第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基本原理2.1數(shù)據(jù)通信介質(zhì)2.2數(shù)據(jù)傳輸及交換技術(shù)2.3數(shù)據(jù)通信的其他關(guān)鍵技術(shù)2.4探究一：1、什么是數(shù)據(jù)、信息和信號。舉例說明三者之間的關(guān)系？2、什么是數(shù)據(jù)通信？數(shù)據(jù)通信有什么特點？3、一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包含哪些組成部分？請畫出一個通信系統(tǒng)模型。21數(shù)據(jù)通信基本原理一、數(shù)據(jù)通信基本概念信號和信道信號是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式。包括模擬信號和數(shù)字信號模擬信號是連續(xù)變化的信號。數(shù)字信號是離散不連續(xù)的信號。信道是信號的傳輸通路。可分為模擬信道和數(shù)字信道模擬信道：傳輸模擬信號的信道，單位：帶寬（Bandwidth）用H（赫茲）表示數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號的信道，單位：容量（最大傳輸速率）用bps表示二、數(shù)據(jù)通信的特點1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型輸入信息傳輸系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息調(diào)制解調(diào)器PC公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)目的系統(tǒng)PC三、數(shù)據(jù)通信的定義定義：如果一個通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，則這種通信為數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信依照一定的協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息。實現(xiàn)這種通信的系統(tǒng)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。以計算機為主體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)五、數(shù)據(jù)通信的一般過程計算機網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程四、數(shù)據(jù)通信的特點1、總是由傳輸系統(tǒng)將信源和信宿連接起來2、數(shù)據(jù)通信傳遞的信息均為二進制數(shù)據(jù)形式。3、數(shù)據(jù)通信總是與遠程信息處理相聯(lián)系。六、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可分為3個組成部分。1 源系統(tǒng)源點，發(fā)送器2 目的系統(tǒng)接收器，終點3 傳輸系統(tǒng)傳輸信道，噪聲源探究二：1、什么是DTE和DCE？它們是做什么用的？2、名詞解釋：數(shù)據(jù)傳輸速率、誤碼率、信道容量、信道帶寬3、計算機網(wǎng)絡(luò)采用的傳輸介質(zhì)有哪些？DTE和DCEDTE（DateTerminalEquiinatingEquiODEM，連接DTE設(shè)備的通信設(shè)備。一般廣域網(wǎng)常用DCE設(shè)備有：CSU/DSU，廣域網(wǎng)交換機，MODEMDTE,DCE的之間的區(qū)別：DCE一方提供時鐘，DTE不提供時鐘，但它依靠DCE提供的時鐘工作，比如ODEM之間。數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過DTE-DCE,再經(jīng)過DCE-DTE的路徑。其實對于標(biāo)準(zhǔn)的串行端口，通常從外觀就能判斷是DTE還是DCE，DTE是針頭（俗稱公頭），DCE是孔頭（俗稱母頭），這樣兩種接口才能接在一起。214 主要技術(shù)指標(biāo)：信號速率,調(diào)制速率。5信道延遲對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的信號傳輸，主要從數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量兩個方面來進行綜合評價。1、信道的傳輸能力，用信道容量C來衡量。2、信道上傳輸信息的速度，用數(shù)據(jù)傳輸速度s來表示3、通信質(zhì)量是指信息傳輸?shù)目煽啃裕话阌谜`碼率Pe來衡量。信道帶寬信道包括模擬信道和數(shù)字信道。1、模擬信道，帶寬按照公式W=f2-f1計算2、數(shù)字信道的帶寬為信道能夠達到的最大數(shù)據(jù)速率，兩者可通過香農(nóng)定理互相轉(zhuǎn)換。221 有線傳輸介質(zhì)1雙絞線22數(shù)據(jù)通信介質(zhì)2同軸電纜3光纖222 無線傳輸介質(zhì) 無線電通信、微波通信、紅外通信以及激光通信的信息載體都屬于無線傳輸介質(zhì)。探究三：1、什么是基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸？2、什么是單工、半雙工、全雙工通信？3、什么是信道復(fù)用技術(shù)？有那些信道復(fù)用技術(shù)？4、試從多個方面比較電路交換、報文交換和分組交換的主要優(yōu)缺點。信號的傳輸方式基帶傳輸由計算機或終端產(chǎn)生的數(shù)字信號，頻譜都是從零開始的，這種未經(jīng)調(diào)制的信號所占用的頻率范圍叫基本頻帶（這個頻帶從直流起可高到數(shù)百千赫，甚至若干兆赫），簡稱基帶（baseband）。這種數(shù)字信號就稱基帶信號。另外就是傳輸介質(zhì)，局域網(wǎng)中一般都采用基帶同軸電纜作傳輸介質(zhì)。頻帶傳輸：在計算機的遠程通信中，是不能直接傳輸原始的電脈沖信號的（也就是基帶信號了）。因此就需要利用頻帶傳輸，就是用基帶脈沖對載波波形的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶脈沖變化，這就是調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號通過線路傳輸?shù)浇邮斩?，然后?jīng)過解調(diào)恢復(fù)為原始基帶脈沖。頻帶傳輸不僅克服了目前許多長途線路不能直接傳輸基帶信號的缺點，而且能實現(xiàn)多路復(fù)用的目的，從而提高了通信線路的利用率。不過頻帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器。寬帶傳輸所謂寬帶，就是指比音頻（4H）帶寬還要寬的頻帶，，簡單一點就是包括了大部分電磁波頻譜的頻帶。使用這種寬頻帶進行傳輸?shù)南到y(tǒng)就稱為寬帶傳輸系統(tǒng)，它可以容納所有的廣播，并且還可以進行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。對于局域網(wǎng)而言，寬帶這個術(shù)語專門用于使用傳輸模擬信號的同軸電纜，可見寬帶傳輸系統(tǒng)是模擬信號傳輸系統(tǒng)，它允許在同一信道上進行數(shù)字信息和模擬信息服務(wù)。基帶和寬帶的區(qū)別還在于數(shù)據(jù)傳輸速率不同?；鶐?shù)據(jù)傳輸速率為0～10Mb／s，更典型的是1Mb／s～／s，通常用于傳輸數(shù)字信息。寬帶是傳輸模擬信號，數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0～400Mb／s，而通常使用的傳輸速率是5Mb／s～10Mb／s，而且一個寬帶信道可以被劃分為多個邏輯基帶信道。這樣就能把聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息的傳輸綜合在一個物理信道中進行，撥號上網(wǎng)一般是用的基帶傳輸?？傊?，寬帶傳輸一定是采用頻帶傳輸技術(shù)的，但頻帶傳輸不一定就是寬帶傳輸。231 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)1并行傳輸與串行傳輸23數(shù)據(jù)傳輸及交換技術(shù)2 異步傳輸與同步傳輸（1）、異步傳輸發(fā)送字符時發(fā)送端在每個字符的首尾分別加上一個起始位和2個停止位，以表示字符的開始和結(jié)束，一次只能收發(fā)一個字符。有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的終端設(shè)備可以在任何時刻向信道發(fā)送信號，而不管接收方是否知道它已開始發(fā)送操作，且由于各字符的發(fā)送時間間隔是任意的，因此各字符之間是異步的，故稱之為異步傳輸。（2）、同步傳輸在同步方式中，發(fā)送端連續(xù)發(fā)送一串字符（或數(shù)據(jù)塊）一個字符緊接在另一個字符之后，只在每個數(shù)據(jù)塊的前后各附加一個字節(jié)的同步字符SYN，接收端僅靠該字符來識別所要接收的數(shù)據(jù)。同步傳輸是一個接收與發(fā)送速度保持一致的過程，也就是接收端根據(jù)發(fā)送端所發(fā)送的信號頻率和起止時間來接收信號,接收端校準(zhǔn)自己的接收時間和重復(fù)頻率,以求同發(fā)送端信號相一致的過程。

