第2章數據通信基礎知識.

1、第二章數據通信基礎知識教學內容：2. 1數字通信的基本概念2. 2數據通信系統的基本構成2. 3傳輸介質和數據通 信方式2. 4數據的編碼方式2. 5多路復用技術2. 6交換技術2. 7差錯檢驗和控制教學重點:傳輸介質和數據通信方式數據的編碼方式交換技術教學難點：數據的編碼方式教學時間：6學時課程性質:計算機網絡技術基礎學科?；纠砟睿壕W絡技術主要是以硬件和協議分析，以及相關的通 信技術，網絡互連 和數據安全等各個方面的學習。教學思路:是以通信基礎知識為主，為學生補充計算 機網絡所需要的部分通信方面的基礎知識，主要是以概念、功能和方式的介紹為 主。內容目標:本章是要通過學習，使學生了解通信的基

2、礎知識，特別是用于計算機 網絡數字通信的數字編碼和交交換技術。實踐分析：因為內容比較枯燥，所以更需要使用畫圖、多媒體 等方式更生動的講 述相關內容。問題思考:對一些重要的內容，對學生提出問題，使他們能夠 自己思考理解。具體冋題：1、數字編碼技術有哪些，區(qū)別是什么？2、多路復用技術的功能和特點是什么？3、差錯控制中奇偶校驗法。4、常用的交換技術有哪些？第二章數據通信基礎知識前面說過，計算機網絡是到通信與計算機技術的結合?！敬蠹覍νㄐ欧矫娴膬热萁佑|不多，這里就是補充說明一下】第一節(jié)數據通信的基本概念通信是人們獲取、傳遞和交換信息的重要手段。數字通信技術和計算機技術的緊密結合進一步拉近了世界之間的距

3、離。首先介紹數據通信的一些基本概念。一、數據與信息1數據和信息計算機中的信息【數字、數據、文字、圖形】，是以數據的形式在計算機、外圍設備。數據和信息這兩個術語的差別。數據:是指用來描述客觀事物的數字、字母和符號。 信息:是人對現實世界事物 存在方式或運動狀態(tài)的某 種認識?！緮抵怠⑽淖?、圖形、聲音、圖像、動畫】 因 此可以認為數據是信息的載體，是信息的表示形 式,而信息是數據的具體含義。【溫度、壓力、又如聲2.數據形式(1模擬數據。模擬數據是用連續(xù)的物理量來表示 音(2數字數據。數字數據是用離散的物理量來表示。【在傳送時，一段時間內傳送一個符號，所以是離散的?！?.數據通信借助光和電來傳輸信息。

4、【電話、光纖】數據通信:依照通信協議，利用數據傳輸技術在兩個功能單元之間傳遞數據信息 它可以實現計算機與計算機、計算機與終端以及終端與終端之間的數據信息傳 遞。從定義可以看到，包含兩方面：數據的傳輸，數據傳輸前后的處理，二、信號與信號傳輸I. 信號兩種形式；模擬信號和數宇信號。模擬信號是一種連續(xù)變化的電信號，它用電信號模擬 原有信息。模擬信號傳輸 一定距離后，由于幅度衰減而失 真。數字信號是用離散的不連續(xù)的電信號表示數據。三、數據傳輸系統性能指標傳輸系統的性能進行評價，用傳輸速度、信道容量、帶寬以及可靠性等指標來對數據傳輸系統進行分析。1. 傳輸速率是指單位時間內傳輸信息單元的數量。是衡量數據

5、通信系統傳輸能力的重要指標。(1數據傳輸速率單位時間內所傳送的二制位代碼的有效位數，以每秒多少比特數計，單位為位/ 秒，記作 b/s。N T S 2log *1= (b/sT 一個數字信號的周期(歸零碼，單位為秒(s; N一個碼元所取的離散 值個數。數據傳輸速率又稱傳信率、比特率。(2信號傳輸速率(調制速率信號調制過程中，單位時間內通過信道傳輸的碼元數，單位為波特，記作Baud。通常用于表示調制器之間傳輸信號的速率。B=1/T (Baud信號傳輸速率，也稱碼元速率、調制速率、波特率或 傳碼率。(3數據信號速率與調制速率的關系N B S 2log *= (b/s或 N S B 2log = (B

6、aud2. 信道帶寬指信號含有的頻帶寬度。【就像是公路的車道數一樣】信道的帶寬限制了信道的傳輸能力，信道的帶寬越寬，則其傳輸能力越強。單位 位 /秒 (b/s。3. 相關概念相關的基本概念。(1衰減指信號能經過傳輸系統傳輸后，系統輸出的功率小于輸入端的功率。(2增益經過傳輸系統傳輸后，系統輸出的電功率大于輸入端 的電功率。(3失真信號通過傳輸系統時，波形的畸變稱為失真。(4噪聲通信系統中存在的獨立于有用信號，并且疊加在有用信號之上對系統中的信號 傳輸與處理起擾亂作用?！就饨巛椛洹⒆匀辉肼?、人為干擾、電路產生的噪聲】(5串音干擾信號的相互串擾。(6畸變4. 差錯率差錯率來表示傳輸質量。常用的差錯

