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第二章数据通信基础信息•信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。例如事物的运动状态、结构、温度、性能等都是信息的不同表现形式。信息可以以文字、声音、图形、图像等各种不同形式存在。§2.1数据通信的基本概念数据•信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据可以分为模拟数据和数字数据两种。•⑴模拟数据：在时间和幅值取值上都是连续变化的,例如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集。•⑵数字数据：在时间上是离散的,在幅值上是经过量话的,它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。3、信号信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述,如电信号、光信号或磁场强度等。信号分为数字信号和模拟信号两种。图2-2模拟信号与数字信号波形ty（a）连续的模拟信号ty（b）离散的数字信号⑴模拟信号：是一种连续变化的电脉冲序列，例如电话语音信号、电视信号等，它是随时间变化的函数曲线，如图2-2（a）所示。⑵数字信号：是离散的不连续的电信号,通常用“高”和“低”电平脉冲序列组成的编码来表示数据,如图2-2(b)所示。信道信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输介质及其附属设备组成。逻辑信道而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。举例：物理信道：高速公路逻辑信道：各种运输车队，可以按时分在高速公路上跑，就是A车队跑一趟，然后换B车队跑一趟，也可以按频分跑，就是高速公路有4车道，那就可以跑4个车队。物理信道是真实存在的，传送实际信息的，不管上层跑什么车队。逻辑信道是人为定义的，但最终都要在物理信道上传送•使用权限：专业信道和共用信道•传输介质：有线信道和无线信道•传输信号种类：模拟信道和数字信道信道容量信道的最大传输速率是与信道带宽有直接联系的。信道容量用来表征一个信道传输信息的最大能力，通常用信息来表示。香农公式--带噪信道容量公式：C=B×log2(1+S/N)(bps)B为信道带宽（Hz）S为信号功率N为噪声功率，S/N为信噪比，通常把信噪比表示成码元码字所谓“码元”，或称为“码位”，是对计算机网络传送的二进制数字中的每一位的通称。是构成信息编码的最小单位。而由若干个码元序列表示的数据单元代码通常称为“码字”。例如，二进制数字1000001是由7个码元组成的序列，可以视为一个码字。在7位ASCII码中，这个码字表示字母A。数据通信系统的基本结构任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。我们把产生和发送信息的一端称为信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线路称为信道。在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰影响。因此，数据通信系统的基本结构如图2-3所示。图2-3通信系统的基本结构数据+噪音噪音源信源信道信宿数据通信系统主要技术指标•比特率是一种数字信号的传输速率。是指每秒传送的二进制代码的有效位数（比特数(bit)）。单位为bps(BitPerSecond)，比特率越高，传送数据速度越快。•波特率（码元速率）是一种调制速率，也称波形速率。在数据传输过程中，线路上每秒载波调制状态改变的次数就是波特率，其单位是波特（Baud）•比特率是测量每秒可传输数据比特位(0和1)数量的单位。例如，每秒2,400位的比特率是指每一秒钟传输了2,400个1和0。•波特率表示每秒钟一个信号(从0变为1或从1变为0)或符号(连接的电压、频率或相位)在信道中改变状态或发生变化的次数。例如，2,400波特率是指该通道每秒钟最多改变状态2,400次。在这个例子中，波特率和比特率是相同的数值：2,400bps，1比特率等于1波特率。•误码率指信息传输的错误率，也称错误率。是在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。Pe=Ne/N。•吞吐量单位时间内整个网络能够处理的信息总量。单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中：吞吐量=信道容量*传输效率。数据通信系统主要技术指标•信道的传播延迟信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间称为传播延迟（或时延）。这个时间与信源端和信宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。数据通信系统主要技术指标信道带宽：是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大。数据传输率（S）是指单位时间内信道内传输的信息量。其定义是：通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的字符个数；或者单位时间(每秒)内传输的码组(字块)数或比特数。其单位是字符/秒；或者码组/秒、比特/秒(可见，当数据传输率用“bit/s”作单位时，即等于比特率)。一般来说，数据传输率的高低由传输每1位数据所占时间决定，传输每1位数据所占的时间越小，则速率越高。B与S的关系：•S=B×log2N(b/s)–N:调制电平数–B：数字信号的脉冲数率，即波特率作业：•随堂练P12•1,2,4,8,10数据传输方式一、数据通信系统模型1、数据通信系统的一般结构模型，它是由数据终端设备（DTE）、数据线路端接设备（DCE）和通信线路等组成。通信系统模型•2、通信系统模型通信系统组成三要素：信源、信宿和信道信道噪声源简单的数据通信系统模型信源信宿信号变换器信号变换器信道噪声源简单的数据通信系统模型信源信宿信号变换器信号变换器数据线路的通信方式•根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有：单工通信、半双工通信、双工通信。发送端接收端发送端接收端一、单工：在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式，称为单工通信。