數(shù)據(jù)通信的基本概念

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,數(shù)據(jù)通信的基本概念,1.,數(shù)據(jù)與信息,2.信號(hào)與信道,3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),4.數(shù)據(jù)通信模型,5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),1.,數(shù)據(jù)與信息,數(shù)據(jù)是包含有一定內(nèi)容的物理符號(hào)，是傳送信息的載體。,1.,數(shù)據(jù)與信息,信息是指數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表示形式或向人們提供關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界事實(shí)的知識(shí)，它不隨載荷符號(hào)的形式不同而改變。,1.,數(shù)據(jù)與信息,數(shù)據(jù)是信息傳送的形式，信息是數(shù)據(jù)表達(dá)的內(nèi)涵,2.信號(hào)與信道,信號(hào)是數(shù)據(jù)的電編碼、電磁編碼或其它編碼。信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。,2.信號(hào)與信道,信道是信號(hào)傳輸

2、的通道，包括通信設(shè)備和傳輸媒體。信道按傳輸信號(hào)的形式可以分為模擬信道和數(shù)字信道。模擬信道用于傳輸模擬信號(hào)，數(shù)字信道用于傳輸數(shù)字信號(hào)。,3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)是指在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生的連續(xù)值，如：聲音、視頻、溫度、壓力。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是有限個(gè)離散值，如字符串、整數(shù)數(shù)列。,3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),模擬信號(hào)是在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號(hào)，是一種連續(xù)變化的電信號(hào)，它可以不同頻率在介質(zhì)上傳輸。,3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù),數(shù)字信號(hào)是一種離散的脈沖序列，它的取值是有限個(gè)數(shù)，它以恒定的正電壓/負(fù)電壓或正電壓/0電壓，表示“1”、“0”，可以用不同的位速率在介質(zhì)上傳輸。,4.數(shù)據(jù)通信模型,通信系統(tǒng)的基本作用是在發(fā)

3、送方(信源)和接收方(信宿)之間傳遞和交換信息。根據(jù)通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)來傳遞消息，通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng),。,4.數(shù)據(jù)通信模型,模擬通信系統(tǒng)利用模擬信號(hào)來傳遞信息，如現(xiàn)在廣泛使用的電話、廣播和電視。系統(tǒng)一般由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪聲源組成,4.數(shù)據(jù)通信模型,4.數(shù)據(jù)通信模型,人們?nèi)粘Ｊ褂玫膿芴?hào)上網(wǎng)就是一個(gè)模擬通信系統(tǒng)的實(shí)例，發(fā)送端工作站發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后，送到公共電話網(wǎng)上傳輸，到接收端經(jīng)調(diào)制解調(diào)器變換為數(shù)字信號(hào)后，與服務(wù)器通信,4.數(shù)據(jù)通信模型,數(shù)字通信系統(tǒng)利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息，如計(jì)算機(jī)通信，數(shù)字電話、數(shù)字電視等。數(shù)字通

4、信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器以及發(fā)送端和接收端時(shí)鐘同步組成,4.數(shù)據(jù)通信模型,4.數(shù)據(jù)通信模型,主要特點(diǎn)：數(shù)字通信抗干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的差錯(cuò)控制，傳輸質(zhì)量高，通過對信號(hào)加密和防火墻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)保密通信，但數(shù)字通信所占的信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬信道,4.數(shù)據(jù)通信模型,人們?nèi)粘Ｊ褂玫膿芴?hào)上網(wǎng)就是一個(gè)模擬通信系統(tǒng)的實(shí)例，發(fā)送端工作站發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后，送到公共電話網(wǎng)上傳輸，到接收端經(jīng)調(diào)制解調(diào)器變換為數(shù)字信號(hào)后，與服務(wù)器通信,5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),帶寬 信號(hào)在通信線路上傳輸時(shí)最高頻率與最低頻率之差叫信號(hào)的頻帶寬度，

