数据通信的基础知识

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数据通信基础知识

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数据通信基础知识数据通信是现代社会中不可或缺的一部分,它依赖于各类不同的网络技术、传输媒介以及各种通信设备来实现信息的传输。

数据通信作为计算机网络的一个分支领域,在信息技术的发展历史中,一直扮演着至关重要的角色。

因此,对于数据通信的基础知识的掌握,对于从事计算机行业的人员来说显得格外重要。

一、数据通信的基本概念数据通信指的是通过各种可以传输数据的设备或网络工具将数据以特定的格式从一处传输到另一处的通信过程。

数据本身是以二进制编码方式来存储和传输,这种编码方式只包括数字0和1。

在数据通信领域,每一个0和1被定义为一个比特,也就是二进制信息位。

数据通信是实现计算机之间连接的基础,我们是通过数据通信技术将计算机与其他设备和网络连接起来。

二、数据通信的主要组成部分1.信源:信源指的是产生和发送信息的物理设备。

比如计算机、手机等都是信源的代表。

信源产生的数据信号可能是按照数字或者模拟信号来产生。

2.编码器:在数据信号经过信源后,信源产生的信号不一定是经过处理的二进制码流,因此需要对信源产生的信号进行编码操作,将原始信号转换为正确的数码形式,这就要用到编码器。

3.信道:信道就是传输信息信号的传输媒介,信道的种类很多,例如:电缆、光纤、无线电波等等。

4.解码器:按照收发双方协议规定,收到的信息信号需要进行解码操作,将数码形式转换为指定的信号形式并还原原始信息。

5.信宿:信宿是指接收信息的物理设备,例如计算机、手机等。

三、数据通信的传输模式在数据通信中有两种主要的传输模式:串行传输和并行传输。

串行传输:串行传输是指每一个二进制数位依次流动地发出,它的传输速度比并行传输要慢很多,但是传输的反差强度高。

串行传输通常应用在一些要求传输距离较远、传输速度较慢但是信号质量要求比较高的场合,如电子标签、传感器等。

并行传输:并行传输就是将多个二进制数同时传输,它的传输速度比串行传输要快,但受到电磁干扰的影响也比串行传输严重。

数据通信基本知识

数据通信基本知识

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1.7 数据通信网
数据通信
图1-11 数据通信网示意图
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1.7 数据通信网
2.数据通信网的分类
数据通信
(1)按网络拓扑结构分类 数据通信网可分为网状型网、不完全网状型网(格型网)、星
型网、树型网、环型网和总线型网等。
一般骨干网采用网状网或格型网,本地网中可采用星型网。 (2)按传输技术分类
数据通信
数据通信
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数据通信
第1章 数据通信基础知识
2
第1章 数据通信基础知识
数据通信
本章内容、重点和难点
本章内容
数据通信的基本概念、特点和数据通信系统的构成。 数据传输代码、传输方式、传输速率和性能指标。 数据通信的复用技术和数据通信网。 本章重点
数据通信系统的构成。 数据传输速率传输方式和性能指标。 数据通信的复用技术。 本章难点
数据通信系统的构成。 统计时分复用。
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第1章 数据通信基础知识
数据通信
学习本章的目的和要求
掌握数据通信的基本概念、数据通信系统的构成。 掌握数据通信的传输速率、传输方式、复用技术和性 能指标。 了解数据通信网的构成和分类。
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1.1 数据通信的基本概念与系统构成 数据通信
一、 数据通信的基本概念
η=系统的调制速率(NBd)/系统的频带宽度(Hz) (Bd/Hz) η =系统的传信速率(bit/s)/系统的频带宽度(Hz) (bit/s·Hz)
数据传输系统所占的频带越宽,传输信号的能力就越大。
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1.5 数据信号的传输方式
数据通信
数据传输方式是指数据在信道上传送所采取的方式。 如按数据代码传输的顺序可以分为并行传输和串行传输; 如按数据传输的同步方式可分为同步传输和异步传输; 如按数据传输的流向和时间关系可分为单工、半双工和全双工 数据传输。 如按数据传输的频带可分为基带传输和频带传输。

第二章-数据通信基础

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
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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