数据信道发送端发送端接收端接收端信道半双工通信方式：数据可以双向传输，但不能同时进行，采用分时间段传输，在任一时刻只允许在一个方向上传输主信息，这种通信方式称为半双工通信。数据发送端接收端发送端接收端发送端接收端接收端发送端发送端发送端全双工通信方式：可同时双向传输数据的通信方式称为全双工通信。数据接收端接收端数据2020/1/22计算机网络技术26串行和并行通信按照通信中字节使用的信道数，数据通信方式可分为串行通信和并行通信：1、串行通信串行传输是构成二进制代码在一条信道上以位（码元）为单位，按时间顺序逐位传输的方式。按位发送，逐位接收，同时还要确认字符，所以要采取同步措施。串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。2020/1/22计算机网络技术27串行和并行通信串行通信：发端8个比特顺次发送0110001001100010收端01100010并/串转换器串/并转换器2020/1/22计算机网络技术28串行和并行通信2、并行通信：是构成字符的二进制代码在并行信道上同时传输的方式。例如，8单位代码字符要用8条信道并行同时传输，一次传一个字符，收、发双方不存在同步问题。并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。2020/1/22计算机网络技术29串行和并行通信并行通信：发端收端011001018个比特同时发送需要8条线数据传输方式数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输1．基带传输–基带（Baseband）•是指调制前原始电信号占用的频带，是原始电信号固有的基本频带。–基带信号•是未经载波调制的信号。–由“0”和“1”组成的数字信号又称为“数字基带信号”。–基带传输•在信道中直接传输基带信号时，称为基带传输。•基带传输的信号既可以是模拟信号，也可以是数字信号，具体类型由信源决定。1．基带传输基带传输是一种最基本的数据传输方式，一般用在较近距离的数据通信中。在计算机局域网中，主要就是采用这种传输方式。例如计算机网络中的信号就是基带传输的。基带传输一般用较近距离的数据通信中。基带传输、频带传输和宽带传输2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输2．频带传输–利用模拟信道实现数字信号传输的方法，称为“频带传输”。–将数字信号调制成模拟信号后在发送和传输，到达接收端时，再把模拟信号解调为原来的数字信号。–调制解调器：调制解调器是一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机间的通信。–我们现有的电话、模拟电视信号等，都是属于频带传输2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输–3.频带传输与基带传输不同：•基带传输中，基带信号占有信道的全部带宽；•频带传输中，模拟信号通常由某个频率或某几个频率组成，占用一个固有频带(高频)，即整个频道的一部分。采用多路复用技术，提高了信道利用率。频带传输的波形比较单一，因为在频带传输中只需要用不同幅度或不同频率表示0、1两个电平。2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输4．宽带传输宽带是指带宽比声频更宽的频带。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输可以在传输介质上使用频分多路复用技术。由于数字信号的频带很宽，不便于在宽带网中直接传输，通常将其转化成模拟信号后再在宽带网中传输。宽带传输信道容量大，传输距离远，基带传输速率快，距离近2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输4．宽带传输计算机局域网中采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输两种方式，它们的主要区别在于传输速率不同。一个宽带信道能被划分为许多个逻辑信道，从而可以将各种声音、图像和数据信息传输综合在同一个物理信道上进行。2.3.1基带传输、频带传输和宽带传输4．宽带传输●一般说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；●一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加；●宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率越高，能够传输的距离越短。练习：1、数据线路的通信方式有（）、（）、（）2、数据传输方式可分为（）（）（）等。数据交换技术Question：为什么要采用数据交换技术一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的全互联方式，必须采用交换设备为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设备能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来。–本任务主要学习电路交换、存储转发交换和高速交换技术。电路交换电路交换一般定义：交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理的固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。通信的三个阶段：建立连接--通信--释放连接特点：数据传输前需要先建立一条临时的端到端的通道，通信双方在通信过程中自始自终占用该条链路。应用：–服务质量要求较高-电话网，实时数据-音频、视频1.电路交换把“建立连接--通信--释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换必定是面向连接的。–例：两部电话机通信只需要用一对电线就能够互相连接起来。电路交换1电路交换的通信过程三个阶段:电路建立阶段数据传输阶段电路释放阶段电路交换网节点交换机电路交换1.电路交换呼叫应答呼叫请求报文应答释放请求释放应答电路建立数据传输电路释放节点A节点B节点C节点D电路交换2.4.3数据交换技术（1）电路交换的优点：–信息传输时延短–信息传输效率高–对用户提供“透明”传输通路–适合传输信息量大，通信对象比较确定的用户电路交换（2）电路交换的缺点：线路利用率较低。通信双方必须同时工作电路交换2.存储转发交换–在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。–过程：信息从数据源到目的