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计算机在电话网上的通信（计算机串行异步通信）南京邮电大学计算机学院计算机实验教学中心计算机网络的定义计算机网络是通过通信设施（利用通信网络和通信协议），将地理上分布的、具有独立自治功能的多个计算机系统互连起来，实现信息交换，资源共享，互操作和协同处理的系统。计算机网络体系结构计算机网络体系结构是计算机网络中各个层次及其协议的集合，网络中的计算机要进行信息传输与交换，必须遵守一些事先约定好的规则。网络体系结构就是计算机网络及其所完成功能的标准定义，它的功能是抽象的，但它的实现是具体的，就是网络中运行着的计算机硬件和软件。开放系统互连（OSI）参考模型OSI参考模型是国际标准化组织制定的，采用7个功能层，其中1～4层是面向通信的，5～7层是面向信息处理的。OSI模型自下而上的7个功能层是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。开放系统互连参考模型（OSI/RM）会话层传输层网络层数据链路层物理层12345表示层应用层67高层低层通信子网用户子网面向信息处理面向通信TCP/IP体系结构Internet是全球最大的国际互联网络，由遍布全世界的大大小小、各种各样的网络组成的一个松散结合的网络，形成了一个虚拟（逻辑）的网络。TCP/IP体系结构包括了一组协议，它们共同作用，实现了网络互联和资源共享。TCP/IP分层体系结构会话层传输层网络层数据链路层物理层12345表示层应用层67OSI参考模型TelnetFTPSMTPDNS体系结构数据通信技术概述数据通信技术是建立计算机网络系统的基础。现代的通信包括模拟通信和数字通信，模拟通信和数字通信同时存在于一个通信系统中，但数字通信占据越来越重要的地位。计算机和计算机之间的数据通信，可以通过数字的通信系统、也可以通过模拟的通信系统实现。。数据通信与传统电话通信普通话机发送和接收的都是模拟的电压、电流信号，利用公用电话交换网实现其信号的传输。计算机发送的是离散数字信号，其传输可以利用模拟传输系统，也利用数字通信系统；如何在传输信道上正确地传送这些数字信号，在接收端再恢复出原始发送的数据信息，这是数据通信要解决的基本问题。数据通信的定义和内容定义：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，实现计算机之间、终端之间或计算机与终端之间的数据信息传递。•数据传输：通过某种方式建立一个数据传输通道，将数据信号在其中传输(基础)；•数据传输前后的数据处理：使数据更有效、更可靠地传递(数据集中、数据交换、差错控制、传输规程等)。数据通信系统的构成典型的数据通信系统主要三部分构成。•数据终端设备（DTE）•数据电路•中央计算机系统（等同于一个DTE）数据通信系统模型输入输出设备传输控制器DCEDCE通信控制器主机信道数据电路数据链路DTE终端设备DTE中央计算机数据终端设备数据终端设备(简称DTE)：由输入／输出设备和传输控制器组成，它是数据的出发点和目的地。数据终端设备的种类很多：按使用场合分为通用数据终端和专用数据终端，按性能分为简单终端(如打印机)和智能终端(如计算机)等等。数据电路由信道及两端数据电路终接设备(简称DCE)组成。信道是传输信号的通道，有线或无线传输介质。数据电路在DTE和中央计算机系统之间提供信道。DCE是DTE与信道间接口设备，作用是信号变换。如调制解调器（MODEM）。中央计算机系统中央计算机系统由主机、通信控制器(又称前置处理机)及外围设备组成，具有处理从数据终端设备输入的数据信息，并将处理结果向相应数据终端设备输出的功能。当考察正在通信的数据系统时，中央计算机系统等同于一个DTE。网络接入技术随着通信需求的发展，居民的通信需求已不仅仅限于普通的话音通信，而是包括话音、数据、图像等多媒体信息。接入网一般是从居民住宅至某个ISP之间的一个中间网络，它起到接口作用，目的是使用户能够接入骨干网络，方便和经济地享用各种宽带多媒体信息。