數(shù)據(jù)通信基礎教案

1、計算機網(wǎng)絡技術與應用教案課題數(shù)據(jù)通信基礎課次3-5授課時間授課時數(shù)6授課方法講解、練習授課班級教具校園網(wǎng)、多媒體、智能手機教學目標知識目標：1、掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念；2、掌握數(shù)據(jù)通信的技術指標；3、掌握數(shù)據(jù)通信的通信方式；4、熟悉數(shù)據(jù)的傳輸方式；5、掌握電路交換和分組交換；6、掌握曼徹斯特編碼和微分曼徹斯特編碼；7、掌握奇偶校驗方法；8、掌握CRC校驗方法。能力目標：1、能夠繪制微分曼徹斯特編碼；2、能夠計算CRC校驗。素質(zhì)目標：學生按照組建的學習團隊學習、實驗、交流，分配角色，培養(yǎng)團隊合作能力。教學重點微分曼徹斯特編碼、CRC校驗教學難點CRC校驗教學內(nèi)容教師活動1、什么是計算機網(wǎng)絡？網(wǎng)絡

2、有哪些功能？2、什么是對等網(wǎng)？有什么特點？2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念一、信息和數(shù)據(jù)1.信息信息是對客觀事物的反映,可以是對物質(zhì)的形態(tài)、大小、結(jié)構、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物質(zhì)與外部的聯(lián)系。信息有各種存在形式。一、復習提問二、新授教學教師講解幻燈片展示數(shù)據(jù)信息可以用數(shù)字的形式來表示，數(shù)字化的信息稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以分成兩類：模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。二、信道和信道容量1信道信道是傳送信號的一條通道，可以分為物理信道和邏輯信道。物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，由傳輸及其附屬設備組成。邏輯信道也是指傳輸信息的一條通路，但在信號的收、發(fā)節(jié)點之間并不一定存在與之對應的物理傳輸介質(zhì)，而是在物理

3、信道基礎上，由節(jié)點設備內(nèi)部的連接來實現(xiàn)。信道的分類信道按使用權限可分為專業(yè)信道和共用信道。信道按傳輸介質(zhì)可分為有線信道、無線信道和衛(wèi)星信道。信道按傳輸信號的種類可分為模擬信道和數(shù)字信道。學生閱讀分組討論信道容量信道容量是指信道傳輸信息的最大能力，通常用數(shù)據(jù)傳輸率來表示。即單位時間內(nèi)傳送的比特數(shù)越大，則信息的傳輸能力也就越大，表示信道容量大。C=Blog(1+S/N)2B為信道帶寬，S為接受端信號的平均功率，N為信道內(nèi)噪聲平均功率，C為信道容量。三、碼元和碼字在數(shù)字傳輸中，有時把一個數(shù)字脈沖稱為一個碼元，是構成信息編碼的最小單位。計算機網(wǎng)絡傳送中的每一位二進制數(shù)字稱為“碼元”或“碼位”，例如二進

4、制數(shù)字10000001是由7個碼元組成的序列,通常稱為“碼字”。四、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術指標比特率：比特率是一種數(shù)字信號的傳輸速率，它表示單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位（bit）數(shù)，單位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。2波特率：波特率是一種調(diào)制速率，也稱波形速率。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，線路上每秒鐘傳送的波形個數(shù)就是波特率，其單位為波特（baud）。誤碼率：誤碼率指信息傳輸?shù)腻e誤率，也稱誤碼率，是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下，衡量傳輸可靠性的指標。Pe=Ne/N吞吐量：吞吐量是單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡能夠處理的信息總量，單位是字節(jié)/秒或位/秒。在單信道總線型網(wǎng)絡中，吞吐量=信道容量

5、X傳輸效率。通道的傳播延遲：信號在信道中傳播，從信源端到達信宿端需要一定的時間，這個時間叫做傳播延遲（或時延）。五、帶寬與數(shù)據(jù)傳輸率1信道帶寬信道帶寬是指信道所能傳送的信號頻率寬度，它的值為信道上可傳送信號的最高頻率減去最低頻率之差。帶寬越大，所能達到的傳輸速率就越大，所以通道的帶寬是衡量傳輸系統(tǒng)的一個重要指標。數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率是指單位時間信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，即比特率，單位為比?秒。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸率的高低由傳輸每一位數(shù)據(jù)所占時間決定，如果每一位所占時間越小，則速率越高。S=Blogn2B為波特率，N為調(diào)制電平數(shù)三、鞏固練習1、熟記以下概念:通信容量比特率帶寬誤碼率吞吐量四、課堂小結(jié)2