计算机数据通信基础知识及体系结构

计算机数据通信基础知识及体系结构
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图2-2 通信信道连接类型 (a) 点对点式连接;(b) 点对多点式连接
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3.数据通信系统的主要技术指标 比特(bit)是二进制(Binary Digit)的缩写,即计算机中常用的术语“位”,在数据通信中用它来度量消息的信息量。 “码元”是对计算机网络中传送的二进制数字中每一位的通称,或称为“码位”。二进制数字1000001是由7个码元组成的序列,通常称为“码字”,在7位ASCII码中,这个码字就是字母A。
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2.1.2 数据传输 1.数据传输方式 1) 并行传输与串行传输 (1) 并行传输。 如图2-3所示,两数据设备之间一次传输n位并行数据,每条连线对应一条信道,用于传输代码的对应位,n条信道组成了n位并行信号。
*
图2-3 并行传输方式
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(2) 串行传输。串行传输时,数据一位一位地在一条信道上传输。如图2-4所示,数据发送端向数据接收端发出了“01001101”的串行数据。
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显然,模拟信号的取值可以有无限多个,图2-1 (a) 表示话音声压随时间连续变化的消息,图2-1(b) 表示与之相应的电流幅度随时间变化的电信号。数字信号是一种离散信号,它的取值是有限个,比如计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号。
*
图2-1 模拟信号
*
任何通信信道都不是理想的,由于信道带宽的限制及信道干扰的存在,信道的数据传输速率总会有一个上限。1924年,奈奎斯特(Nyquist)就推导出在具有理想低通矩形特性信道情况下的最高码元传输速率公式:理想低通信道每赫兹带宽的最高码元传输速率是2Baud每秒,我们称为奈氏准则。例如,话音电路的带宽为4kHz,则其最高码元传输速率是8000Baud每秒;假设1Baud携带3 bit的信息,则最高传输速率为24000b/s。对于具有理想带通矩形特性的信道,奈氏准则变为理想低通信道每赫兹带宽的最高码元传输速率是1Baud每秒。

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数据通信基础知识

数据通信基础知识在当今数字化的时代,数据通信已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。

从我们日常使用的手机与朋友聊天、发送电子邮件,到企业之间的大规模数据传输和全球范围内的信息共享,数据通信的身影无处不在。

那么,什么是数据通信?它又是如何工作的呢?让我们一起来探索数据通信的基础知识。

一、数据通信的定义和重要性数据通信,简单来说,就是在不同的地点之间以数字形式传输数据的过程。

这些数据可以是文本、图像、音频、视频或其他任何形式的信息。

数据通信的重要性不言而喻。

它使得人们能够迅速、准确地获取和传递信息,大大提高了工作效率和生活质量。

比如,在医疗领域,医生可以通过数据通信远程诊断病情,为患者提供及时的治疗建议;在教育领域,学生可以在线学习丰富的课程资源,不受时间和空间的限制;在商业领域,企业可以实时监控库存和销售数据,做出更明智的决策。

二、数据通信的基本要素要实现有效的数据通信,需要以下几个基本要素:1、发送方和接收方发送方是产生数据并将其发送出去的设备或个人,而接收方则是接收并处理这些数据的设备或个人。

2、数据数据是通信的内容,可以是各种形式的信息。

3、信号信号是数据的物理表现形式,比如电信号、光信号等。

4、传输介质传输介质是信号传输的通道,常见的有双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。

5、协议协议是通信双方遵循的规则和标准,确保数据能够正确、有序地传输和理解。

三、数据通信的传输方式数据通信有两种主要的传输方式:串行传输和并行传输。

串行传输是逐位地传输数据,一次只传输一位。

这种方式虽然速度相对较慢,但成本较低,适用于长距离通信。

并行传输则是同时传输多位数据,速度较快,但成本较高,通常用于短距离通信,如计算机内部的数据传输。

四、数据通信的网络类型1、局域网(LAN)局域网通常覆盖一个较小的地理区域,如办公室、学校或家庭。

它具有较高的传输速度和较低的误码率。

2、城域网(MAN)城域网覆盖的范围比局域网大,一般是一个城市。

2.1数据通信的基础知识

2.1数据通信的基础知识
❖ 编码:将数字数据转换成数字信号的过程。 ❖ 解码:将数字信号还原(huán yuán)为数字数据的过
程。 ❖ 调制:将数字数据转换成模拟信号。 ❖ 解调:将调制后的模拟信号还原为数字数据
的过程。
第十页,共五十七页。
常用 编码方法 (chánɡ yònɡ)
❖ 归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0 ❖ 不归零制:正电平代表1,负电平代表0
❖ 实现(shíxiàn)收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术 之一,通常使用的同步技术有两种:
异步方式 同步方式
第二十八页,共五十七页。
异步传输方式
❖ 在异步传输方式中,每传送1个字符(7位或8位)都要在每个字 符码前加1个起始位,以表示字符代码的开始,在字符代码和校验 码后面(hòu mian)加1或2个停止位,表示字符结束。接收方根据起始 位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步 作用。
量越多,那么(nà me)就可以用更高的速率传送码元而不 出现码间串扰。
第十八页,共五十七页。
理想(lǐxiǎng)低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想(lǐxiǎng)低通信道的带宽,单位为赫(Hz)
能通过
0
W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
❖ 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输 速率是每秒 2 个码元。
❖ 曼彻斯特编码:位周期中心的上跳变表示0,下跳 变表示1
❖ 差分曼彻斯特编码:位的开始边界有跳变上跳 变表示0,无跳变表示1
❖ 曼彻斯特编码产生的信号频率(pínlǜ)比不归零制高, 但曼彻斯特编码有自同步能力。
第十一页,共五十七页。
数据
0
1
00101 Nhomakorabea1