5、簡稱帶寬或稱為通頻帶。數(shù)字信號(hào)帶寬與脈沖寬度成反比,5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),信道容量 即單位時(shí)間內(nèi)最大可傳輸信息的位數(shù)，是信道傳輸信息的最大能力的指標(biāo),5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),位速率 位速率也稱信號(hào)速率，常用S表示，位速率是數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，它用單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位數(shù)來表示，其單位為位每秒(bps),5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),波特率 波特率也稱調(diào)制速率，也稱碼元速率,5.,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),誤碼率 誤碼率指信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率，是衡量傳輸系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。誤碼率以在接收的碼元中的錯(cuò)誤碼元占總傳輸碼元的比例來衡量，通常應(yīng)低于10-6,數(shù)據(jù)傳輸,1

6、.數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程,2.基帶傳輸和寬帶傳輸,3.并行傳輸和串行傳輸,1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程,兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸首先需要將信息用二進(jìn)制代碼來表示，其次還要將二進(jìn)制代碼以一定的信號(hào)形式(如電壓、電流、脈沖等)來表示，然后將信號(hào)經(jīng)由信道進(jìn)行傳輸，到達(dá)接收方后，再根據(jù)這些信號(hào)恢復(fù)為代碼，從而得到發(fā)送端的信息,數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)概念,模擬通信：模擬信號(hào)通過模擬信道進(jìn)行 傳 輸。數(shù)字通信：模擬信號(hào)通過數(shù)字信道進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)通信：是專指信源和信宿中數(shù)據(jù)的形式是數(shù)字的，而不論是通過數(shù)字信道傳輸還是模擬信道傳輸,數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：,抗干擾能力強(qiáng),適合遠(yuǎn)距離傳輸,安全保密性好,適合多媒體信息傳輸,2.基帶傳輸和寬帶傳輸

7、,數(shù)據(jù)傳輸方式依其數(shù)據(jù)在傳輸線上原樣不變地傳輸還是調(diào)制變樣后再傳輸，可以分為基帶傳輸和寬帶傳輸兩大類,基帶信號(hào)與基帶傳輸,二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)稱為基帶信號(hào),基帶傳輸是將數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)加到電纜上進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)傳輸方式,寬帶信號(hào)與寬帶傳輸,寬帶信號(hào)是將多組基帶信號(hào)分別調(diào)制不同頻率的載波，并由這些載波分別占用不同頻段的調(diào)制載波組成,寬帶信號(hào)與寬帶傳輸,寬帶傳輸是將數(shù)據(jù)加載到載波信號(hào)上進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)傳輸方式,寬帶信號(hào)與寬帶傳輸,基帶傳輸和寬帶傳輸最重要的區(qū)別在于：基帶傳輸采用的是“直接控制信號(hào)狀態(tài)”的傳輸方式，而寬帶傳輸采用的是“控制載波信號(hào)狀態(tài)”的傳輸技術(shù),3.并行傳輸和串行傳輸,依據(jù)傳輸線數(shù)

8、目的多少，可以將數(shù)據(jù)傳輸方式分為：并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸用于短距離、高速率的通信，串行傳輸用于長距離、低速率的通信,并行傳輸,并行傳輸是指數(shù)字信號(hào)以成組的方式在多個(gè)并行信道上傳輸，數(shù)據(jù)由多條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送與接收，每個(gè)比特使用單獨(dú)的一條線路,并行傳輸,并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于傳送速率高，發(fā)收雙方間不存在字符同步的問題，缺點(diǎn)是需要多個(gè)并行信道，增加了設(shè)備的成本，而且并行線路的電平相互干擾也會(huì)影響傳輸質(zhì)量，不適合做較長距離的通信，主要用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或同一系統(tǒng)設(shè)備間的通信,并行傳輸,常見的并行傳輸如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,串行傳輸,串行傳輸就是將比特流逐位在一條信道上傳送。需要解決收發(fā)雙方如何保

9、持碼組或字符同步的問題。,相對于并行傳輸，串行傳輸?shù)男实?，傳輸速率慢，但由于只有一條信道，減少了設(shè)備的成本，且易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。計(jì)算機(jī)與Modem之間的通信就是串行傳輸,串行傳輸,相對于并行傳輸，串行傳輸?shù)男实停瑐鬏斔俾事?，但由于只有一條信道，減少了設(shè)備的成本，且易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。計(jì)算機(jī)與Modem之間的通信就是串行傳輸,數(shù)據(jù)通信,1.掌握單工、半雙工和全雙工通信的基本原理、特點(diǎn)及主要區(qū)別；,2.掌握異步傳輸和同步傳輸?shù)幕竟ぷ髟恚?3.理解多路復(fù)用技術(shù)的基本工作原理,1.單工、半雙工和全雙工通信,在串行通信中，根據(jù)數(shù)據(jù)流的方向可以將通信分為單工、半雙工和全雙工通信3種方式。,單工通信,半雙

