数据通信与计算机网络--03数据通信
计算机网络(第3章)
码元 基本波形
编码
信号
25
不同的编码方案
表示不同数字数据的码元的形式不同，产生出 不同的编码方案。 1.单极性遍码 2.双极性编码 3.曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
26
1.单极性编码
所谓单极性编码，是指在每一码元时间间隔内，有电流发出表 示二进制“1”，无电流发出表示二进制“0”。 （1）如果整个码元时间内维持有效电平，则属于全宽码，称 为单极性不归零型编码（NRZ）； （2）如果逻辑“1”只在该码元时间维持一段时间就变成0电 平，称为单极性归零型编码（RZ）。
量、数据通信的基本方式、 多路复用技术、 数据交换 方式和差错校验和控制等技术。
信息 信源
信息 传输媒体与通信技术
信息 信宿
数据通信系统构成与功能示意图
4
3、数据通信系统的模型
数据通信系统的模型 1、一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统、传输系统
和目的系统；
2、源系统一般包括源点和发送器两部分；目的系统一般包括接 收器和终点两部分。
振幅
f1
f2 频率
振幅频谱图
18
10、基带信号和宽带信号
直接来自信源的、没有经过调制（进行频谱搬移和变 换）的原始电信号称为基带信号，即基本频率信号。
调制分为基带调制和带通调制。 1.仅对基带信号的波形进行交换，使它能够与信道特 性相适应，变换后的信号还是基带信号，称为基带调 制； 2.利用载波信号将基带信号搬移到较高频段进行传输， 调制后的信号称为带通信号（也称宽带信号），这类 调制称为带通调制。 3.基本的调制方法有调幅（AM）、调频（FM）和调 相（PM）。
清华大学的《计算机通信与网络教程》：从高到低的跳变是 1 从 低到高的跳变是 0 。
计算机网络 数据通信基本概念
计算机网络数据通信基本概念数据通信的目的是传递信息。
对于一个完整的数据通信系统，我们不仅需要对产生和发送信息的信源和接收信息的信宿（通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。
）有一定的了解，还需要了解数据通信系统中信息、数据、信号、信道等一些基本概念。
1．信息信息是人对客观物质的反映，既可以是对物质的形态、大小、结构、性能等部分或全部特性的描述，也可以是客观物质与外部事物的联系。
信息有多种存在形式，如文字、声音、图像等。
2．数据数据是对客观物质未经加工处理的原始素材，如图形符号、字母、数字等。
数据是装载信息的实体，而信息是经过加工处理的数据。
数据包括模拟数据和数字数据两种表现形式，其中模拟数据采用连续值，如声音的强度、光的强度都是连续变化；而数字数据采用离散值等。
3．信号信号是指数据的电磁编码或电编码。
它分为模拟信号和数字信号两种。
模拟信号是连续变化的电磁波，数字信号则是一串电压脉冲序列。
如图3-1所示。
数字信号波形模拟信号波形图3-1 数字信号和模拟信号4．信道信道是信号传输的通道，由传输介质及相应的附属设备组成。
信号只有通过信道传输，才能够从信源到达信宿。
同一条传输介质上可以同时存在多条信号通道，即一条传输线路上可以有多个信道，实现数据传输。
例如，一条光缆可以包含上千个电话信道，供几千人同时通话。
信道的性能决定了信号的传输质量和传输速率，而在数据通信系统中，影响信道性能的因素主要有以下几个：信道带宽信道带宽是指信道可传输的信号最高频率与最低频率之差，以Hz为单位。
在通信系统中，不同的传输介质具有不同的带宽，并且只能够安全传输其带宽范围之内的信号。
如图3-2所示，为不同传输介质的带宽对应关系。
f(Hz)0123456789101112f(Hz)波段图3-2 不同传输介质的传输带宽● 信道容量信道容量是指信道允许的最大数据传输速率，是信道性能的极限。
在信道中传输数据，若数据传输速率大于信道容量时，数据传输在该信道上无法实现；若数据传输速率小于信道容量时，数据便可在该信道上安全传输。
计算机网络应用 数据通信基本概念
计算机网络应用 数据通信基本概念数据通信是继电报、电话业务之后出现的第三大通信业务。
它是一种包括科学计算机、过程控制、信息检索等内容的广义上的信息处理。
为了便于更好的理解数据通信的相关技术，先让来了解一些相关概念。
1．数据在计算机科学中，数据是信息的载体，它涉及对事物的表示形式。
通常数据指所有能够输入到计算机并被计算机的程序处理的符号介质的总称，也是用于输入电子计算机进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号和模拟量等的通称。
数据包括模拟数据和数字数据两种，其中模拟数据反映的是连续的值（如声音、视频、温度、压力等）；数字数据反映的是离散的值（如整数、ASCII 文本等）。
2．信息从广义上说，信息就是消息。
对人类而言，人的五官生来就是为了感受信息的，它们是信息的接收器，它们所感受到的一切，都是信息。
然而，还有大量的信息是我们的五官不能直接感受到的，人类正通过各种手段，发明各种仪器来感知它们，发现它们。
由计算机产生的信息一般是数字、字母、符号的组合，为了传输这些信息，首先要将每一个字母、数字符号用计算机能够识别的二进制代码来表示。
另外，也可以说信息就是指数据的具体含义。
3．信号信号是一种可以觉察的脉冲（如电压、电流、磁场强度等），通过它们能传达消息或信息。
也可以说，信号是运载数据的工具，是数据的载体。
从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。
