第七講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

第七章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2023/6/91教材內(nèi)容7.1數(shù)據(jù)通信的演變7.2數(shù)據(jù)通信的基本概念與特點7.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型與功能7.4數(shù)據(jù)通信方式7.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)7.6數(shù)據(jù)通信主要技術(shù)指標(biāo)2023/6/927.1數(shù)據(jù)通信的演變（1）通信領(lǐng)域信息的表現(xiàn)形式信息的表現(xiàn)形式語音數(shù)據(jù)圖像視頻2023/6/937.1數(shù)據(jù)通信的演變（2）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的演變時間體系結(jié)構(gòu)20世紀(jì)70年代20世紀(jì)70年代末80年代初期20世紀(jì)80年代初期20世紀(jì)80年代初期到末期20世紀(jì)80年代中期到90年代中期20世紀(jì)90年代中期20世紀(jì)90年代末期21世紀(jì)初期獨立的大型機(jī)網(wǎng)絡(luò)大型機(jī)(ARPANET)獨立的工作站局域網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)互聯(lián)因特網(wǎng)商業(yè)化遠(yuǎn)程辦公、寬帶接入家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等2023/6/942023/6/957.2數(shù)據(jù)通信概述（1）數(shù)據(jù)通信（定義）如果一個通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒂脭?shù)據(jù)的形式來表示，則稱這種通信為數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（定義）實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

7.2數(shù)據(jù)通信概述（1）數(shù)據(jù)通信（定義）按照現(xiàn)代通信的定義，凡是在終端以編碼方式表示信息，用脈沖形式在信道上傳送的通信都叫做數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（定義）是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的擴(kuò)充，或者說是若干個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)歸并和互聯(lián)。

2023/6/962023/6/977.2數(shù)據(jù)通信概述（1）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)劃分為：第一部分通信子網(wǎng)：具備傳輸和交換功能，它是在原有網(wǎng)傳輸鏈路上加裝了專用于數(shù)據(jù)交換或連接的節(jié)點交換機(jī)，從而構(gòu)成了專門處理數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，并將進(jìn)一步發(fā)展成為能夠處理各種通信業(yè)務(wù)的綜合通信網(wǎng)。第二部分本地網(wǎng)：由一些數(shù)據(jù)通信專用設(shè)備，例如集線器、復(fù)用器、通信控制器、前置處理機(jī)等，以及這些專用設(shè)備與各類通信網(wǎng)的專用接口所組成。典型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）分組交換網(wǎng)（X.25網(wǎng)）幀中繼網(wǎng)ATM網(wǎng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）①DDN是利用數(shù)字信道向用戶提供半永久性電路。②傳輸速率高。③傳輸質(zhì)量好。④DDN是透明傳輸網(wǎng)。⑤傳輸距離遠(yuǎn)。7.2數(shù)據(jù)通信概述（2）數(shù)據(jù)通信的特點(與話音通信相比)話音通信通信模式準(zhǔn)確性要求可靠性要求時延和時延抖動信息流特點持續(xù)、穩(wěn)定的信息流人－人通信人自己控制差錯敏感不敏感陣發(fā)式信息流，通信持續(xù)時間差異大數(shù)據(jù)通信人－機(jī)或機(jī)－機(jī)通信準(zhǔn)確性要求高，需要協(xié)議差錯不敏感敏感傳輸速率低高2023/6/91011（1）數(shù)據(jù)通信是人—計算機(jī)或計算機(jī)—計算機(jī)之間的通信，通信過程可能沒有人的直接參與，為了保證通信的順利進(jìn)行，必須采用嚴(yán)格統(tǒng)一的傳輸控制規(guī)程（通信協(xié)議）。所謂“規(guī)程”就是在通信過程中計算機(jī)必須遵守的一系列“約定”。（2）數(shù)據(jù)通信的傳輸速率極高。（3）數(shù)據(jù)通信要求誤碼率≤10-7～10-9，而語音及電視業(yè)務(wù)僅要求誤碼率≤10-4，即數(shù)據(jù)通信可靠性要求高，因此必須采用嚴(yán)格的差錯控制技術(shù)。（4）數(shù)據(jù)通信的突發(fā)度高。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)任何一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都是由終端、數(shù)據(jù)電路和計算機(jī)系統(tǒng)三種類型的設(shè)備所組成的，遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE通過由數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE和傳輸信道組成的數(shù)據(jù)電路與計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。7.3系統(tǒng)模型和功能（1）**數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型(a)典型配置舉例(b)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般模型2023/6/9137.3系統(tǒng)模型和功能（2）數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE

(DataTerminalEquipment)DTE負(fù)責(zé)在兩點之間無差錯地傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信控制：對數(shù)據(jù)通信過程按一定的協(xié)議進(jìn)行控制，確保通信雙方協(xié)調(diào)可靠地工作數(shù)據(jù)I/O和處理：數(shù)據(jù)終端設(shè)備或計算機(jī)DTE的功能結(jié)構(gòu)2023/6/9147.3系統(tǒng)模型和功能（3）數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE

(DataCommunicationsEquipment)DCE負(fù)責(zé)提供DTE和傳輸信道/網(wǎng)絡(luò)的接口,確保從DTE出來的信號與傳輸信道兼容傳輸信道2023/6/915調(diào)制解調(diào)器如果數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由電話交換網(wǎng)構(gòu)成，此時傳輸信道（電話用戶線）是模擬信道，數(shù)據(jù)傳輸采用語音頻帶數(shù)據(jù)傳輸方式，DCE主要起（頻帶）調(diào)制解調(diào)器的作用，即把DTE送來的數(shù)字信號變換為模擬信號再送往信道，或把信道送來的模擬信號變換為數(shù)字信號再送往DTE。除以上功能外，調(diào)制解調(diào)器還有以下功能：①同步：調(diào)制解調(diào)器有同步和異步兩種。②雙工方式：調(diào)制解調(diào)器可以按全雙工或半雙工方式工作。③自動撥號/自動應(yīng)答：用戶在鍵盤上敲入相應(yīng)命令后可自動撥號/自動應(yīng)答。7.3系統(tǒng)模型和功能（4）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本組成2023/6/9177.3系統(tǒng)模型和功能（5）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要功能接口和信號的產(chǎn)生2023/6/9187.3系統(tǒng)模型和功能（6）傳輸系統(tǒng)的充分使用2023/6/9197.3系統(tǒng)模型和功能（7）同步流量控制恢復(fù)2023/6/920局間中繼傳輸和網(wǎng)同步系統(tǒng)局間中繼傳輸指DDN節(jié)點間的數(shù)字信道，DDN的中繼速率從4.8kbit/s到2Mbit/s,其中包括ISDN的基本速率和基群速率。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管和業(yè)務(wù)配置、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)運行、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、故障測量和網(wǎng)絡(luò)信息收集。7.3系統(tǒng)模型和功能（8）報文格式差錯檢測和糾正2023/6/9227.3系統(tǒng)模型和功能（9）尋址和路由安全和網(wǎng)絡(luò)管理2023/6/9237.4數(shù)據(jù)通信方式（1）通信方式：兩設(shè)備間信息流的方向通信方式2023/6/9247.4數(shù)據(jù)通信方式（2）單工(Simplex)信息只能單方向傳送(即通信是單向的)

(b)單工通信舉例2023/6/9257.4數(shù)據(jù)通信方式（3）半雙工(Half-Duplex)信息可以雙向傳送，但同一時刻只能單向傳輸

(b)半雙工通信舉例2023/6/9267.4數(shù)據(jù)通信方式（4）全雙工(Full-Duplex)信息同一時刻可以雙向傳輸

(b)全雙工通信舉例2023/6/9277.4數(shù)據(jù)通信方式（5）總結(jié)

優(yōu)點單工半雙工全雙工通信效率高簡單、效率高通信效率低需要雙向信道不足只支持信息單向傳送節(jié)省信道資源2023/6/9287.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(1)

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)-串行傳輸與并行傳輸2023/6/9297.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(2)

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)-同步傳輸與異步傳輸2023/6/930異步傳輸---是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時，所發(fā)送的字符之間的時間間隔可以是任意的。當(dāng)然，接收端必須時刻做好接收的準(zhǔn)備（如果接收端主機(jī)的電源都沒有加上，那么發(fā)送端發(fā)送字符就沒有意義，因為接收端根本無法接收）。發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個字符的開始和結(jié)束的地方加上標(biāo)志，即加上開始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將每一個字符接收下來。異步通信的好處是通信設(shè)備簡單、便宜，但傳輸效率較低（因為開始位和停止位的開銷所占比例較大）。同步傳輸---通信雙方必須先建立同步，即雙方的時鐘要調(diào)整到同一個頻率。收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步，用一個非常精確的主時鐘對全網(wǎng)所有結(jié)點上的時鐘進(jìn)行同步。另一種是使用準(zhǔn)同步，各結(jié)點的時鐘之間允許有微小的誤差，然后采用其他措施實現(xiàn)同步傳輸。7.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(3)數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸(略)調(diào)制解調(diào)技術(shù)（略）編碼技術(shù)編碼就是將一種比特組合和某個字符集中的字符對應(yīng)起來最常用的編碼方案有ASCII、EBCDIC和Unicode信道復(fù)用技術(shù)(略)2023/6/9337.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(4)交換技術(shù)：電路交換、分組交換2023/6/9347.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(5)幀交換實質(zhì)上是分組通信的一種形式，簡化了分組交換中分組交換機(jī)之間的恢復(fù)差錯和擁塞處理過程，幀交換的典型技術(shù)就是幀中繼。信元交換將信息以信元為單位進(jìn)行傳送的一種技術(shù)，信元的長度是固定的。信元方式也是一種快速分組技術(shù)，將信息劃分為固定長度的信元，典型信元方式是ATM技術(shù)。2023/6/9357.5數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)(6)差錯檢測技術(shù)奇偶校驗循環(huán)冗余校驗差錯校正技術(shù)重發(fā)糾錯前向糾錯混合糾錯2023/6/9361.差錯的檢測在計算機(jī)與計算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)時，誤碼率要求低于≤10-7～10-9。2.常用的冗余校驗方法（1）奇偶校驗加入奇偶校驗位實現(xiàn)奇偶校驗（2）循環(huán)冗余（CRC）校驗循環(huán)冗余校驗碼簡稱循環(huán)碼或CRC碼，是一種高效能的檢錯和糾錯碼。由于檢錯能力強(qiáng)，編、譯碼電路簡單，因而在數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用甚廣。7.6技術(shù)指標(biāo)（1）數(shù)據(jù)傳輸速率