第2章-数据通信基础知识

第2章-数据通信基础知识

同步 TDM
带宽浪费
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
周期1 统计TDM
周期2 可用带宽
A1 B1 B2 C2
周期1
周期2
2.5 差错控制与流量控制
1.差错的产生
1)差错的定义
通过通信信道后接收的数据与发送的数据不 一致的现象。
2)差错产生的原因和类型
差错产生的原因是热噪声。主要有信道固有 的随机热噪声和外界因素引起的冲击热噪声。
外护套
加固材料 塑料屏蔽层
玻璃纤维和包层
图2-4光缆结构
(4)无线通信
电磁波传播方式有两种:无线、有线 常用的有微波、红外线和可见光。 无线通信系统有:微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。
微波只能沿直线传播,在地面一般采用点对点方式通信。 蜂窝移动通信是广播式传输,采用多址接入技术区分用户。
卫星通信覆盖面积大,通信距离远,通信费用和距离无关, 有传输延迟。
• 单工:数据单向传输(无线电广播)
• 半双工:数据可以双向传输,但不能在同一时刻双向传输
(对讲机) • 全双工:数据可同时双向传输(电话)
两个方向的信号共享链路带宽: 1)链路具有两条物理上独立的传输线路,或 2)将带宽一分为二,分别用于不同方向的信号传输
数据通信的操作方式
3.数据通信中的主要技术指标
统计时分多路复用(ATDM)-也叫异步时分多路复用
根据用户对时间片的需要来分配时间片,没有数据传 输的用户不分配时间片,同时,对每一个时间片加上用户 标识,以区别该时间片属于哪一个用户。提高了通信线路 利用率。
该技术为异步传输模式ATM的研究奠定了理论基础。
t1 t2 t3
A B C D
待发数据