10、工通信,全雙工通信,單工通信,單工通信是指在兩個(gè)通信設(shè)備間，信息只能沿著一個(gè)方向被傳輸。,采用單工通信時(shí)，在通信設(shè)備雙方中，一方為發(fā)送設(shè)備，另一方為接收設(shè)備。廣播和電視節(jié)目的傳送以及尋呼系統(tǒng)都屬于單工通信的例子,半雙工通信,半雙工通信是指兩個(gè)通信設(shè)備間的信息交換可以雙向進(jìn)行，但不能同時(shí)進(jìn)行。也就是說，在同一時(shí)間內(nèi)僅能使信息在一個(gè)方向上傳輸,半雙工通信設(shè)備的兩端要求既要有發(fā)送設(shè)備，又要有接收設(shè)備，因此該方式需要具有信道轉(zhuǎn)換能力，通常用軟件控制換向，換向過程中存在換向的延時(shí)時(shí)間，也可以采用人工操作機(jī)械開關(guān)的方法進(jìn)行控制。其典型的例子是對講機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端的通信,全雙工通信,全雙工通信是指兩個(gè)通信設(shè)

11、備間可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)方向上的信息傳輸。,兩個(gè)通信應(yīng)同時(shí)具有發(fā)射和接收的功能，與通信站相接的傳輸設(shè)備和傳輸控制協(xié)議必須提供全雙工的工作方式，同是還應(yīng)對緩存器作特殊的考慮，如想進(jìn)行同時(shí)讀寫就要求緩存中也能同時(shí)釋放和分配存儲(chǔ)器等。我們平時(shí)使用的手機(jī)類似于全雙工通信,異步傳輸和同步傳輸,異步傳輸,同步傳輸,異步傳輸,異步傳輸方式又稱為起止式同步方式，它是以字符為單位進(jìn)行同步的，且每一字符的起始時(shí)刻可以為任意,一般“起”信號(hào)的長度規(guī)定為1個(gè)碼元寬度，極性為“0”，即用空號(hào)(space)代表，“止”信號(hào)可以為1、1.5或2個(gè)碼元的寬度，其長度的選取與所采用的傳輸代碼類型有關(guān)。,在異步傳輸方式中字符可以被單

12、獨(dú)發(fā)送或連續(xù)發(fā)送，字符與字符的間隔期間可以連續(xù)發(fā)送“1”狀態(tài)，當(dāng)不傳字符時(shí)，不要求收發(fā)時(shí)鐘同步，僅在傳輸字符時(shí)，收發(fā)時(shí)鐘才需要在字符的每一位上同步。,異步傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是每一個(gè)字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在線路兩端設(shè)置專門的同步設(shè)備。,其缺點(diǎn)是每發(fā)一個(gè)字符就要添加一對起止信號(hào)，線路的開銷增加，傳輸效率低。異步傳輸方式常用于1200bps的低速率數(shù)據(jù)傳輸中，目前仍在廣泛使用。,同步傳輸,同步傳輸方式是以固定的時(shí)鐘節(jié)拍來連續(xù)串行發(fā)送數(shù)字信號(hào)的一種方法,同步傳輸方式中，要求收發(fā)兩端的時(shí)鐘都必須在每個(gè)比特上保持一致。,在同步傳輸中，數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以幀為單位。傳送時(shí)在每個(gè)幀的幀首加兩個(gè)或兩個(gè)

