完成，部门与部门之间既相互独立，但是又需要相互配合，可以借用这种思路来理解TCP/IP参考模型。
分层参考模型的设计是非常经典的理念：(1)层次化的模型设计将网络的通信过程划分为更小、更简单的部件，因此有助于各个部件的独立开发、设计和故障排除；(2)层与层之间相互独立，又互相依赖，每一层都有该层的功能、以及定义的协议标准。
层层之间相互配合，共同完成数据通信的过程；(3)通过组件的标准化，允许多个供应商进行开发；(4)通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化；(5)允许各种类型的网络硬件和软件相互通信。
上面这张图显示的就是每个层次对应的代表性协议。
2. 理解数据通信过程根据上图所示的网络拓扑（Topology），我们来分析一下PC访问Server的WEB服务的详细通信过程。
在阐述过程中，我们聚焦的重点是利用TCP/IP参考模型理解数据通信过程，因此可能会忽略部分技术细节，例如DNS、TCP三次握手等，这些技术细节这里暂不做讨论。
现在你要换一种视野来看待这个“世界”了，想象一下上图所示的终端以及路由器都是一个个的“TCP/IP通信模型”，事实上，整个过程在宏观层面体现如下：我们一步一步的来分析：1.PC的用户在WEB浏览器中访问Server的WEB服务（这里我们暂且不去关注HTTP交互、DNS交互等细节，重点看通信过程），PC的这次操作将触发HTTP应用为用户构造一个应用数据（如下图所示）。
简述通信系统的一般模型__概述及解释说明
简述通信系统的一般模型概述及解释说明1. 引言1.1 概述通信系统是现代社会中不可或缺的一部分，它在人们之间传递信息、交流思想起到了至关重要的作用。
随着科技的发展，各种通信系统得以建立和完善，从最初的传统有线电话到如今的移动通信网络，都为人们提供了全球范围内快速、可靠、安全的信息传输与沟通手段。
本文将简要介绍通信系统的一般模型，并对其组件、功能和工作原理进行解释说明。
同时，本文还将深入探讨通信系统中的关键要点，以便读者更好地理解和运用相关知识。
1.2 文章结构本文主要分为六个部分：引言、通信系统的一般模型、通信系统的要点一、通信系统的要点二、通信系统的要点三和结论。
在引言部分，我们将对整篇文章进行概述，并阐明文章目标与结构。
接下来，在通信系统的一般模型部分，我们将具体描述其定义、背景、组件和功能以及工作原理。
在接下来的三个部分中，我们将详细解释每个要点，并提供相关实例和说明。
最后，在结论部分，我们将对整篇文章进行总结并提出一些展望。
1.3 目的本文的主要目的是向读者介绍通信系统的一般模型，并解释其组成部分和工作原理。
通过详细说明每个关键要点，我们希望读者能够全面了解通信系统并理解其在现代社会中的重要性。
同时，通过阅读本文，读者还可以更好地应用和运用通信系统相关知识。
最终，我们期望本文能为读者提供一个全面、清晰且易于理解的概述，并为他们进一步学习和研究通信系统打下基础。
2. 通信系统的一般模型2.1 定义和背景：通信系统是指通过传送、交换和处理信息来完成信息传递的一组设备和技术的集合。
它可以实现人与人之间、人与机器之间以及机器与机器之间的信息传递。
通信系统在现代社会中扮演着非常重要的角色，广泛应用于电信、互联网、无线通信等领域。
2.2 组件和功能：通信系统由多个组件组成，每个组件都有特定的功能，协同工作以实现信息传递。
主要的组件包括发送端、接收端、传输介质和信号处理设备。
发送端将待传输的信息转化为适合在传输介质上进行传播的信号，并通过传输介质将信号发送给接收端。
数据通信-OSI参考模型教案
《数据通信技术》课堂教学教案
数据解封
3.OSI 七层协议的功能
物理层：
物理层建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特（bit，01二进制数）流传输，只有该层为真实物理通信，其它各层为虚拟通信。
物理层实际上是设备之间的物理接口，物理层传输协议主要用于控制传输媒体。
简单来说物理层确定物理设备接口，提供点－点的比特流传输的物理链路。
数据链路层：
数据链路层为网络层相邻实体间提供传送数据的功能和过程；提供数据流链路控制；检测和校正物理链路的差错。
物理层不考虑位流传输的结构，而数据链路层主要职责是控制相邻系统之间的物理链路，传送数据以帧为单位，规定字符编码、信息格式，约定接收和发送过程，在一帧数据开头和结尾附加特殊二进制编码作为帧界识别符，以及发送端处理接收端送回的确认帧，保证数据帧传输和接收的正确性，以及发送和接收速度的匹配，流量控制等。
简言之数据链路层利用差错处理技术，提供高可靠传输的数据链路。
网络层：
网络层控制分组传送操作，即路由选择，拥塞控制、网络互连等功能，根据传输层的要求来选择服务质量，向传输层报告未恢复的差错。
网络层传输的信息以报文分组为单位，它将来自源的报文转换成包文，并经路径选择算法确定路径送往目的地。
网络层协议。
数据通信系统模型
• 2.2.2 异步传输与同步传输 • 数字通信中必须解决的一个重要问题，就是要求
通信的收发双方在时间基准上保持一致。
• 即接收方必须知道它所接收的数据每一位的开始 时间与持续时间，这样才能正确地接收发送方发来 的数据。
• 1.异步传输方式
• 异步传输的工作原理是：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。
• ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示 128个字符。字符分为图形字符与控制字符两类。
