数据通信系统
数据通信系统概述
02
大数据分析技术能够处理大规模数据集，提高数据处理的速度
和准确性，为企业提供更精准的市场预测和用户洞察。
大数据分析技术将与云计算、人工智能等技术相结合，形成更
03
强大的数据处理和分析能力，为企业创造更大的价值。
人工智能技术
人工智能技术是当前科技领域的 热门话题，它通过模拟人类的智 能行为和思维过程，实现机器自
02
数字信号传输的特点是信息表 示精确、抗干扰能力强、传输 距离远，但需要较高的采样率 和数据传输速率。
03
数字信号传输广泛应用于计算 机通信、光纤通信和卫星通信 等领域。
无线传
无线传输是通过无线电波在空中传输 信息的方式。
无线传输广泛应用于移动通信、无线 网络和广播等领域。
无线传输的特点是无需布线、灵活方 便、可移动性好，但传输距离受限于 发射器和接收器之间的视距，且易受 到环境干扰和阻挡。
03
动态主机配置协议 （DHCP）
用于动态分配IP地址给网络中的 主机。
传输层协议
传输控制协议（TCP）
提供可靠的数据传输服务，通过流量控制、拥塞控制和错误纠正机制来确保数据的可靠 传输。
用户数据报协议（UDP）
提供无连接的数据传输服务，适用于对实时性要求较高的应用，如流媒体和在线游戏。
应用层协议
智能公交
在智能公交中，数据通信系统用于车辆定位、乘客信息系统和自动 报站等功能，提高公共交通的便利性和效率。
智能停车
通过数据通信系统连接停车场管理系统和车辆导航系统，实现快速 寻找空车位、预约停车和自动计费等功能。
05
数据通信系统的未来发 展趋势
5G通信技术
5G通信技术是当前数据通信领域的重要发展方 向，相较于4G技术，5G技术具有更高的传输速 度、更低的延迟和更大的网络容量。
数据通信技术
数据通信技术是构成现代计算机网络的重要基石之一。
随着计算机网络的发展，计算机技术与数据通信技术融为一体，密不可分。
数据通信系统一般由数据传输设备、传输控制设备和传输控制规程及通信软件组成。
这里简单介绍一些有关数据通信的基本知识，以便于大家能更好的理解计算机网络。
基本概念数据通信数据通信系统是通过传输媒体将信息从一个地方传送到另一个地方的电子系统。
在通信过程中，数据以信号形式出现。
信号有模拟信号（信号连续取值，如话音信号）和数字信号（信号取值是离散的，如计算机中所用二进制代码）两种形式。
对一个通信系统来说，它必须具备信源、传输媒体、信宿三个基本要素。
其中，信源是信息的发源地；传输媒体是信息传输过程中承载信息的媒体；信宿是接收信息的目的地，如图8.2.1所示。
数据编码·数字信号编码数字信号编码就是将二进制数字数据用两个不同的电平值或电压极性来表示，形成矩形脉冲电信号。
常用的方法有：①非归零编码用高电平（电压）代表1，低电平（电压）代表0。
②曼彻斯特（Manchester）编码将每个码元分为前后两个相等的部分，当前半部分为高电平，后半部分为低电平时代表1，反之代表0。
其波形如图6.2.2所示，两条虚线之间为一个码元的信号。
③差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。
其特点是码元中间的电平跳变仅作为时钟，用于信号传输的同步。
用每个码元开始边界是否发生跳变来决定值（与前一码元后半部分电平相比较），有跳变为0，无跳变为1，其波形如图8.2.3所示，。
图8.2.2 曼彻斯特编码波形图8.2.3 差分曼彻斯特编码波形图8.2.4所示为数据10011010对应的三种编码波形示意（假定差分曼彻斯特编码的第一个波形为1）。
·模拟信号编码模拟信号是连续变化的。
一次波形循环是从波峰到波谷，再从波谷回到波峰的过程。
描述模拟信号的波形需要用到3个参数：振幅、频率和相位。
将数字信号进行模拟传输时，需要将数字信号转换成模拟信号，数字信号转换成模拟信号实质就是频谱变换。
数据通信系统的组成
数据通信系统的组成数据通信系统是由多个组成部分构成的。
它们共同协作，实现信息的传输和处理。
下面将详细介绍数据通信系统的各个组成部分。
1. 发送器发送器是数据通信系统中的第一个组成部分。
它的作用是将要传输的信息转换成电信号，并将信号发送到传输介质中。
发送器的具体实现方式可以是计算机的网络接口卡、调制解调器、无线电发射机等。
2. 传输介质传输介质是信息传输的通道。
它可以是导线、光纤、无线电波等。
传输介质的选择取决于具体的应用场景和需要传输的信息类型。