7、率指標有平均誤碼率、平均誤字率、平均誤碼組率等。(1誤碼率二進制數據位傳輸時出錯的概率，是某一段時間內的平均 誤碼率。式中eN 中出錯的位數；N 輸的數據總數。一般要求誤碼率低于10-6(2誤字率在電報通信中，誤字率指誤字符率。誤字率=收信誤字數/傳輸的全部字數(3誤組率以碼組為信息傳輸單元。誤組率=收信誤組數/傳輸的全部碼組數。5. 頻帶利用率是描述一個數據傳輸系統數據傳輸效率的性能指標。頻帶利用率：指的是單位傳輸帶寬所能實現的傳輸速率。B式中R數據傳輸系統的傳輸速率B傳輸系統所占的頻帶寬度。第二節(jié)數據通信系統的基本構成一、數據通信的組成來，實現數據傳輸、(DTE、數據電路三通過數據電路將不

8、同的數據終端設備與計算機系統連接起 交換、存儲和處理的系統。例如數據通信系統主要由中央計算機系統、數據終端設備 部分構成。1數據終端設備-畫終端(DTE , Data Terminal Equipment現在的網絡中 主要是指主機。作為數據的生 成者和使用者，根據協議完成控制通信的功能。2. 數據電路由傳輸線路及其兩端的數據電路終端設備(DCE , Data Circuit Termi nalEquipment組成。作用是提供數字傳輸信道，保證將DTE之間的數據信號迅速、準確、安全地傳輸。（1具體信道包括：通信線路和通信設備。通信線路:一般采用電纜、光纜、微波線路等。 通信設備:又可分為模擬通

9、信設 備和數字通信設備。（2數據電路終端設備DCEDTE與傳輸信道的接口設備。實現數據信號進行變換。【調制解調器】3中央計算機系統由通信控制器（或稱前置處理機、主機及、外圍設 備組成。處理從數據終端設 備輸入的數據信號，同時將處 理結果向相應的數據終端設備輸出的功能。二、數據通信系統的分類根據傳輸線路是否直接與中央計算機系統相連接，分為脫機系統和聯機系統。1. 脫機系統：一次把所需的數據下載到計算機中，使用時調用,更新比較麻煩。2. 聯機實時系統指從終端輸入的數據，在中央計算機上立即進行處理.并將處理結果直接送回終 端設備的處理形式。【用于要求能夠迅速地處理隨機發(fā)生的大量數據的場合】【簡單描述

10、這個過程，使用ATM取款機的例子說明】3. 遠程批量處理系統從遠程終端向中央計算機投入作業(yè)，獲得處理結果。終端有一定的控制能力。【就是說在需要的時候，會向中央處理機算機發(fā)送命令】 4.分時處理系統將中央計算機的時間劃分成很短的時間片，遠程終端 按時間片輪流使用中央計 算機的處理形式。每個用戶的權 利是平等的。對用戶也是透明的。【在此，可以在實際中的例子還比較區(qū)分這幾種不同的工 作方式】第三節(jié)傳輸介質與數據通信方式分為有線介質和無線介質。有線介質將信號必須通過一個物理導體。【雙絞線、同軸電纜和光纖】無線介質，不需要物理線路的介質，是通過空間為介質，實現傳輸的。一、傳輸介質1. 雙絞線雙絞線是目前

11、使用最廣，性價比最高，最靈活的一種 傳輸介質。它是由兩兩成對的相互絕緣的銅導線組成。兩條線扭 絞在一起，可以減少干擾, 傳輸的距離更遠。電話系統使用的也是雙絞線的一種。傳輸的距離在幾 公里。雙絞線既可以傳輸模擬信號，又能傳輸數字信號。【屏蔽雙絞線、非屏蔽雙絞線，一類六類】2.同軸電纜外導體是一個由金屬絲編織而成的圓形空管【有一定 的屏蔽作用】，內導體是 圓形的金屬芯線。內外導體之間填充著絕緣介質。有一定的保護作用?！倦娨暰€ 路】包括粗纜和細纜嗣芯絕絳材料屏融導體塑料管現在在計算機網絡中用的已經很少了 ，已經由光纜和 雙絞線所取代。3. 光纖隨著通信技術和要求的發(fā)展，現在人們已經可以利用 光導纖