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第二章 数据通信基础知识
Networking techno;ogy
2.1 基本概念
信号
f(t)是消息或数据的电磁编码x(。nT)信号的时域特性表 示为时间t的函数,信号的数学描述一般是以时
间t为自变量,以某种物理量(如电压)为因变
量。
t
11 00001 11 010 01 10 11 1 1 nT
分为(a) 模模拟拟信信号 号与数字信号。 (b) 数字信号
然而:信道对不同频率的信号其衰减幅度是不 相同的,因而会发生畸变。一般来说,频率越 高的信号,其衰减幅度越大
2.2.2 信道的截止频率与带宽
2.2.3 信道的最大数据传输率
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
2.2.1 信号的频谱和带宽
傅立叶已经证明:任f(何t) 一个周期为T的函数f(t)都是由 无穷多个正弦和余弦函数合成,即:
具体的数字编码方式。 数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
脉冲信号频谱图
信号的脉冲宽度与其带宽成反比,因此信 号的数据率越高,信号的带宽也就越宽。
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第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
2.2.2 信道的截止频率与带宽
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第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
信道截止频率
A
10lg 2 3
A
10.707
10.707
f fc
(a) 单通滤波器
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3.1.3 数据通信传输系统模型
❖ 一个数据通信系统由
源系统、传输系统、目的系统三部分组成
输入 汉字
数字比特流 模拟信号
主机A 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流
输出 汉字
调制解调器
主机B
3.1.4 计算机网络中的速率
❖ 计算机网络中信号的速率涉及三种:
传播速率;调制速率;数据传输率
❖ 信号的传播速率是常量
双方按照通信协议传输信息,并能理解这些通信 协议
信道
❖ 信道与电路并不等同,信道表示信号的通路,一般 是用来表示向某一个方向传输信息的媒体
一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道
❖ 信道与传输介质也是有区别的
传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输 线路
❖ 通信信道建立在传输介质之上
练习
1. 一个带宽为3k的理想低通信道,其最高码元传输 速率是多少?若一个码元能携带3bit信息,则其最 高传输率是多少?
2. 设信号的脉冲周期为0.002s,脉冲信号有效值状 态个数为8,问
① 如果用二进制代码表示上述信号,一个脉冲信号需要用 几位二进制代码表示
② 用二进制代码表示上述信号,其数据率是多少?
其中:C为数据传输率; B为调制速率; L为一个信号可能取值的个数
每个信号有4种电平(状态)的情况
信号可能的取值个数 L=4,则调制速率B与 数据率C之间的关系 为:C=2B
3.1.4 信道的最大容量
❖ 任何实际的信道都不是理想的,在传输信 号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
❖ 码元传输的速率越高,或信号传输的距离 越远,在信道的输出端的波形的失真就越 严重。
第3章 数据通信 技术基础
本章学习内容及要求
❖ 熟悉
数据通信的基本概念
❖ 掌握
信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术 的原理和实现方法
❖ 掌握
网络传输时延计算方法 以及网络传输介质的选用方法
3.1.1 信息、数据与信号
❖ 信息是在人们之间传递的知识,数据是信息 的具体表现形式,其本身是各种各样的物理 符号或它们的组合
如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高 频分量越多,那么就可以用更高的速率传送码元 而不出现码间串扰。
奈氏(Nyquist)准则
❖ 1924 年,奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的 奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下,为了 避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2H Baud H 是理想低通信道的带宽,单位为赫(Hz)
传播速率,是一个常量,与光速联系
❖ 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率
指的是每秒种发送信号的数目,单位为波特(baud)
❖ 数据传输率为每秒种发送的二进制位数,单位为bps, 读作每秒位。
调制速率与数据传输率之间的关系
❖ 调制速率与数据传输率之间的关系为: C = B log2 L (bps)
信噪比
❖ 噪声存在于所有的电子设备中,它可以影响接 收端对码元的判决。如果信号较强则噪声的影 响就相对较小。
❖ 信噪比就是信号的平均功率与噪声的平均功率 之比,记为S/N。
S 为信道内所传信号的平均功率; N 为信道内部的高斯噪声功率。
❖ 信噪比的度量单位是分贝(dB),其定义为:
信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB) 例如,S/N=1000时,信噪比为30dB。
❖ 基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号
❖ 频带传输是利用模拟信道传输数据信号,例如把 计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输 介质上传输。
频带传输有时也称为宽带传输
❖ 频带传输的目的是,把基带信号经过载波调制后, 将信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道 中传输。
信道的带宽
带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频 率与最低频率有关,一个信道允许的信号的最大频率和最 低频率的差值,称为该信道的带宽。
能通过
0
H (Hz)
不能通过
频率(Hz)
❖ 将调制速率与数据率的关系带入,可得奈奎 斯特定理的公式为(理想信道):
C = 2H log2 L (bps)
例:
❖ 假定一条线路每秒采样16次,传输信号共 有16种状态,则传输速率是
A、16bit/s B、 48bit/s C、 64bit/s D、 256bit/s
信息涉及到数据的内容和解释
❖ 信号是数据的电子或电磁编码,数据必须经 过编码转换为电信号后才能在传输介质中传 输
❖ 数据和信号都有两种不同的形式
一种称为模拟数据和信号 另一种称为数字数据和信号
“模拟的”(analogous):代表信号参数取值是连续 的。
“数字的”(digital):代表信号参数取值是离散的。
香农定理
❖ 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的 极限、无差错的信息传输速率。
❖ 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = H log2(1+S/N) b/s
❖ 两种数据、两种信号有四种类型的编码组合:
即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号 模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号
3.1.2 通信的基本要求
❖ 通信的双方完成一次通信需要满足三个基本 要求:
一是双方有通信的愿望 二是通信的双方之间有信息传递的信道,也即是
说通信要经过传输介质以及有关的传输设备 三是通信双方要遵循通信的规则和约定,即通信
包括传输介质和通信设备
❖ 按信道中传输的是模拟信号还是数字信号,把 信道分为模拟信道和数字信道。
3.1.6 基带传输和频带传输
❖ 把基本频率分量对应的矩形脉冲信号称为基本频带, 简称为基带,对应的矩形脉冲信号称为基带信号(即 基本频带信号baseband) 。
❖ 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信 号都属于基带信号。
数字信号通过实际的信道
❖ 有失真,但可识别
实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)
发送信号波形
接收信号波形
❖ 失真大,无法识别
实际的信道 (带宽受限、有噪声、干扰和失真)
发送信号波形
ห้องสมุดไป่ตู้
接收信号波形
❖ 信道传输数据的能力是受到限制的,信道的 最大容量与信道的带宽有关。
在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否 则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的 判决(即识别)成为不可能。
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