例如，在需要高速传输大量数据的场合，通常会选择光纤作为传输介质。
3. 接收器接收器是数据通信系统中的第三个组成部分。
它的作用是接收传输介质中的电信号，并将其转换成能够被计算机等设备识别的信息。
接收器的具体实现方式可以是计算机的网络接口卡、调制解调器、无线电接收机等。
4. 路由器路由器是数据通信系统中的核心组成部分之一。
它的作用是根据目的地址将数据包从源地址转发到目的地址。
路由器可以实现不同网络之间的通信，也可以实现同一网络内不同设备之间的通信。
5. 防火墙防火墙是数据通信系统中的另一个核心组成部分。
它的作用是保护网络不受外部攻击。
防火墙可以实现对网络流量的过滤和监控，以确保网络的安全性。
6. 协议协议是数据通信系统中的重要组成部分。
它定义了信息的格式、传输方式、错误处理等规则。
不同的协议可以实现不同的功能，例如TCP/IP协议可以实现可靠的数据传输，而UDP协议则可以实现快速的数据传输。
7. 应用程序应用程序是数据通信系统中的最终组成部分。
它的作用是实现具体的功能，例如电子邮件、网页浏览等。
应用程序通常通过协议与其他组成部分进行通信，从而实现信息的传输和处理。
数据通信系统由多个组成部分构成，它们共同协作，实现信息的传输和处理。
了解数据通信系统的组成部分，有助于我们更好地理解网络通信的工作原理，从而更好地应用和维护网络。
一、数据及数据通信
1.1数据通信及数据通信系统一、数据及数据通信1、数据☐定义：能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。
◆二进制编码的字母/数字/符号◆软件处理中的操作数◆控制代码(程序数据)◆地址信息（地址数据）◆数据库信息2、数据通信☐主要内容：传送数据信息☐主要目的：数据交换，数据处理☐定义：依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，它可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的数据信息传递。
3、相关概念☐数据传输与数据通信◆联系：数据传输是实现数据通信的基础，但是单纯的数据传输达不到有效地进行数据通信的目的3、相关概念☐数据通信与计算机通信◆广义上，数据通信是指两个数据终端（DTE）之间的通信，数据通信包含计算机通信☐数据通信与数字通信◆数字通信主要目的之一是解决模拟信号的数字化（数字化后就成为了数据）及传输问题，是数据通信的基础◆数据通信主要考虑数据如何进行传输、处理、交换等，可以不考虑模拟信号的数字化1.1数据通信及数据通信系统二、数据通信系统☐系统任务：实现数据传输、交换、存储和处理☐主要组成：数据终端设备（DTE ）、数据电路、中央处理机数据通信系统1、系统模型二2、基本类型数据处理/查询系统（例如：订票系统、银行系统和信息检索系统）2、基本类型信息交换系统（例如：票证交换系统等）☐信息收集与分配系统（例如气象观测系统、环境检测系统等）2、基本类型二◆在实际的数据通信系统中，这些形式是组合在一起使用的，可以提供更广泛的业务数据通信系统1.1数据通信及数据通信系统三、数据通信的特点与主要内容1、特点☐需要建立通信控制规程——（通信协议）☐需采取差错控制措施——（可靠性）☐数据通信的业务量有突发性——（通信速率）☐要有灵活的接口能力——（通信接口）☐对通信时延的要求有差异性——（通信时延）☐对接续和传输响应时间要求快——（响应时间）☐面向网络，总是与远程信息处理相联系——（信息处理）数据通信= 数据传输+数据处理2、主要内容编辑转换控制信号传输通信接口数据交换通信处理通信协议数据通信电路交换分组交换通信网有关端与端之间。
信息、数据和通信系统和通信技术
1.信息传输速率
香农公式：
C=W log2(1+S/N) bps S为信道内所传信号的平均功率
N为信道内部的斯噪声功率
信息、数据和通信系统和通信技术
信道带宽
数据通信的主要技术指标
信道带宽：在模拟信道中表示传输信息的能力。带宽是传输信号的最 高频与最低频的差 。带宽越大或信噪比越大。信道的极限的能力是有一定限制的。信道传输数 据的速率的上限即为信道容量。一般表示单位时间内最多可传输的二 进制数据的位数。
信道延迟：信号沿信道传输需要一定的时间，就是信道延迟。延迟的 长短受发送设备和接收设备的响应时间，通信设备的转发和等待时间、 计算机的发送和接收处理时间、传输介质的延迟时间等的影响。
信息、数据和通信系统和通信技术
教学内容