6、、對于個ASCII碼來說，個二進制位叫（）。五、布置作業(yè)教學內(nèi)容2、對于取連續(xù)值的數(shù)據(jù)是），取離散值的是（）教師活動、復習提問2.2數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型二、新授教學1、什么是數(shù)據(jù)？什么是信息?1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構模型，它是由數(shù)據(jù)終端設備（DTE）、數(shù)據(jù)線路端接設備（DCE）和通信線路等組成。計算機網(wǎng)絡的組成模型2、通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)組成三要素：信源、信宿和信道信源簡單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型二、數(shù)據(jù)線路的通信方式根據(jù)數(shù)據(jù)信息在傳輸線上的傳送方向，數(shù)據(jù)通信方式有：單工通信、半雙工通信、雙工通信。單工通信：在通信線路上，數(shù)據(jù)只可按一個固定的方向傳送而不能進行相反方向傳送的通信方式。例如廣

7、播、遙控通信。半雙工通信：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能同時進行，在任時刻只允許在一個方向上傳輸主信息的通信方式。全雙工通信：可同時雙向傳輸數(shù)據(jù)的通信方式。(C)全雙工通信信息傳輸方向不同的三種通信方式2.2.3數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式依其數(shù)據(jù)在傳輸線原樣不變地傳輸還是調(diào)制變樣后再傳輸，可分為基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸?shù)确绞健?基帶傳輸：在基帶信道中直接傳輸這種基帶信號的傳輸方式。2頻帶傳輸：在信道中傳輸頻帶信號的傳輸方式。3寬帶傳輸：寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜。利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸。*調(diào)制技術1、調(diào)制：發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容命令調(diào)制器(modulator)改變載波

8、的物理特性使其能夠攜帶信息?！罢{(diào)制”常通過改變載波的“振幅、頻率、相位”三種物理特性來完成?？刂戚d波振幅的技術稱為“振幅調(diào)制”技術；控制載波頻率的技術則為“頻率調(diào)制”技術；控制載波相位的技術便是“相位調(diào)制”技術。2、振幅調(diào)制技術控制載波振幅的調(diào)制技術為“振幅調(diào)制”(AmplitudeModulation,AM)技術，數(shù)字振幅調(diào)制技術稱為振幅鍵控(AmplitudeSlliftKeying,ASK）調(diào)制技術，它以振幅較弱的信號狀態(tài)代表0,以振幅較強的信號狀態(tài)代表l（p31圖2-23）。3、頻率調(diào)制技術控制載波頻率的調(diào)制技術為“頻率調(diào)制”（FrequencyModulation,FM）技術，數(shù)字頻

9、率調(diào)制技術稱為“頻移鍵控”（FrequencyshiftKeying，F(xiàn)sK）調(diào)制技術，匕以頻率較低的信號狀態(tài)代表0以頻率較高的信號狀態(tài)代表l（見p31圖2-24）。4、相位調(diào)制技術控制載波相位的調(diào)制技術為“相位調(diào)制”（PhaseModulation,PM）技術，調(diào)制相位調(diào)制技術則稱為“相移鍵控”（PhaseShiftKeying,PSK）調(diào)變技術，它以信號相位狀態(tài)的改變代表1,以信號相位狀態(tài)不變代表O（見p32圖2-25）5、正交幅度調(diào)制技術QAM是種結(jié)合ASK與PSK的綜合型調(diào)制技術，冋時控制載波的“振幅強度”與“相位偏移量”，讓同一個載波信號得以呈現(xiàn)出更多的邏輯狀態(tài)。1、說出下列符號代表

10、什么含義PMFMAMDCEDTE三、鞏固練習四、課堂小結(jié)五、布置作業(yè)教學內(nèi)容教師活動1、數(shù)據(jù)線路的通信方式有（）、（）、（）。2、數(shù)據(jù)傳輸方式可分為（）（）（）等。2.3數(shù)據(jù)交換技術一、數(shù)據(jù)交換的概念數(shù)據(jù)交換是指在任意拓撲結(jié)構的通信網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡節(jié)點的某種轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)任意兩個或多個系統(tǒng)之間的連接。數(shù)據(jù)交換是多節(jié)點網(wǎng)絡中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行侄?。通常使用四種交換技術：電路交換、報文交換、分組交換、信元一、復習提問二、新授教學交換。二、電路交換電路交換（也稱線路交換），在電路交換方式中，通過網(wǎng)絡節(jié)點（交換設備）在工作站之間建立專用的通信通道，即在兩個工作站之間建立實際的物理連接。一旦通信線路建立，