• 二进制编码按高位到低位（b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0）的顺序排列，而b7位一般用于字符的校验。 那么，英文单词NETWORK（大写）的ASCII码编码的 二进制比特序列（不考虑校验位）应该是“1001110 1000101 1010100 1010111 1001111 1010010 1001011”。如果要从主机A将这样的二进制比特序 列准确地传送到主机B，并且主机A、B都使用ASCII 编码，那么主机B就可以将接收的二进制比特序列解 释为“NETWORK”。
•
如图（b）所示，在半双工通信方式中，信号
可以双向传送，但必须是交替进行，一个时间只能
向一个方向传送。可以双向传送信号，但必须交替
进行的通信信道，只能用于半双工通信方式中。
•
如图（c）所示，在全双工通信方式中，信号
可以同时双向传送。只有可以双向同时传送信号的
通信信道，才能实现全双工通信，自然也就可以用
• 2.同步传输
• 同步传输方式不是对每个字节单独进行同步，而 是对一组字符组成的数据块进行同步。
• 2.2.3 数据传输方向
• 数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以 分为三种： 单工通信、半双工通信、全双工通信。
数据通信基本技术.
2. 数字通信系统
₪ 信道译码器：对收到的信号进行纠错，消除信道编码器插 入的多余码元，信源译码器把得到的数字信号还原为原始 的模拟信号称为数/模(D/A)转换，提供给信宿使用。
₪ 当然数字信号也可采取频带传输方式，这时需用调制器和 解调器对数字信号进行调制，将其频带搬移到光波或微波 频段上，利用光纤、微波、卫星等信道进行传输。
₪ 数据通信系统都是由数据终端子系统、数据传输子系 统和数据处理子系统三部分组成的。
2.2通信编码技术
₪ 数据编码技术：
■ 一个模拟物理量（如电流、电压、温度、长度等等）及文字、 图像、图形、声音等都有自己的表示方式。而各种信号在计 算机中存储和传输都必须转换为二进制数据。确切地讲是模 拟数据数字信号编码技术。
2.3数据传输方式
串行数据信号在传输线上的传输方向有三种方案： 1. 单工通信（双线制） 2. 半双工通信（双线制＋开关） 3. 全双工通信（四线制）
2.3数据传输方式
1. 单工通信（双线制）
■ 单工（Simplex）通信只允许传输的信息始终向一个 方向流动，就像道路交通上的单行道一样。实际应用 中，单工通信的信道采用双线制，一个用于传输数据 的主信道，一个用于传输控制信息的监测信道。例如， 听广播和看电视，信息只能从广播电台和电视台发射 （传输）到用户，而用户不能将数据传输到广播台或 电视台，BP机也是单工通信的例子。
■ 量化过程通常使用一种叫做A/D转换器（模拟数字转换器）的 器件来完成。
3. 编码
取得量化数值以后，要把它们转换成为 二进制数据，这个过程叫做编码。
4. 采样定理
在把一个模拟信号通过“采样”变成在时间上“离 散”的信号以后，能不能保留原有信号的特征，或 者说能不能由它来恢复出原有信号就非常重要了。
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释为“NETWORK”。
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1866年，通过美国、法国之间贯穿大西洋 的电缆，电报将世界上的不同国家连接起来。 莫尔斯电报的重要性在于它提出了一个完整的 数据通信方法，即包括数据通信设备与数据编 码的完整的方法。莫尔斯电报系统的某些术语， 如传号(marker)、空号(space)，至今仍在使
用。
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数据通信系统模型
数据通信系统模型
对于数据通信来说，被传输的二进制代码 称之为“数据”（data）；数据是信息的载体。 数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据 所表示内容的解释。数据通信的任务就是要传 输二进制代码比特序列，而不需要解释代码所 表示的内容。在数据通信中，人们习惯将被传
输的二进制代码的0、1称为码元。
也是数据通信中的编码标准。
ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表 示128个字符。字符分为图形字符与控制字符
两类。
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数据通信系统模型
二进制编码按高位到低位（b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0）的顺序排列，而b7位一般用于字符 的校验。那么，英文单词NETWORK（大写）的 ASCII码编码的二进制比特序列（不考虑校验
数据通信系统模型
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2020/11/21
数据通信系统模型
主要内容
2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据通信方式 2.3 多路复用技术 2.4 数据交换技术 2.5 数据通信的主要性能指标 2.6 传输媒体 2.7 总结与习题