要點提示：同步傳輸適合于大的數(shù)據(jù)塊的傳輸，這種方法開銷小、效率高，缺點是控制復(fù)雜，如果傳送過程中出現(xiàn)錯誤需要重傳整個數(shù)據(jù)段。（3）異步傳輸與同步傳輸比較4數(shù)據(jù)傳輸方向三種通信方式的比較232 數(shù)據(jù)交換技術(shù)幀中繼、異步傳輸模式ATM電路交換存儲交換報文交換分組交換數(shù)據(jù)交換方法232 數(shù)據(jù)交換技術(shù)1電路交換特點：有通話的建立過程，通話建立以后源與目的間有一條專用的通路存在。連接建立階段數(shù)據(jù)傳輸階段連接釋放階段電路交換優(yōu)點：1、沒有沖突2、實時性強3、有序傳輸4、通信時延小缺點：1、建立連接時間長2、線路獨占3、靈活性差要注意：當(dāng)電路建立以后，除源節(jié)點和目的節(jié)點，電路上任何節(jié)點都采取“直通式”接受數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，即不存在存儲轉(zhuǎn)發(fā)所耗費的時間。2 報文交換特點：無呼叫建立和專用通路，存儲—轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)。報文交換優(yōu)點：1、無需建立連接2、動態(tài)分配線路3、提高線路可靠性4、提高線路利用率缺點：1、數(shù)據(jù)進入交換節(jié)點后，要經(jīng)歷存儲、轉(zhuǎn)發(fā)這一過程從而引起轉(zhuǎn)發(fā)延遲2、對報文沒有大小限制，要求各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有較大的緩存空間