11、這對端點就獨占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換的主要優(yōu)點是實時性好，由于信道專用，通信速率較高；缺點是線路利用率低，不能連接不同類型的線路組成鏈路，通信的雙方必須同時工作。電路交換必定是面向連接的，電話系統(tǒng)就是這種方式。電路交換的三個階段：（1）電路建立階段（2）數(shù)據(jù)傳輸階段（3）拆除電路階段三、報文交換報文是一個帶有目的端信息和控制信息的數(shù)據(jù)包。報文交換采取的是“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個節(jié)點之間建立專用的物理線路。報文交換的主要缺點是網(wǎng)絡的延時較長且變化比較大，因而不宜用于實時通信或交互式的應用場合。在20世紀40年代，電報通信也采用

12、了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換（messageswitching）。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在，報文交換已經(jīng)很少有人使用了。報文交換過程：發(fā)方把待傳送的正文信息再加上相應的控制信息形成一份份報文；再以報文為單位送到各節(jié)點；交換節(jié)點在接收報文后進行緩存和必要的處理；待指定輸出端線路和下一節(jié)點空閑時，再將報文轉(zhuǎn)發(fā)出去，直到目的節(jié)點；目的節(jié)點將收到的各份報文中的正文信息交付給收端DTE。報文交換方式是以報文為單位交換信息。每個報文包括三部分：報頭、報文正文和報尾。報頭通常由報文編號、發(fā)送端地址、接收端地址及報文起始、數(shù)據(jù)起始和結(jié)束標志等控制信息組成。報尾通常包括差錯控制信息等。四、

13、分組交換分組交換也稱包交換，它是報文交換的一種改進，也屬于存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，但它不是以報文為單位，而是以長度受到限制的報文分組（Packet）為單位進行傳輸交換的。分組也叫做信息包，分組交換有時也稱為包交換。分組在網(wǎng)絡中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數(shù)據(jù)報和虛電路。數(shù)據(jù)報傳輸是一種面向無連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。分組交換的優(yōu)點：高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬可靠生存性五、完善的網(wǎng)絡協(xié)議；自適應的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡有很好的信元交換技術（ATM，Asynchrono

14、usTransferMode，異步傳輸模式）ATM是一種面向連接的交換技術，它采用小的固定長度的信息交換單元（一個53Byte的信元），話音、視頻和數(shù)據(jù)都可由信元的信息域傳輸。它綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優(yōu)點，針對分組交換速率低的弱點，利用電路交換完全與協(xié)議處理幾乎無關的特點，通過高性能的硬件設備來提高處理速度，以實現(xiàn)高速化。ATM是一種廣域網(wǎng)主干線的較好選擇。1、電路交換有哪些特點？2、分組交換分為（）（）兩種。3、什么是ATM？三、鞏固練習四、課堂小結(jié)五、布置作業(yè)3、什么是ATM?四、課堂小結(jié)五、布置作業(yè)教學內(nèi)容教師活動1、什么是誤碼率？一、復習提問2、數(shù)據(jù)父換方式有（）（

15、）（）（）等幾種。2.4差錯檢驗與校正一、數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)差錯有多種原因，一般分成內(nèi)部因素和外部二、新授教學因素。內(nèi)部因素有噪音脈沖、脈動噪音、衰減、延遲失真等。外部因素有電磁干擾、太陽噪音、工業(yè)噪音等。為了確保無差錯地傳輸，必須具有檢錯和糾錯的功能。常用的校驗方式有奇偶校驗和循環(huán)幾余碼校驗。二奇偶校驗奇偶校驗是一種校驗代碼傳輸正確性的方法。根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M一進制代碼的數(shù)位中T”的個數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)來進行校驗。米用奇數(shù)的稱為奇校驗，反之，稱為偶校驗。米用何種校驗是事先規(guī)定好的。通常專門設置一個奇偶校驗位，用它使這組代碼中T”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。若用奇校驗，則當接收端收到這組代碼時，校驗T”的個數(shù)是

16、否為奇數(shù)，從而確定傳輸代碼的正確性。米用奇偶校驗時，若其中兩位冋時發(fā)生錯誤，則會發(fā)生沒有檢測出錯誤的情況。校驗方法奇校驗：就是讓原有數(shù)據(jù)序列中(包括你要加上的一位)1的個數(shù)為奇數(shù)1000110(0)你必須添0這樣原來有3個1已經(jīng)是奇數(shù)了所以你添上0之后1的個數(shù)還是奇數(shù)個。偶校驗：就是讓原有數(shù)據(jù)序列中(包括你要加上的一位)1的個數(shù)為偶數(shù)1000110(1)你就必須加1了這樣原來有3個1要想1的個數(shù)為偶數(shù)就只能添1了。三、循環(huán)冗余碼校驗(CRC)。循環(huán)冗余碼(CyclicRedundancyCode，CRC)，又稱為多項式碼。CRC的工作方法是在發(fā)送端產(chǎn)生一個冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信