《計算機網絡技術以及應用》第2章數(shù)據通信基礎

1、2022/7/25計算機網絡技術以及應用第2章 數(shù)據通信基礎 本章主要介紹數(shù)據通信基礎知識，常見的數(shù)據傳輸介質以及多路復用、數(shù)據交換等數(shù)據通信技術。 2.1 數(shù)據通信基礎知識1. 數(shù)據、信息和信號2. 通信系統(tǒng)模型3. 數(shù)據傳輸方式 4. 物理信道的連接方式5. 串行通信與并行通信 6. 數(shù)據通信方式7. 數(shù)據通信的主要技術指標 Return教學目標了解:數(shù)據通信基礎知識。掌握: 1.數(shù)據、信息和信號2. 通信系統(tǒng)模型3. 數(shù)據傳輸方式 4. 物理信道的連接方式5. 串行通信與并行通信 6. 數(shù)據通信方式7. 數(shù)據通信的主要技術指標。第2章 數(shù)據通信基礎新課導入 信息的載體可以是數(shù)字、文字、語

2、音、圖形或圖像。計算機產生的信息一般是字母、數(shù)字、符號的組合。 數(shù)據通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進制代碼0、1比特序列的過程。第2章 數(shù)據通信基礎 數(shù)據通信的任務就是要傳輸二進制代碼比特序列，而不需要解釋代碼所表示的內容。 對于數(shù)據通信來說，被傳輸?shù)亩M制代碼稱為“數(shù)據（data）”； 數(shù)據是信息的載體。數(shù)據涉及對事物的表示形式，信息涉及對數(shù)據所表示內容的解釋。新課導入第2章 數(shù)據通信基礎2.1 數(shù)據通信基礎知識 1. 數(shù)據、信息和信號 信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形和圖像，我們常稱它們?yōu)閿?shù)據。數(shù)據是對客觀事實進行描述與記載的物理符號。 信息是數(shù)據的集合、含義與

3、解釋。 信號（Signal）是數(shù)據的電磁波表示形式。 模擬信號是隨時間連續(xù)變化的信號 數(shù)字信號是離散信號 圖2-1 【模擬信號與數(shù)字信號】 碼元：在數(shù)據通信中，被傳輸?shù)亩M制代碼0、1信號：是數(shù)據在傳輸過程中的電信號的表示形式。信號 數(shù)字信號（digital signal）：計算機所產生用兩種不同的電平表示0、1 比特序列的電壓脈沖信號。模擬信號（analog signal） ： 線上傳送的按照聲音的強弱幅度連續(xù)變化的電信號稱為模擬信號。信號電平是連續(xù)變化的。 （聲音，視頻，溫度，壓力等）2.1 數(shù)據通信基礎知識 模擬信號與數(shù)字信號2.1 數(shù)據通信基礎知識 2. 通信系統(tǒng)模型 圖2-2 【通信

4、系統(tǒng)的模型】 通信系統(tǒng)的三個基本要素： 信源是產生和發(fā)送信息的一端 信道一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體 信宿是接受信息的一端2.1 數(shù)據通信基礎知識 為什么要進行數(shù)字化？ （1）抗干擾、抗噪聲性能好； （2）差錯可控； （3）易加密。 按照在傳輸介質上傳輸?shù)男盘栴愋停梢韵鄳貙⑼ㄐ畔到y(tǒng)分為： 模擬通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)2.1 數(shù)據通信基礎知識 3. 數(shù)據傳輸方式 （1） 模擬傳輸 模擬傳輸指信道中傳輸?shù)臑槟M信號。當傳輸?shù)氖悄M信號時，可以直接進行傳輸。當傳輸?shù)氖菙?shù)字信號時，進入信道前要經過調制解調器調制，變換為模擬信號。 （a） 信源為模擬數(shù)據（b） 信源為數(shù)字數(shù)據 其主要優(yōu)點在于

5、信道的利用率較高，但是其在傳輸過程中信號會衰減，會受到噪聲干擾，且信號放大時噪聲也會放大。 2.1 數(shù)據通信基礎知識 調制解調 調制 在發(fā)送端將數(shù)字信號變換成模擬信號 用來完成調制解調功能的設備= 調制解調器（modem）解調 在接收端將模擬信號還原成數(shù)字信號2.1 數(shù)據通信基礎知識 （2） 數(shù)字傳輸 數(shù)字傳輸指信道中傳輸?shù)臑閿?shù)字信號。當傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號時，可以直接進行傳輸。當傳輸?shù)氖悄M信號時，進入信道前要經過編碼解碼器編碼，變換為數(shù)字信號。 （a） 信源為模擬數(shù)據 （b） 信源為數(shù)字數(shù)據 2.1 數(shù)據通信基礎知識 4. 物理信道的連接方式 （1） 點到點連接方式 終端（或計算機）與計算

6、機之間可以直接地或者通過調制解調器，用線路（撥號線路或專用線路）進行連接。當兩者之間的通信量較大時，可采用這種點到點的連接方式。 （2） 多點連接方式 多點方式即多個終端（或計算機）通過一條公用總線直接或通過調制解調器與計算機相連。 2.1 數(shù)據通信基礎知識 （3） 集中式連接 將多個相距不遠的終端連接到多路復用器或集線器上，再用一條傳輸線路將復用器或集線器與計算機相連。 （b） 集中式連接 2.1 數(shù)據通信基礎知識 5. 串行通信與并行通信 （1） 并行通信在并行數(shù)據傳輸中有多個數(shù)據位，同時在兩個設備之間傳輸。 圖2-6 【并行通信】 2.1 數(shù)據通信基礎知識 （2） 串行通信 串行數(shù)據傳輸