1 数据通信系统 2 数据传输技术 3 传输介质 4 数字基带传输 5 载波数字调制 6 多路复用技术 7 数据交换技术 8 差错控制原理
信息、数据和通信系统和通信技术
数据通信基础
信息、数据和通信系统的基本概念
1、信息:是客观事物的属性和相互联系特性的表现,反映了客观 事物的存在形式和运动状态. 通常指音讯、消息。通讯系统传输 和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容。 2、数据:是反映客观事物的属性的记录，是信息的载体，是信息 的具体表现形式，是对现实世界的事物采用计算机能够识别、 存储和处理方式进行的描述。存储在介质上能够识别的物理符 号，如数字、字符、声音、图像等。 3、信号：是数据在传输过程中电磁波的表现形式,是数据的电子 或电磁编码. 分模拟信号、数字信号
频带传输：又称模拟传输，将基带信号转换为频率表示的模拟信号来发送和 传输；到达目标后解调成数字信号，是利用调制的高频载波信号进行传输， 适合远距离传输，比如模拟电视信号的传输。
数据通信系统的主要技术指标
波特率 一个数字信号（码元）可以包含几位二 进制数，例如：可以用一个信号表示一位 二进制数“0”，采用较为复杂的调制技术时， 可以在一个信号上携带“01”两位二进制数， 甚至更多。 波特率指每秒传输的有效码元个数。
比特率和波特率之间用下列关系： 其中，n为一个脉冲信号所表示的有效二进制 数的位数。对于多相调制来说，n表示相的数目。 在二相调制中，n=2，故S=B，即比特率与波特 率相等。四相调制中，n等于4，
通信系统的主要技术指标
通信特率）和波形调制速率（波 特率） 比特率（S） 单位时间内所传送的二进制代码的有效位 （bit）数。 例如：在0.001ms内传输了“1010001011”这样 一段有效数据。那么该传输的比特率为： 10/（0.001ms）=10M/s
比特率和波特率之间的关系对照表 波特率B 1200 1200 1200 1200
多相调制 二相调制 四相调制 八相调制 十六相调制 (n=2) (n=4) (n=8) (n=16) 相数 1200 比特率 S(bit/s) 2400 3600 4800
波特率（调制速率）和比特速率（数据传输速率） 是两个最容易混淆的概念，但它们在数据通信中 确很重要。两者的区别与联系，如图 ：
二、带宽 带宽是指物理信道的频带宽度，即信道 内最高频率和最低频率之差。 单位：赫兹（HZ），还常用千赫 （kHZ）、兆赫（MHZ）。
三、信道容量 信道容量一般是指物理信道上能够传输 数据的最大能力。
四、带宽、数据传输速率和信道容量的关系 一般来讲：信道所处的频带越高，所包 围的频率范围越大，则该信道的容量越大， 传输速率越高！
五、误码率 误码率是指二进制比特在数据传输系统中被 传错的概率，又称为出错率，其定义式如 下： 式中，N为传输的二进制位的总数，Ne 表示被传错的比特数。
数据通信系统概述
01
数据通信的 产生和发展
现代意义上的数据通信是在电流发现之后产生的，大致分为三个阶段： 初级阶段 近代阶段 现代阶段
初级阶段：
1837年，莫尔斯——电报系统，通过铜线中发送短的或长的电流脉冲来传送Morse码，实 现长距离文本传输。（著名的摩斯密码），现代数据通信系统的先驱。
1876年，贝尔——有线电话，可实时传输完整语音信号，模拟原始语音的电信号直接通 过电话线路传输，实现语音信息的长距离传输。
1901年，马尼克发明了无线电报，为无线数据通信开辟了一个崭新的领域。 1938年，出现了电视广播，从单一文本、语音发展到实时图像。
近代阶段：
1946年——计算机的产生和数字化技术的崛起，对数据通信中数字传输的兴起、发展起 到了至关重要的作用，计算机技术是现代数据通信产生的基础。
ENIAC
1960年集成电路
20世纪70年代，光纤传输、卫星通信 20世纪80年代，蜂窝移动网络
02
数据通信的信号
数据通信是借助于电信号或光信号通过传输线路，在发送端和接收端 之间进行数据的传输。
信号是数据信息的载体，通过电压、电流、电荷及电磁波等物理量在 强度的变化来携载各种形式的数据信息（语音、文本、图像、视频）。
04
数据通信衡量标准
