计算机网络知识精讲2

1 计算机网络知识精讲 第二章 数据通信基础 第一节 数据通信的基本概念

复习要求  掌握数据通信的基本概念  了解数据的传输方式  了解数据交换技术 知识精讲 一、基本概念 1. 数据通信：指通过计算机技术与通信技术结合来实现信息的传输、交换、存储和处理。 2. 信息：对客观事物的反映。 3. 数据：数字化的信息。在网络中可用的有两类数据即取连续值的模拟数据和取离散值的数字数据。 4. 数据是信息的载体，信息是数据的内在含义或解释。 5. 信号：数据的电磁波或电编码，是数据的具体表示形式。根据电信号的形式分为取值为连续值的模拟信号和取值为离散值的数字信号两类。 6. 信道：是信号传输的通道。 7. 信道容量：信道允许的最大数据传输速率。 8. 数据传输速率：通常用比特率来衡量，即指单位时间内传送的二进制数据位数，通常用b/s(位/秒)或Kb/s(千位/秒)、Mb/s(兆位/秒)。 比特率(数据传输速率)：衡量信道传输能力的指标。是一种数字信号的传输速率(信号速率)，表示单位时间内传送的二进制数据位数，单位：bps 例：信道上发送1比特信号需0.001μs，则信道数据传输率为 1Gbps 波特率：单位时间内传送的电信号的个数(线路上每秒钟传送的波形个数)，是一种调制速率(也称波形速率)数字信号经调制后的传输速率，即单位时间内传送的电信号的个数，又称波特率，它也可作为衡量信道性能的好坏的数据传输速率，单位为波特（baud）。 9. 误码率：表征数据传输可靠性的指标(表示数据传输质量)，指收方接收到的错误码元数在发方发出的总码元中所占的比例，一般低于百万分之一(610) 10. 吞吐量：单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位字节/秒或字/秒。吞吐量=信道容量×传输速率 11. 信道的传播延迟(时延)：信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟(时延) 12. 信道带宽：在一个物理信道内可以传输的信号频率宽度。①带宽数值上为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差，单位KHz。②带宽越大，所能达到的传输速度就越大， 13. 码元和码字：一个数字脉冲称码元，是构成信息编码的最小单位。（承载信息量的基本信号单位是码元），将计算机网络传送中的每1位二进制数字称为“码元”或“码位”。由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。 2

附：曼彻斯特编码(数字数据转换为数字信号的编码方式)：将每一个码元分成两个相等的间隔。每一位的中间有一个跳变，从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0 注：信道的性能指标主要有信道容量、信道带宽、吞吐量、误码率等。数据通信系统主要技术指标有比特率、波特率、误误率、吞吐量和信道的传播延迟。

二、物理信道的分类 可分为物理信道（实实在在的用来传送信息的通道，通常由传输介质和有关设备组成）和逻辑信道（发送端和接收端间并没有一条客观上存在的物理传输介质，而是通过结点设备内部逻辑连接来实现，它是建立在物理信道已经存在的基础上的），通常所讲的信道更侧重逻辑上的含义即指逻辑信道。 1． 按传输介质分：有线信道（如双绞线、同轴电缆、光缆）、无线信道（微波、红外线、激光） ２．按传输信号的形式或种类分：模拟信道、数字信道 ３．按使用权限分：专用信道、公用信道

第二节 数据的传输方式 一、数据通信系统结构 数据通信系统组成： (1)由数据终端设备DTE、数据电路终接设备DCE和通信线路等组成。 数据终端设备DTE：能够向数据通信网络发送的接收数据信息的设备，如主机和终端等。 数据线路端设备DCE：通信线路上的设备，如Modem (2)数据通信系统包含数据源系统、数据传输系统和目的系统 即通信系统必须具备3个基本要素：信源、通信介质、信宿

二、数据通信方式 三种：单工、半双工、全双工 表１.3 三种通信方式的比较 通信方式 传输方向 信道个数 收、发方限制 优、缺点 应用 3

单工 固定单向 １ 发送方只能发送不能接收，接收方只能接收不能发送。 结构简单、效率低、只能单向传递信息 广播、电视 半双工 限时双向 1 同一时刻一个信道只允许单向传送，即两个方向的传输只能交替进行，不能同时进行 效率低 对讲机等 全双工 双向 ２ 通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息 结构复杂、成本高、性能最好 计算机之间 三、传输技术 １．按照数据在传输线上是原样不变地传输还是调制变样后再传输分： 1)基带传输 基带指电信号固有的基本频带。计算机中二进制数据比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。 基带传输是指将数字设备发出的数字信号原封不动地送入信道上去传输。 特点：适用于较近距离的数据通信，系统安装简单、成本低，主要用于总线拓扑结构的局域网。但同一时间内，一条线路只能传送一路基带信号。 2)频带传输 把数字设备上发出的数字信号调制成模拟信号后再发送、传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号来进行传输。 特点：解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路利用，以提高传输信道的利用率，适用于远距离的数字通信。 常用的 3)宽带传输 将多路基带信号、音频信号和视频信号经调制后放到同一条电缆的不同频段处进行传输。宽带传输系统可实现文字、声音和图像的一体化传输。 特点：传输距离远，且同时提供了多个信道，但技术复杂，传输系统成本高。

