數(shù)據(jù)通信的基本概念

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,第三級,第四級,第五級,*,*,*,數(shù)據(jù)通信的基本概念,1.,數(shù)據(jù)與信息,2.信號與信道,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，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，它不隨載荷符號的形式不同而改變。,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.信號與信道,信號是數(shù)據(jù)的電編碼、電磁編碼或其它編碼。信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號。,2.信號與信道,信道是信號傳輸?shù)耐ǖ溃ㄍㄐ旁O(shè)備和傳輸媒體。信道按傳輸信號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，數(shù)字信道用于傳輸數(shù)字信號。,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),模擬信號是在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號，是一種連續(xù)變化的電信號，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)字信號是一種離散的脈沖序列，它的取值是有限個數(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)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)是利用模擬信號還是數(shù)字信號來傳遞消息，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褂玫膿芴柹暇W(wǎng)就是一個模擬通信系統(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)信號的差錯控制，傳輸質(zhì)量高，通過對信號加密和防火墻技術(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褂玫膿芴柹暇W(wǎng)就是一個模擬通信系統(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 信號在通信線路上傳輸時最高頻率與最低頻率之差叫信號的頻帶寬度，簡稱帶寬或稱為通頻帶。數(shù)字信號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 位速率也稱信號速率，常用S表示，位速率是數(shù)字信號的傳輸速率，它用單位時間內(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.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形式(如電壓、電流、脈沖等)來表示，然后將信號經(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：模擬信號通過模擬信道進(jìn)行 傳 輸。數(shù)字通信：模擬信號通過數(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,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,基帶信號與基帶傳輸,二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號稱為基帶信號,基帶傳輸是將數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為脈沖信號加到電纜上進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)傳輸方式,寬帶信號與寬帶傳輸,寬帶信號是將多組基帶信號分別調(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,寬帶信號與寬帶傳輸,寬帶傳輸是將數(shù)據(jù)加載到載波信號上進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)傳輸方式,寬帶信號與寬帶傳輸,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“直接控制信號狀態(tài)”的傳輸方式，而寬帶傳輸采用的是“控制載波信號狀態(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)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)字信號以成組的方式在多個并行信道上傳輸，數(shù)據(jù)由多條數(shù)據(jù)線同時傳送與接收，每個比特使用單獨(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?，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,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,半雙工通信,全雙工通信,單工通信,單工通信是指在兩個通信設(shè)備間，信息只能沿著一個方向被傳輸。,采用單工通信時，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通信設(shè)備間的信息交換可以雙向進(jìn)行，但不能同時進(jìn)行。也就是說，在同一時間內(nèi)僅能使信息在一個方向上傳輸,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時間，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通信設(shè)備間可以同時進(jìn)行兩個方向上的信息傳輸。,兩個通信應(yīng)同時具有發(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)行同時讀寫就要求緩存中也能同時釋放和分配存儲器等。我們平時使用的手機(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刻可以為任意,一般“起”信號的長度規(guī)定為1個碼元寬度，極性為“0”，即用空號(space)代表，“止”信號可以為1、1.5或2個碼元的寬度，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，不要求收發(fā)時鐘同步，僅在傳輸字符時，收發(fā)時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)一個字符就要添加一對起止信號，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鐘節(jié)拍來連續(xù)串行發(fā)送數(shù)字信號的一種方法,同步傳輸方式中，要求收發(fā)兩端的時鐘都必須在每個比特上保持一致。,在同步傳輸中，數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以幀為單位。傳送時在每個幀的幀首加兩個或兩個以上同步字符Sync，幀內(nèi)每個字符前后不附加起止位。同步字符Sync是一個獨(dú)特的比特組合，用于通知接收方一個幀已經(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鐘。,實(shí)現(xiàn)同步傳輸方式的收發(fā)時鐘同步方法有兩種：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小頻帶，每個小頻帶傳送一路信號，形成一個子信道。,頻分多路復(fù)用常用于模擬信號的傳輸，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,時分多路復(fù)用技術(shù),時分多路復(fù)用技術(shù)是將通信信道傳輸數(shù)據(jù)的時間劃分為若干個時間段，每一路信號占用一個時間段，在其占用的一段時間內(nèi)，信號獨(dú)自使用信道的全部帶寬。,時分多路復(fù)用通常用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳送，也可用于模擬信號的傳送。,時分多路復(fù)用在任一時刻，只傳送一種信號，多路信號分時地在信道中傳送，而頻分多路復(fù)用是在任一時刻，同時傳送多路信號，各路信號占用的頻帶不同,波分復(fù)用技術(shù),波分復(fù)用是把光波波長分割復(fù)用，在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。,基本原理是在發(fā)送端將不同的光信號組合起來，也即是復(fù)用過程；耦合到光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)可以在兩個方向傳輸。在整個數(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，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)：,信息傳輸時延??；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