3 分組交換特點：無呼叫建立和專用通路，存儲—轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)，將數(shù)據(jù)分成有大小限制的分組后發(fā)送。分組交換優(yōu)點：1、無建立時延2、線路利用率高3、簡化了存儲管理4、可靠性高缺點：1、存在時延2、需要額外的信息量。如每個小數(shù)據(jù)塊都要加上源目地址等信息。3、出現(xiàn)失序情況3．幀中繼交換技術(shù)幀中繼是一種減少數(shù)據(jù)處理時間的技術(shù)，即一個節(jié)點在接收到一個數(shù)據(jù)幀的首部后就立即開始轉(zhuǎn)發(fā)，幀是此種方式中的傳輸單位，它是可變長度的分組。采用幀中繼技術(shù)傳送時可以使用更簡單的通信協(xié)議。4．異步傳輸模式ATM又稱信元交換，建立在電路交換和分組交換技術(shù)基礎(chǔ)上，可以傳送綜合數(shù)字業(yè)務(wù)，采用異步時分復(fù)用方式，在此方式中傳送的信元相當(dāng)于一個分組，長度固定為53B，其中5B為信元頭，可標(biāo)志不同的信道和優(yōu)先級，48B為傳送的數(shù)據(jù)，只要有空閑的時間片，可在任何時刻傳送信元。兩種典型的分組交換技術(shù)的比較數(shù)據(jù)交換技術(shù)的比較：1．在數(shù)據(jù)傳輸過程中，接收和發(fā)送共享同一信道的通信方式是。Ａ）單工Ｂ）半雙工Ｃ）全雙工Ｄ）自動2．下列關(guān)于電路交換說法中正確的是：A）線路利用率低

B）電路交換中的結(jié)點對傳輸?shù)男盘柌蛔鋈魏翁幚鞢）信道的通信速低D）通信雙方不必同時工作。3．（）不是衡量信道傳輸性能好壞的技術(shù)指標(biāo)。A）帶寬B）數(shù)據(jù)傳輸率C）信道容量D）通信介質(zhì)4．（）是信息傳輸?shù)奈锢硇诺?。A信道B介質(zhì)Ｃ編碼Ｄ數(shù)據(jù)和虛電路兩種A永久虛電路B數(shù)據(jù)報C呼叫虛電路D包交換6．3H可作為（）單位。A吞吐量 B信道帶寬C信道容量D數(shù)據(jù)傳速率判斷題1．頻帶傳輸一定要經(jīng)過調(diào)制與解調(diào)制的過程才可完成信號傳輸。2．比特率的單位是波特，它是衡量數(shù)據(jù)傳輸速度的單位。3．?dāng)?shù)據(jù)通信中同步傳輸比異步傳輸速度快。4．基帶傳輸比頻帶傳輸?shù)木嚯x遠。242 信道復(fù)用 信道復(fù)用是指，多個信息源共享一個公共信道。信道復(fù)用的目的是提高線路利用率。信道復(fù)用適用于信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求的情形。1、頻分復(fù)用2、波分復(fù)用3、時分復(fù)用

信道復(fù)用技術(shù)復(fù)用multipleing是通信技術(shù)中的基本概念。A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道a使用單獨的信道b使用共享信道復(fù)用分用頻分復(fù)用FDM

FrequencyDivisionMultipleing用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。頻率時間頻帶1頻帶2頻帶3

頻帶n時分復(fù)用TDM

TimeDivisionMultipleing時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀（TDM幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時isochronous信號。時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)時分復(fù)用可能會造成

線路資源