而在计算机网络中，一般应用电信号，如无线电波、电话网中的电流等等。
而在计算机领域，电信号还可以分为模拟信号和数字信号。
其中，模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度、或频率、或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等，如图2-1所示。
模拟信号波形-11图2-1 模拟信号波形数字信号指幅度的取值是离散的，是一串电压脉冲序列。
二进制码是一种数字信号，用两种不同的电平（高电平“1”和低电平“-1”）来表示比特序列的电压脉冲信号，其波形如图2-2所示。
数据通信与计算机网络
数据通信与计算机网络
数据通信与计算机网络是计算机科学中的两个重要领域。
它们用于计算机可以组织起来并且能够通过网络交换信息的方式。
一、数据通信
数据通信指的是在通信信道中传输数据的技术。
它可以通过电缆、红外线、无线电、卫星等多种传播手段进行，也可以组合多种传播手段来传输数据。
2、主要功能
数据通信的主要功能是传输数据，从而实现服务器之间的通信以及远程控制和远程操作。
数据通信还可以用于设备状态监测，实时文件传输，报警信息发送，远程操作等应用。
3、重要性
数据通信对于信息时代至关重要，广泛应用于国家外交、电信运营、网络安全、智能家居等。
它使得人们可以方便地与世界各地的朋友进行交流或远程操作，也让传统业务变得更加高效和便捷。
二、计算机网络
1、定义
计算机网络是由一组计算机和其它网络设备组成的物理衔接的集群，它们可以通过网络或网络设备进行互联。
有效的实现信息、数据和通讯服务的传输、存储。
2、组成
计算机网络主要由计算机、网络设备、网络软件等组成。
其中，计算机是结构最复杂的网络节点，用于实现高级处理功能；网络设备是结合完成网络功能的服务
器，例如交换机、路由器等；网络软件主要用于网络管理和应用，如协议栈、中间件等。
3、应用
计算机网络在国际组织、政府机构、企事业单位、学术机构、居民家庭等普遍应用，它可以为用户提供多种服务，如资源共享、跨地点通信，实时多媒体传输、视频会议等。
计算机网络为传统企业的实时营销、全球通讯、数据安全等提供便利和帮助。
数据通信与计算机网络第五版（习题答案）——第三章数据链路层
数据通信与计算机网络第五版第三章数据链路层3-1 数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？解答：所谓链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。
在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。
可见链路只是一条路径的组成部分。
数据链路则是另一个概念。
这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输（这将在后面几节讨论）。
若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
这样的数据链路就不再是简单的物理链路而是个逻辑链路了。
“电路接通了”仅仅是物理线路接通了通信双方可以在上面发送和接收0/1比特了，而“数据链路接通了”表明在该物理线路接通的基础上通信双方的数据链路层协议实体已达成了一致并做好了在该链路上发送和接收数据帧的准备（可能互相要协商某些数据链路层参数）。
3-2 数据链路层包括哪些主要功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。
解答：数据链路层的链路控制的主要功能包括：封装成帧、透明传输和差错检测，可选功能包括可靠传输、流量控制等。
在数据链路层实现可靠传输的优点是通过点到点的差错检测和重传能及时纠正相邻结点间传输数据的差错。
若在数据链路层不实现可靠传输由高层如运输层通过端到端的差错检测和重传来纠正这些差错会产生很大的重传时延。
但是在数据链路层实现可靠传输并不能保证端到端数据传输的可靠，如由于网络拥塞导致路由器丢弃分组等。
因此，即使数据链路层是可靠的，在高层如运输层仍然有必要实现端到端可靠传输。
如果相邻结点间传输数据的差错率非常低，则在数据链路层重复实现可靠传输就会给各结点增加过多不必要的负担。
3-3 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？解答：网络适配器的作用就是实现数据链路层和物理层的功能。
适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU 。
计算机网络-3-数据链路层相关习题
计算机⽹络-3-数据链路层相关习题数据链路层习题3-01 数据链路与链路有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？所谓链路就是从⼀个结点到另⼀个结点的⼀段物理线路。
⽽中间没有其他的任何交换结点。
在进⾏数据通信的时候，两个计算机之间的通信路径要经过许多这样的链路。
当需要在⼀条链路上传送数据的时候，除了必须有⼀条物理线路外，还必须要有⼀些必要的通信协议来控制这些数据的传输。
若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能？试讨论把数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。
链路控制包括：封装成帧；透明传输；差错检测。