带宽：最高频率和最低频率之差，单位Hz 数据传输速率（比特率）：每秒传输多少位数据，单位b/s,bit/s,bps 信道容量：信道无误传送的最大信息量，是信道传输信息的速率上限。单 位b/s 波特率（传码率或调制速率）：传输信道的码元传输速率，单位：码元/ 秒，波特 吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量，单位bit/s 延迟：发送方传出第一个数据到接收方成功接收到最后一个数据所经历的 时间，传输延迟和传播延迟（距离）
数据通信系统模型
计算机网络实用教程
3 信号变换器 信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适 合在信道上传输的信号. 合在信道上传输的信号. 由于网络中绝大多数信息都是双向传输的, 由于网络中绝大多数信息都是双向传输的,所以 在大多数情况下,信源也作信宿,信宿也作信源;编 在大多数情况下,信源也作信宿,信宿也作信源; 码器也具有译码功能,译码器也应能编码,因此合并 码器也具有译码功能,译码器也应能编码, 通称为编码译码器;同样调制器也能解调,解调器也 通称为编码译码器;同样调制器也能解调, 可调制,因此合并通称为调制解调器. 可调制,因此合并通称为调制解调器.
计算机网络实用教程
二进制编码按高位到低位(b6 b5 b4 b3 二进制编码按高位到低位( b0)的顺序排列, b7位一般用于字符 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) NETWORK( 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 码编码的二进制比特序列( ASCII码编码的二进制比特序列(不考虑校验 应该是" 位)应该是"1001110 1000101 1010100 1010111 1001111 1010010 1001011".如果要 1001011" 从主机A 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 都使用ASCII编码, ASCII编码 到主机B,并且主机A,B都使用ASCII编码,那 么主机B 么主机B就可以将接收的二进制比特序列解释 NETWORK" 为"NETWORK".
计算机网络实用教程
计算机网络实用教程
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 信息的传递是通过通信系统来实现的, 基本模型共有五个基本组件,即发送设备,接受设备, 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 发送机,信道和接收机.其中, 叫做信息传输系统.信息传输通信系统由三个主要部分 叫做信息传输系统. 组成信源(发送机),信宿(接收机)和信道. 组成信源(发送机),信宿(接收机)和信道. ),信宿
- 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)。
数字 数据 数字 信号 数字 信号 数字 数据
编码 器 信源
数字 信道
解码 器 信号
信宿
2-1.2 通信信道及其主要特性(续7)
4、信道连接方式
(1) 点-点连接方式
中心 节点 终端 节点 中心 节点 终端 节点 终端 节点 交换 设备 终端 节点 终端 节点 终端 节点 终端 节点
2-1.1 数据通信的基本概念
1、定义
(1)数据通信主要研究计算机中数字数据的传输、交换、存储和处理 的理论、方法与技术 (2) 数据通信=计算机(数据处理、存储)+通信技术(数据传输) (3) 是计算机网络的基础 (4) 是继电报、电话之后的又一重要通信方式。
烽火通信 电通信：电报(1844，莫尔斯)、电话(1876，贝尔)、 PCM(脉冲编码调制通信,1937, Alec Reeves)---数据通信的标志. 光通信(高锟，1966)
2-1.1 数据通信的基本概念(续3)
5、数据通通信
(2) 数据通信系统:能实现数据通信的系统
(3) 特点： 1)用 途：计算机间、设备间； 2)协 议：数据通信的双方遵循某种通信协议； 3)突发性：满足突发数据传输要求； 4)要求高可靠性、高效率、高通信能力； 5)满足不同应用需要： 不同对象间的通信：终端--计算机间、计算机间、设备间。 满足不同用户需要：如个人用户、企业用户等的需要； 满足不同业务应用：如文本交换、音频视频通信、实时通信等
(3) 信号signal
信号是数据的编码表示。
在数据通信中，信号一般泛指电信号。