四、数据传输的同步技术：异步传输与同步传输 1)异步传输：采用群同步方式传输数据。群同步又称为字符同步。它是以字符单位，一个字符一个字符地传输。每个字符前面冠以起始位，结束处加上终止位。字符和字符之间的间隔时间可以任意。群同步仅要求接收端与发送端对一个字符内（通常为5-8位数据）的每位数据保持同步，而字符内通过“起－止”位进行异步定时。

2)同步传输：采用位同步方式传输数据 在同步方式中，发送端连续发送一串字符（或数据块）一个字符紧接在另一个字符之后，只在每个数据块的前后各附加一个字节的同步字符SYN，接收端仅靠该字符来识别所要接收的数据。同步传输是一个接收与发送速度保持一致的过程，也就是接收端根据发送端所发送的信号频率和起止时间来接收信号,接收端校准自己的接收时间和重复频率,以求同发送端信号相一致的过程。 4

表１.2 异步传输与同步传输比较 传输方式 传输单位 发送规则 优点 缺点

异步传输 字符 每个字符的首尾分别加一个起始位和1或2个停止位 控制简单、价格便宜 传输效率低、速率慢

同步传输 报文或分组 连续发送一串字符，只在每个数据块前后各附加一个字节的同步字符SYN 传输效率高、速率高 误码率较高、控制复杂 五、多路复用技术 多路复用技术在计算机网络起着重要的作用，其目的主要是使多个数据通信合用一条传输线路，以提高线路的利用率。常见的复用技术有频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)、波分多路利用（WDM）、码分多路复用（CDMA）。

表１.4 四种线路复用技术的比较 分类 特点（共享信道方式） 优点 缺点 频分多路复用(FDM) 同一时间传送多路信号，采用带宽划分方法 适用于传输模拟信号，无延时，费用低 速率低

时分多路复用(TDM)

同步时分多路复用（STDM） 多个信号分时使用一个信道，采用时间片轮转方法 速率高，适用于传输模拟信号 有一定的延时，费用较FDM高 异步时分多路复用（ATDM） 信道的使用与终端的需求相结合 信道利用率高、速率较高 有一定的延时

波分多路利用（WDM） 光的频分复用 用于全光纤网组成的通信系统

码分多址复用技术(CDMA) 各发送端用互不同的地址码去调制其发送的信号，接收端通过地址识别从混合中选出相应的税收信号 抗干扰能力强，保密性好，灵活机动，用于无线通信系统。

五、数据交换技术： “数据交换”：在计算机通信中,两台计算机利用通信线路，通过多个中间节点或中转节点的计算机网络进行传送的数据通信方式。中间节点计算机或计算机网络在传送信息时并不关心信息的具体内容，仅负责将信息从一个节点计算机传送到另一个节点计算机上，直到信息被传送到目的地。 5

线路交换(电路交换) 报文交换 存储-转发交换 数据报 分组交换 虚电路 帧中继交换 异步传输模式(ATM)

1．电路交换技术（线路交换技术） 它是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的结点之间提供一条临时的专用通道，是基于信道的共享方式，类似于电话，必须经过建立连接（信道建立）、传输数据、拆除连接（释放信道）三个通信过程，适合远距离成批传输数据。

２．存储交换技术 通信双方不必完整地占用一个物理信道，被传输的数据单元中含有目的地址，中间结点总是先将传输到本结点的数据单元暂存于本结点中，后寻找空闲的通路再转发给下一结点。 （1）报文交换 数据单元是一个长度没有任何限制的报文。报文由数据和报头组成，报头有源地址和目标地址。中间结点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择，并且对收发的报文进行相应的处理。 （2）分组交换（包交换） 数据单元的长度有明确的规定，一般为1千至几千个比特位，所以在分组交换方式中长报文要先分割为多个短分组，然后再以分组为单位进行传送。 分组交换又可分为数据反和虚电路。 Internet中使用最多的数据交换方式是分组交换。Internet中分组称为数据报

特点 虚电路 数据报 建立连接 需要 不需要 目的选址 仅建立连接时需要 每个分组都需要 路由选择 建立虚电路时需要选择路由，以后所有分组都使用该路由 每个分组单独选择路由

分组次序 保证 不保证 差错和流量控制 容易 难

3．帧中继交换技术（FR） 帧中继是一种减少数据处理时间的技术，它利用数字系统的低误码率和高传输率的特点，为用户提供质量更高的快速分组交换服务。即一个节点在接收到一个数据帧的首部后就