如果把数据链路层做成可靠的链路层，就表⽰从源主机到⽬的主机的整个通信路径中的每⼀段链路都是可靠的。
这样做的优点是如果在传输过程某个结点中发⽣了差错，可以及时的通过数据链路重传纠正这个错误；如果数据链路层做成不可靠的，那么当⽹路中的某个结点发现收到的帧有错误的的时候，就仅仅丢弃该帧，⽽并不通知发送结点重传出现差错的帧。
只有当主机的⾼层协议(例如TCP协议)发现了这个错误时，才会出现源主机重传出现错误的帧。
但这时候就⽐较晚了，可能要重传较多的数据。
对⽹络资源有些浪费。
但是，如果⾼层协议使⽤的是不可靠的传输协议UDP，UDP并不要求重传有差错的数据，在这某些情况下，并不会带来更多的好处(例如实时语⾳视频通话)增加了可靠性，牺牲了实时性反⽽是不合适的。
3-03 ⽹络适配器的作⽤是什么？⽹络适配器⼯作在哪⼀层？适配器⼜叫⽹卡，适配器和局域⽹之间通过电缆或者双绞线以串⾏传输⽅式进⾏，⽽适配器与计算机主板上的IO之间以并⾏⽅式传输数据。
因此适配器的⼀个重要功能就是进⾏数据串⾏与并⾏之间的转化。
初始之外，适配器还有能够实现以太⽹协议。
适配器在接收和发送各种数据帧的时候并不会通知计算机，如果收到帧是有差错的帧，就直接丢弃也不会通知计算机，只有当收到正确的帧才会使⽤中断通知计算机处理。
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。
数据通信与网络技术概述
数据通信与网络技术概述随着信息技术的快速发展和普及，数据通信与网络技术成为现代社会的重要基础设施之一。
数据通信涉及的范围广泛，包括数据传输、数据交换、网络架构等多个领域。
本文将概述数据通信与网络技术的基本概念、原理和发展趋势，以及它们在现代社会中的应用。
1.数据通信的基本概念数据通信是指通过某种媒介和协议将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。
在数据通信中，发送端将要传输的信息转换为适合传输媒介的信号形式，并通过传输媒介将信号传输给接收端，接收端再将信号转换为原始信息。
数据通信的基本要素包括发送端、传输媒介、接收端和协议。
其中，传输媒介可以是有线媒介（如光纤、电缆）或无线媒介（如无线电、红外线）。
2.数据通信的基本原理数据通信采用的基本原理是信号的传输和接收。
传输信号的方法包括调制、多路复用等技术。
调制是将数字信号转换成模拟信号的过程，通过改变信号的振幅、频率或相位来表示数字信号的不同状态。
多路复用技术则是将多个信号同时传输在同一传输媒介上，以提高传输效率。
接收端的主要任务是将传输过来的信号解调为原始的数字信号，然后进行解码和处理。
解调是调制的逆过程，它将模拟信号转换为数字信号。
解码则是将数字信号转换为原始的数据信息。
3.网络技术的发展历程网络技术的发展经历了多个阶段。
最早的计算机网络是由大型主机通过专用线路直接连接而成的。
然而，这种网络结构成本高昂且不灵活，难以大规模推广应用。
随着互联网的诞生，分组交换技术的引入使得计算机之间可以通过共享传输媒介进行数据通信。
互联网的崛起使得全球范围内的计算机可以互相连接，形成一个庞大的信息网络。
近年来，随着物联网、云计算、大数据等新兴技术的兴起，网络技术进入了新的发展阶段。
物联网将各种智能设备连接在一起，形成一个巨大的网络，并通过传感器和无线通信技术实现设备之间的信息交换。
云计算则将计算和存储资源集中到云平台上，提供各种云服务，大数据则利用分布式存储和计算的方式处理海量数据。
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第3讲 数据 通信基础(2)
规定在每个码元的中间发生跳变： 高 →低的跳变——0，低→高的跳变——1
∵每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化 提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送 设备的时钟保持一致。 ∴曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code ）。它具有自同步机制，无需外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速 率的2倍）。
频分复用技术 时分复用技术 波分复用技术
第3讲 数据 通信基础(2)
第3讲 数据 通信基础(2)
不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种 组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。
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
• 模拟传输和数字传输
第3讲 数据 通信基础(2)
5位编码 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 11101
第3讲 数据
模拟信号的脉码调制 通信基础(2)
奈奎斯特定理（采样定理）：
如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F 的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号 序列就能完整地恢复出原始信号。
语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换 成数字信号。这需要经过三个步骤：