12、維來傳輸數據?！靖咚伲?000G、安全、性價比高】組成:光纖傳輸介質、光源和檢測器。光纖傳輸介質是超細玻璃或熔硅纖維。光源是發(fā)光二極管或激光二極管。檢測器是光電二極管，將光信號轉換成為電信號。【折射過程，光學的補充教學】【簡單比較：多模光纖、單模光纖的原理和特點，使用的光源也不相同】洞芯絕絳材料屏腋導體塑料管外殼外套【簡單描述光纜的組成】優(yōu)點是頻帶寬、傳輸容量大、重量輕、尺寸小、不 受電磁干擾和靜電干擾、 無串音干擾、保密性強、原料豐 富、生產成本低。4. 無線介質【用于那些不方便布線的環(huán)境、高山、海上、高空、移動辦公】無線傳輸系統，主要包括無線電、微波和衛(wèi)星通信等。利用大氣中的電離層 對無線

13、電波進行反射，以傳輸 的更遠。無線通信與其他通信方式相比，干擾源比較多,所以不穩(wěn)定性。相比之下的優(yōu)點：傳播距離可以很遠，也很容易穿過 建筑物。而且無線電波是全 方向傳播的，范圍內都可以接收。無線電波的傳播特性與頻率有關：中、低頻:無線電波能輕易地繞過一般障礙物，距離有限,但是通信帶寬較低。高頻:無線電波趨于直線傳播并易受障礙物的阻擋，距離比較遠。【容易受到各種電磁干擾】微波 瀕率在100MHz。(工作頻率范圍一般在1GHz至20GHz左右，微波只能 沿直線傳播，所以微波的發(fā)射天線和接收天線必須精確對準。而且如果兩個微波塔 相距太 遠，就需要一個中繼站?！緝蓚€中繼的之間的距離一般為30 km50

14、 km】制方式【306000個電話微波通信可以分為模擬和數字兩種類型【模擬微波”與數字微波”模擬微波通信：采用頻分多路復用技術和頻移鍵控調 信道】。站、成本低；缺點:保密性數字微波通信：大都采用時分多路復用技術和相移鍵 控調制方式。【特點:微波通信在傳輸質量上比較穩(wěn)定。需要中繼 不好，需要采取加密措施?！俊祿ㄐ诺幕痉绞?. 并行傳輸與串行傳輸并行傳輸:數據以成組的方式在多個并行的信道上同時傳輸。【一次就能傳輸一個字符，一般用于計算機內或 同一系統內的設備間的通信。距離遠，成本高】串行傳輸:數據則是在一條信道上一個一個比特的傳 輸，是計算機之間或計算機 網絡中主要采用的一種傳輸方 式。【這

15、時需要緩存，存放完整的字符，并識別判斷】2. 字符同步傳輸接受信號，并將字符一一識別出來(1異步傳輸方式：每一個字符都帶有一位起始位，以表示該字符開始，在字符代碼后面加停止位，以 示該字符結束這樣,起始位和停止位能做線路兩端的同步時鐘，所以不要求線路兩端有統一的 時鐘信號。【起始位和終止位實際占用部分信息，開銷大大,效率低，速度慢?！?2同步傳輸方式：幀為單位，幀的開頭和結束，在規(guī)定的起始序列和終止序列作為標志?！鹃_銷小，效率高,高數據率，有錯重傳、控制復雜】3.單工、半雙工和全雙工 傳輸根據數據傳輸的方向。單工傳輸:數據只能在一個指定的方向上傳輸，即一方只能是發(fā)送方，另一方只 能是接受方。半

16、雙工傳輸：數據可以沿任一方向傳輸，但不能同時 沿兩個方向傳輸，即在一個 給定的時間里，傳輸僅能在一個方向上進行。全雙工傳輸：數據能同時在兩個相反的方向上傳輸。在全雙工傳輸時，任何一方及時發(fā)送方同時也是接受方。【可以據生活中的例子來說明，單行道、電話、網絡】4點一點結構通信和多點結構通信通信點連接方式不同。由點一點結構通信和多點結構通信兩種通信方式，這兩 種通信方式的線路控制方法是有 差別的。(1點一點結構通信:其特點是一條線路連接兩個 站點。通信過程為：鏈路建立階段：在接收站和發(fā)送站之間建立邏輯連 接,接受站準備接受；數據傳輸階段：以一定數據格式傳送數據鏈路拆除階段：數據傳送完畢，種植接收站和