7、時，先由具有8位總線的計算機內的發(fā)送設備，將8位并行數(shù)據經并一串轉換硬件轉換成串行方式，再逐位經傳輸線到達接收站的設備中，并在接收端將數(shù)據從串行方式重新轉換成并行方式，以便的使用。 圖2-7 【串行通信】 6. 數(shù)據通信方式 （1） 單工、半雙工與全雙工通信通信方式傳輸方向信道個數(shù)收發(fā)方的限制優(yōu)缺點應用單工固定單向1一方只能發(fā)送，一方只能接收結構簡單、效率低、只能單向傳輸信息廣播、電視半雙工限時雙向2 通信雙方在不同時刻可分別發(fā)送或接收信息效率低對講機等全雙工雙向2通信雙方在同一時刻既可發(fā)送信息又可接收信息結構復雜、成本高、性能最好計算機之間2.1 數(shù)據通信基礎知識 1）單工通信 信號只能向一

8、個方向傳輸圖2-3（a）單工通信 2.1 數(shù)據通信基礎知識 6. 數(shù)據通信方式 （1） 單工、半雙工與全雙工通信 2）半雙工通信 信號可以雙向傳送，但必須交替進行，一個時間只能向一個方向傳送。圖2-3（b）半雙工通信2.1 數(shù)據通信基礎知識 6. 數(shù)據通信方式 （1） 單工、半雙工與全雙工通信3）全雙工通信 信號可以同時雙向傳送。 在硬件上增加一條數(shù)據傳輸線路， 而不是通過開關的切換圖2-3（c）全雙工通信2.1 數(shù)據通信基礎知識 6. 數(shù)據通信方式 （1） 單工、半雙工與全雙工通信（2） 異步傳輸和同步傳輸 圖2-8 【異步傳輸】 圖2-9 【同步運輸】 傳輸方式傳輸單位優(yōu)點缺點異步傳輸字符

9、控制簡單、成本低效率低、速度慢同步傳輸報文或分組傳輸效率高誤碼率較高、控制復雜2.1 數(shù)據通信基礎知識 6. 數(shù)據通信方式 7. 數(shù)據通信的主要技術指標 （1） 信道帶寬和信道容量 通信系統(tǒng)中傳輸信息的信道具有一定的頻率范圍（即頻帶寬度），稱為信道帶寬。信道容量是指信道允許的最大數(shù)據傳輸速率，它與采用的傳輸介質、信號的調制解調方法、交換器的性能等密切相關，是描述信道的主要指標之一。 2.1 數(shù)據通信基礎知識 7. 數(shù)據通信的主要技術指標 （2） 傳輸速率 數(shù)據傳輸速率是指通信系統(tǒng)單位時間內傳輸?shù)亩M制代碼的位（比特）數(shù)，通常使用“位/秒”（bps）、“千位/秒”（Kbps）、“兆位/秒”（Mb

10、ps）、“千兆位/秒”（Gbps）作為計量單位。 2.1 數(shù)據通信基礎知識 在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。波特率是指數(shù)據信號對載波的調制速率，它用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示(也就是每秒調制的符號數(shù))，其單位是波特（Baud,symbol/s）。波特率是傳輸通道頻寬的指標。 每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘糠Q為位傳輸速率，也就是每秒鐘傳送的二進制位數(shù),簡稱比特率。比特率表示有效數(shù)據的傳輸速率，用b/s 、bit/s、比特/秒，讀作：比特每秒。 7. 數(shù)據通信的主要技術指標 2.1 數(shù)據通信基礎知識 波特率與比特率的關

11、系也可換算成：比特率=波特率*單個調制狀態(tài)對應的二進制位數(shù)例如假設數(shù)據傳送速率為120符號/秒(symbol/s)(也就是波特率為120Baud)，又假設每一個符號為8位(bit)即八相調制(單個調制狀態(tài)對應3個二進制位)，則其傳送的比特率為(120symbol/s) * (3bit/symbol)=360bps.7. 數(shù)據通信的主要技術指標 2.1 數(shù)據通信基礎知識 （3）誤碼率 誤碼率是衡量通信系統(tǒng)在正常的工作情況下傳輸可靠性的指標。誤碼率是指二進制碼元在傳輸過程中被傳錯的概率。它等于錯誤接收的碼元數(shù)在所傳輸?shù)目偞a元中所占的比例。 在實際的通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)對誤碼率的要求應權衡通信的可靠性和有效性兩個方面的因素，誤碼率越低，設備要求越高。 7. 數(shù)據通信的主要技術指標 2.1 數(shù)據通信基礎知識 （4） 傳輸延遲 信息傳輸?shù)难舆t指數(shù)據從信源（源計算機）到信宿（目的計算機）所花費的時間。信息傳輸?shù)难舆t時間主要與發(fā)送和接收處理時間、電信號響應時間、中間轉發(fā)時間以及信道傳輸延遲時間有關。 Return2.1 數(shù)據通信基礎知識 7. 數(shù)據通信的主要技術指標 Return本節(jié)小結本節(jié)著重介紹了數(shù)據通信基礎知識、數(shù)據、信息和信號