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数据通信系统模型
2.1 数据通信的基本概念
莫尔斯电报码只适用于电报操作员手工发 报，而不适用于机器的编码与解码。1870年， 法国人Emile Baudot发明了适用于机器编码、 解码的博多（Baudot）码。由于博多码采用5 位信息码元（即5位0、1比特序列），只能产 生32种可能的组合，因此在用来表示26个字母、 10个十进制数字、标点符号与空格时是远远不 够的。为了弥补这个缺陷，博多码不得不增加 两个转义字符。尽管博多码并不完善，但是博 多码及其修订版在数据通信中几乎使用了半个
2.1.1 数据、信息与信号
通信的目的是交换信息（information）， 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图 像。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号 的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字 母、数字或符号用二进制代码表示。数据通信是 指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号
的二进制代码0、1比特序列的过程。
世纪。
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数据通信系统模型
目前应用最广泛的是美国信息交换标准编 码ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）。ASCII 码本来 是一个信息交换编码的国家标准，后来被国际 标准化组织接受，成为国际标准ISO 646，又 称为国际5号码。因此，它被用于计算机内码，
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数据通信系统模型
随着计算机技术的发展，多媒体 （multimedia）技术得到了广泛的应用。媒体 （media）在计算机领域中有两种含义：一是指用 以存储信息的实体，例如磁盘、光盘、磁带与半 导体存储器；二是指信息的载体，例如数字、文 字、语音、图形与图像。多媒体技术中的媒体是 指后者。多媒体计算机技术就是要研究计算机交 互式综合处理多种媒体信息（文本、图形、图像 与语音）。利用数字通信系统来实现多媒体信息
数据通信系统模型
对于数据通信技术来说，它要研究的是如何 将表示各类信息的二进制比特序列通过传输介质，
在不同计算机之间进行传送的问题。
信号是数据在传输过程中的电信号的表示形 式。电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变 化的电信号称为模拟信号（analog signal）。
计算机所产生的电信号是用两种不同的电平 去表示0、1比特序列的电压脉冲信号，这种电信
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数据通信世纪中 期。美国人Samuel F.B. Morse完成了电报系 统的设计，他设计了用一系列点、划的组合表 示字符方法，即莫尔斯（Morse）电报码，并 在1844 年通过电线从华盛顿向巴尔的摩发送
了第一条报文。
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数据通信系统模型
号称为数字信号（digital signal）。
按照在传输介质上传输的信号类型，可以相 应地将通信系统分为模拟通信系统与数字通信系
统两种。
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数据通信系统模型
2.1.2 数据通信系统
信息的传递是通过通信系统来实现的，通信系统的 基本模型共有五个基本组件，即发送设备、接受设备、 发送机、信道和接收机。其中，把除去两端设备的部分 叫做信息传输系统。信息传输通信系统由三个主要部分
的传输，是通信技术研究的重要内容之一。
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数据通信系统模型
与文本、图形信息传输相比较，语音、图像 信息传输的特点是：要求数据通信系统具有高速 率与低延时的特性。以图像信息传输为例，如果 每帧图像由1024×768个点阵组成，图像颜色有 256种，每个点阵用1字节二进制数表示，每秒钟 传送30帧图像，那么每秒钟需要传送23592960字 节。如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音 信号进行22050 次取样，每次取样值用1字节表示， 那么单声道每秒钟需要传送22050字节；双声道立
体声每秒钟需要传送44100字节。
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数据通信系统模型
多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信 系统提出更高的要求。
对于计算机系统来说，它关心的是信息用什 么样的编码体制表示出来。例如，如何用ASCII码 表示字母、数字与符号，如何用双字节去表示汉
字，如何表示图形、图像与语音。
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