4B/5B编码 通信基础(2) (解决连续0问题：头0<2,尾0<3)
4位数据符号
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
5位编码 11110 01001 10100 10101 01010 01011 01110 01111
4位数据符号
1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
课堂讨论：
数据如何用电信号表示？ 信号如何传输？
现代教学方法与手段：
投影 PowerPoint幻灯课件
复习（提问）： 通信系统模型？
带宽和传输速率？
第3讲 数据 通信基础(2)
第3讲 数据
第2章 数据通信基础 通信基础(2)
2.3传输技术 2.4 物理层接口技术
传输技术
模拟传输与数字传输 数字调制技术 模拟信号的脉冲调制 数字信号的编码技术 多路复用技术
3.23.9 2.83 Nhomakorabea44.2
1.2
PCM 脉冲
3
4
3
（有量化误差）
3
4
1
011 100 011 011 001 100
PCM 输出 011100011011001100
开关1 开关2
输出 +
运算放大器
FSK调制原理图
第3讲 数据
数字数据的数字信号编码 通信基础(2)
不归零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字0、1分别用两种电平来表示。
常用－5V表示1，＋5V表示0。
缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器； 不具备自同步机制，必须使用外同步。
模拟数据，模拟信号
话音
模拟
模拟传输
模拟数据，数字信号
模拟
数字 CODEC
数字数据，模拟信号
数字
1010
模拟 Modem
数字数据，数字信号
数字
1010
数字 数字编码
•编码和调制
用数字信号承载数字或模拟数据——编码 用模拟信号承载数字或模拟数据——调制
第3讲 数据 通信基础(2)
编码
x(t)
g(t) Encoder
第3讲 数据 通信基础(2)
第3讲 数据通信基础（2）
课时授课计划 课 程 内容
第3讲 数据 通信基础(2)
内容：
调制与编码技术 多路复用技术 物理层模型 物理层接口标准举例
目的与要求：
掌握调制和解调技术、编码与解码技术； 掌握多路复用技术； 了解物理层接口标准；
重点与难点：
重点：调制与编码技术、多路复用技术； 难点：多路复用技术。
第3讲 数据 通信基础(2)
差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code) 与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号 都会发生跳变；不同之处在于： 用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ： 码元开始处有跳变——0 码元开始处无跳变——1
三种数字编码的波形图
第3讲 数据 通信基础(2)
时钟
0100 1100 011
NRZ
Manchester
差分 Manchester
第3讲 数据 通信基础(2)
4B/5B编码： 采用NRZI方式用5位信号传4位信息 （信号与时钟同步传） 利用率提高至80%。 5位信号的剩余部分可用于控制， 00000-线路断，11111-线路空，00100中止
第3讲 数据
--话音信道带宽<4KHz --采样时钟频率：8KHz (> 2倍话音最大频率) --量化级数：256级 (8位二进制码表示) --数据率：8000次/s*8bit = 64Kb/s
∴每路PCM信号的速率 = 64000bps
数声字音化
PCM转换过程举例
第3讲 数据 通信基础(2)
原始信号
PAM脉冲
1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样 2）量化——对每个样本舍入到量化级别上 3）编码——对每个舍入后的样本进行编码
第3讲 数据
编码后的信号称为PCM（Pulse Coded Modulation）信 通信基础(2) 号（脉码调制信号）
采样时钟 PAM 信号
PCM 信号
模拟话音
采样电路
量化和编码
基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。
载波 S(t) = A cos (t+) S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化
第3讲 数据 通信基础(2)
0 0 11 0 1 00 0 1 0
ASK调幅 FSK调频 PSK调相
第3讲 数据 通信基础(2)
数字或 模拟
数字信号
g(t) Decoder
数字或 模拟
调制
s(t)
m(t)
Modulator 数字或 模拟
模拟信号
p P—调制参数
m(t)
Demodulator 数字或 模拟
第3讲 数据
数字信号的调制编码 通信基础(2)
三种常用的调制技术： 1） 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2） 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3） 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相