13、以上同步字符Sync，幀內(nèi)每個(gè)字符前后不附加起止位。同步字符Sync是一個(gè)獨(dú)特的比特組合，用于通知接收方一個(gè)幀已經(jīng)到達(dá)。Sync類似于異步傳輸中的起始位，但它除了具有起始位的功能外，還能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度保持一致，收、發(fā)方一般采用同一同步時(shí)鐘。,實(shí)現(xiàn)同步傳輸方式的收發(fā)時(shí)鐘同步方法有兩種：外同步法和自同步法。同步傳輸方式具有較高的效率，常用于大于2400bps的速率的傳輸,3.多路復(fù)用技術(shù),頻分多路復(fù)用技術(shù),時(shí)分多路復(fù)用技術(shù),波分復(fù)用技術(shù),頻分多路復(fù)用技術(shù),頻分多路復(fù)用將信道的可用帶寬劃分為若干個(gè)小頻帶，每個(gè)小頻帶傳送一路信號(hào)，形成一個(gè)子信道。,頻分多路復(fù)用常用于模擬信號(hào)的傳輸

14、，如收音機(jī)、電視機(jī)等，F(xiàn)DM也用于寬帶網(wǎng)絡(luò)。載波電話通信系統(tǒng)是頻分多路復(fù)用的典型例子,時(shí)分多路復(fù)用技術(shù),時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)是將通信信道傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間段，每一路信號(hào)占用一個(gè)時(shí)間段，在其占用的一段時(shí)間內(nèi)，信號(hào)獨(dú)自使用信道的全部帶寬。,時(shí)分多路復(fù)用通常用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳送，也可用于模擬信號(hào)的傳送。,時(shí)分多路復(fù)用在任一時(shí)刻，只傳送一種信號(hào)，多路信號(hào)分時(shí)地在信道中傳送，而頻分多路復(fù)用是在任一時(shí)刻，同時(shí)傳送多路信號(hào)，各路信號(hào)占用的頻帶不同,波分復(fù)用技術(shù),波分復(fù)用是把光波波長分割復(fù)用，在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。,基本原理是在發(fā)送端將不同的光信號(hào)組合起來，也即是復(fù)用過程；耦合到光

15、線線路上用一根光纖進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號(hào)區(qū)分開來，即完成解復(fù)用過程，再通過進(jìn)一步處理恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端,數(shù)據(jù)交換,1.掌握電路交換的工作原理、工作特點(diǎn)及適用網(wǎng)絡(luò)類型,2.掌握報(bào)文交換的工作原理、工作特點(diǎn)及適用網(wǎng)絡(luò)類型,3.掌握分組交換的工作原理、工作特點(diǎn)及適用網(wǎng)絡(luò)類型,數(shù)據(jù)交換,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要是電路交換、報(bào)文交換和分組交換三種。電路交換的原理類似于傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)，在教學(xué)中可以采用類比的方法進(jìn)行教學(xué)有利于學(xué)生對電路交換的理解；報(bào)文交換的原理類似于平時(shí)的郵政系統(tǒng)，與人們郵寄信件的過程非常相似，教學(xué)中可以以人們郵寄信件來輔助報(bào)文交換的理解；分組交換的方式

16、有兩種情況：虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)。教學(xué)中要分析清楚兩種情況的區(qū)別,數(shù)據(jù)交換,1.電路交換,2.報(bào)文交換,3.分組交換,1.電路交換,電路交換的原理,電路交換的特點(diǎn),適用范圍,電路交換的原理,電路交換過程主要有三個(gè)階段：電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和電路拆除。,電路建立,在傳輸數(shù)據(jù)之前，先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。,數(shù)據(jù)傳輸,電路建立以后，數(shù)據(jù)就可以從源站發(fā)送往目的站，電路連接是全雙工的，數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向傳輸。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，所建立的連接必須始終保持連接狀態(tài)。,電路拆除,數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方發(fā)出拆除請求，然后逐節(jié)拆除到對方的節(jié)點(diǎn)鏈路，將電路的使用權(quán)交還給網(wǎng)絡(luò)，以供其他用戶使用,電路交換屬于電路資源預(yù)分配系統(tǒng)，即每次通信時(shí)，通信雙方都要連接電路，且在一次連接中，電路被預(yù)分配給一對固定用戶。不管該電路上是否有數(shù)據(jù)傳輸，其他用戶都不能使用該電路直至通信雙方要求拆除此電路為止,電路交換的特點(diǎn),電路交換方式的特征是在整個(gè)連接路徑中均采用物理連接，具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：,信息傳輸時(shí)延小；電路是透明的；信息傳送的吞吐量大。,采用電路交換方式傳送數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)：,所占用的帶寬是固定的，造成網(wǎng)絡(luò)資源的利用率