17、發(fā)送站 之間的邏輯連接。(2多點結構通信:其特點是各個站點公用一條主線 路。通常指定一個工作站為主站，控制線路的分配。其余工作站為次站(或從屬 站。主站通過 探詢”和 選擇”的方法來控制線路，其控制的實現方法是：選擇:當主站有信號發(fā)給某一次站時，主戰(zhàn)向該次站 發(fā) 選擇”信號。探詢:當主站準備從次站接受信息時，主戰(zhàn)將按照一定的策略向各次站發(fā) 探詢”信號,任何一個做好發(fā)送準備 的次站，一旦受到對 本站的探詢信號，可以立即發(fā)送。第四節(jié)數據的編碼技術一、數字數據一數字信號不用額外的轉換，直接把數字數據編碼成數字信號。最普遍而且做容易的辦法 是用兩個電壓來表示兩個二進制數字。 曼徹斯特編碼：這種編碼的每

18、一位中間有一' 個跳變，電平從低到高表示“0”電平從高到低表示“ 1。【優(yōu)點是編碼中還有同步信息；缺點是脈沖波形較窄所占的帶寬寬】差曼徹斯特編碼0 0 1 1 0 1 0(a不歸零(NRZ編碼(b曼徹斯特編碼(c差分曼徹斯特編碼、數字數據一模擬信號主要是因為傳輸介質的限制，需要把數字數據信號變換成 模擬信號?！菊{制解調器(MODEM接入公用電話網進行通信】 根據調制參數的不同，其調 制方式可分為調幅、調頻和調相。主要是針對不同的載波特性進行調制、并且進行編碼。0 1 10 0 10 0 10 0()二進制1. AM :調幅改變載波振幅，用不同振幅的載波來表示兩個二進制數2. FM :調

19、頻改變載波頻率,用兩個頻率表示二進制數“ 1和“0”3. PM :調相用兩個不同的相位來表示兩個二進制數。三、模擬數據用數字信號表示是為了滿足數字傳輸及數字交換設備的要求。采用技術:脈沖編碼調制技術和增量調制技術。1. 脈沖編碼調制技術PCM (Pulse Code Modulation以采樣定理為基礎的?！纠?如具有帶寬為f B的原始信號，用頻率高于f B 2的速率采樣，再把每一個樣點量化成二進制數，然后通過編碼，就獲得脈沖編碼信號】2. 增量調制技術 DM (Delta Modulation用一個階梯函數來近似的代表模擬信號，階梯函數每次只能上升或下降一個階梯。在用階梯函數逼近原模擬信號時

20、，階梯上升產生一個二進制數 “T階梯下降產 生一個二進制數“0”【就像樓梯一樣】第五節(jié)多路復用技術在同一介質上，同時傳輸多個信號的方法，被稱為復用。復用方式有兩種：頻分 多路復用和時分多路復用。一、頻分多路復用利用頻率變換的方法，將信號移到頻譜的不同位置，之間留有一定的間隔，這樣就 形成了一個頻分多路復用信號。二、波分多路復用在光纖信道上使用。采用波分多路復用技術，在一根光纖上可以發(fā)送多個波長 的光波,假設每個波長可以支持lOGbps的數據傳輸率，則光纖所能支持傳輸率將達 到 80Gbps。三、時分多路復用信道不會一直被占用，這時就可以將其他時間傳輸其他數據。這就是時分多路 復用的基本原理。也

21、就是說，利用時間分 隔方式來實現多路復用的。 【數字通信系 統主干網的復用方式】 【可以據生活中的實例說明這三種不同的工做方式】第六節(jié)交換技術要實現計算機之間的數據傳輸，需要經過多個中間結點。 這時就需要數據交換 技術。電路交換、報文交換和分組交換。一、電路交換【電話系統中的交換機在呼叫者、接收者之間建立一條物理線路，通話建立，兩部電話之間就有一條物理通路存在，這時線路就被占用了 ；通話結束,然后拆除物理 通路。】。這種交換方式叫做電路交換技術?！咎攸c:傳輸延遲小，不會發(fā)生沖突，獨享物理線路、可靠性 強;缺點:建立線路所 需的時間長、造成帶寬的浪費】二、報文交換又稱為包交換。不用先建立物理電路

22、，當發(fā)送方有數據要 發(fā)送時，將數據當做一 個整體交給中間交換設備，中間交換設 備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適的空 閑輸出線將數據 轉發(fā)給下一個交換設備，直至將數據發(fā)送到目的結點。 因為,報文的 大小不限制，所以需要中間結點需要較大的 緩存。也會產生非常大延遲，所以不適合 交互式數據通信。為了解決上述問題又引入了分組交換技術三、分組交換是報文交換技術的改進。數據被分成多個分組，分組的大小有嚴格限制。適合于交互式通信。傳輸的效率也比較高?！九e例說明】分組交換吞吐量較高、差錯檢測能力；擁塞會影響分組交換效率。第七節(jié)差錯檢驗和控制一、差錯類型數據在傳輸過程中不可避免地會發(fā)生差錯，出現誤碼，所以需要進行差錯控 制。造成誤碼的原因兩個