用户接入计算机网络根据业务量大小和速率要求、费用等因素，用户可以采用多种网络接入方式。•专线接入：传输质量高，传输速率高，费用高。（ADSL）•局域网接入：通过局域网、路由器接入。•拨号接入：利用电话网拨号方式接入Internet，传输质量稍差，传输速率低，费用低。常用的接入技术铜线电缆光纤同轴混合网(HFC)光纤无线接入卫星接入用户接入方法电话网ModemModem(a)用户通过电话网拨号接入网络传输通道ClientServerModemModemInternet拨号接入InternetPSTN用户用户MODEMNAS服务器路由器AAA服务器用户接入方法(b)局域网用户通过Internet上网通信SiSiInternetSiSiToken-ringADSL的组成ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线电话分路器区域宽带网至ISP居民家庭端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接单元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表远端Remote）电话分路器PS(POTSSplitter)ADSL调制解调器的频谱利用频谱频率(kHz)下行上行传统电话6.3Mb/s1.5Mb/s0420505001100数据传输的主要技术指标(1)、工作速率1)调制速率2)数据传信速率3)数据传送速率(2)、可靠性质量指标误码率，误组率(3)、有效性质量指标频带利用率传输代码由数据终端设备或计算机发出的数据信息一般都是字母、数字或符号的组合。为了传递这些信息，首先需将这些字母、数字或符号用二进制“0”或“1”的组合即二进制代码来表示。目前常用的传输代码有：国际5号码、国际电报2号码、EBCDIC码和信息交换用汉字代码。数据传输方式(1)并行传输与串行传输(2)异步传输和同步传输(3)单工、半双工和全双工传输并行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。优点：收、发双方不需要额外的措施来实现收发双方的字符同步。（有时需要协调收发操作）缺点：并行传输必须有多条并行信道，成本比较高，不适宜远距离传输，因此一般在高速、近距离传输中使用。串行传输串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流，以串行的方式在一条信道上顺序传输。优点：只需一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种传输方式。缺点：收、发双方必须保持字符同步。要使接收方能够从接收的数据比特流中正确区分出与发送方相同的每个字符，这是串行传输必须解决的问题。数据传输的同步在串行传输中，接收方必须在所接收的“0”，“1”比特流中，正确识别“0”，“1”信号，识别和确认一个8位字符的开始，识别一组数据的开始，这个技术称为收发双方的同步。有三种同步：位同步，字符同步和帧同步（组同步，数据块同步）。位同步一般通过相关电路实现。异步传输方式异步传输方式以字符为单位传输，又称为起止式同步。在发一个字符时，前面加一个起始位，极性为“0”；后面加一个终止位，极性为“1”。当不发送字符时，保持“1”状态。接收方可以根据字符之间从终止到起始的跳变，即由“1”变“0”的下降沿来识别一个字符的开始，进行取样，直到取样完整个字符，以区分字符。异步传输方式优点：实现字符同步比较简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步。缺点：对每个字符都需加入起始位和终止位，因而传输效率低。由于所传输的两个字符之间间隔可以是任意时间长度，因此又称为异步传输方式。同步传输方式以固定的时钟节拍来发送数据信号，因此在一个串行数据流中，各信号码元间隔一定。