2-1.1 数据通信的基本概念(续2)
3、模拟数据、数字数据
模拟数据是指取值连续的数据。如电压。 数字数据是指取离散值的数据。如整数
4、模拟信号、数字信号
模拟信号是指随时间连续变化的信号，在通信中，一般用这种信 号的某种参量（如振幅、频率、相位）来表示要传递的数据 数字信号是只取有限值（或状态）的信号，在通信中，是以某一 瞬间的状态来表示传送的信息。
复用方式
数据类别
使用方式
共享方式
2-1.2 通信信道及其主要特性(续3)
3、信道数据传输模式
(1) 用模拟信道传输模拟数据---------载波、调制
模拟 数据 调制器 信源 模拟 信号 模拟信道 模拟 信号 解调器 信宿 模拟 数据
2-1.2 通信信道及其主要特性(续4)
(2) 用模拟信道传输数字数据---------调制
2-1.2 通信信道及其主要特性(续1)
(3)数字信道、数字通信和数字通信系统
以数字脉冲形式传输数据的信道称为数字信道，这种通信方式称 为数字通信，相应的通信系统称为数字通信系统。
特点：
(1)误码率低，通信质量好。 (2)适合综合业务应用，能将数字、声音、电视、传真和视频电话 等多种业务应用复合在一个信道上传输，能充分有效地利用设备 (3)在已有的线路上采用数字通信方式，可获得更高的数据传输率 (4)采用大规模集成电路，数字传输及设备将比模拟设备更便宜 (5)数字传输更易于加密，有利于信息安全
数字 数据 模拟 信号 模拟 信号 数字 数据
调制器
信源
模拟信道
解调器
信宿
2-1.2 通信信道及其主要特性(续5)
(3) 用数字信道传输模拟数据---------采样
模拟 数据 A/D转换 信源 数字 信号 数字信道 数字 信号 A/D转换 信宿 模拟 数据
2-1.2 通信信道及其主要特性(续6)
2-1.1 数据通信的基本概念(续1)
2、数据、信息、信号 (1) 数据Data
数据是客观事物的符号表示。 对计算机而言，数据是指所有能输入到计算机中并被计算机处理的 符号的总称。 很多不能被计算机直接处理的数据通过编码转换可被计算机处理。
(2) 信息information
信息是数据的内容和含义，是数据的解释。 数据是独立的，信息是结构化的数据，是有语义结构的数据。信息 是由数据加工而成的
点---点 直接连接
点---点 交换连接
2-1.2 通信信道及其主要特性(续8)
(2) 分支连接方式
中心 节点 集中控制模 分布式控制
2-1.2 通信信道及其主要特性
1、基本概念
(1) 信道
通信信道指信号从发送端到接收端之间进行传输的通路。它又称 为传输信道，简称为信道。
(2) 模拟信道、模拟通信和模拟通信系统
以连续模拟信号形式传输数据的信道称为模拟信道。 特点：(1) 易受噪声干扰； (2) 衰减严重； (3) 用放大器处理信号衰减，信号和噪声都会被放大； (4) 模拟传输适于远程传输
2-1.2 通信信道及其主要特性(续2)
2、信道分类
分类方式
介质
类别
有线信道 无限信道 频分复用信道 时分复用信道 波分、码分 模拟信道 数字信道 专用信道、租用信道 公用信道、交换信道 点-点信道 共享信道
备注
电话线、同轴电缆、双绞线、光纤。。。 微波、无线电、卫星。。。 适于模拟数据通信 模拟、数字数据均可 电话线 双绞线
2-1.1 数据通信的基本概念(续4)
6、数据通信系统的模型
(1) 基本模型
信源系统 （发送端）
传输系统 (传输网络)
目的系统 （接收端）
2-1.1 数据通信的基本概念(续5)
(2)数据通信系统模型
2-1.1 数据通信的基本概念(续6)
源系统 1) 源点(信源、源站)：产生要传输的数据;如PC机 2) 发送器：把源点产生的数据变成能在传输系统中的信号，并发送 传输系统 负责把信号从源端传送到目的端;通常需要处理传输差错 目的系统 1) 接收器：把来自传输系统的信号转换成终点(目的设备)能处理的信息 2) 终点(信宿、目的站)：获取接收器传来的信息，是调制的逆过程。
第二章 数据通信基础与物理层
主讲人： 单 位：重庆大学计算机学院
2008年3月
目录
2-1 计算机网络的数据通信基础 2-2 物理层
2-1 计算机网络的数据通信基础
2-1.1 2-1.2 2-1.3 2-1.4 2-1.5 2-1.6 2-1.7 数据通信的基本概念 通信信道及其主要特性 数据编码 多路复用技术 差错控制技术 数据通信系统的主要技术指标 模拟传输系统和数字传输系统实例