一碼元攜帶的信息量為：D＝log2N，調(diào)制速率：指每秒傳輸?shù)拇a元個數(shù)N。＝1/T數(shù)據(jù)傳輸速率：指每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)

S＝(log2N)/T2023/6/9387.6技術(shù)指標(biāo)（2）頻帶利用率用單位頻帶內(nèi)的符號速率描述系統(tǒng)的傳輸效率，即每赫茲的波特數(shù)：η=系統(tǒng)的調(diào)制速率/系統(tǒng)的調(diào)制帶寬

差錯率衡量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的最終指標(biāo)是差錯率，常用的差錯率指標(biāo)有平均誤碼率、平均誤字率、平均誤碼組率等2023/6/9397.7數(shù)據(jù)通信網(wǎng)OSI參考模型ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysical通信導(dǎo)論40物理層物理層是OSI體系結(jié)構(gòu)中最低的一層，其任務(wù)是為上一層（即數(shù)據(jù)鏈路層）提供一個物理連接，以便透明地傳輸比特流。物理層定義了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DTE與DCE之間接口特性、位傳輸編碼和計時規(guī)則。數(shù)據(jù)鏈路層（1）幀控制：將信息流進(jìn)行分割，按照一定的格式組成幀，以幀為單位發(fā)送、接收、校驗和應(yīng)答。（2）差錯控制：當(dāng)收端能正確接收信息時，則向發(fā)端送出確認(rèn)信息；當(dāng)檢測到接收信息有差錯時，收端要求發(fā)端重發(fā)該信息；發(fā)端還要進(jìn)行幀編號，以免出現(xiàn)信息的重收、漏收。通常采用CRC方法的居多。（3）流量控制：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由具有不同速率、存儲空間和處理能力的設(shè)備組成的。（4）鏈路管理：協(xié)議應(yīng)能控制信息流的傳輸方向；建立、維護(hù)、結(jié)束鏈路聯(lián)接；顯示站的工作狀態(tài)。（5）區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息。（6）尋址：保證每一幀信息送達(dá)正確的目的站，且收方知道信息的發(fā)送站。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議只能解決相鄰節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸問題，不能解決兩個主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，因為兩個主機(jī)之間的通信通常包括多段鏈路，涉及到路由選擇、流量控制等問題。①為傳輸層提供建立、維持和拆除網(wǎng)絡(luò)連接的手段；②完成選定交換方式、路由選擇、流量控制、順序控制、差錯控制、阻塞與非正常情況處理等；③當(dāng)信息在不同網(wǎng)絡(luò)之間傳輸時，完成不同網(wǎng)絡(luò)層之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換；④根據(jù)傳輸層要求選擇網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量；⑤向傳輸層提供虛電路服務(wù)或數(shù)據(jù)報服務(wù)。44

運輸層 物理層通過物理傳輸媒質(zhì)完成比特流的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)鏈路層可以將有差錯的原始傳輸線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路；網(wǎng)絡(luò)層可以使報文分組以合適的路徑通過通信子網(wǎng)。①屏蔽差異：通信子網(wǎng)使用了多種傳輸媒質(zhì)及交換方式，提供的吞吐量、傳輸速率、延時等方面各不相同，但會話層卻要求有一個恒定的界面，傳輸層的功能是屏蔽掉各類通信子網(wǎng)的差異，向用戶提供一個能滿足其要求的服務(wù)，且具有一個不變的通信接口，使用戶只需了解該接口，便可方便地在任何網(wǎng)絡(luò)上使用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行通信。②提供端到端的通信③運輸層可以提高端到端的服務(wù)質(zhì)量：包括吞吐量、傳輸時延、殘留誤碼率、優(yōu)先級和可靠性等。④運輸層可以增加服務(wù)功能：即通過復(fù)用、分段與組裝、組塊與分塊方法增加服務(wù)功能。會話層（1）對話控制定義數(shù)據(jù)流向，單工、半雙工、全雙工（2）會話管理建立連接數(shù)據(jù)傳送釋放連