数据的发送一般以组(或帧)为单位，采用帧同步方式，同时实现字符同步。优点：不需要单独加起始位和终止位，故具有较高的传输效率。缺点：必须建立准确的时钟信号，实现起来比较复杂。单工、半双工和全双工传输数据传输是有方向性的，根据数据电路的传输能力，有三种不同传输方式：•单工传输，只能沿单一方向发送和接收，计算机与监视器及键盘与计算机之间的数据传输就是单工传输的例子。•半双工传输，可以在两个方向上进行数据传输，但两个方向的传输不能同时进行，对讲机就是半双工传输。•全双工传输，可以在两个方向上同时进行数据传输，是两个方向的单工信道的组合。全双工传输的四线或二线传输全双工数据传输可以使用四线或二线传输技术实现。四线传输时有两条物理上独立的信道，一条发送一条接收。二线传输可以把两个方向的信号采用频分复用或时分复用的方法将信道的带宽一分为二，或采用回波抵消技术使两个方向的数据共享信道带宽。MODEM的相关概念通信线路有模拟和数字之分，而在目前的通信网中，特别是用户接入部分，大多采用模拟传输方式。调制解调器(MODEM)是一个实现数字信号与模拟信号互相转换的设备，使计算机和数据终端的数字信号能够在电话网模拟线路上传送。调制：把由计算机和终端产生的数字信号转换成电话网络模拟线上传输的模拟信号。解调：接收传送来的模拟信号，并把其再转换成其原始的数字信号格式。调制解调的方式多种多样，有幅移键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)及混合调制等。调制和解调调制解调器的构成和工作原理在数据通信领域中，调制解调器由硬件电路和固化在硬件中的软件构成。硬件是调制解调器工作的环境，调制解调器有许多功能，是直接由硬件完成的，如信号的生成、发送、检测、接收等。硬件加上固化在硬件内的软件构成一个完整的调制解调器。调制解调器的总体结构数据终端接口调制解调部件电话线路接口Modem电话双绞线PSTNCOM1外置内置（集成在主板，扩展卡）调制解调器硬件总体结构及功能硬件总体结构由三大部分构成：1)数据终端接口:主要功能是完成数据终端与调制解调器之间的连接。这种连接包括电气连接和逻辑连接。数据终端接口分为两类：•并行接口•串行接口数据终端接口并行接口:指数据终端与调制解调器以并行传输方式交换信息。•卡式调制解调器作为数据终端的一种扩展板，插在数据终端（微机）的I/O通道扩展槽内,是一种典型的I/O通道扩展连接。串行接口:指数据终端与调制解调器以串行传输方式交换信息。•普通外置式调制解调器使用最广泛的是RS-232接口(即V.24接口)。（USB接口）调制解调器硬件总体结构及功能2)调制解调部件：是调制解调器的核心部分，主要功能是完成数据信号和模拟信号之间的转换。即将数字信号转换为相应的模拟信号，或从模拟信号中提取所携带的数字信号。完成扰码/解扰码、信道分割、线路均衡、信号自适应调整，指示工作状态等功能。调制解调器硬件总体结构及功能3)电话线路接口：主要功能是完成调制解调器与电话线路之间的连接。将电话线路按需要分配给调制解调器或电话机。检测电话线路上的信号音：忙音、回铃音。模拟电话机的状态：摘机、挂机等。调制解调器的存储器微处理器的引入，实现了调制解调器的智能化，也需要增加相应的软件，完成相应的智能识别和处理、参数存储功能。•ＲＯＭ：只读存储器，掉电后数据仍能保持，用于存放厂家的设置。•ＲＡＭ：读写存储器，掉电后数据会丢失，存放调制解调器当前正在使用的工作参数，以及作为命令或传输数据的缓冲、目前工作状态存储。调制解调器的存储器ＮＶＲＡＭ：非易失性读写存储器，也可以称为ＥＥＰＲＯＭ（电可擦除的、可重编程的只读存储器），可反复读出和重写，掉电后数据不会丢失；存放用户修改或设置的调制解调器工作参数。各种存储器之间的数据传递关系：ROMNVRAMRAM&F命令&W命令上电或复位•通过参数配置，可以使调制解调器按照用户的要求工作；存储参数，在启动时调入以前设置好的参数，可以方便用户的使用。•重新加电或软件命令复位，可以调出NVRAM中参数，恢复被修改的参数。•当NVRAM中的参数也